發電機組碳刷易發故障原因淺析

      近年國民經濟持續的快速發展，擴大了本已嚴峻的供電需求缺口，新建機組、各行業的自備電源系統和自備發動機系統的置備和安裝應用，如“雨后春筍”隨處可見。而發電機勵磁系統的碳刷運行與維護技術是傳統技術，多年來工藝和技術水平無實質性突破。所以，各方對發電機勵磁系統關注不夠，投入有限，進而導致勵磁系統碳刷事故。近一個時期的多期安全通報，連續通報了數起大型發電機組，因碳刷或轉子集電環故障引發的停機事故，給企業造成較大經濟損失。當導入導出電流的碳刷運行中發生故障時，如何判別故障類型與性質，以便盡快消除故障，保證設備穩定運行，是大家需要認真思考的。筆者結合多年的工作實踐，談談電機碳刷的應用體會供讀者參考，以期共同避免碳刷事故的發生。
      電刷故障的危害
      某日，某發電廠2臺大型發電機組轉子滑環相繼發生碳刷打碎機組緊急降負荷，更換碳刷，未果。繼而發生滑環環火，機組被迫解列。近日，西北電網某發電廠QFS—125型發電機組勵磁機換向器碳刷環火緊急停機；江南某發電廠30萬千瓦發電機組投產后運行僅經過一次大修。在一次小修后運行不久，發電機集電環內環（靠發電機側）碳刷磨損非常嚴重，且連續多個班次都有批量更換，同時檢查發現發電機集電環刷架油污嚴重，經紅外測溫儀檢測發現集電環內環表面與碳刷接觸部位溫度高達230℃～360℃，靠勵磁機側的集電環外環溫度正常的60℃～70℃，機組負荷降到20萬千瓦以后，仍不見集電環溫度有回落跡，被迫解列搶修。……屢屢發生的碳刷事故給發電廠和電力系統造成巨大經濟損失。
      碳刷即電刷。運行中發電機組的碳刷如果維護和使用不當將造成事故降負荷，甚至停機。
      導致碳刷故障的因素
      電磁因素：無功或勵磁電流調整時，碳刷的火花有明顯變化。在勵磁機換向時，碳刷與換向片接觸不良，接觸電阻過大；整流子或滑環的氧化膜薄厚不均勻，引起碳刷電流分布不平衡；或者負載突然變化，以及突發的短路導致換向片間的電壓分布異常；機組過載和不平衡；碳刷選型不合理，碳刷間距不等；碳刷質量問題等等。
      機械因素：換向器中心不正，轉子不平衡；機組振動大；換向片間絕緣凸出或換向片凸出；碳刷接觸面研磨不光滑，或換向器表面粗糙而造成接觸不良；換向器表面不清潔；各個換向極下氣隙不等；碳刷上彈簧壓力不均勻或大小不適宜；碳刷在刷握里太松而發生跳動，或太緊了碳刷在刷握里卡住了等。機組運轉速度降低或震動改善，火花將減少。
      化學因素：機組運行在有腐蝕性的氣體中，或機組運行空間缺乏氧氣，換向器與碳刷接觸的表面上一層自然形成銅氧化物薄膜遭到破壞，本已形成的、近似線性電阻的換向不復存在，在接觸面重新形成氧化膜的過程中換向器火花加劇。換向器（或滑環）被酸性氣體或油脂腐蝕。碳刷及換向器被污染等。
      碳刷的維護
      A、運行檢查：加強定期與不定期的設備巡回檢查工作，正常情況下,工作人員每天必須對發電機碳刷進行兩次檢查（上午一次，下午一次），用紅外測溫儀測量集電環和碳刷的溫度，夏季高峰負荷期間以及無功和電壓波動較大時應縮短溫度測量間隔，更換的新碳刷做重點檢查。有條件的單位應定期用紅外熱像儀測量集電環和碳刷的溫度。并做好巡回檢查設備運行工況記錄。
      B、檢修更換：對新購進的碳刷進行驗收。測定碳刷的固有電阻值，測量碳刷引線接觸電阻，阻值要符合制造廠和國家標準。嚴格把握更換碳刷工藝，同一臺機組使用的碳刷必須一致，不可摻插使用。在更換碳刷前，細心研磨碳刷使其面面光滑，電刷在刷握內應有0.2 0.4毫米的間隙，在刷握內上下活動自如。刷握的下邊緣和換向器工作表面之間的距離為2-3毫米，距離過小，會碰撞換向器表面，易受損、距離過大電刷跳動易產生火花。爭取實現碳刷接觸面大于碳刷截面的80％。勤更換，但多次更換碳刷不宜過多，一次更換碳刷的數量不得超過單極總數的10％，碳刷頂端低于刷握頂端3mm的碳刷應盡快更換，每次更換碳刷時必須使用同一型號的碳刷，但要注意節約和充分利用碳刷。更換后的碳刷必須用直流卡鉗表測量碳刷分流情況，用紅外測溫儀進行溫度測試，防止個別碳刷因過流而過熱。對于滑環或整流子換向片凸起與凹陷等明顯設備問題，要利用機組檢修的機會進行緊固、車磨。加強檢修質量和運行控制，避免由于檢修質量不良或運行調整不當造成機組運行中，汽輪機油外泄，甩到集電環上，增大碳刷與集電環之間的接觸電阻。刷架和刷握在機組大、小修時要慎重調整，回放和安裝刷架時，角度和幾何位置要保證在原狀態，碳刷的滑入邊和滑出邊必須要與換向器平行。
      C、日常維護：勤清掃、吹灰，保持碳刷及整流子滑環光面清潔，若遇大風天氣，或過后必須及時清掃。勤調整彈簧壓力，碳刷彈簧的壓力要符合制造廠家的規定，使碳刷承受壓力均勻。防止個別碳刷過熱或產生火花、刷辮燒焦燒斷現象的發生。碳刷運行中出現問題必須及時消缺，避免惡性循環，危及機組正常運行。同一臺機組使用的碳刷必須一致，不可摻插使用。進行維護的工作人員，檢查維護時要特別小心，發辮應放在帽內、扣緊袖口，不使衣服及擦拭材料被機器掛住。工作時站在絕緣墊上，不得同時接觸兩極或一極與接地部份，也不能兩個人同時進行工作。在轉動著的電機上調整、清掃碳刷及滑環時，須有實踐經驗的同志進行。