發(fā)電機(jī)碳刷的日常維護(hù)與運(yùn)行

王德興

摘 要：碳刷是發(fā)電機(jī)進(jìn)行正常發(fā)電和傳導(dǎo)電流的重要部件之一。因碳刷選取不當(dāng)或是發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中缺乏對碳刷的維護(hù)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出現(xiàn)的滑環(huán)和停機(jī)的現(xiàn)象會給企業(yè)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，所以說碳刷在發(fā)電機(jī)中能否良好正常的運(yùn)行，直接影響著發(fā)電機(jī)運(yùn)營的安全。我們要高度重視發(fā)電機(jī)碳刷的運(yùn)行維護(hù)，并積極進(jìn)行技術(shù)改造，治理存在的問題、積累豐富的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：碳刷；打火；維護(hù)

眾所周知，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組通電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)出電力，而電流則必須通過碳刷才能引入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，因此碳刷作為發(fā)電機(jī)組的重要部件起著不和或缺的關(guān)鍵作用。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組以3000r/min的速度高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使得與之直接接觸并處于靜止?fàn)顟B(tài)的碳刷消耗量較大。同時(shí)，在運(yùn)行中由于高速摩擦、使用環(huán)境、碳刷本身特性、人為等因素造成的碳刷溫度高、通過電流大和電流分布不均勻等現(xiàn)象，也直接威脅著機(jī)組的安全運(yùn)行。本文主要探討發(fā)電機(jī)碳刷的日常維護(hù)與運(yùn)行。

1碳刷在現(xiàn)場運(yùn)行中出現(xiàn)的問題分析

發(fā)電機(jī)碳刷在使用中出現(xiàn)了各個(gè)碳刷電流分布較不均勻的問題，個(gè)別碳刷載流量超高，且調(diào)整后維持時(shí)間較短的問題，直接導(dǎo)致部分碳刷溫度驟升，曾高達(dá)230 ℃左右。勵(lì)磁電流分布在每個(gè)碳刷上的電流平均值應(yīng)接近，但實(shí)際的電流分布的很不均勻，若通過調(diào)整其壓簧壓力不能增加其載流量，由此現(xiàn)象基本能夠判斷是集電環(huán)偏心度誤差大的因素。因?yàn)閭€(gè)別碳刷載流量較大，勢必造成其溫度過高、刷辮變色嚴(yán)重等現(xiàn)象，并伴隨出現(xiàn)了碳刷打火、振動(dòng)，甚至是刷辮燒斷，運(yùn)行人員頻繁調(diào)整，但是效果并不明顯，徒增運(yùn)行維護(hù)量。機(jī)組在強(qiáng)勵(lì)時(shí)，很可能因?yàn)樯贁?shù)碳刷過多的承載電流而導(dǎo)致刷辮燒斷，最終導(dǎo)致機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)崩潰。

發(fā)電機(jī)都出現(xiàn)過原來用于壓緊碳刷的彈簧，因碳刷的跳動(dòng)使彈簧被彈出，起不到壓緊碳刷的作用；況且彈簧因受熱性能改變，壓力漸漸失常，雖然在運(yùn)行中控制彈簧壓力選取在94～125 kPa之間，但最終仍出現(xiàn)了較大偏差，造成碳刷的電流分布不均，導(dǎo)致一些碳刷過流、發(fā)熱乃至出現(xiàn)打火現(xiàn)象。但是由于碳刷布置的位置不同，整個(gè)刷架的自重使位于滑環(huán)上下部的碳刷所施壓力是不一樣的，致使各碳刷電流仍非絕對均勻。在滑環(huán)上發(fā)生連續(xù)火花而轉(zhuǎn)變?yōu)榛⌒位鸹?，是因?yàn)榇罅刻妓⒍即嬖诖罅棵盎鸲纬傻?，發(fā)電機(jī)就因碳刷環(huán)火曾造成發(fā)電機(jī)大軸燒損的事故，發(fā)生連續(xù)火花除了正常接觸不良之外，碳刷過軟將產(chǎn)生碳刷發(fā)生端部破裂、損壞。

2解決方法

發(fā)電機(jī)電刷裝置的安裝位置不對，使得碳刷中心與滑環(huán)中心線不垂直，造成碳刷與滑環(huán)表面摩擦的受力不均勻，出現(xiàn)打火現(xiàn)象?？梢岳猛C(jī)機(jī)會重新配置刷框位置，并使其與滑環(huán)中心線垂直。發(fā)電機(jī)滑環(huán)由于各種原因造成失圓后，造成碳刷跳動(dòng)，打火更加嚴(yán)重，給運(yùn)行維護(hù)帶來不利。在停機(jī)時(shí)應(yīng)檢查滑環(huán)的狀態(tài)，用千分表測量滑環(huán)表面的擺度（最大值與最小值之差）不應(yīng)超過0.05 mm（3 000 r/min）或0.07（3 000 r/min）；滑環(huán)表面凸凹不平，光滑度應(yīng)不超過0.5～1.0 mm。否則，應(yīng)對發(fā)電機(jī)滑環(huán)進(jìn)行車削、復(fù)圓，并進(jìn)行研磨剖光。

發(fā)電機(jī)都不同程度地出現(xiàn)過碳刷引線、引線和接線端子的固定螺絲松動(dòng)甚至脫落的情況，原因是在長期高溫運(yùn)行及高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)下可能造成個(gè)別碳刷的引線松脫或緊固螺絲松動(dòng)，使得接觸電阻增大，溫度升高。應(yīng)加強(qiáng)巡回檢查，在檢查時(shí)應(yīng)試?yán)魈妓⑺⑥p，發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)、脫落時(shí)應(yīng)立即予以緊固，刷辮變色的應(yīng)予以更換，在更換新的碳刷時(shí)還應(yīng)檢查同一組的其他碳刷連接是否緊固。

碳刷和滑環(huán)表面臟污，碳刷和滑環(huán)在長期運(yùn)行中，由于積灰和碳刷粉末加上軸承座軸封處漏出的油氣侵入，會在碳刷和滑環(huán)表面聚集許多油污，阻塞滑環(huán)通風(fēng)孔，使得碳刷溫度升高，可能在個(gè)別甚至全部碳刷上發(fā)生火花。應(yīng)對碳刷及滑環(huán)表面進(jìn)行定期吹掃擦拭，保持其清潔干凈。吹掃時(shí)應(yīng)使用潔凈的壓縮空氣（無油、無水），壓縮空氣壓力應(yīng)在250～300 kPa/cm2。使用毛刷時(shí)應(yīng)注意防止刷毛脫落，尤其是卡入碳刷與刷框間。滑環(huán)擦拭應(yīng)注意大軸轉(zhuǎn)向，擦拭時(shí)，帆布呈順轉(zhuǎn)向拖拽方向，防止帆布脫落卷入滑環(huán)內(nèi)。當(dāng)需要沾酒精擦拭時(shí)，應(yīng)在無火花時(shí)進(jìn)行。將碳刷及滑環(huán)表面進(jìn)行吹掃擦拭工作列入定期工作。

碳刷在刷握中卡澀，電流減小。由于所使用的個(gè)別刷握內(nèi)部不光滑，在更換碳刷時(shí)都要對碳刷進(jìn)行人工打磨，因而碳刷表面很難達(dá)到平整光滑，碳刷與刷握的接觸面很難達(dá)到要求，在運(yùn)行中經(jīng)常會出現(xiàn)卡澀。應(yīng)盡可能選用與刷握相匹配的碳刷，使碳刷在刷握內(nèi)有0.1～0.2 mm的間隙，并利用停機(jī)的機(jī)會將刷握內(nèi)側(cè)表面打磨光滑。運(yùn)行中要經(jīng)常檢查使碳刷在刷握內(nèi)活動(dòng)自如，并且在選擇電刷時(shí)應(yīng)選擇電刷基體中鱗片石墨量偏高、自潤滑性能好的碳刷。

碳刷在刷握中振動(dòng)造成碳刷冒火，由于刷握與滑環(huán)間的距離相對較遠(yuǎn)，基本上都在1 mm以上（安裝標(biāo)準(zhǔn)值為2～3 mm），當(dāng)碳刷磨損到一定程度的時(shí)候，刷握對碳刷的固定作用變差，使碳刷在刷握中隨著電機(jī)的旋轉(zhuǎn)而振動(dòng)冒火，有些碳刷甚至出現(xiàn)個(gè)別邊角被打掉的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。因此在檢查中對于碳刷長度磨損至規(guī)定值時(shí)（碳刷長度的1/3）應(yīng)及時(shí)更換，同時(shí)在安裝時(shí)應(yīng)合理調(diào)整刷握與滑環(huán)的距離，保持2～3 mm的間距。由于原始彈簧與電刷無絕緣，電流流經(jīng)彈簧，一方面使彈簧發(fā)熱變軟、失去彈性；另一方面導(dǎo)致電刷的電壓降增大，不利于碳刷的工作。應(yīng)將彈簧與碳刷絕緣，并注意使各壓簧壓力均勻，其差別不應(yīng)超過5%。

雖然現(xiàn)場碳刷壓簧都已經(jīng)進(jìn)行了技改，日常的跟蹤仍在深入進(jìn)行， 每日加強(qiáng)對發(fā)電機(jī)碳刷的檢查，尤其是啟機(jī)后、高峰時(shí)對碳刷進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)困難的，可以通過消除卡澀、均衡碳刷氧化膜、更換壓簧位置等方式消除異常情況。由于滑環(huán)電阻率不均、環(huán)氧化膜不均勻的原因，在日常維護(hù)中要及時(shí)發(fā)現(xiàn)因軸向位移變化引起的碳刷跳動(dòng)和磨損，避免引發(fā)嚴(yán)重后果，因發(fā)熱依舊能夠使得彈簧的特性發(fā)生改變，所以采用更好的彈簧之后，我們應(yīng)認(rèn)識到影響彈簧特性的因素：高溫、金屬疲勞、刷架偏心度等。

3結(jié)論

經(jīng)過采取以上方法及數(shù)據(jù)可以說明，經(jīng)過多次碳刷改造，發(fā)電機(jī)的碳刷維護(hù)、調(diào)整取得了長足的進(jìn)步，基本能夠保證碳刷電流的分布均勻，形成了一整套行之有效的運(yùn)行維護(hù)機(jī)制，因此，在發(fā)電機(jī)碳刷的運(yùn)行維護(hù)調(diào)整上已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和調(diào)整手段。在正常的環(huán)境溫度情況下，滑環(huán)、碳刷運(yùn)行最高溫度在60～70 ℃之間，且消除了碳刷打火現(xiàn)象，在繼#3發(fā)電機(jī)大軸、滑環(huán)燒傷事件之后，多年來未出現(xiàn)滑環(huán)燒傷事件。在碳刷的維護(hù)管理上，開始對彈簧進(jìn)行技術(shù)數(shù)據(jù)積累，對其使用壽命、壓力變化特性以及彈簧片疲勞特性進(jìn)行把握，并由此掌握彈簧性能變化的前期診斷技術(shù)，以確保彈簧良好的工作狀態(tài)。此外再通過降低碳刷振動(dòng)幅度和頻度、通過改變碳刷與滑環(huán)接觸面積改善電流分布等方法，開始著手進(jìn)行摸索和試驗(yàn)，爭取在任何情況下緩解碳刷所出現(xiàn)的打火、振動(dòng)、損壞嚴(yán)重等問題。

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