发电机组碳刷易发故障原因浅析

近年国民经济持续的快速发展，扩大了本已严峻的供电需求缺口，新建机组、各行业的自备电源系统和自备发电机系统的置备和安装应用，如“雨后春笋”随处可见。而发电机励磁系统的碳刷运行与维护技术是传统技术，多年来工艺和技术水平无实质性突破。所以，各方对发电机励磁系统关注不够，投入有限，进而导致励磁系统碳刷事故。近一个时期的多期安全通报，连续通报了数起大型发电机组，因碳刷或转子集电环故障引发的停机事故，给企业造成较大经济损失。当导入导出电流的碳刷运行中发生故障时，如何判别故障类型与性质，以便尽快消除故障，保证设备稳定运行，是大家需要认真思考的。笔者结合多年的工作实践，谈谈电机碳刷的应用体会供读者参考，以期共同避免碳刷事故的发生。

电刷故障的危害

某日，某发电厂2台大型发电机组转子滑环相继发生碳刷打碎机组紧急降负荷，更换碳刷，未果。继而发生滑环环火，机组被迫解列。近日，西北电网某发电厂QFS—125型发电机组励磁机换向器碳刷环火紧急停机；江南某发电厂30万千瓦发电机组投产后运行仅经过一次大修。在一次小修后运行不久，发电机集电环内环（靠发电机侧）碳刷磨损非常严重，且连续多个班次都有批量更换，同时检查发现发电机集电环刷架油污严重，经红外测温仪检测发现集电环内环表面与碳刷接触部位温度高达230℃～360℃，靠励磁机侧的集电环外环温度正常的60℃～70℃，机组负荷降到20万千瓦以后，仍不见集电环温度有回落迹，被迫解列抢修。……屡屡发生的碳刷事故给发电厂和电力系统造成巨大经济损失。

碳刷即电刷。运行中发电机组的碳刷如果维护和使用不当将造成事故降负荷，甚至停机。

导致碳刷故障的因素

电磁因素：无功或励磁电流调整时，碳刷的火花有明显变化。在励磁机换向时，碳刷与换向片接触不良，接触电阻过大；整流子或滑环的氧化膜薄厚不均匀，引起碳刷电流分布不平衡；或者负载突然变化，以及突发的短路导致换向片间的电压分布异常；机组过载和不平衡；碳刷选型不合理，碳刷间距不等；碳刷质量问题等等。

机械因素：换向器中心不正，转子不平衡；机组振动大；换向片间绝缘凸出或换向片凸出；碳刷接触面研磨不光滑，或换向器表面粗糙而造成接触不良；换向器表面不清洁；各个换向极下气隙不等；碳刷上弹簧压力不均匀或大小不适宜；碳刷在刷握里太松而发生跳动，或太紧了碳刷在刷握里卡住了等。机组运转速度降低或震动改善，火花将减少。

化学因素：机组运行在有腐蚀性的气体中，或机组运行空间缺乏氧气，换向器与碳刷接触的表面上一层自然形成铜氧化物薄膜遭到破坏，本已形成的、近似线性电阻的换向不复存在，在接触面重新形成氧化膜的过程中换向器火花加剧。换向器（或滑环）被酸性气体或油脂腐蚀。碳刷及换向器被污染等。

碳刷的维护

A、运行检查：加强定期与不定期的设备巡回检查工作，正常情况下，工作人员每天必须对发电机碳刷进行两次检查（上午一次，下午一次），用红外测温仪测量集电环和碳刷的温度，夏季高峰负荷期间以及无功和电压波动较大时应缩短温度测量间隔，更换的新碳刷做重点检查。有条件的单位应定期用红外热像仪测量集电环和碳刷的温度。并做好巡回检查设备运行工况记录。

B、检修更换：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一致，不可掺插使用。在更换碳刷前，细心研磨碳刷使其面面光滑，电刷在刷握内应有0.2 0.4毫米的间隙，在刷握内上下活动自如。刷握的下边缘和换向器工作表面之间的距离为2-3毫米，距离过小，会碰撞换向器表面，易受损、距离过大电刷跳动易产生火花。争取实现碳刷接触面大于碳刷截面的80％。勤更换，但多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10％，碳刷顶端低于刷握顶端3mm的碳刷应尽快更换，每次更换碳刷时必须使用同一型号的碳刷，但要注意节约和充分利用碳刷。更换后的碳刷必须用直流卡钳表测量碳刷分流情况，用红外测温仪进行温度测试，防止个别碳刷因过流而过热。对于滑环或整流子换向片凸起与凹陷等明显设备问题，要利用机组检修的机会进行紧固、车磨。加强检修质量和运行控制，避免由于检修质量不良或运行调整不当造成机组运行中仲恺发电机出租，发电机油外泄，甩到集电环上，增大碳刷与集电环之间的接触电阻。刷架和刷握在机组大、小修时要慎重调整，回放和安装刷架时，角度和几何位置要保证在原状态，碳刷的滑入边和滑出边必须要与换向器平行。

C、日常维护：勤清扫、吹灰，保持碳刷及整流子滑环光面清洁，若遇大风天气，或过后必须及时清扫。勤调整弹簧压力，碳刷弹簧的压力要符合制造厂家的规定，使碳刷承受压力均匀。防止个别碳刷过热或产生火花、刷辫烧焦烧断现象的发生。碳刷运行中出现问题必须及时消缺，避免恶性循环，危及机组正常运行。同一台机组使用的碳刷必须一致，不可掺插使用。进行维护的工作人员，检查维护时要特别小心，发辫应放在帽内、扣紧袖口，不使衣服及擦拭材料被机器挂住。工作时站在绝缘垫上，不得同时接触两极或一极与接地部份，也不能两个人同时进行工作。在转动着的电机上调整、清扫碳刷及滑环时，须有实践经验的同志进行。