水電站碳刷發熱打火導致碳刷引線燒斷案例分析

摘 要：本文對某水電站3F機組碳刷發熱打火致使碳刷引線燒斷缺陷進行分析。分析表明，某水電站3F機組在運行中碳刷發熱打火，致使碳刷引線燒斷是由于使用不同廠家碳刷，集電環、碳刷架、刷握位置不正，彈簧壓力不均、刷握內毛刺、棱角等原因造成的。為此，作者對某水電站3F機組碳刷發熱打火致使碳刷引線燒斷缺陷進行分析及總結處理過程。

關鍵詞：碳刷；打火；燒斷；處理

中圖分類號：F40 文獻標識碼：A

1碳刷引線燒斷時運行工況

某水電站3F機組帶有功負荷44MW運行，無功2MVAR，勵磁電流485A，1F、2F機組備用。運行人員進行碳刷測溫時發現11號碳刷溫度達238℃，維護人員立即處理，用鉗形電流表測量勵磁電流達321A，碳刷引線發紅，退出11號碳刷后發現碳刷引線與碳刷結合處已燒斷。其余運行碳刷電流重新分布，部分碳刷電流、溫度升幅較大。11號碳刷更換成新碳刷后，電流立即轉移，11號碳刷電流達215A，溫度128℃，并有上升趨勢，馬上開備用2F機組運行，將3F機組負荷轉移至2F機組，并將3F機組解列停機進行消缺處理。

2檢查情況

碳刷型號一致，但使用三個不同廠家。不同廠家的碳刷成分略有不同，碳刷的電氣、物理性能也不盡相同，摩擦系數大小也不一樣，因此接觸電阻，電氣損耗和摩擦損耗也不盡相同。碳刷硬度和導電性能不同，導致碳刷電流不均，從而出現打火、發熱現象。導電性能好，與集電環接觸電阻小的碳刷流過電流最大，碳刷開始發熱打火后，碳刷的接觸電阻變小，這樣，流過該碳刷的電流將增加，則該碳刷愈加發熱，直至接觸電阻降至飽和最低值，流過的電流至飽和最大值。如此惡性發展，使碳刷持續受熱升溫。同時，碳刷引線由于流過很大電流，也發熱升溫，經過一段時間后，溫度達到碳刷引線的熔點溫度時，碳刷的引線燒斷。當故障極部分碳刷引線燒斷或受熱變形卡澀退出運行后，正常運行的碳刷將承擔全部轉子電流而出現過載現象，導致其過熱，并重復上述碳刷的過熱過程。若不及時處理將出現惡性循環，形成環火，集電環表面將會燒毀，造成正負極短路，釀成事故。

碳刷全部拆卸后與記錄的碳刷溫度和碳刷電流對比分析，發現溫度最高幾個碳刷刷握與集電環位置如圖中1號碳刷，刷握與集電環中心傾斜，碳刷與集電環接觸面A1-B1嚴重傾斜，碳刷與集電環接觸面積最大，在集電環摩擦力作用下容易出現卡澀，此時接觸電阻最小，流過碳刷電流最大；碳刷溫度較高幾個碳刷刷握與集電環位置如圖中2號碳刷，刷握與集電環中心垂直，運行時碳刷與集電環接觸面A2-B2有一定的傾斜，碳刷與集電環接觸面積較大，在集電環摩擦力作用下偶爾出現卡澀，接觸電阻較小，流過碳刷電流較大；碳刷溫度最低幾個碳刷刷握與集電環位置如圖中3號碳刷，刷握與集電環中心向上偏2-3度，運行時碳刷與集電環中心垂直，接觸面A3-B3有無傾斜，碳刷與集電環接觸面積最小，在集電環摩擦力作用下不出現卡澀，接觸電阻恒定，流過碳刷電流較小。

檢查刷握時發現刷握內部有一定的毛刺，影響碳刷在刷握里自由移動；刷握內側兩端棱角較鋒利，也影響碳刷在刷握里自由移動。碳刷在彈簧作用力下緊貼集電環運行，集電環運行時有一定擺渡，碳刷在集電環作用力下向后移動時，受到刷握內毛刺和刷握內側棱角影響，碳刷后退摩擦力增大，不能及時后退，在彈簧壓力和集電環反推力作用下，碳刷與集電環緊密接觸，此時在并聯運行的14只碳刷中，此只碳刷接觸電阻最小，大部分勵磁電流通個此碳刷，造成此碳刷溫度急劇升高，使碳刷引線快速燒斷。

刷握與集電環的位置調整不當。因安裝時碳刷架位置調整不當，部分刷握與集電環距離較大，最大達到15mm。集電環與刷握位置調整不當可以使碳刷與集電環之間壓力出現不均，造成碳刷與集電環接觸電阻不均勻，刷握離集電環距離較遠碳刷因彈簧壓力較小易打火，長期打火將損壞集電環，使集電環表面凹凸不平，出現惡性循環。

檢查彈簧發現壓力不勻，主要是受碳刷高溫影響彈簧壓力變低。彈簧在長時間運行發熱，會使彈性變差，以致碳刷與集電環之間的壓力出現不均，從而使得彈簧壓力大的碳刷電流大，彈簧壓力小的碳刷電流小，分布嚴重不均，出現發熱打火現象。

3處理情況

機組碳刷全部更換成同一廠家，同一型號，同一批次碳刷。調整碳刷架位置，使碳刷架中心與機組勵磁集電環中心一致，調整碳刷架至水平。調整刷握與集電環距離保持在4mm，刷握與集電環中心向上偏2-3°，運行時碳刷與集電環中心垂直。彈簧全部更換成壓力相近的新彈簧，確保每個碳刷受力均勻。打磨刷握里的毛刺，刷握內側兩端較鋒利棱角打磨成圓弧狀，讓碳刷在刷握里任何傾斜位置都能靈活移動。對不平整集電環用金剛砂紙進行研磨、拋光，使碳刷與集電環接觸良好。

處理后運行情況：3F機組處理完畢后，空轉一小時對碳刷進行研磨。機組建壓后測量碳刷溫度在40-50℃，碳刷電流在15-20A，比較均勻。空載半小時檢查所有碳刷無異常后并網帶滿負荷運行，碳刷溫度45-55℃，碳刷電流在50-60A。隨后一個月，運維人員每日測量碳刷溫度和電流，將數據進行分析對比，無明顯變化，運行工況良好。

結語

作者通過對此次缺陷分析，需要電站運維人員在更換碳刷、刷握、彈簧時選取材料最優，安裝工藝做到最佳，加強碳刷溫度和電流監視，發現異常及時正確處理，避免缺陷擴大成事故，造成不必要損失。

參考文獻

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