發電機勵磁碳刷打火原因分析及處理

葉志剛 劉 婕

（寧夏華能大壩發電有限責任公司 寧夏 青銅峽 751607）

0 引言

寧夏華能大壩發電有限責任公司發電機勵磁系統采用交流勵磁機靜止整流器勵磁方式，即三機勵磁方式。這種勵磁方式由于旋轉部件較多，勵磁系統發生故障的幾率也較高。主勵磁機和發電機最初都采用上海電刷廠生產的S27型碳刷，硬度為81。后在各機組的大小修中均陸續改為上海碳刷廠的NCC634型號碳刷，硬度為93。采用恒壓刷握，壓緊碳刷的恒壓彈簧壓力為1.1～1.2公斤。主勵磁機碳數正、負極各四塊，共八塊；發電機碳數正負極各四十塊，共八十塊。碳刷是三機勵磁系統中，勵磁負荷由靜止元件向旋轉元件傳遞必然之路，碳刷出現故障時，必然會影響勵磁系統的正常運行，勢必造成機組的異常運行，所以碳刷的運行維護就顯得至關重要。

1 概述

發電機運行中碳刷打火是常見的故障之一，如不及時消除，可能會導致發電機環火，嚴重時會燒毀滑環造成失磁而被迫停機。就大型發電機而言，緊急停機不僅造成系統出力下降，影響系統穩定運行和企業的效益，而且對發電機本身也危害極大。所以我們有必要對發電機組的碳刷打火原因進行認真的分析，監測設備運行狀況，擬定相應的對策來防止或消除發電機碳刷打火現象。

2 原因分析

2.1 碳刷質量不過關且與刷握不匹配

每次碳刷打火處理中，在換下的碳刷中發現有部分碳刷表面不平有崩角，有部分刷辨與刷握接觸松動。崩角的原因極有可能是碳刷跳動太大或材質不良造成，刷辨與刷握連接松動會造成二者接觸電阻增加，使各碳刷電流分布不均。碳刷即使在刷握中可上下活動，但在卡上恒壓彈簧后，便不能活動自如，這就會造成碳刷不能與滑環可靠接觸，使實際分擔電流遠遠降低，甚至會為零。這樣長久運行必然導致碳刷打火燒紅現象的發生。

2.2 恒壓彈簧壓力不夠或壓力不均，接觸不良

自卷式恒壓彈簧受熱后彈簧會拉長，彈性變差，以致會造成碳刷實際接觸面積減少。從換下的彈簧看還沒出現彈簧的嚴重損壞，只是彈性有不同程度的降低，但在以前的碳刷打火事件中，曾經多次出現恒壓彈簧斷裂或裂紋損壞的情況。由于恒壓彈簧的壓力不一樣，從而造成不同的碳刷分擔電流不一樣。在此次事件中經過我們對各碳刷電流的卡測發現，更換壓簧前分擔電流小于20A，但更換壓簧后，同是一塊碳刷分擔電流可達80A。這樣也會造成碳刷打火燒紅。

2.3 電刷牌號不一致，電流不均勻

這種現象在我們廠一般不會發生。因為我們公司的碳刷專人專管，統一配置，并且全廠機組都用同一型號的碳刷。

2.4 刷握調整不當，碳刷位置不能對準滑環圓周的法線方向

經檢查，發現部分碳刷刷握距離滑環的高度不一致，有些不能平行于滑環圓周的法線方向。這樣有可能在軸系旋轉時，產生偏心，滑環和刷握接觸而損壞滑環，使得滑環表面不平造成打火現象的發生，前面舉到的我廠#3機組的實例就有這方面的原因。

2.5 碳刷積垢贓污

滑環溝道長時間運行發生堵塞，使得碳刷粉結垢，碳刷積垢臟污后，碳刷容易卡澀，不能活動自如，也會引起電流的均勻分布情況。

2.6 機組振動，滑環表面不平整

由于機組的振動，也有可能使得滑環與靜止的刷握產生接觸而損壞滑環使滑環表面產生毛刺，振動也可能會使碳刷與滑環接觸不良而造成打火。

2.7 維護不到位，造成碳刷磨損嚴重太短或卡塞擺動

我們廠所處地理位置，風沙大，機組運行中如大罩不嚴會使得沙粒進入滑環表面，就會引起碳刷跳動加劇、摩擦增大、接觸不良，并且產生大量的碳粉。碳粉聚集在刷握內會造成碳刷卡澀。也會影響電流的分配而導致打火的發生。

2.8 運行調整不及時，處理不當，造成惡性循環

在發生碳刷打火或燒斷刷辮時，應該及時調整更換碳刷或恒壓彈簧。出現微弱火花時，應加強巡檢、及時調整并更換接觸不好的碳刷或壓力不好的恒壓彈簧。調整更換時，應嚴格按照規程規定進行，如調整不及時或處理不當，將會蔓延至其他的碳刷，造成大面積的火花，甚至會環火。

3 處理及防范措施

3.1 加強運行維護

值班人員在發現發電機勵磁碳刷打火時，因根據運行規程中的方法積極主動的采取措施進行處理。具體措施如下：

3.1.1 首先檢查處理不打火和無過熱的電刷，檢查是否接觸良好。因為打火和過熱的碳刷有可能是接觸最好的碳刷，如果先處理了這些接觸良好的碳刷，勢必造成打火的碳刷打火更嚴重，甚至造成環火，所以這一點在處理過程中是相當關鍵的。在1991年碳刷環火停機事件中，就是因為運行人員在處理過程中違背了正常處理的原則，慌忙中先處理了打火的碳刷，導致了環火而不得不停機。

3.1.2 更換過短或不同牌號的碳刷。運行規程規定：當碳刷上沿與刷握平齊時，該碳刷就應予以更換；同一排碳刷不能同時更換三塊以上，且每一塊碳刷與滑環的接觸面積不小于70%或2／3以上；更換碳刷前要對碳刷進行仔細的打磨，使得碳刷與滑環接觸面粗造，有利于二者的接觸良好；發電機與勵磁機應使用同一牌號的碳刷。

3.1.3 重新打磨卡塞或接觸不好，接觸面不良的碳刷。規程規定打磨用的砂紙必須是規定標號的金相砂紙。

3.1.4 更換剛度不足和過熱失效的恒壓彈簧。規程規定恒壓彈簧的壓力在1.1～1.2公斤。

3.1.5 更換過熱后變形，破碎或引線變色斷線的碳刷。對于引線變色可容易看到，但對于引線的斷線需要仔細察看，因為引線外還包有一層絕緣套，燒斷后不易發覺。如不及時更換，將會造成大量的碳刷由于過載而燒斷，最后導致發電機失磁而停機。所以運行中應特別注意檢查，最好是通過用鉗形電流表卡測電流分布來判斷，或者戴上線手套，腳踩絕緣板，用手去輕拉引線，判斷引線的好壞。

3.1.6 滑環和電刷表面不潔，可用白布浸少許酒精擦拭滑環，用干凈白布擦拭電刷表面。在處理這次＃3發電機碳刷打火中，便充分采用了這種辦法。經過多次的打磨擦拭和其他輔助措施的實施，最終使得碳刷恢復了正常的運行狀態。

3.1.7 如果機組振動超過極限規定，應按有關規定打閘停機，在規定范圍內機組的異常振動時，應該加強對機組勵磁碳刷的監視、更換和調整。

3.1.8 如個別碳刷嚴重打火或燒紅，原則上不應該降低發電機的勵磁電流，應該按規程規定進行積極主動的處理。

3.1.9 如出現滑環嚴重過熱或局部刷架燒紅，應匯報值長減低發電機勵磁電流，并盡快通知電檢人員到場協同處理。

3.2 加強碳刷電流的檢測

3.2.1 每班配一塊鉗型電流表以用來隨時測量碳刷的電流，特別是在碳刷出現打火現象時更應加強監測，以便全面掌握每塊碳刷的電流分擔情況。如碳刷電流在12～80A，說明運行正常；如碳刷電流出現零或大于200A，說明運行不正常，超過200A的碳刷會很快燒斷引線的。

3.2.2 根據當時發電機勵磁電流，計算每塊碳刷的平均電流，及時調整和更換電流過大或過小的碳刷，使得每塊碳刷的電流分擔差別不要過大。

每塊碳刷的平均電流＝發電機勵磁電流／每極碳刷的個數勵磁系統的常見故障，特別是要采取措施防止和消除發電機組碳刷打火的現象。充分利用規程規定及相關知識，對發電機組碳刷打火的現象進行分析，消除運行中的打火情況，對碳刷進行精心的維護，使得碳刷打火消除在萌芽狀態。

4 結論

為保證發電機組安全穩定的運行，我們必須積極采取措施，控制

［1］電氣運行規程[S].寧夏華能大壩發電有限責任公司,2010,10.

［2］寧夏華能大壩發電有限責任公司2010年電氣運行日志[Z].

［3］涂光瑜,主編.汽輪發電機及電氣設備[M].中國電力出版社,1998.