汽轮发电机碳刷电流偏差大原因分析及处理

王俊华

（三门峡华阳发电有限责任公司，河南 三门峡 472000）

汽轮发电机碳刷电流偏差大原因分析及处理

王俊华

（三门峡华阳发电有限责任公司，河南 三门峡 472000）

本文结合三门峡火电厂发电机的实际运行情况，针对发电机碳刷电流分布不均偏差大的现象，从碳刷刷握材质、恒压弹簧压力、运行维护管理及人员维护观念等方面进行原因分析，并以此为依据采取了相应措施消除电流偏差大现象，对于防止发电机碳刷发生冒火，彻底避免碳刷——滑环烧损引起的发电机失磁，转子短路事故的发生具有一定的借鉴意义。

发电机；碳刷；电流；偏差；冒火；滑环；刷握；恒压弹簧

0.前言

大型汽轮发电机碳刷和滑环正常情况下，运行比较稳定，维护工作量也较小。但碳刷和滑环是发电机中动静接触和交换能量的设备，因受其通流的大小、碳刷的压力、碳刷与滑环表面的磨损以及本身制造工艺等因素影响，在长期运行中，会发生碳刷电流分布不均匀，造成个别碳刷带大负荷电流，容易在碳刷和滑环之间发生冒火，若没有及时发现隐患并进行处理，将有可能形成恶性循环，严重时将形成环火造成发电机滑环烧毁、被迫停机的事故。通过认真分析碳刷电流分布偏差大的原因，并采取相应的处理办法，可以有效地防止发生滑环冒火，避免进一步烧损滑环的恶性事故。

1.设备状况

三门峡电厂一期＃1、2机为东方电机厂生产的300MW汽轮发电机组，型号：QFSN-300-2-20型，发电机为发变组单元接线，于95年11月相继投产，后经增容升级改造为330MW。发电机励磁系统是带有永磁付励磁机、交流主励磁机，静止整流器的“三机励磁”系统。 主励磁机输出的交流电流，由三相全波桥式接线的硅整流柜整流后，经发电机碳刷供给发电机励磁；交流主励磁机的励磁电源由中频永磁付励磁机输出的交流电，经励磁调节器的可控硅整流桥整流后，经主励碳刷供给。发电机和主励碳刷型号均为NCC634；规格为25×32×65。发电机每极36支碳刷，两极共72支；主励每极4支，共8支。

2.发电机碳刷电流异常情况

2015年8月，公司运行人员在进行#1、2发电机碳刷维护时多次发现碳刷电流偏差大，部分出现与滑环接触面的边角出现碎裂现象。最大的单支碳刷电流达125A，最小电流达5A甚至为0A，经活动调整后有所好转，但经过几个小时运行，就又发现电流偏差大的现象又出现了，最严重时发生过主励磁机一极4只碳刷电流有3支碳刷都没有电流，一支碳刷电流非常大。单支碳刷通过较大的电流会造成碳刷接触面通流密度增大，根据Q=I2RT，发热量跟电流的平方成正比，积聚的热量无法散发出去时，温度急剧升高，碳刷与滑环接触面就会产生火花。另外火花的产生后，使碳刷工作环境更加恶劣，从而恶性循环，使碳刷冒火花更严重。并且在如此大电流下将造成碳刷刷辫烧断。碳刷烧断后其分摊大电流又转移到其他碳刷上，造成其他碳刷也发生如此情况，形成恶性循环，严重时将形成环火造成滑环烧毁、被迫停机的事故。

3.发电机碳刷电流分布不均偏差大原因分析

为防止进一步发演化成碳刷冒火，严重的话会引起发电机滑环烧损事故，我们及时对碳刷电流偏差大这一异常现象进行分析讨论。

（1）碳刷方面

我公司机组使用的碳刷为摩根公司生产的NCC634 25×32×60型碳刷，在更换碳刷时严格按照要求选用的是同厂家、同型号、同批次的产品，一次更换数量不得超过单极总数的10%，并保证新换碳刷的接触面不小于80%。发生电流分布不均现象后，专门找质量技术部门对使用的碳刷进行了检测，检测结果显示碳刷的电阻率、硬度、接触压降、摩擦系数等参数均合格，碳刷外形尽寸均符合要求，故可排除碳刷质量问题。

（2）刷握方面

根据最新的JB/T-2361-2007《恒压刷握》标准要求，刷握的材料要求为铸铝黄铜、铸硅黄铜、铸铅黄铜、铸铝合金或黄铜板，通过检查发现我公司#1、2机刷握使用的材质为生铝材质，经询问生产厂家得知，我厂这两台300MW生产于20世纪90年代计划经济时代，在当时我们国家铜材料相对缺乏，当时国内生产的刷握大多为生铝材质。生铝材质的刷握由于强度和耐温值低，随着使用时间的增长，特别工作环境温度高的情况下，刷握会发生变形。拿一个标准的25×32×60mm尺寸的碳刷和一个更换下来刷握做试验，发现碳刷不能顺利的插入刷握内，卡涩相当严重，经与运行值班人员了解，每次更换碳刷均需用砂纸对碳刷进行打磨方可将碳刷插入到刷握内，好象上班以来都是这样做的，大家也形成一种观念就是更换碳刷就必须进行刷体的打磨。人为打磨碳刷就会因人不同而打磨出来的效果不同，技术水平高的可能打磨的碳刷能做到刷体与握间隙0.2mm左右标准；有人打磨碳刷与刷握间隙较大，在运行中就会出现碳刷与滑环接触面的边角被打碎现象；还有人打磨出来碳刷上粗下细，有点象四棱锥体，这样的碳刷在运行一段时间后就会卡在刷握内而不会有电流或电流较小，维护人在进行碳刷活动调整时，由于活动碳刷一般都拿住刷辫向上提来活动，由于碳刷上粗下细，向上提活动时不存在阻力，所以不容易发现这样的碳刷存在卡涩现象，这样就造成有部分碳刷电流过小或没有电流通过，活动调整后有好转，但运行一段时间就又出现了电流小的现象。

（3）弹簧方面

碳刷电流分布不均的另一个原因为碳刷恒压弹簧压力偏低。我们使用数显式推压力计测量出我们厂#1、2机正在使用的双圈均弹簧的单圈压力为0.67kg，而碳刷厂家建议采用的恒压弹簧单圈达到1.0kg压力的压簧。均压弹簧压力降低的原因可能是长时间工作环境温度高造成弹簧本体弹性变差，压力降低；也可能是选用的弹簧本身设计的压力不够造成的。

（4）滑环方面

碳刷电流分布不均的第三个可能原因为滑环氧化膜被油气污染，由于滑环靠近发电机的轴承，如若发电机轴承在运行中发生渗漏油现象，油气就顺着滑环的冷却风道而进入到滑环表面而污染滑环氧化膜，造面部分碳刷电流可能会降低。通过使用清洁磨石和粗布对滑环表面进行擦拭检查，不存在油迹，可判定我厂#1、2发电机滑环不存在油气污染问题

（5）刷架方面

通过检查发现机组在运行中有部分端部的碳刷与滑环的接触面超过了滑环的边缘，这样在运行一段时间后，就会造面碳刷表面碎裂现象发生。分析这样的原因为在机组停机检修时有时会调整刷架，在调整刷架没有考虑到机组整体轴向位移的变化。机组运行时转子转速为3000RPM，由于泊桑效应，转子长度在静止时比运行时长，在静止时定的刷架位置与运行时偏差大，可能会造成在运行时碳刷部分表面超出滑环边缘，运行一段时间就会发生碳刷表面碎裂现象。

5.处理方法

根据分析的原因有针对性地采取了一些措施进行处理：

（1）排除碳刷质量问题，继续使用目前生产厂家、同型号、同批次的碳刷产品。

（2）利用停机机会对刷握进行更换，使用符合JB/T 2361-2007《恒压刷握》标准要求不易变形的铜质刷握。避免发生因人员打磨碳刷不合适造成的碳刷卡涩和碳刷边角碎裂现象。

（3）对目前使用的恒压弹簧进行全部更换，选用符合标准要求的单圈压力达1kg恒压弹簧。

（4）对运行维护人员进行技术培训，使人们转变更换碳刷必须对刷体进行打磨的观念，符合标准要求的碳刷和刷握间隙在0.2mm～0.4mm，无须打磨碳刷在刷握内也是活动自如，若发生需打磨现象要分析清楚原因，检查确认刷握是不是发生了变形。

（5）制定滑环清擦的定期工作项目，可以使用清洁磨石或是用木块垫上牛仔布或白粗布进行擦拭消除滑环上油气层，可有效改善电流分布。

（6）在进行刷架调整要考虑到转子在运行和静止轴向位移的变化，提前做好数据记录，防止机组运行后出现碳刷接触面偏出滑环边缘造成碳刷碎裂现象发生。

通过实施以上措施，我公司#1、2发电机碳刷电流分布不均偏差大问题得到彻底地根治，目前每支碳刷的电流稳定在30A～70A之间，滑环运行温度稳定。

结语

总之，为了保证大型汽轮发电机碳刷——滑环装置的正常工作，减少发电机非停次数，提高公司整体经济效益，一方面需在设备本身方面进行提高，如选用性能质量好的碳刷、刷握和恒压弹簧。另一方面要规范和提高对碳刷——滑环和运行维护管理工作，及早发现碳刷电流偏差大异常，及时采取措施消除，防止发生碳刷冒火现象，彻底避免碳刷——滑环烧损引起的发电机失磁，转子短路事故的发生。

[1]宋士强，李福林．发电机集电环维护[J]．电机技术，2005（4）：59-60+62．

[2]JB/T-2361-2007，《恒压刷握》国家机械行业标准[S]．

TM312

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