發電機碳刷的日常維護與運行

李 琳

（華電能源牡丹江第二發電廠，黑龍江 牡丹江 157013）

1 機組滑環、碳刷工作情況

牡二電廠的#1～#4發電機型號為 QFN－100－2型，主勵磁機為同軸50 Hz三相同步發電機，定子輸出的三相交流電經機端變壓器后，經過發電機碳刷能夠長期供給發電機轉子1614A的額定勵磁電流。發電機勵磁系統配有自動化水平較高的自動勵磁調節裝置兩套，以保證機組安全穩定運行。

2 碳刷在現場運行中出現的問題分析

牡二電廠的發電機碳刷在使用中出現了各個碳刷電流分布較不均勻的問題，個別碳刷載流量超高，且調整后維持時間較短的問題，直接導致部分碳刷溫度驟升，曾高達230 ℃左右。勵磁電流分布在每個碳刷上的電流平均值應接近，但實際的電流分布的很不均勻，若通過調整其壓簧壓力不能增加其載流量，由此現象基本能夠判斷是集電環偏心度誤差大的因素。因為個別碳刷載流量較大，勢必造成其溫度過高、刷辮變色嚴重等現象，并伴隨出現了碳刷打火、振動，甚至是刷辮燒斷，運行人員頻繁調整，但是效果并不明顯，徒增運行維護量。機組在強勵時，很可能因為少數碳刷過多的承載電流而導致刷辮燒斷，最終導致機組勵磁系統崩潰。

牡二電廠的#1～#4發電機都出現過原來用于壓緊碳刷的彈簧，因碳刷的跳動使彈簧被彈出，起不到壓緊碳刷的作用；況且彈簧因受熱性能改變，壓力漸漸失常，雖然在運行中控制彈簧壓力選取在94～125 kPa之間，但最終仍出現了較大偏差，造成碳刷的電流分布不均，導致一些碳刷過流、發熱乃至出現打火現象。但是由于碳刷布置的位置不同，整個刷架的自重使位于滑環上下部的碳刷所施壓力是不一樣的，致使各碳刷電流仍非絕對均勻。在滑環上發生連續火花而轉變為弧形火花，是因為大量碳刷都存在大量冒火而形成的，牡二電廠的#3發電機就因碳刷環火曾造成發電機大軸燒損的事故，發生連續火花除了正常接觸不良之外，碳刷過軟將產生碳刷發生端部破裂、損壞。牡二電廠在2006年11月－2007年6月間經歷了較長時間的異常溫度的運行和處理過程，這方面的因素較多。

3 解決方法

發電機電刷裝置的安裝位置不對，使得碳刷中心與滑環中心線不垂直，造成碳刷與滑環表面摩擦的受力不均勻，出現打火現象。可以利用停機機會重新配置刷框位置，并使其與滑環中心線垂直。發電機滑環由于各種原因造成失圓后，造成碳刷跳動，打火更加嚴重，給運行維護帶來不利。在停機時應檢查滑環的狀態，用千分表測量滑環表面的擺度（最大值與最小值之差）不應超過0.05 mm（3 000 r/min）或0.07（3 000 r/min）；滑環表面凸凹不平，光滑度應不超過0.5～1.0 mm。否則，應對發電機滑環進行車削、復圓，并進行研磨剖光。

牡二電廠的#1~#4發電機都不同程度地出現過碳刷引線、引線和接線端子的固定螺絲松動甚至脫落的情況，原因是在長期高溫運行及高速旋轉產生的振動下可能造成個別碳刷的引線松脫或緊固螺絲松動，使得接觸電阻增大，溫度升高。應加強巡回檢查，在檢查時應試拉各碳刷刷辮，發現有松動、脫落時應立即予以緊固，刷辮變色的應予以更換，在更換新的碳刷時還應檢查同一組的其他碳刷連接是否緊固。

碳刷和滑環表面臟污，碳刷和滑環在長期運行中，由于積灰和碳刷粉末加上軸承座軸封處漏出的油氣侵入，會在碳刷和滑環表面聚集許多油污，阻塞滑環通風孔，使得碳刷溫度升高，可能在個別甚至全部碳刷上發生火花。應對碳刷及滑環表面進行定期吹掃擦拭，保持其清潔干凈。吹掃時應使用潔凈的壓縮空氣（無油、無水），壓縮空氣壓力應在250～300 kPa/cm2。使用毛刷時應注意防止刷毛脫落，尤其是卡入碳刷與刷框間。滑環擦拭應注意大軸轉向，擦拭時，帆布呈順轉向拖拽方向，防止帆布脫落卷入滑環內。當需要沾酒精擦拭時，應在無火花時進行。將碳刷及滑環表面進行吹掃擦拭工作列入定期工作。牡二電廠在2006年11月－2007年6月間由于碳刷運行質量差，清掃碳刷甚至達到了一周對同一臺機清掃兩次的情況。

碳刷在刷握中卡澀，電流減小。由于所使用的個別刷握內部不光滑，在更換碳刷時都要對碳刷進行人工打磨，因而碳刷表面很難達到平整光滑，碳刷與刷握的接觸面很難達到要求，在運行中經常會出現卡澀。應盡可能選用與刷握相匹配的碳刷，使碳刷在刷握內有0.1～0.2 mm的間隙，并利用停機的機會將刷握內側表面打磨光滑。運行中要經常檢查使碳刷在刷握內活動自如，并且在選擇電刷時應選擇電刷基體中鱗片石墨量偏高、自潤滑性能好的碳刷。

碳刷在刷握中振動造成碳刷冒火，由于刷握與滑環間的距離相對較遠，基本上都在1 mm以上（安裝標準值為2～3 mm），當碳刷磨損到一定程度的時候，刷握對碳刷的固定作用變差，使碳刷在刷握中隨著電機的旋轉而振動冒火，有些碳刷甚至出現個別邊角被打掉的現象，嚴重影響機組的安全運行。因此在檢查中對于碳刷長度磨損至規定值時（碳刷長度的1/3）應及時更換，同時在安裝時應合理調整刷握與滑環的距離，保持2～3 mm的間距。由于原始彈簧與電刷無絕緣，電流流經彈簧，一方面使彈簧發熱變軟、失去彈性；另一方面導致電刷的電壓降增大，不利于碳刷的工作。應將彈簧與碳刷絕緣，并注意使各壓簧壓力均勻，其差別不應超過5%。

雖然現場碳刷壓簧都已經進行了技改，日常的跟蹤仍在深入進行，牡二電廠規定：每日加強對發電機碳刷的檢查，尤其是啟機后、高峰時對碳刷進行仔細檢查，發現調節困難的，可以通過消除卡澀、均衡碳刷氧化膜、更換壓簧位置等方式消除異常情況。由于滑環電阻率不均、環氧化膜不均勻的原因，在日常維護中要及時發現因軸向位移變化引起的碳刷跳動和磨損，避免引發嚴重后果，因發熱依舊能夠使得彈簧的特性發生改變，所以采用更好的彈簧之后，我們應認識到影響彈簧特性的因素：高溫、金屬疲勞、刷架偏心度等。

4 結論

經過采取以上方法及數據可以說明，牡二電廠經過多次碳刷改造，#1~#4發電機的碳刷維護、調整取得了長足的進步，基本能夠保證碳刷電流的分布均勻，形成了一整套行之有效的運行維護機制，因此，在發電機碳刷的運行維護調整上已經積累了豐富的經驗和調整手段。在正常的環境溫度情況下，滑環、碳刷運行最高溫度在60～70 ℃之間，且消除了碳刷打火現象，在繼#3發電機大軸、滑環燒傷事件之后，多年來未出現滑環燒傷事件。在碳刷的維護管理上，開始對彈簧進行技術數據積累，對其使用壽命、壓力變化特性以及彈簧片疲勞特性進行把握，并由此掌握彈簧性能變化的前期診斷技術，以確保彈簧良好的工作狀態。此外再通過降低碳刷振動幅度和頻度、通過改變碳刷與滑環接觸面積改善電流分布等方法，開始著手進行摸索和試驗，爭取在任何情況下緩解碳刷所出現的打火、振動、損壞嚴重等問題。