发电机励磁碳刷打火原因分析及处理

1、发电机励磁碳刷打火原因分析及处理 摘 要：文章对水力发电厂发电机励磁碳刷打火原因进行详细分析、深入研究，并有针对性地做出相应处置措施，从而彻底解决碳刷打火问题，提高机组运行稳定性。 关键词：励磁碳刷；打火；原因分析；处理 1 概述 水轮发电机励磁系统一般采用可控硅静止励磁方式，其中碳刷由自卷式恒压式弹簧压迫固定在刷架中，碳刷与滑环通过滑动接触将励磁电流由静止碳刷送入旋转滑环，再由滑环将励磁电流分配到发电机转子绕组中。在机组运行中，碳刷、刷握、滑环接触面脏污、碳刷磨损过短、碳刷材质不合格、碳刷卡涩、弹簧性能下降、滑环接触面粗糙、碳刷与滑环非同心运行都有可能造成碳刷打火。 2 碳刷打火原因分析 正

2、常工况下，碳刷温度一般保持在50-80之间运行，温升约为40左右，正常工作电流在20-100a之间。每个碳刷分配的电流比较均衡，承受弹簧的压力一致且均匀，碳刷在刷握中能自如活动且无卡涩振动现象。 运行中，碳刷发热是正常的自然现象，但如果碳刷过度发热且长时间没有得到及时处理，碳刷与滑环之间或碳刷与碳刷之间就会产生火花，形成碳刷打火现象，打火严重时，将会造成碳刷、刷握、滑环烧损。 在实际生产中，造成碳刷发热主要有3个方面的因素：碳刷与滑环摩擦产生热量、碳刷自身电阻产生热量、碳刷接触压降产生热量。 碳刷与滑环摩擦产生热量： q=fvt 碳刷自身电阻产生热量： q=i2rt 碳刷接触压降产生热量： q

3、=iet 其中，f为碳刷压紧力；v为碳刷与滑环的相对运行速度；i为流过碳刷的电流；r为碳刷电阻；e为接触压降；t为时间。 在实际运行中，引起碳刷打火主要有以下几个原因：（1）碳刷、刷握、滑环接触面脏污。机组运行时，碳刷、刷握、滑环接触面脏污，碳刷与滑环摩擦产生的热量不能及时排走，热量大量聚集造成碳刷过热，从而引起碳刷打火。当刷柱表面脏污，同时伴随着碳刷打火，在刷柱与刷柱之间绝缘强度不够的情况下，容易发生环火现象。（2）碳刷磨损过短。碳刷长时间使用而未及时更换，碳刷磨损变短（如图1）造成碳刷电阻减小，流过碳刷的电流相应增大，碳刷发热量增加，当发热量持续增加，碳刷将发生打火现象。（3）碳刷材质不合

4、格。当碳刷材质过软，碳刷在机组运行时将会因与滑环摩擦而产生大量碳粉，大量碳粉长时间堆积在刷握中，在油雾化较为严重的环境中使碳刷与滑环散热条件变差，从而引起碳刷过热造成打火。当碳刷材质过硬，碳刷与滑环之间的摩擦力过大引起碳刷打火，摩擦力持续过大，碳刷、滑环将会受到极大损伤，严重时将会烧坏碳刷与滑环。（4）碳刷卡涩。碳刷在刷握中卡涩会造成碳刷与滑环之间不能可靠接触，卡涩碳刷分配到的励磁电流将会远远降低，甚至会为零。当卡涩碳刷数量增加，正常工作碳刷分配到的励磁电流将会大大增加，从而使正常工作碳刷可能过热引起碳刷打火。（5）弹簧性能下降。自卷式恒压弹簧因长期受热易发生弹性形变，弹性形变造成弹簧弹性性能

5、下降，从而使弹簧对碳刷的压力减小，使得碳刷与滑环实际接触面可能存在间隙，造成碳刷与滑环接触不良，碳刷接触电阻增加，励磁电流分配不均匀度增大，电流分配过大的碳刷将会因过热而引起碳刷打火。（6）滑环接触面粗糙。滑环接触面粗糙（如图2），碳刷与滑环摩擦力增大，摩擦产生大量热量使碳刷过热引起碳刷打火。（7）碳刷与滑环非同心运行。滑环圆度不够、刷握调整不当都会引起碳刷与滑环非同心运行，非同心运行会增加碳刷与滑环之间的摩擦力，摩擦产生大量热量使碳刷温度急剧上升从而引起碳刷打火。 3 碳刷打火处理及注意事项 3.1 全面检查 机组停运后，对碳刷、刷握、滑环、弹簧进行全面仔细检查。检查碳刷、刷握、滑环接触面脏

6、污情况、碳刷磨损情况、碳刷材质情况、碳刷卡涩情况、弹簧弹性性能情况、滑环表面粗糙情况以及机组运行中，碳刷与滑环相对运行情况。 3.2 分步处理 对碳刷、刷握、刷架、滑环接触面脏污进行全面清洁处理；对磨损过短的碳刷进行更换；对材质不合格的碳刷进行更换；对弹性性能下降的弹簧进行更换；对卡涩的碳刷进行更换或打磨处理；必要时，通过机组检修，对滑环圆度及光滑度不符合要求的进行车床切销，接触面光滑度处理（如图3）。 3.3 处理效果 通过对碳刷、滑环、刷握接触面脏污进行清洁以及对不符合要求的碳刷、弹簧进行更换，碳刷发热量得到控制，打火情况得以缓解。通过机组检修对滑环圆度及光滑度进行处理，碳刷打火得以彻底解

7、决。 3.4 注意事项 在碳刷日常维护工作中，应提前做好防止发生短路及接地的安全措施。维护人员工作时必须站在绝缘垫上，穿戴好绝缘手套，使用合格的绝缘工具进行工作。碳刷更换前，应对更换碳刷接触表面按照滑环接触面形状进行打磨，保证碳刷与滑环接触良好，同时每次更换碳刷数量应不超过单极总数的10%。碳刷更换完成后，应对碳刷进行前后拉动检查，查看碳刷在刷握中能顺畅活动，若碳刷存在卡涩情况，应对碳刷四面用细砂纸进行打磨，保证碳刷在刷握中顺畅运行。 4 结束语 在机组运行中，励磁碳刷打火是发电机常见的故障之一。碳刷打火如果不能及时消除，碳刷温度会因打火发热而不断上升，当温度上升达到上限值时，碳刷、滑环可能会因过热而烧毁，最终导致发电机被迫停运。发电机被迫停运不但会影响电力系统平衡与稳定，而且对发电企业经济效益也会造成极大损失。因此，及时有效的处理碳刷打火非常重要。 参考文献 1李琳.发电机碳刷的日常维护与运行j.中国电力教育，2010（1）. 2张方庆.中小型水电站电气部分典型故障诊断与处理m.北京：中国水利水电出版社，20