試論發電機集電環發熱現象及其處理

白忠遠

摘要：電刷是發電機中動靜接觸和交換能量的零件。實際運行中，電刷與集電環發熱現象極為普遍，如不及時有效處理，將導致發電機停機，造成不必要的損失，甚至會引起更大的事故。基于此，下面就發電機集電環發熱現象及其處理展開了討論。

關鍵詞：發電機；集電環；發熱現象；其處理

1集電環概述

集電環是一種具有導電性質的金屬環，它和發電機的電刷相連，作為一個中間環節，其作用主要是實現將電流從一端流到另一端。如果發電機運營狀況良好，發電機的電刷在與集電環的接觸運行過程中，就會在二者的接觸面上形成一層氧化膜。該氧化膜能夠改變電刷和集電環接觸時的特性，減少二者之間的摩擦和磨損，從而達到減少機器故障發生率的效果。集電環在運行過程中常常出現的一個問題就是會產生發熱現象，嚴重的還會產生火花甚至燒毀線路和機器，所以，對集電環發熱現象進行原因分析有很大的必要性。

2發電機集電環發熱現象原因及其處理

2.1發電機通風不良導致發熱及處理

通風不良主要是因為冷卻風道堵塞，集電環表面通風溝、通風孔堵塞、循環風扇風量下降等原因，尤其是當運行集電環表面溫度過高時，導致電刷磨損加劇，碳粉集聚增加，有可能會堵塞上述集電環表面的散熱通道。因此在大小修時，應對集電環表面通風溝、孔以及冷卻風道濾網進行清理，保持通暢。對于經過多次車削的集電環，假如集電環表面的通風溝高度不到5mm，已經車削到頸向限制孔時，就應當按照說明書根據最小使用外徑進行更換，以保證集電環的機械及散熱可靠性。

2.2接觸電阻過大或分布不均導致發熱及處理

發電機在進行電流輸送時必須經過集電環和電刷這兩個中間裝置。根據集電環和電刷容量和型號的不同，每個集電環上都會有數十個電刷，在發電機運行過程中，每個電刷所接觸和傳遞給集電環的電阻和電流的大小是不一樣的，這就導致了集電環發熱的不均勻。為了保證電刷均勻接受電阻，對電刷的具體要求是，必須防止電刷出現長短不一或老化的現象，必須對電刷的材質進行測試，要避免出現材質不良或導電性能差的現象。這有這樣，才能保證電刷對集電環傳遞均勻的電流，才能使集電環各部位受熱均勻，散熱均勻。

2.3機械及摩擦散發大量的熱及處理

假如在開機時還未加勵磁，就已經發現集電環與電刷溫度高，或者在進行中溫度過高，撥出幾只電刷后，溫度反而降低，那就基本可以肯定是由于機械及摩擦原因導致的。機械及摩擦導致發熱的情況很復雜，主要有以下幾個方面：（1）電刷接觸面研磨不良或運行中一次更換過多的電刷。運行中更換電刷，在同一時間內，每個刷架上答應更換1～2個電刷。換上新電刷應事先在與集電環直徑相同的模型上研磨好，且新舊牌號須一致。假如在大修時一次更換的電刷很多，應當在投運前沖轉時，為電刷表面形成養護膜留夠充足的時間。（2）電刷與集電環接觸面過小，接觸面積一般不應小于單個電刷潔面的75%。（3）電刷在刷握內應能上下自由移動，其間隙可為0.10～0.20mm。電刷外形要方正，上下端尺寸誤差不得大于0.05mm。（4）刷握與集電環表面間隙過大。由于電刷材質較脆，當刷握不能整體接觸集電環，與集電環呈斜面接觸，輕易照成電刷崩裂的情況。刷握與集電環表面的間隙應符合產品技術要求，當產品無規定時，其間隙可調整為2～3mm厚的橡膠墊附在集電環表面，降刷握抵到橡膠墊上，然后上緊定為定位螺絲，取出橡膠墊。

3發電機集電環發熱現象的防范策略

發電機之所以能實現電能轉換并進行發電，關鍵就在于有集電環這個中間裝置對電流進行輸送。但是，集電環能否實現正常運轉，與發電機所處的運作環境、發電機性能及電刷的性能息息相關。所以，針對集電環產生的發熱現象，必須在綜合分析各方面原因的情況下，提出具有針對性的解決措施。

3.1加強對電刷表面氧化膜的認識

氧化膜是電刷在集電環表面運行時，在二者的接觸面上產生的一層均勻、穩定的復合薄膜。該氧化膜能夠改變電刷和集電環接觸時的特性，減少二者之間的摩擦和磨損，從而達到減少機器故障發生率的效果。另外，氧化膜還有很好的潤滑性能，這主要歸功于氧化膜中的石墨膜，它能實現將電刷和集電環分開的效果，很大程度上降低了摩擦系數，減少了熱量的產生，也起到了減少機器故障發生的作用。集電環發熱現象的產生，與電刷表面的氧化層無法形成有關。氧化膜的形成，必須滿足三個條件：（1）溫度在70℃左右，過高或過低都不易使電刷和集電環的接觸面產生復合薄膜。（2）冷卻空氣必須純凈，不能含有具有污染性的雜質，原因就在于污染性雜質往往具有腐蝕性，不利于氧化膜的產生和保存。（3）空氣的濕度和含氧量都不能太低，只有二者含量適度，才能形成氧化膜生存所必須的氧氣和水分。所以，重視氧化膜產生和存在的條件，能從很大程度上解決集電環發熱的問題。

3.2加大對電刷及刷架產品的質量把關及維護

（1）電刷及刷架產品在選購過程中應嚴格控制質量。由于集電環所產生的發熱現象，與電刷也有很大多的關系。當電刷壓力不均勻時，則會造成電刷阻力不均，相應地就會引起集電環對電流的接受不均，從而造成受熱和散熱不均。因此，必須對電刷的材質、導電性能以及型號等進行嚴格地把控。目前同一品牌的電刷，都是在各個不同的地方、不同的工廠加工的。這就要求在進貨過程中對產品質量嚴格把關，對生產廠家的工藝和質量檢測手段及程序進行了解。（2）生產運行中加強對集電環及電刷的維護管理。加強電刷、集電環系統的專職維護制度，提高專責人的技術水平，嚴格按照汽輪發電機運行規程的要求對集電環、電刷進行檢查和運行維護，一次更換電刷的數量要嚴格控制。另外要積極運用紅外熱成像技術進行集電環、電刷日常的巡檢檢查以及對故障部位有懷疑時作為輔助分析的工具。

4結束語

綜上所述，為避免集電環與電刷發熱，還應該以預防為主，選擇質量合格的刷握和電刷。并且在發電機運行中做好維護管理，經常用遠紅外測溫儀測量，掌握溫度變化，定期測量各個電刷工作電流，調整各個電刷電流基本平衡。

參考文獻：

[1]電機集電環故障處理方法[J].白連慶.設備管理與維修.2012（07）.

[2]集電環及刷握裝置的使用及故障分析[J].陳有志，王東方，王佳斐.防爆電機.2012（03）.

[3]發電機集電環-碳刷裝置的運行維護[J].范文成.現代工業經濟和信息化.2017（14）.

（作者單位：中國大唐集團有限公司赤峰分公司）