發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷發(fā)熱分析與處理

張萌，唐杰

（北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰荆本?100000）

1 現(xiàn)狀分析

2017年6月以來，1#汽機(jī)發(fā)電機(jī)滑環(huán)碳刷經(jīng)常出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，2017年7月3日維護(hù)人員用紅外成像儀檢測發(fā)現(xiàn)負(fù)極有3只碳刷都在90℃以上，超過平均溫度的2倍。用鉗形電流表檢測電流都在100A以上，超出了平均電流的3倍，且有其它碳刷有不帶負(fù)載現(xiàn)象，測得電流為0A。

2 碳刷和滑環(huán)發(fā)熱的產(chǎn)生發(fā)展過程

碳刷正常運(yùn)行中的最佳溫度一般在50℃左右，碳刷電流的分布趨于平衡，每塊碳刷正常工作電流在20～40A。機(jī)組正常運(yùn)行的應(yīng)具備以下條件：碳刷本身材質(zhì)的電阻；壓簧壓力為180～250g/cm2；氧化膜厚度在25nm左右；接觸面粗糙度Ra不大于1.25μm,不小于0.6μm；碳刷在刷盒中可以自由活動(dòng)且無振動(dòng)卡澀現(xiàn)象；碳刷底部與滑環(huán)表面無碳粉與油污污染；當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行情況下，所產(chǎn)生的熱量由通風(fēng)系統(tǒng)帶走，也就是發(fā)熱與散熱達(dá)到基本平衡。

正常運(yùn)行狀態(tài)下，運(yùn)行負(fù)荷增加時(shí)，電流會(huì)隨之增大，溫度會(huì)有短時(shí)的變化，但是系統(tǒng)依舊可以維持相對(duì)的平衡。當(dāng)出現(xiàn)壓簧壓力變小、氧化膜形成不好、接觸面粗糙度過大或者過小、碳刷在刷盒中卡澀等現(xiàn)象，運(yùn)行負(fù)荷增加時(shí)，系統(tǒng)平衡能力降低，直接導(dǎo)致碳刷電流分布不均，部分碳刷電流達(dá)到甚至超過100A，而另外一些碳刷電流接近于零，致使整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)碳刷出現(xiàn)較大的溫度差，而溫度過高的碳刷可能導(dǎo)致恒壓壓簧壓力衰減，刷盒變形，碳刷在刷盒內(nèi)卡澀，大量碳刷出現(xiàn)不正常的跳動(dòng)，甚至?xí)霈F(xiàn)大量火花，導(dǎo)致刷辮燒斷或者脫辮。

3 運(yùn)行中發(fā)電機(jī)碳刷發(fā)熱原因分析

（1）刷握及恒壓彈簧的原因。壓簧材質(zhì)、工作壓力、碳刷壓簧絕緣墊以及其他一些因素都會(huì)影響刷盒中的恒壓壓簧的使用壽命。刷盒中的恒壓壓簧使用一定時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)壓力不均、變形、裂紋、散簧等情況，導(dǎo)致恒壓壓簧壓力存在偏差，使碳刷分流不均勻，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重超溫現(xiàn)象。而個(gè)別碳刷因壓力小，幾乎沒有電流通過。例如：碳刷壓簧絕緣墊脫落或者過熱損壞，壓簧流過電流使壓簧失去彈性，也會(huì)縮短壓簧使用壽命，最終導(dǎo)致碳刷分流不均。

發(fā)電機(jī)刷握底端卡板大部分不能正常使用，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間由于轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)，刷握在裝取時(shí)會(huì)導(dǎo)致碳刷崩角甚至斷裂，破碎的邊緣為高速氣流提供了入口，使碳刷與滑環(huán)之間形成了空氣薄層，導(dǎo)致接觸壓降急劇增加，摩擦系數(shù)急劇降低，使碳刷運(yùn)行很不穩(wěn)定，造成電流分布不均勻。另外，由于灰塵清理不及時(shí)，碳刷在刷握盒中會(huì)出現(xiàn)卡阻情況導(dǎo)致碳刷失效，致使其它碳刷分配的電流增加、溫度增加。

（2）轉(zhuǎn)子滑環(huán)通風(fēng)不暢。轉(zhuǎn)子滑環(huán)之間裝有1只離心式風(fēng)扇，通過進(jìn)、出口風(fēng)道帶動(dòng)風(fēng)循環(huán)。在滑環(huán)上開有許多斜向通風(fēng)小孔，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)外部風(fēng)進(jìn)入冷卻槽對(duì)發(fā)電機(jī)集電環(huán)進(jìn)行冷卻。發(fā)電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，滑環(huán)表面由于碳粉進(jìn)入滑環(huán)通風(fēng)小孔在孔口堆積，致使通風(fēng)小孔口堵塞，導(dǎo)致熱風(fēng)引導(dǎo)不暢，破壞了風(fēng)循環(huán)。

通風(fēng)冷卻進(jìn)出風(fēng)道采用下進(jìn)風(fēng)下出風(fēng)結(jié)構(gòu)，管道拐彎曲折、通風(fēng)阻力大，加劇外罩小室內(nèi)負(fù)壓情況，且進(jìn)出風(fēng)口均在中間層，冷熱風(fēng)易混流、噪聲會(huì)疊加增大，同時(shí)中間層油污大、灰塵多，會(huì)污染滑環(huán)小室環(huán)境，引起積塵或油污，從而導(dǎo)致滑環(huán)與碳刷導(dǎo)電接觸不良、載流分布不均勻。

（3）油污的原因。由于發(fā)電機(jī)軸瓦處于排煙末端，軸瓦內(nèi)負(fù)壓本來就小，再加上軸瓦上部的排煙管堵塞或排油煙風(fēng)機(jī)效率較低的原因，致使軸瓦內(nèi)的油煙從油檔齒處向外冒出?；h(huán)小室運(yùn)行中處于負(fù)壓狀態(tài)，故油氣通過轉(zhuǎn)子大軸被吸入到滑環(huán)上，導(dǎo)致滑環(huán)表面氧化膜呈現(xiàn)“鏡面”現(xiàn)象。“鏡面”導(dǎo)致碳刷在滑環(huán)表面“打滑”。

（4）轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面氧化膜的原因。發(fā)電機(jī)滑環(huán)上的氧化膜實(shí)際是一層貴金屬薄膜，主要增加導(dǎo)電性。氧化膜的厚度會(huì)影響電流傳遞的程度。氧化膜的光潔度也會(huì)影響，一般對(duì)氧化膜光潔度要求在Ra0.8以上，除此之外，還要考慮氧化膜的附著力。夏季機(jī)組停機(jī)期間空氣濕度大，導(dǎo)致滑環(huán)表面出現(xiàn)銹跡現(xiàn)象，破壞了氧化膜。另外，碳刷質(zhì)量不過關(guān)也會(huì)造成滑環(huán)表面的損傷破壞了氧化膜。

4 發(fā)電機(jī)碳刷發(fā)熱處理方法

（1）刷握及恒壓彈簧處理。盡量使用發(fā)電機(jī)原廠的刷握，不能隨意更改刷握的廠家和型號(hào)。對(duì)卡板進(jìn)行維修，卡板的作用是將碳刷控制在刷握上，在安裝時(shí)不會(huì)上下活動(dòng)，為避免碳刷直接在壓簧的作用下打到集電環(huán)上，取刷握時(shí)會(huì)將碳刷固定在刷握上，以保證安全。定期對(duì)刷握進(jìn)行灰塵清理，碳刷在刷握內(nèi)應(yīng)上下活動(dòng)自如，碳刷與刷握的間隙應(yīng)為0.1～0.2mm，碳刷應(yīng)無跳動(dòng)、搖擺或卡澀的情況。

（2）轉(zhuǎn)子滑環(huán)通風(fēng)不暢處理。為緩解滑環(huán)小孔的堵塞情況，可定期應(yīng)用干凈干燥的壓縮空氣來吹滑環(huán)積粉或者積灰，停機(jī)之后對(duì)滑環(huán)小孔是否疏通進(jìn)行及時(shí)檢查。對(duì)滑環(huán)小室外罩進(jìn)行改造，新設(shè)計(jì)的通風(fēng)冷卻進(jìn)出風(fēng)道采用上進(jìn)風(fēng)下出風(fēng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在外罩小室頂部，減少通風(fēng)管道彎折程度，防止噪聲疊加增大，并增加進(jìn)風(fēng)口噪聲吸音結(jié)構(gòu)，以降低噪聲等級(jí)，而出風(fēng)口仍然布置在中間層，最終達(dá)到減小管道通風(fēng)阻力、避免冷熱風(fēng)混流、降低噪聲等級(jí)、消除油污灰塵影響。對(duì)進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng)給予定期檢查與清理，確保進(jìn)風(fēng)的風(fēng)量和清潔性（圖1）。

圖1

（3）油污的處理。在發(fā)電機(jī)大修的時(shí)候，對(duì)軸瓦油檔進(jìn)行檢查、清理，并且調(diào)整密封間隙。將滑環(huán)室的3齒風(fēng)擋密封改為5齒，同時(shí)對(duì)密封間隙進(jìn)行調(diào)整，減少油氣的進(jìn)入。適當(dāng)減小其他軸瓦的負(fù)壓，使發(fā)電機(jī)軸瓦負(fù)壓增大。

（4）轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面氧化膜的修復(fù)。在發(fā)電機(jī)停機(jī)盤車期間，用清潔磨石壓在滑環(huán)表面上，然后沿著滑環(huán)旋轉(zhuǎn)方向慢慢地來回移動(dòng)，以使離心壓力與正常運(yùn)行中的一樣，時(shí)間一般在3～5min，并使每一槽都得到修整。

（5）經(jīng)上述方法處理后統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，1#汽機(jī)發(fā)電機(jī)滑環(huán)碳刷電流的分布更趨于平衡，沒有再出現(xiàn)碳刷超溫的情況，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)一步得到了改善。

5 運(yùn)行中發(fā)電機(jī)碳刷維護(hù)與措施

（1）加強(qiáng)碳刷和刷盒管理。應(yīng)建立發(fā)電機(jī)電刷使用臺(tái)賬，電刷更換后應(yīng)進(jìn)行記錄。記錄的內(nèi)容包括機(jī)組號(hào)、電刷組號(hào)和編號(hào)、電刷型號(hào)、更換的電刷數(shù)量及編號(hào)、更換碳刷的原因。管理人員要經(jīng)常檢查電刷的使用情況，及時(shí)補(bǔ)充電刷備品和維護(hù)工具。

（2）建立碳刷和滑環(huán)溫度、電流定期測量工作制度。用遠(yuǎn)紅外測溫儀，測量和掌握集電環(huán)表面無過熱現(xiàn)象，刷架溫度應(yīng)不高于120℃，刷體溫度控制在不大于80℃，用直流鉗形電流表對(duì)每個(gè)碳刷進(jìn)行測量，碳刷電流控制在20～100A，并做好測量記錄。定期對(duì)滑環(huán)和所有碳刷的溫度和電流進(jìn)行測量并且詳細(xì)記錄，根據(jù)測量結(jié)果分析碳刷運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對(duì)運(yùn)行狀況差的碳刷進(jìn)行調(diào)整。

（3）及時(shí)更換短電刷，每次更換20%的碳刷（即每臺(tái)機(jī)的每個(gè)刷桿的20%）。使用新碳刷前必須要用磨刷機(jī)打磨，以保證碳刷和滑環(huán)表面接觸達(dá)到70%后進(jìn)行更換；領(lǐng)用新碳刷時(shí)應(yīng)該首先進(jìn)行碳刷阻值測量，并將阻值相同的碳刷分別編號(hào)存放。更換碳刷時(shí)，必須在同一極滑環(huán)使用同一阻值的碳刷，嚴(yán)禁不同阻值的碳刷在同一極滑環(huán)上使用，且每個(gè)碳刷均應(yīng)標(biāo)明阻值。

6 結(jié)語

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，對(duì)發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。所以，為了保證發(fā)電機(jī)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，日常維護(hù)工作中需要定期監(jiān)視集電環(huán)和碳刷的運(yùn)行情況，若出現(xiàn)發(fā)熱情況需要及時(shí)處理。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷運(yùn)行中大部分會(huì)用紅外測溫儀對(duì)碳刷進(jìn)行定期測量溫度，查看其是否存在發(fā)熱情況，同時(shí)用鉗形直流表測量各個(gè)碳刷上承載的電流，盡可能使各個(gè)碳刷上承載的電流均衡。當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷溫度過高時(shí)，一定要采取相應(yīng)的措施控制溫度，降低溫度。碳刷溫度過高時(shí)會(huì)增大碳刷的電阻，會(huì)產(chǎn)生惡性循環(huán)，對(duì)碳刷和滑環(huán)產(chǎn)生破壞，甚至出現(xiàn)環(huán)火，燒掉整個(gè)集電環(huán)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷一旦出現(xiàn)溫度過高的情況，必須采取一定的措施，查找問題原因，及時(shí)處理，保證碳刷的安全穩(wěn)定運(yùn)行。