發電機碳刷燒損事件分析及防范措施

韓國強，杜寧寧，胡芮嘉

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發電機碳刷燒損事件分析及防范措施

韓國強1，杜寧寧2，胡芮嘉3

（1.華電國際鄒縣發電廠，山東 濟寧 273522；2.華電國際電力股份有限公司技術服務中心，山東 濟南 250014； 3.國網山東省電力公司鄒城市供電公司，山東 濟寧 273500）

通過一起發電機碳刷燒損案例，分析碳刷、滑環故障原因，提出防止發電機碳刷、滑環故障的運行檢查、檢修維護、應急處理措施。

發電機；碳刷；滑環；有功功率

發電機滑環、碳刷是整個勵磁系統中最薄弱的環節，故障概率高，修復時間長。預防滑環、碳刷發生故障，應執行好滑環及碳刷的日常運行檢查、檢修維護工作。

1 事件經過

2019-02-04T11：20，某電廠#1機組有功功率230 MW，無功功率135 Mvar，發電機勵磁電壓251.2 V，勵磁電流2 089 A。2019-02-04T11：26：58，#1機組跳閘，ETS首出“發電機故障”，鍋爐MFT，DCS報“發電機轉子接地跳閘”。

檢查發變組保護柜，“轉子一點接地保護”跳閘出口，廠用電系統切換正常。就地檢查，#1發電機勵磁小室發電機轉子滑環正極有放電燒損痕跡，刷握下邊緣有明顯灼傷現象，部分碳刷刷辮自根部斷裂，勵磁小室內有碳刷碎塊，如圖1所示。

調取DCS歷史記錄發現，2019-02-04T11：23，#1發電機勵磁電壓由260 V升高至290 V，勵磁電流無明顯變化。轉子一點接地保護動作時，發電機勵磁電壓最高升至414.03 V，勵磁電流2 205 A。

圖1 現場圖

2 滑環及碳刷故障原因分析

#1發電機轉子正極勵磁碳刷及滑環出現明顯燒損現象，分析發電機勵磁碳刷首先出現打火，并迅速發展為環火，碳刷碎裂，刷握局部燒損，轉子一點接地保護動作。

集電環與電刷之間出現火花是運行工況劣化的直接征兆，如果不能及時發現、改善這種情況，火花將迅速擴展蔓延，終至釀成環火。有案例表明從滑環發現火花到形成環火也就十幾分鐘甚至更短時間，最終導致刷握、刷架燒損，甚至損傷集電環及大軸。

造成集電環和碳刷故障、燒蝕的原因有以下幾種。

2.1 碳刷型號選擇不正確

未嚴格執行發電機廠家配套碳刷參數要求；不同廠家、不同型號的碳刷混用，使得碳刷上的電流分布差異較大，甚至出現較多的零電流碳刷，引起大電流碳刷嚴重發熱、打火。

2.2 碳刷壓力調整不當

刷握內使用的恒壓彈簧廠家、參數存在差異，安裝前未統一進行壓力測試；碳刷恒壓彈簧失效，無法保持恒壓力狀態。壓力低的碳刷與滑環接觸不良，容易打火燒蝕滑環，碳刷壓力不均也會導致出現電流分布不均情況。

2.3 刷架、滑環和刷握加工、安裝質量不良

滑環表面光潔度、橢圓度、高低差超差；刷架安裝時和滑環間氣隙控制不均勻；碳刷在刷握內卡阻，自由滑動不暢，運行時會沿徑向呈現明顯擺動，導致接觸不良，滑環過熱。

2.4 日常維護保養工作不到位及維修不及時

碳刷磨損超限未及時更換；勵磁刷架及刷握內碳粉清理不及時；滑環冷卻風道堵塞；發電機軸瓦漏油，滑環與碳刷表面油污積聚；使碳刷與滑環間運行條件變差，過熱、打火甚至燒蝕滑環，進一步加劇發熱。

運行時未及時注意碳刷與滑環的工作狀態，檢修時也未對碳刷、滑環的情況進行認真檢查評估處理，未能及時改善滑環技術狀態。

3 防止滑環及碳刷故障的措施

發電機碳刷是整個勵磁系統中最薄弱的環節，必須按要求執行好滑環機碳刷的運行檢查、檢修維護工作。

3.1 運行中的檢查維護

發電機運行時，運行人員應加強對勵磁電壓、勵磁電流等參數的監視，增加勵磁電壓、電流突變報警功能，發現報警信號及勵磁參數出現較大幅度的變化，應立即查明原因并進行相應處理。

運行每班檢查碳刷的磨耗情況、刷辨有無斷股、碳刷有無跳動、冒火現象，對接近磨損界限的碳刷應予以更換。

每周開展碳刷均流度、滑環溫度檢測，溫度最大值應小于120 ℃。每周對勵磁刷架、滑環進行清掃，防止碳粉、油污積聚附著。每月安排對滑環冷卻風道濾網檢查清理，確保通風順暢。重視碳刷更換工作。堅持選用發電機廠家推薦品牌、型號碳刷，新舊碳刷廠家、型號應一致。新碳刷更換前應進行導電面磨合，使碳刷導電接觸面積不小于70%，且在刷握內活動自由無卡阻。

更換碳刷時，每次只能抽出一個刷握，每個刷握上最多更換2只碳刷，每次每極碳刷更換數量不宜過多。檢查換下的舊碳刷和同刷握的其他碳刷應完好，無裂紋、破損，接觸面平整無溝痕，如發現異常，應查明原因，加強運行中對碳刷、滑環的檢查頻次。

檢查恒壓彈簧應壓在碳刷中部，檢查恒壓彈簧無疲勞、變形、裂紋現象，檢查各碳刷壓力應均勻，碳刷在刷握內活動順暢。

3.2 停機期間的維護檢修

發電機檢修時，應對滑環表面、螺旋溝、通風孔等位置進行徹底清理，并檢查滑環橢圓度、高低差等數據符合標準，檢查滑環表面無劃痕、損傷（溝槽）等情況，表面應平整光滑。如有必要，對滑環進行車磨，處理滑環表面光潔。檢修時對恒壓彈簧壓力用彈簧秤進行測試，對于壓緊力不符合要求的恒壓彈簧及時進行更換。刷架的安裝應確保刷握與滑環間隙滿足規定，且碳刷安裝中心應與滑環中心一致，不得有歪斜現象。結合發電機檢修，定期倒換正、負極滑環極性，避免負極滑環過度磨損。同時應進行發電機勵磁風道清理，防止運行中滑環過熱。

3.3 緊急情況下的處理

發電機出現碳刷振動、電流分布不平衡、滑環溫度高等異常現象時，應盡量減少無功運行，以減小勵磁電流。檢查滑環冷卻風道通風情況；拔出故障碳刷，檢查碳刷接觸面是否有溝槽痕跡和缺損現象；恒壓彈簧壓力是否適合；查清故障原因并采取措施。如果因滑環表面不平整導致碳刷出現冒火星現象，可采用細砂布打磨發電機滑環，改善滑環表面質量。如果打火現象一直無法消除，則應盡快安排停機處理。

2095－6835（2019）07－0154－01

TM311

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.154

〔編輯：張思楠〕