江浩

摘 要： 碳刷和滑環(huán)是發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動(dòng)與靜止部分接觸進(jìn)行能量交換的設(shè)備，是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的重要組成部分，也是發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中易出現(xiàn)問(wèn)題的薄弱環(huán)節(jié)?；h(huán)與電刷的接觸是靜止與轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系，若維護(hù)不當(dāng)，在運(yùn)行中存在摩擦勢(shì)必造成電刷振動(dòng)、滑環(huán)表面溫度過(guò)高等現(xiàn)象，從而進(jìn)一步造成滑環(huán)損壞。

關(guān)鍵詞： 打火;溫度高;振動(dòng);惡性循環(huán);氧化膜

1 緒論

由于發(fā)電機(jī)滑環(huán)和碳刷是自并勵(lì)勵(lì)磁方式發(fā)電機(jī)重要導(dǎo)流部件，是電流從靜止部件流向旋轉(zhuǎn)部件的過(guò)渡裝置，極易產(chǎn)生各種故障現(xiàn)象。在維護(hù)過(guò)的多臺(tái)發(fā)電機(jī)的滑環(huán)系統(tǒng)中總結(jié)，多次經(jīng)歷發(fā)電機(jī)滑環(huán)及碳刷溫度高、碳刷打火、電流分配不均勻等現(xiàn)象。本文針對(duì)這些常見(jiàn)現(xiàn)象，初步分析其原因及采取應(yīng)對(duì)措施，為同行們?cè)谌粘５陌l(fā)電機(jī)維護(hù)中提供參考。

2 發(fā)電機(jī)滑環(huán)碳刷系統(tǒng)工作原理和正常運(yùn)行狀態(tài)

同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組通入直流電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，而直流勵(lì)磁電流是通過(guò)電刷、滑環(huán)與引線進(jìn)入轉(zhuǎn)子繞組的。滑環(huán)與電刷的接觸是靜止與轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系。電刷在正常運(yùn)行中的溫度一般在50℃～80℃，溫升在40℃左右，碳刷采用恒壓彈簧形式安裝在刷握內(nèi)，電刷活動(dòng)自如無(wú)卡澀現(xiàn)象，彈簧壓力均勻在0.2Kg左右。在轉(zhuǎn)子滑環(huán)的正、負(fù)極各裝有相同數(shù)量枚的碳刷在碳刷刷架上。在轉(zhuǎn)子滑環(huán)碳刷兩極之間設(shè)計(jì)有與轉(zhuǎn)子同軸風(fēng)扇葉片，旋轉(zhuǎn)時(shí)使碳刷小室形成負(fù)壓，利用負(fù)壓將碳刷與滑環(huán)運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量帶走，使產(chǎn)生熱量和散熱達(dá)到平衡狀態(tài);同時(shí)碳刷在滑環(huán)上的摩擦、自然氧化的作用下，在集電環(huán)的接觸面上形成一層均勻、光滑的氧化膜，是一種復(fù)合薄膜，由于氧化膜的具備碳元素的導(dǎo)電性，可以有效改善碳刷與集電環(huán)的導(dǎo)流特性，同時(shí)又具有較好的潤(rùn)滑性能，顯著降低了碳刷與集電環(huán)之間摩擦系數(shù)，減少了摩擦熱的產(chǎn)生和碳刷的磨損，碳刷與滑環(huán)維持在良好的工作狀態(tài)。

3 常見(jiàn)發(fā)電機(jī)滑環(huán)碳刷系統(tǒng)故障的原因分析及危害

實(shí)際上碳刷與高速旋轉(zhuǎn)的滑環(huán)（表面運(yùn)轉(zhuǎn)速度30～70m/s）表面接觸，通入大電流， 由于碳刷材質(zhì)、碳刷與滑環(huán)接觸壓力變化，接觸電阻和附加電阻變化、滑環(huán)表面受到油污污染，滑環(huán)表面客觀存在的陽(yáng)極蒸發(fā)和陰極粉化等多種原因，極易破壞部分已形成的氧化膜，造成該部分接觸摩擦增大，表面溫度高，溫度變化時(shí)平衡能力降低，部分電刷溫度急劇升高，會(huì)造成該部分碳刷與滑環(huán)接觸電阻先由大變小，造成電刷電流分布不均勻，極端時(shí)，有的碳刷電流為0，有的為平均電流的2-4倍。通過(guò)電流越大溫度越高，溫度越高便會(huì)使電刷與滑環(huán)接觸電阻進(jìn)一步減小，惡性循環(huán)使整個(gè)滑環(huán)系統(tǒng)溫度升高，碳刷打火，嚴(yán)重時(shí)滑環(huán)溫度能達(dá)到200℃～300℃，碳刷火花等級(jí)趨于劣化，最終將會(huì)導(dǎo)致刷辮燒斷，產(chǎn)生環(huán)火，造成非停和機(jī)組設(shè)備損壞事故。本集團(tuán)就有機(jī)組滑環(huán)環(huán)火事故案例。

4 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁滑環(huán)碳刷系統(tǒng)常見(jiàn)故障的處理措施

如何避免滑環(huán)和碳刷故障的發(fā)生，在運(yùn)行過(guò)程中需定期測(cè)量發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷及滑環(huán)的溫度并做好記錄，超溫碳刷及時(shí)更換。每周測(cè)量一次發(fā)電機(jī)每根勵(lì)磁碳刷電流，對(duì)偏離計(jì)算平均值的碳刷破壞其已形成的鏡面接觸面，使其能重新形成合格的氧化膜。事實(shí)證明，預(yù)防是最好的應(yīng)對(duì)措施，做好定期工作成效顯著。

4.1 機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中

對(duì)于勵(lì)磁碳刷出現(xiàn)打火現(xiàn)象、滑環(huán)碳刷溫度高、電流分布不均勻等故障現(xiàn)象，特別是碳刷打火，該現(xiàn)象對(duì)滑環(huán)碳刷系統(tǒng)威脅最大，往往是其他各種常見(jiàn)的不利因素疊加而產(chǎn)生的后果，嚴(yán)重時(shí)燒壞滑環(huán)。首先要保護(hù)好滑環(huán)和碳刷之間產(chǎn)生的氧化膜，它具有非常好的潤(rùn)滑性能和導(dǎo)流性能，碳刷與集電環(huán)接觸表面起潤(rùn)滑作用的石墨膜，將碳刷與集電環(huán)分開(kāi)，使摩擦在石墨潤(rùn)滑層間進(jìn)行，提高導(dǎo)流效率，降低了摩擦系數(shù)，降低了碳刷的磨損，這要求我們保持滑環(huán)和碳刷的清潔，碳刷定期清理刷握，避免油污污染，對(duì)部件滲油部位進(jìn)行清理;檢查碳刷材質(zhì)是否合格，找專門(mén)檢測(cè)技術(shù)部門(mén)檢驗(yàn)碳刷的電阻率、硬度、接觸壓降、摩擦系數(shù)，外形尺寸可使用卡尺測(cè)量，更換非同型號(hào)、同廠家、同批次碳刷，碳刷材質(zhì)極其重要，本人經(jīng)歷過(guò)非同批次碳刷引起碳刷打火，統(tǒng)一批次后正常;刷握檢查，刷握材質(zhì)要求為鑄鋁黃銅、鑄硅黃銅、鑄鉛黃銅、鑄鋁黃銅或黃銅板，因這些材料強(qiáng)度和耐溫值較高，不易發(fā)生變形，若材質(zhì)不合格將會(huì)造成碳刷在刷握里間隙過(guò)大或過(guò)小;均壓彈簧檢查，碳刷電流分布不均勻的另一個(gè)原因就是碳刷恒壓彈簧壓力偏低，建議采用恒壓彈簧單圈達(dá)到1Kg，因長(zhǎng)時(shí)間工作環(huán)境溫度高會(huì)造成彈簧本體彈性變差，壓力降低;若滑環(huán)溫度過(guò)高，緊急情況下，可使用絕緣木塊上墊上折疊好的多層白紗布，在白紗布上涂少量凡士林，潤(rùn)滑滑環(huán)螺紋溝表面，該方法只可在單極依次進(jìn)行處理，效果明顯，本人處理過(guò)達(dá)到300℃的滑環(huán)，能迅速安全地把滑環(huán)溫度降下來(lái)。

4.2 在機(jī)組停運(yùn)檢修時(shí)的檢查處理

機(jī)組停運(yùn)時(shí)，應(yīng)對(duì)滑環(huán)進(jìn)行徹底清理，包括對(duì)滑環(huán)表面、滑環(huán)下部通風(fēng)孔道，滑環(huán)與大軸之間絕緣進(jìn)行清理，碳刷刷辮螺絲進(jìn)行緊固，因通風(fēng)孔道影響散熱，而螺絲的緊固程度影響接觸電阻;檢查滑環(huán)表面是否存在溝痕、灼傷現(xiàn)象，故障點(diǎn)可使用金相砂紙進(jìn)行打磨處理;若投運(yùn)年限較長(zhǎng)的發(fā)電機(jī)組，需仔細(xì)檢查是否有單極損傷現(xiàn)象，由此現(xiàn)象應(yīng)進(jìn)行集電環(huán)極性倒換，平衡正負(fù)極的磨損量，有利于消除運(yùn)行中的火花現(xiàn)象，避免滑環(huán)環(huán)火事故發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)火力發(fā)電機(jī)組滑環(huán)碳刷系統(tǒng)中常見(jiàn)故障，如碳刷打火，碳刷及滑環(huán)溫度過(guò)高，電流分布不均勻，單極損傷現(xiàn)象等進(jìn)行了粗淺的分析，介紹了常規(guī)在運(yùn)行中和檢修時(shí)的檢查處理措施，如何做好預(yù)防工作避免滑環(huán)及碳刷故障等，為火力發(fā)電機(jī)組中出現(xiàn)類似問(wèn)題提出了解決方案，供火力發(fā)電廠檢修維護(hù)人員參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳倉(cāng)，曹浩軍.發(fā)電機(jī)集電環(huán)環(huán)火事故分析及預(yù)防[J].熱力發(fā)電，2009，38（10）：85-87.