淺談碳刷的動(dòng)態(tài)管理

王博宇　劉民

摘 要：碳刷是將勵(lì)磁電流引入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈的重要部件，其與轉(zhuǎn)子滑環(huán)的接觸情況決定了碳刷是否工作穩(wěn)定，而隨著現(xiàn)代大中型汽輪發(fā)電機(jī)容量的不斷增加，勵(lì)磁電流也隨之增大，碳刷的數(shù)量也增多，對(duì)于轉(zhuǎn)子滑環(huán)與碳刷接觸的要求也是越來越嚴(yán)格。軍糧城電廠運(yùn)行部電氣專業(yè)創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)了對(duì)于兩臺(tái)350MW機(jī)組的碳刷的動(dòng)態(tài)管理，取得了很好的效果，現(xiàn)在介紹天津軍糧城電廠完善日常管理的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：碳刷；維護(hù)；動(dòng)態(tài)管理

1 概述

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子碳刷是勵(lì)磁回路動(dòng)靜接觸以及電流傳遞的重要部件，碳刷一般是由石墨制成，石墨是非金屬導(dǎo)電材料，其電阻系數(shù)是金屬銅的400倍，因此在運(yùn)行過程中勵(lì)磁電流在碳刷處產(chǎn)生的電阻發(fā)熱量以及在接觸滑動(dòng)摩擦中產(chǎn)生的接觸電阻發(fā)熱以及機(jī)械振動(dòng)發(fā)熱量很大，使得碳刷成為發(fā)電機(jī)運(yùn)行中最容易損壞的和維護(hù)量最大的部件。而隨著現(xiàn)代大中型汽輪發(fā)電機(jī)容量的不斷增加，勵(lì)磁電流也隨之增大，碳刷的數(shù)量也增多，對(duì)于轉(zhuǎn)子滑環(huán)與碳刷維護(hù)水平的要求也是越來越高。而發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的碳刷運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)是傳統(tǒng)技術(shù)，多年來工藝和技術(shù)水平無實(shí)質(zhì)性突破。所以各方對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)關(guān)注不夠，投入有限，進(jìn)而導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)碳刷事故。在以往全國很多電廠都發(fā)生過因?yàn)榘l(fā)電機(jī)碳刷與滑環(huán)接觸不好造成打火嚴(yán)重甚至環(huán)火情況導(dǎo)致停機(jī)的事情發(fā)生，造成非計(jì)劃停運(yùn)，給企業(yè)在成經(jīng)濟(jì)損失。嚴(yán)重的可能造成轉(zhuǎn)子滑環(huán)燒毀，造成機(jī)組較長(zhǎng)時(shí)間不能恢復(fù)并網(wǎng)，造成嚴(yán)重的后果。因此運(yùn)行人員對(duì)于發(fā)電機(jī)滑環(huán)的日常管理有著重要的作用。

2 碳刷運(yùn)行常見故障運(yùn)行分析

天津軍糧城發(fā)電有限公司五期#9#10機(jī)組是哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的三相隱極式同步發(fā)電機(jī)，型號(hào)為QFSN-300-2，發(fā)電機(jī)采用“水氫氫”冷卻方式。發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-350-2，額定勵(lì)磁電壓368V，額定勵(lì)磁電流為2897A，勵(lì)磁方式為自并勵(lì)靜止勵(lì)磁方式，勵(lì)磁變高壓側(cè)由發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，經(jīng)降壓變后通過可控硅整流裝置通過轉(zhuǎn)子滑環(huán)接入轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈。在兩年多的運(yùn)行時(shí)間里，出現(xiàn)了很多問題，下面進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

2.1 碳刷過熱燒損

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流通過碳刷與轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面的接觸引入轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈，在碳刷和轉(zhuǎn)子滑環(huán)上產(chǎn)生熱量，主要是由三部分組成：（1）由于碳刷的電阻產(chǎn)生電阻發(fā)熱，在實(shí)際運(yùn)用中要求一臺(tái)機(jī)組上所用的碳刷要同樣的品牌規(guī)格，具有相同的電阻；（2）由于碳刷與滑環(huán)表面接觸而產(chǎn)生的接觸電阻發(fā)熱，接觸電阻的大小是與碳刷與滑環(huán)的接觸面積以及壓簧的壓強(qiáng)決定的；（3）碳刷的滑動(dòng)摩擦和機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的熱量。摩擦?xí)a(chǎn)生大量熱，而機(jī)械振動(dòng)的增加會(huì)導(dǎo)致碳刷和滑環(huán)溫度的升高。熱量不能及時(shí)帶走造成碳刷溫度過高會(huì)造成碳刷刷辮燒斷，壓簧和刷握燒紅燒毀等故障，這也是發(fā)電機(jī)碳刷最常見的故障。

2.2 碳刷跳動(dòng)打火

正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)集電環(huán)具有自通風(fēng)表面冷卻的結(jié)構(gòu)，把磨下的石墨碳粉和碳刷發(fā)熱熱帶走，起到清潔冷卻的作用。外面的粉塵伴隨著空氣吸入到滑環(huán)室，附著在刷架上和滑環(huán)上，造成臟污，導(dǎo)致碳刷與滑環(huán)的接觸不良，更造成了打火現(xiàn)象的發(fā)生，打火會(huì)桌上滑環(huán)表面形成電腐蝕痕跡，惡化導(dǎo)電，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致環(huán)火。由于運(yùn)行機(jī)組軸系振動(dòng)的原因，同時(shí)也有碳刷與滑環(huán)角度調(diào)整的問題，可能造成碳刷跳動(dòng)，尤其在開機(jī)沖轉(zhuǎn)的過程中尤為明顯，振動(dòng)嚴(yán)重的時(shí)候可能造成該碳刷碎裂，也會(huì)造成打火。

2.3 碳刷卡澀

碳刷在運(yùn)行中受熱膨脹，如果刷體與刷握間隙不匹配會(huì)造成碳刷膨脹受阻，增加了碳刷與刷握之間的摩擦力，使得碳刷不能在壓簧的作用下滑動(dòng)，造成在刷握中卡澀，同時(shí)卡澀會(huì)造成在這一電刷上電流過小甚至為零，造成其他碳刷上電流增大，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)熱加劇。

2.4 滑環(huán)室空間過小溫度高

發(fā)電機(jī)滑環(huán)室設(shè)立了通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，但是由于實(shí)際維護(hù)的不方便，冷卻效果隨運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)而降低，進(jìn)行造成滑環(huán)室溫度高，尤其在夏天，更是高達(dá)90度以上，加劇了碳刷的發(fā)熱，惡化了工作環(huán)境。

2.5 總結(jié)

在機(jī)組運(yùn)行中，雖然使用同一壓簧、碳刷，但由于碳刷使用時(shí)間長(zhǎng)短不一樣，出廠質(zhì)量有差別，使得碳刷與滑環(huán)間的接觸點(diǎn)電阻不一樣，使得同極滑環(huán)上不同碳刷間電流不均，部分碳刷電流太大，造成壓簧嚴(yán)重受損變形，產(chǎn)生火花。運(yùn)行人員巡檢時(shí)間間隔較長(zhǎng)，很難及時(shí)準(zhǔn)確判斷各個(gè)電刷的工作情況，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)部分碳刷嚴(yán)重過熱情況，也是造成發(fā)電機(jī)滑環(huán)碳刷冒火的原因之一。

3 動(dòng)態(tài)管理

在日常運(yùn)行中，電氣專業(yè)根據(jù)發(fā)電機(jī)碳刷維護(hù)的特點(diǎn)，制定了嚴(yán)格的日常檢查維護(hù)制度，建立了一套完整的碳刷動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)。

3.1 對(duì)于新購進(jìn)的碳刷進(jìn)行驗(yàn)收，測(cè)定碳刷的固定電阻，要符合國家規(guī)定。嚴(yán)格把握碳刷更換工藝，同一臺(tái)機(jī)組使用必須品牌規(guī)格一致的碳刷，選用壓力統(tǒng)一始終的壓簧，保證各碳刷于滑環(huán)的接觸面和接觸壓力一致。

3.2 每班每四小時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)滑環(huán)和碳刷進(jìn)行紅外線測(cè)溫，并在系統(tǒng)中做好登記，根據(jù)負(fù)荷，環(huán)境溫度進(jìn)行比對(duì)，判斷碳刷的工作情況。

3.3 由有經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行人員每班進(jìn)行發(fā)電機(jī)碳刷均流測(cè)量，根據(jù)各電刷的電流判斷其與滑環(huán)的接觸情況。并根據(jù)接觸情況對(duì)碳刷進(jìn)行調(diào)整更換。

3.4 更換維護(hù)做好記錄。根據(jù)碳刷磨損的基本特點(diǎn)，建立了一個(gè)碳刷動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)。就是對(duì)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)集電環(huán)刷架上各部位的碳刷長(zhǎng)度進(jìn)行長(zhǎng)期的抽樣測(cè)量，判斷出每塊碳刷的使用周期長(zhǎng)度。根據(jù)測(cè)量，每塊碳刷的每天的磨損量大約為0.2mm，作為磨損系數(shù)，運(yùn)用ASP語言進(jìn)行編程，可以動(dòng)態(tài)的顯示發(fā)電機(jī)滑環(huán)室刷架上各碳刷的大概長(zhǎng)度。運(yùn)行人員在進(jìn)行專業(yè)工作維護(hù)時(shí)，動(dòng)態(tài)的碳刷長(zhǎng)度顯示柱狀圖會(huì)給運(yùn)行人員以直觀的顯示。當(dāng)碳刷長(zhǎng)度臨近最低限值20%時(shí)，該柱狀圖會(huì)顯示紅色，提醒運(yùn)行人員進(jìn)行更換，在更換后，運(yùn)行人員將該碳刷的更換時(shí)間輸入專業(yè)管理系統(tǒng)，這柱狀圖又恢復(fù)100%狀態(tài)。通過該管理系統(tǒng)不但可以統(tǒng)計(jì)出每塊碳刷的使用周期，對(duì)于提高安全性，節(jié)省碳刷使用費(fèi)用起到了作用。

4 結(jié)束語

由于發(fā)電機(jī)布置的局限性，發(fā)電機(jī)滑環(huán)室布置的比較緊湊，在維護(hù)發(fā)電機(jī)滑環(huán)時(shí)要求很嚴(yán)格，而且運(yùn)行人員的工作環(huán)境比較惡劣，因此在日常測(cè)溫檢查時(shí)應(yīng)提高效率。對(duì)五期兩臺(tái)350MW機(jī)組采取該動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)后，使得運(yùn)行人員對(duì)于發(fā)電機(jī)兩極各塊碳刷的磨損情況有一個(gè)直觀提示作用，同時(shí)長(zhǎng)期來看能夠統(tǒng)計(jì)出各部每塊碳刷的磨損程度快慢，對(duì)于分析各塊碳刷的工作情況，減輕運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，起到了事半功倍的效果。