300mW汽轮发电机碳刷发热的预防与处理

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　　摘要 碳刷作为发电机静止励磁系统中的关键部件，其对机组的安全稳定运行起着举足轻重的作用，而运行中的发电机碳刷发热现象较为普遍，如不能及时有效处理，将会导致事故的发生。本文分析了330mW汽轮发电机碳刷发热的原因，提出了预防措施和处理方法。
　　关键词 发电机；碳刷；发热；处理
　　中图分类号TM311 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）47-0147-02
　　0 引言
　　目前电力系统中运行的300mW汽轮发电机组大多采用静止励磁方式，该方式最终需通过碳刷与滑环的接触将外部励磁电源引入发电机转子绕组，在发电机内部建立旋转磁场进而在定子绕组上感应电势并通过电枢反应的作用实现机械能与电能的转换。在实际运行中，滑环以3 000r/min的转速高速旋转，线速度达60m/s~70m/s，其与固定在静止刷架上的碳刷接触，因摩擦而产生热量；另外励磁电流通过碳刷与滑环时也会因接触电阻而产生热量。产生的热量正常由通风系统带走，以保证设备的正常运行。通过对我公司300mW汽轮发电机组多年来的记录数据进行统计，碳刷正常运行温度一般为50℃~80℃（温升40℃左右），随转子电流、环境温度以及冷却条件而变化；因刷盒使用恒压弹簧，故碳刷上的压力比较均匀，电流分布也比较均衡，每块碳刷工作电流40A~60A；碳刷活动自如且无振动卡涩现象。但若运行中出现碳刷过短、弹簧因使用时间过长使得压力减小、冷却系统异常等，都会引起碳刷的发热。
　　1 引起碳刷发热的因素
　　1）机械件故障。如刷辫部分断裂、紧固螺钉松动、刷握变形、刷握卡固件变形使得刷握在刷架上的位置发生偏移等；
　　2）碳刷卡阻。碳刷通电后，刷体膨胀，易卡在刷握内；部分碳刷由于振动、刷握不垂直等原因，会在刷握一侧的上沿和另一侧下沿产生明显卡阻，这几种形式卡阻，用钳形电流表仍可测得电流，易被误导。此时碳刷已失效，致使其它碳刷分配的电流增加，发热增加；
　　3）碳刷压力减小。虽然为恒压刷握，但各个弹簧压力存在差异，压力小到一定程度，接触不稳定，接触压降增大，发热明显增加；同时由于弹簧压力不足，增加了碳刷侧面摩擦阻力，碳刷易被卡在刷握内；
　　4）碳刷接触面形成气膜。碳刷在允许最大速度下运行，很容易在接触面产生气膜和跳动，流过碳刷的电流不稳定。在滑环表面增加通风槽虽可破坏气膜，但使碳刷实际的接触面积减小，接触电阻增大；
　　 5）滑环氧化膜的形成。机组停用时间长、滑环氧化膜太厚，使得接触电阻增加；
　　 6）电流平衡的破坏。一般情况下，碳刷与滑环的接触紧力较大，接触压降小，所有碳刷工况相近，每块碳刷的电流接近相等，刷体的平均温度较低，碳刷间电流相对稳定平衡。运行一段时间后，出现氧化膜、气膜、卡阻、碳刷磨短或弹簧压力降低，碳刷接触面的接触紧力减小，碳刷间电流重新分配，各碳刷的电流差别增大并处于不稳定平衡。这个阶段时间长，逐渐变化，不容易被发现。当环境温度升高或励磁电流增加时，就会引起碳刷过热。
　　2 发电机碳刷发热的预防
　　2.1 做好日常维护
　　1）检查碳刷有无冒火花现象，如出现火花，应进行处理；
　　2）检查碳刷在刷握内应能上下活动，不得有摇摆或卡住的情形；
　　3）检查刷辫是否完好，接触是否良好，有无过热现象，如出现发黑或烧伤等现象，则应更换碳刷；运行期间，由于发热或振动使刷握、刷辫的螺钉松动时，应立即紧固；
　　4）检查碳刷的磨损程度，碳刷边缘是否有剥落现象，如果碳刷磨损严重或有剥落时必须更换碳刷；
　　5）检查有无颤振。滑环磨损不均、碳刷松弛、机组振动等原因都会引起碳刷颤振，此时必须将颤振碳刷拔出，检查其表面磨损及损坏情况，重新打磨或更换新碳刷后装入；
　　6）检查刷握和刷架上有无积垢，定期清扫；
　　7）检查滑环表面有无过热现象，其温度应不高于120℃；
　　8）检查碳刷有无过热现象，其温度正常不高于120℃，极限150℃；
　　9）碳刷磨损掉1/2时必须更换，消除碳刷太短、电阻值增大、卡阻、不规则体等现象。
　　2.2 强调注意事项
　　1）正确选配碳刷。检查碳刷牌号，必须使用厂家指定或经试验适用的同一牌号碳刷。碳刷应选择具有良好均流性、摩擦系数小、使用寿命长的；
　　2）每次机组大、小修时都由检修专业人员对冷却风扇、滑环、刷架、刷握和碳刷进行检查、清理，保持所有接触面和滑环通风槽的清洁，不积碳粉；
　　3）运行中进行提刷检查时，要戴绝缘手套，穿绝缘靴或站在绝缘垫上；
　　4）运行中更换碳刷时应注意：
　　（1）更换碳刷应至少由两人进行，一人工作，一人监护；
　　（2）视情况适当降低无功；
　　（3）做好安全措施，扣好袖口，防止衣服等物被机器挂住，女工发辫应盘好放在帽内；
　　（4）工作人员应站在绝缘垫上，不得同时接触两极或一手接触碳刷一手接地；
　　（5）一般情况下，在同一时间内每极更换碳刷不超过4块，且新旧型号必须一致；
　　（6）更换后的碳刷在刷握内应能自由活动，并及时用钳形电流表测量新换碳刷的电流，保证其与滑环接触良好；
　　（7）更换碳刷时应对刷握和弹簧进行检查，发现损坏、老化及时联系检修更换。
　　3 碳刷发热的处理
　　1）检查发热原因，采取措施，通过减少发热源、加强通风，改善碳刷、刷握的工作条件；
　　2）在保证机组正常运行的情况下，适当减少励磁电流，以降低碳刷的工作电流，减轻发热程度；
　　3）当发热处于初期，发热温度不高于100℃时，可以采用调整部分工作不良碳刷，优化电流分配的方法；如更换磨损严重、工作电流小的碳刷；重新打磨卡阻的碳刷；调整或更换老化的刷握弹簧；
　　4）若发热严重时，应准确判断引起发热的碳刷并将其拔除，使其他碳刷进入正常工作状态。处理的关键是要做出准确判断，故障碳刷一般表现为振动、电流相较平均值差别大、温度高于平均温度等。如不能准确判断，可用试验的方法，每隔一段时间依次取出一只刷盒，直至整体温度出现明显降低。待系统温度恢复正常后，再将处理好的碳刷重新装上。此时不可强行更换大量碳刷，因新换碳刷与滑环接触面积较小且不光滑，无论其分配的电流多少，其温度都较高；
　　5）清理通风口，保持风道畅通。必要时打开消音罩门，加强通风，但此时应做好防护措施，以防周围杂物吸入。
　　参考文献
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　　[3]李伟清，王绍禹.发电机故障检查分析及处理[M].北京：电力工业出版社，1995.

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