发电机碳刷发热原因（精选4篇）
发电机碳刷发热原因 篇1
发电机的碳刷和滑环是励磁电流通过的关键部位，碳刷装置故障，直接威胁到发电机组的运行安全。碳刷冒火有“时间不定”“恶化迅速”的特点，且在发电厂中较为普遍，严重时导致被迫停机，影响电厂经济效益，危害机组安全稳定运行。正确分析碳刷冒火原因并及时处理故障，在发电机运行可靠性和稳定性中显得尤为重要。
大庆油田热电厂现运行的200MW (QFSN-200-2型)汽轮发电机组励磁系统为静止型三相励磁系统，每台发电机共有76块碳刷(其中主励磁机64块，副励磁机12块)，均匀地分布在各自的滑环上。
1 滑环椭圆度大
《国产200MW汽轮发电机检修工艺规程》规定发电机滑环椭圆度不大于0.05mm，而大庆油田热电厂滑环的椭圆度(见附表)严重超标，其中1号发电机主励磁机滑环椭圆度达0.76mm。由于椭圆度超标，机组旋转时，碳刷不断跳动，使碳刷与滑环间断性接触不良，造成碳刷冒火，严重时会灼伤滑环，甚至产生环火造成跳闸事故。
笔者于2002年4月10日，对1号主励磁机滑环进行了磨削处理，椭圆度从0.76mm降至0.02mm。2002年8月19日对2号副励磁机滑环进行车削处理，椭圆度从0.26mm降至0.01mm。于2003年8月15日对3号副励磁机进行磨削处理，椭圆度由0.37mm降至0.01mm，全部达到了标准。
2 滑环表面光洁度不够
《国产200MW汽轮发电机检修工艺规程》规定滑环表面应光滑平整，光洁度不低于▽7，不平度在0.05mm以下。该厂滑环由于多年磨损和碳刷火花烧蚀等因素，表面粗糙不平，造成碳刷与滑环接触不良而冒火。
用400目水砂纸分别对3台机6个滑环进行了粗略打磨，滑环光洁度有所提高，利用机床对1号发电机主励磁机，2、3号副励磁机的滑环进行了专业的抛光，处理后光洁度均在▽7以上。
3 碳粉和其它积垢过多
由于碳刷磨损产生的碳粉堵塞滑环的散热孔造成碳刷过热，滑环与碳刷表面形成氧化膜，使碳刷与滑环接触不良，电阻增大，电流减少，使碳刷失去应有作用。
应定期清扫发电机和励磁机。每次停机后，用压缩空气吹净滑环上的碳粉，取出碳刷用0号细砂布打磨碳刷表面的氧化膜，用不掉纤维的干净白布沾少许酒精对滑环表面进行擦拭。对重度积垢的滑环可用0号细砂布轻轻研磨，然后擦拭干净至光滑为止。
4 刷握弹簧压力不均
《国产200MW汽轮发电机检修工艺规程》规定碳刷与压紧弹簧之间单位压力通常在0.0147～0.02156MPa之间，各碳刷之间的不均压力差应在5%以内。大庆油田热电厂原刷握弹簧采用的是螺旋式弹簧，压力采用手工调整，很难控制恒定，碳刷在运行中压力不均，常常超出规定值，压力大的部位电流分布大，经常发生过热。笔者后来选用华东电力配件厂的弹片式恒压力刷握代替原来的螺旋式弹簧刷握，保证了碳刷压力的恒定。
为了增强碳刷运行可靠性，我们对采用的恒压力刷握进行改进，在恒压力刷握上仿照旧式刷握开了8个小槽。这样，即使弹片出现问题，我们可以立即用原有的螺旋式弹簧代替弹片。
5 碳刷质量不良且与刷握不匹配
在换下的碳刷中发现有许多是崩角的和刷辫与碳刷接触松动的。崩角的原因是碳刷跳动太大或材质不良，刷辫与碳刷连接部分松动会造成接触电阻增加，使碳刷电流分布不均;另外碳刷刷握加工质量不佳，刷握内孔粗糙，有毛刺，使碳刷在刷握内自由滑动不畅，最终卡涩造成碳刷不能均匀分布电流。
对新购进的碳刷进行验收, 测定碳刷的固有电阻值，测量碳刷引线接触电阻，阻值要符合制造厂和国家标准。严格把握更换碳刷工艺，同一台机组使用的碳刷必须保证同厂生产，不可掺插使用。在更换碳刷前，新碳刷要粗磨工作面，磨合过程必须用力均匀、平稳，当碳刷与滑环的接触面达75%以上时粗磨合完成。碳刷在刷握内应有0.2～0.4㎜的间隙，在刷握内上下活动自如。刷握的下边缘和滑环工作表面之间的距离为2～3㎜，距离过小，会碰撞滑环表面，易受损;距离过大碳刷跳动易产生火花。每次更换碳刷不宜过多，一次更换碳刷的数量不得超过单极总数的15%，当碳刷磨损达到整个高度2/3时就需要及时更换。
6 发电机长时间超负荷运行
这会使其励磁电流超过允许值和流过的电流密度超过规定限度而发热冒火。
只要运行人员减少无功负荷，降低励磁电流即可消除。
7 碳刷架位置偏移
检修后，碳刷架位置调整不当或固定螺栓未拧紧，造成碳刷架位置偏移，使碳刷与滑环的接触面减小，电流分布不均。问题严重时，会发生突然性的环火。
对此先调整好刷架正确位置，再拧紧螺栓固定刷架。
8 运行调整不及时，处理不当，造成恶性循环
在发生碳刷火花大或烧断刷辫时，应及时调整和更换碳刷。调整更换碳刷时，应严格按规程规定进行，若调整不及时或处理不当，将会蔓延至其它碳刷，造成更大的火花，甚至造成环火事故。值班人员发现发电机励磁碳刷火花大时，应根据运行规程中提供的方法进行处理。
最后，建议加强碳刷电流的监测和温度的监测。(1)使用直流钳型电流表测量碳刷电流，规定每班测量两次，以便全面掌握每块碳刷的电流分布情况。若碳刷电流在12～80 A，说明运行正常;若碳刷电流出现零和大于160 A，说明运行不正常。超过200A的碳刷很快便会烧断刷辫，碳刷刷辫温度应在40～70℃之间。(2)根据当时的励磁电流，计算每块碳刷的平均电流，及时调整和更换电流过大或过小的碳刷，使每块碳刷电流分布差别不大于10%。其电阻系数为10～16Ω·mm2/m，每对碳刷上的接触压降2.4～3.4V，励磁机碳刷每块分流为24.8A，发电机碳刷分流为50A。
电机碳刷打火原因分析与防范措施 篇2
电机碳刷打火是绕线式电机使用维护过程中最常见的故障, 碳刷打火如果发现及时, 停机更换会影响生产;如果发现不及时, 可能会因为个别碳刷打火导致大面积打火, 进而烧损滑环甚至会烧损电机, 造成更严重的后果。
酒钢宏达建材有限责任公司有25台绕线式高压电机, 均为液阻柜启动或者通过液阻调速, 均为大功率核心设备, 会直接影响生产。前几年, 经常会因为碳刷或滑环故障造成停产, 成为制约稳定生产和电机安全运行的主要因素。
通过两年多的认真分析和实践, 找出了原因, 制定出了相应的措施, 有效防止了故障的发生。
2 故障现象
窑尾收尘风机、高温风机、水泥球磨机、煤磨球磨机滑环系统常见的故障为滑环及碳刷温度无规律性升高 (超过100℃, 个别超过150℃) , 个别碳刷开始打火, 如果不停机处理, 可能会有更多的碳刷打火, 发现不及时就会烧损滑环甚至烧损电机。
生料立磨主电机、矿粉立磨排风机滑环系统常见的故障为除滑环频繁打火之外, 电机启动时滑环放炮。
3 原因分析及故障处理
3.1 碳刷发热的因素
碳刷发热的因素有三部分组成:碳刷自身电阻发热, 碳刷接触压降发热和摩擦发热。
碳刷自身电阻发热的功率:W1=I2R
碳刷接触压降发热的功率:W2=I△E
摩擦发热功率:W3=FV
其中:I为流过碳刷的电流;R为碳刷电阻;△E为接触压降;F为碳刷压紧力;V为碳刷与滑环的相对运动速度。
3.2 滑环、碳刷烧损及滑环放炮原因分析及防范措施
(1) 滑环烧损除了明显的加工精度 (失圆或表面光洁度差) 外, 主要是因为碳刷打火引起, 处理好碳刷打火问题, 滑环烧损、滑环绝缘击穿等问题迎刃而解。滑环表面已经出现熔点或麻坑, 可用砂纸和油石进行打磨处理, 直至表面光滑。
(2) 碳刷打火的主要原因及防范:
a碳刷的更换:一道滑环要选用同一厂家、最好是同一批次的产品, 保证碳刷自身电阻的平衡, 电阻不平衡将导致各碳刷的电流失衡, 电阻较大的碳刷先打火, 该碳刷导电性能变差, 其它碳刷电流相应升高, 滑环温度不断升高, 形成恶性循环;更换前要对碳刷进行打磨, 保证碳刷与滑环有75%以上的接触面, 建议制作固定的模具, 在固定模具上打磨碳刷, 保证碳刷与滑环充分吻合, 保证每个碳刷均有良好的导电性;每道滑环每次更换碳刷的数量不能超过三分之一, 保证有三分之二的碳刷与滑环接触良好。尽管对碳刷进行了打磨, 但是肯定没有滑环与碳刷自身研磨的效果好, 每次更换的数量太多, 就会破坏每个碳刷上的电流分布, 造成滑环与碳刷接触不好的碳刷先打火。
b刷握及压簧的维护
在运行中, 碳刷卡阻是碳刷发热的主要原因。碳刷通过电流后发热, 刷体膨胀, 容易卡在刷握内, 这时拉动刷辫感觉很紧;部分碳刷由于振动、刷握不垂直等原因, 也会发生卡阻现象。因此在安装时, 一定要检查刷握内壁是否光滑, 碳刷与刷握之间一定要有0.1-0.2mm间隙, 拉动刷辫时要活动自如, 刷握要与滑环垂直安装, 刷握下沿与滑环表面的距离调整为2-3mm。在安装前, 通常要对刷握内壁和碳刷的棱角进行研磨, 尤其是新使用的刷握, 保证碳刷在刷握内灵活垂直运动。
压簧压力不均匀或大小不适宜, 也会引起碳刷发热。正常情况下, 压簧压力越大, 接触压降越小, 碳刷发热量小。压力不均匀会导致压力小的碳刷先发热, 从而导致整个滑环发热。因此在安装时, 最好同批更换压簧, 以保证压力均衡, 压簧使用一段时间或受热后压力会有较大变化。要使用弹簧秤定期检测压簧压力, 保证压簧压力基本平衡。
碳刷磨短之后会直接影响压簧压力, 进而导致碳刷打火。一般磨短到三分之二时要及时更换碳刷。
c机械振动
电机整体或滑环部分机械振动值不达标也是碳刷打火的主要原因。机械振动会导致碳刷在刷握内发生跳动, 同时容易引起碳刷在刷握内卡阻, 从而使接触压降增大而导致碳刷接触压降发热功率加大。
d电流平衡的破坏
一般情况下, 非恒压弹簧碳刷新换上和压紧弹簧, 碳刷与滑环接触面的接触压力较大, 即接触压降小, 所有碳刷工况相近, 每个碳刷的电流接近相等, 碳刷的温度均较低, 碳刷间电流相对稳定平衡。运行一段时间后, 碳刷的磨损量相近, 但出现了氧化膜、气膜、卡阻等因素, 碳刷磨损了或压簧压力降低了, 碳刷接触面的解除压力减小, 碳刷间电流二次再分配, 每个碳刷的电流差异增大, 处于不稳定平衡, 电流较高的碳刷就可能先打火。
e辅助措施
采取以上措施仍然不能有效排除碳刷发热问题, 就要考虑采取改造措施, 最有效的办法是增加碳刷。通过增加碳刷数量, 减小每个碳刷上的电流, 效果十分显著。部分生产厂家在弧形板上已经预留了备用位置, 如果没用预留备用位置, 可以考虑自制弧形板, 然后增加碳刷数量。
滑环通风不好影响散热, 也是碳刷发热的原因, 在夏季要考虑外加风机, 进行强制通风散热。
(3) 滑环放炮的原因及防范
滑环放炮一般发生在电机启动过程中。启动过程转子电流最高, 此时滑环室内和滑环表面聚集的碳粉容易形成短路放炮。
防范措施主要是加强滑环室内通风, 使碳粉及时从滑环室排出, 不要形成聚集。滑环室内通风不好时, 要考虑增加强制通风。
滑环放炮的原因主要是滑环室内通风不好, 碳刷磨损形成的导电粉沫没有及时排出, 附着在滑环表面, 启动电流较高, 附着在滑环上的导电粉沫产生短路放炮。滑环放炮是一种很严重的故障, 往往会引起整个滑环室着火, 烧损滑环和电缆, 造成严重后果。
有效的处理方法是每次开机前要对滑环进行吹扫擦拭, 对于频繁启动的设备, 必须增加强制通风。
4 结束语
酒钢宏达建材有限责任公司25台绕线式高压电机依据上述方法进行维护和改造之后, 自2009年至今再没有出现过碳刷严重烧损现象, 为稳定生产创造了很好的设备条件。
预防碳刷打火和滑环放炮, 除了必要的技术措施之外, 必须要有相应的管理要求。对碳刷质量、更换周期、检查频次、运行环境等要有明确的记录和检查周期, 碳刷要定期更换, 压簧压力要定期检测, 只要维护到位就一定能够保证碳刷与滑环的正常使用寿命。
本次改造过程中, 部分技术措施具有独创性, 效果非常显著, 具有较高的借鉴价值。
参考文献
[1]谭维瑜.电机与电气控制[M].北京:机械工业出版社, 2003.
[2]潘德龙.电气运行[M].北京:中国电力出版社, 1999.
[3]李学炎.电机与变压器 (第三版) [M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2001.
发电机碳刷发热原因 篇3
某电厂#2发电机组是东方电机厂制造的300MW发电机, 冷却型式为水氢, 即定子线棒为水内冷, 定子铁芯和转子氢冷。该型发电机是东方厂的主力机型, 技术上已相当成熟。#2发电机的铭牌参数如表1。
该电厂#2发电机的励磁型式为自并励, 自励磁变压器出来的交流电经整流后, 通过发电机转子滑环和碳刷接入转子绕组。转子滑环以热套型式固定在转子大轴上, 滑环下装有绝缘套筒, 用以和转子本体隔离。正负滑环之间装有离心风扇, 抽出的热风经风扇正下方的风道排至6m。每个滑环上有36只碳刷, 碳刷沿滑环圆周近似均匀分布, 通过刷握、铜支架安装在刷架上。刷架两端装有绝缘隔板。
转子滑环的结构示意图如图1。
2 事故情况
该电厂#2发电机碳刷滑环于2008年07月18日出现励磁系统碳刷滑环烧损事件。事故经过如下。
2 0 0 8年7月1 8日0 6:0 9分, #2机负荷264MW, 硬光字牌出“电气预告警”, 运行人员检查DCS画面出“AVR PREALARM (自动电压调节器预报警组) ”报警;06:13值班员李某在汽机房零米励磁小间就地检查发现监控机出“转子温度高报警”;06:16检查#2发电机滑环小间负极滑环南侧下部有连续火花, 迅速发展成为较短的线状火花并开始有电弧放电现象, 立即降出力运行;06:22就地汇报滑环及碳刷架迅速着火, 并有较大浓烟, 紧急停机;检查发变组保护动作记录如下:06:16:48转子一点接地高值动作;06:22:57#2发电机跳闸。
从电气量曲线图看, 06:09时, 出现转子电压升高、转子电流降低现象, 同时发电机有功在增加, 机端电压、无功基本不变, 判断从此时开始, 碳刷和滑环的接触电阻就开始增大, 可能同时伴有打火现象。至06:16, 转子电压、转子电流开始大幅波动, 波动方向相反 (即电流向下时, 电压向上;电流向上时, 电压向下) , 至06:18, 波动稳定, 此时转子电压已明显偏高, 判断此过程为环火由发展至稳定的过程。在06:22, 再次出现转子电压上升、转子电流下降过程, 与现场刷架迅速着火现象相对应。查DCS历史记录, 发现06:16至06:18, 发电机励磁电压波动范围395.6～615.9V, 励磁电流波动范围1508～1701VA, 发电机无功功率波动范围62.9～108.9MVar。
检查发现负极滑环损坏严重, 负极刷架上共有36只碳刷, 其中刷握有30只烧熔, 恒压弹簧有22只烧熔, 碳刷刷辫有26只烧断, 相应碳刷烧熔或脱出。固定刷握的铜支架也有20多处部分烧熔。风扇侧的绝缘隔板两侧内缘严重炭化, 最严重一处约14cm×5cm绝缘隔板完全烧穿, 该处4个固定螺栓头烧熔。负极滑环表面有过热痕迹, 滑环靠近风扇一侧的内沿有6处烧伤, 沿圆周方向分布, 最严重处被烧成长约18cm、宽约6cm、深约2cm的豁口, 该处正下方的转子大轴也被严重烧伤, 烧伤面积中有多个小坑, 其中较大两个坑深约0.6cm, 面积约为3cm×3cm。负极绝缘套筒伸出滑环部分已严重炭化, 并与滑环内沿烧伤处相对应处已完全烧掉。
3 原因分析
通过对#2发电机组碳刷滑环损坏情况分析, 明显发现各组2号碳刷圆周烧损最严重, 且滑环的打火也最早从下部开始, 负极滑环下部个别碳刷与滑环接触不好, 产生打火现象并使滑环相应部位温度升高, 同时因滑环温度升高又引发相对应的径向圆周方向上所有碳刷与滑环接触情况恶化, 接触电阻增大, 造成打火现象迅速蔓延, 形成环火。环火形成的高温使负极滑环绝缘套筒 (环氧树脂) 炭化、烧损, 同时, 滑环冷却风扇形成的吸力使碳刷环火向冷却风扇偏移, 造成励磁电流形成一个从负极滑环—冷却风扇—转子轴 (负极滑环靠导电螺钉处) 的短路通道, 瞬时的大电流造成负极滑环、冷却风扇及转子轴电灼伤。
(1) 经对2008年5月27日至7月15日九次定期工作检查碳刷电流测试数据, 其中有5次检查中出现过1~2个碳刷电流低至10A以下, 其中05月27日检查中负极南2组-2电流为0.1A, 经手工活动或更换后电流恢复。最近的一次更换的碳刷时间为7月15日08时59分, 更换的为电流低 (11.1A) 的负极南侧5组-2号碳刷。最后一次巡检于7月15日02时40分对#2发电机本体进行了检查, 接地碳刷、正负级滑环碳刷、集电环风温 (不超过70度) 等参数正常。但现场查看多个刷握积灰较多, 同时在夏季运行时, 为降低温度, 将滑环所处小间门打开, 另外负极滑环距发电机#6轴承较近, 因滑环冷却方式为两侧进风, 负极滑环易受油雾污染, 也容易导致运行中刷握积灰, 碳刷卡涩, 与滑环接触不良。
(2) 2002年9月18日, #2发电机曾发生一次负极滑环烧损, 当时由于备件采购周期较长, 未进行滑环更换, 对损伤的滑环进行了车削、打磨处理, 并进行了金相试验, 但试验报告提出“该滑环损伤严重, 硬度值分散度大, 不宜长期运行, 建议在下次大修时更换”, 截至事故发生已运行六年, 滑环疑已劣化, 可能与碳刷接触不均匀, 易导致发热、打火。
(3) 2008年6月底, 该厂新采购一批碳刷备件, 7月3日、7月15日分别用新备件 (与运行的碳刷不同批次) 更换负极北侧#3组 (约在滑环中部) 2号碳刷和南侧#5组 (在滑环底部) 2号碳刷, 由于使用了不同批次的碳刷, 容易导致碳刷之间电流分配不均匀。
4 防范措施
4.1 加强发电机滑环和碳刷的运行检查与分析
(1) 机组运行期间, 定期检查:刷辫是否完好、碳刷是否有脱辫现象、导线是否氧化及有烧断股线现象、滑环及碳刷积灰情况、碳刷是否跳动、是否存在火花 (检查火花时应关闭照明) 等。
(2) 机组运行期间, 每周对发电机每只励磁碳刷进行一次电流及刷体温度测量, 并记录每只碳刷的电流和温度值, 对电流严重偏大或偏小的碳刷, 必要时进行更换。
4.2 加强发电机滑环及碳刷的点检和分析
(1) 机组运行期间, 每月测量一次发电机轴电压。
(2) 机组运行期间, 每月进行一次发电机滑环、碳刷及正负极铜排接头的红外成像测温。
(3) 每次机组检修期间, 分别测量正、负极滑环、滑环与发电机端盖之间、滑环与发电机励侧末端轴承之间等部位转子轴的晃动值。
4.3 增设滑环温度、滑环冷却风扇出风温度
在线监测装置, 设置二级报警值, 并在运行操作员站或光字牌显示
4.4 加强发电机碳刷、滑环及环境的检修维护
(1) 机组运行期间, 检修维护人员每月对可取出的刷握进行清扫及检查维护, 检查碳刷在刷握内的活动情况、刷辫完好情况、碳刷是否有脱辫现象、导线是否氧化及是否有烧断股线现象等, 以确保清洁, 防止碳刷卡涩。
(2) 机组运行期间, 制定安全措施并每三个月对碳刷和滑环进行一次吹扫。
(3) 每次机组检修时, 检修维护人员进行彻底的碳刷、滑环清扫及相关检修维护项目, 特别是要清除集电环通风沟、孔内的碳尘物, 以免影响散热及通风效果。
(4) 每次机组检修时, 点检员检查集电环的磨损和偏摆, 必要时进行修理。机组大、小修时更换滑环极性。
(5) 检修维护人员加强对发电机油档的检修维护, 避免出现渗漏油现象, 以减少对滑环的污染。
4.5
加强对碳刷采购和储存的管理, 保证质量可靠
4.6 设备更新
有条件时将老型号的碳刷及刷架进行整体更换, 现在有新型的“一把抓”碳刷, 更换碳刷及清扫都较为方便。
5 结论
经过上述分析, 该厂300MW机组滑环碳刷烧损的主要原因一是欠维护, 没有定期检查维护碳刷滑环及及其周边设备, 二是设备本身已有缺陷, 长期带“病”运行所致。通过缺陷的彻底处理, 保证维护水平, 是可以杜绝碳刷滑环环火事故的。
摘要：碳刷滑环是发电机静止励磁部分与旋转部分的接口部件, 运行中如果维护不当易出现环火事件, 本文对某电厂300MW发电机励磁系统碳刷滑环烧损经过、原因进行了分析探讨, 给出了防范对策。
关键词：发电机,滑环,碳刷,环火,防范措施
参考文献
[1]东方电机厂QFSN-300-2-20型发电机组说明书.
[2]300MW机组集控运行规程.
发电机碳刷发热原因 篇4
某水电站3F机组带有功负荷44MW运行, 无功2MVAR, 励磁电流485A, 1F、2F机组备用。运行人员进行碳刷测温时发现11号碳刷温度达238℃, 维护人员立即处理, 用钳形电流表测量励磁电流达321A, 碳刷引线发红, 退出11号碳刷后发现碳刷引线与碳刷结合处已烧断。其余运行碳刷电流重新分布, 部分碳刷电流、温度升幅较大。11号碳刷更换成新碳刷后, 电流立即转移, 11号碳刷电流达215A, 温度128℃, 并有上升趋势, 马上开备用2F机组运行, 将3F机组负荷转移至2F机组, 并将3F机组解列停机进行消缺处理。
2 检查情况
碳刷型号一致, 但使用三个不同厂家。不同厂家的碳刷成分略有不同, 碳刷的电气、物理性能也不尽相同, 摩擦系数大小也不一样, 因此接触电阻, 电气损耗和摩擦损耗也不尽相同。碳刷硬度和导电性能不同, 导致碳刷电流不均, 从而出现打火、发热现象。导电性能好, 与集电环接触电阻小的碳刷流过电流最大, 碳刷开始发热打火后, 碳刷的接触电阻变小, 这样, 流过该碳刷的电流将增加, 则该碳刷愈加发热, 直至接触电阻降至饱和最低值, 流过的电流至饱和最大值。如此恶性发展, 使碳刷持续受热升温。同时, 碳刷引线由于流过很大电流, 也发热升温, 经过一段时间后, 温度达到碳刷引线的熔点温度时, 碳刷的引线烧断。当故障极部分碳刷引线烧断或受热变形卡涩退出运行后, 正常运行的碳刷将承担全部转子电流而出现过载现象, 导致其过热, 并重复上述碳刷的过热过程。若不及时处理将出现恶性循环, 形成环火, 集电环表面将会烧毁, 造成正负极短路, 酿成事故。
碳刷全部拆卸后与记录的碳刷温度和碳刷电流对比分析, 发现温度最高几个碳刷刷握与集电环位置如图中1号碳刷, 刷握与集电环中心倾斜, 碳刷与集电环接触面A1-B1严重倾斜, 碳刷与集电环接触面积最大, 在集电环摩擦力作用下容易出现卡涩, 此时接触电阻最小, 流过碳刷电流最大;碳刷温度较高几个碳刷刷握与集电环位置如图中2号碳刷, 刷握与集电环中心垂直, 运行时碳刷与集电环接触面A2-B2有一定的倾斜, 碳刷与集电环接触面积较大, 在集电环摩擦力作用下偶尔出现卡涩, 接触电阻较小, 流过碳刷电流较大;碳刷温度最低几个碳刷刷握与集电环位置如图中3号碳刷, 刷握与集电环中心向上偏2-3度, 运行时碳刷与集电环中心垂直, 接触面A3-B3有无倾斜, 碳刷与集电环接触面积最小, 在集电环摩擦力作用下不出现卡涩, 接触电阻恒定, 流过碳刷电流较小。
检查刷握时发现刷握内部有一定的毛刺, 影响碳刷在刷握里自由移动;刷握内侧两端棱角较锋利, 也影响碳刷在刷握里自由移动。碳刷在弹簧作用力下紧贴集电环运行, 集电环运行时有一定摆渡, 碳刷在集电环作用力下向后移动时, 受到刷握内毛刺和刷握内侧棱角影响, 碳刷后退摩擦力增大, 不能及时后退, 在弹簧压力和集电环反推力作用下, 碳刷与集电环紧密接触, 此时在并联运行的14只碳刷中, 此只碳刷接触电阻最小, 大部分励磁电流通个此碳刷, 造成此碳刷温度急剧升高, 使碳刷引线快速烧断。
刷握与集电环的位置调整不当。因安装时碳刷架位置调整不当, 部分刷握与集电环距离较大, 最大达到15mm。集电环与刷握位置调整不当可以使碳刷与集电环之间压力出现不均, 造成碳刷与集电环接触电阻不均匀, 刷握离集电环距离较远碳刷因弹簧压力较小易打火, 长期打火将损坏集电环, 使集电环表面凹凸不平, 出现恶性循环。
检查弹簧发现压力不匀, 主要是受碳刷高温影响弹簧压力变低。弹簧在长时间运行发热, 会使弹性变差, 以致碳刷与集电环之间的压力出现不均, 从而使得弹簧压力大的碳刷电流大, 弹簧压力小的碳刷电流小, 分布严重不均, 出现发热打火现象。
3 处理情况
机组碳刷全部更换成同一厂家, 同一型号, 同一批次碳刷。调整碳刷架位置, 使碳刷架中心与机组励磁集电环中心一致, 调整碳刷架至水平。调整刷握与集电环距离保持在4mm, 刷握与集电环中心向上偏2-3°, 运行时碳刷与集电环中心垂直。弹簧全部更换成压力相近的新弹簧, 确保每个碳刷受力均匀。打磨刷握里的毛刺, 刷握内侧两端较锋利棱角打磨成圆弧状, 让碳刷在刷握里任何倾斜位置都能灵活移动。对不平整集电环用金刚砂纸进行研磨、抛光, 使碳刷与集电环接触良好。
处理后运行情况:3F机组处理完毕后, 空转一小时对碳刷进行研磨。机组建压后测量碳刷温度在40-50℃, 碳刷电流在15-20A, 比较均匀。空载半小时检查所有碳刷无异常后并网带满负荷运行, 碳刷温度45-55℃, 碳刷电流在50-60A。随后一个月, 运维人员每日测量碳刷温度和电流, 将数据进行分析对比, 无明显变化, 运行工况良好。
结语
作者通过对此次缺陷分析, 需要电站运维人员在更换碳刷、刷握、弹簧时选取材料最优, 安装工艺做到最佳, 加强碳刷温度和电流监视, 发现异常及时正确处理, 避免缺陷扩大成事故, 造成不必要损失。
参考文献
[1]纪云生, 康世荣, 陈东山, 等.水利水电工程施工组织设计手册[M].北京:水利水电出版社, 1990.