发电机励磁碳刷发热分析与处理丘涛基

发电机励磁碳刷发热分析与处理丘涛基

丘涛基

福建华电金湖电力有限公司福建省三明市将乐县353300

摘要：发电机是通过滑环和碳刷的滑动接触，将励磁电流传到发电机转子绕组中的，是励磁系统的重要组成部分。但是运行中由于很多原因，时常出现发热现象，如不及时消除，则会导致碳刷的损坏，对发电机组安全运行造成直接威胁，若出现滑环环火，则会迫停机组，影响系统稳定运行，甚至会烧毁设备，带来巨大的经济损失。

关键词：发电机励磁碳刷；发热；处理

引言

发电机励磁系统中碳刷的运行和维护技术属于传统技术，多年来始终被沿袭和使用。鉴于此，为确保碳刷安全、稳定、经济运行，应深入研究其发热原因，结合现场运行条件，采取可靠的技术措施排除故障。

1碳刷工作原理

发电机运行过程中，发电机励磁碳刷间根据碳刷动态回路电阻值按并联电路分流原理进行分流，动态回路电阻值小的碳刷分流大、温度高，动态回路电阻值大的碳刷分流小、温度低。碳刷动态回路电阻是发电机在运行过程中，从励磁电缆接头处的导电环开始，经过刷座、碳刷铜辫、碳刷，到集电环的回路电阻值

2运行中发电机碳刷发热原因分析

2.1油污的原因

由于发电机轴瓦处于排烟末端，轴瓦内负压本来就小，再加上轴瓦上部的排烟管堵塞或排油烟风机效率较低的原因，致使轴瓦内的油烟从油档齿处向外冒出。滑环小室运行中处于负压状态，故油气通过转子大轴被吸入到滑环上，导致滑环表面氧化膜呈现“镜面”现象。“镜面”导致碳刷在滑环表面“打滑”。

2.2刷握及恒压弹簧的原因

压簧材质、工作压力、碳刷压簧绝缘垫以及其他一些因素都会影响刷盒中的恒压压簧的使用寿命。刷盒中的恒压压簧使用一定时间后，会出现压力不均、变形、裂纹、散簧等情况，导致恒压压簧压力存在偏差，使碳刷分流不均匀，会出现严重超温现象。而个别碳刷因压力小，几乎没有电流通过。例如：碳刷压簧绝缘垫脱落或者过热损坏，压簧流过电流使压簧失去弹性，也会缩短压簧使用寿命，最终导致碳刷分流不均。发电机刷握底端卡板大部分不能正常使用，在发电机运行期间由于转子高速运转，刷握在装取时会导致碳刷崩角甚至断裂，破碎的边缘为高速气流提供了入口，使碳刷与滑环之间形成了空气薄层，导致接触压降急剧增加，摩擦系数急剧降低，使碳刷运行很不稳定，造成电流分布不均匀。另外，由于灰尘清理不及时，碳刷在刷握盒中会出现卡阻情况导致碳刷失效，致使其它碳刷分配的电流增加、温度增加。

2.3转子滑环表面氧化膜的原因

发电机滑环上的氧化膜实际是一层贵金属薄膜，主要增加导电性。氧化膜的厚度会影响电流传递的程度。氧化膜的光洁度也会影响，一般对氧化膜光洁度要求在Ra0.8以上，除此之外，还要考虑氧化膜的附着力。夏季机组停机期间空气湿度大，导致滑环表面出现锈迹现象，破坏了氧化膜。另外，碳刷质量不过关也会造成滑环表面的损伤破坏了氧化膜。

2.4转子滑环通风不畅

转子滑环之间装有1只离心式风扇，通过进、出口风道带动风循环。在滑环上开有许多斜向通风小孔，随转子转动，带动外部风进入冷却槽对发电机集电环进行冷却。发电机运行一段时间后，滑环表面由于碳粉进入滑环通风小孔在孔口堆积，致使通风小孔口堵塞，导致热风引导不畅，破坏了风循环。通风冷却进出风道采用下进风下出风结构，管道拐弯曲折、通风阻力大，加剧外罩小室内负压情况，且进出风口均在中间层，冷热风易混流、噪声会叠加增大，同时中间层油污大、灰尘多，会污染滑环小室环境，引起积尘或油污，从而导致滑环与碳刷导电接触不良、载流分布不均匀。

3励磁碳刷发热的处理方法

（1）检查清理通风口，确保风道畅通。当温度超过100℃时，如采取更换碳刷或调整刷握的方法，因新碳刷正常情况下为方形且表面相对粗糙，开始时与弧形滑环点状接触，接触面较少，无论其流经的电流多少，通过热传导都将使碳刷温度升高，已经不能降低整体温度，此时通风冷却效果尤为关键，通过降低工作温度，改善碳刷、刷握的工作条件。

（2）当碳刷温度未超过90℃时，可采取调整部分工作状态不佳的碳刷的办法。对电流小、磨损较大的碳刷的进行更换；调整或更换弹性压力较差刷握弹簧，实现电流均匀分配。

（3）减少发电机无功负荷，降低励磁电流，减少流过碳刷的工作电流，降低发热量。

（4）出现个别碳刷断辫时，也可立即调整发电机发出无功负荷以降低励磁电流，待碳刷电流比较均衡后再更换碳刷备件，不可强行更换大量备件。

（5）涂抹凡士林。凡士林是一种烷系烃或饱和烃类半液态的混合物，其熔点在46－54℃之间，可用于机器润滑。将凡士林涂抹碳刷上能够起到很好的润滑作用，降低振动，同时其熔点较低的特性在较高温度下熔化后能够带走部分热量，并且将溶于其中的碳粉和灰尘一起清除，改善碳刷的工作环境，因此该方法能够较快的降低整体温度。机组运行中，可用软刷涂抹少量干净的凡士林，轻刷于滑环表面，或直接取下刷握将凡士林涂抹于碳刷的顶部，涂抹时按均匀、少量、多次的原则。此方法对振动引起碳刷发热和减小碳刷振动有较好效应。

4运行中发电机碳刷维护与措施

（1）建立碳刷和滑环温度、电流定期测量工作制度。用远红外测温仪，测量和掌握集电环表面无过热现象，刷架温度应不高于120℃，刷体温度控制在不大于80℃，用直流钳形电流表对每个碳刷进行测量，碳刷电流控制在20～100A，并做好测量记录。定期对滑环和所有碳刷的温度和电流进行测量并且详细记录，根据测量结果分析碳刷运转情况，对运行状况差的碳刷进行调整。

（2）及时更换短电刷，每次更换20%的碳刷（即每台机的每个刷杆的20%）。使用新碳刷前必须要用磨刷机打磨，以保证碳刷和滑环表面接触达到70%后进行更换；领用新碳刷时应该首先进行碳刷阻值测量，并将阻值相同的碳刷分别编号存放。更换碳刷时，必须在同一极滑环使用同一阻值的碳刷，严禁不同阻值的碳刷在同一极滑环上使用，且每个碳刷均应标明阻值。

（3）加强碳刷和刷盒管理。应建立发电机电刷使用台账，电刷更换后应进行记录。记录的内容包括机组号、电刷组号和编号、电刷型号、更换的电刷数量及编号、更换碳刷的原因。管理人员要经常检查电刷的使用情况，及时补充电刷备品和维护工具。

结束语

综上所述，发电机励磁碳刷在运行中会出现发热现象，对发电机的安全运行产生严重的影响。所以，为了保证发电机长期安全稳定运行，日常维护工作中需要定期监视集电环和碳刷的运行情况，若出现发热情况需要及时处理。发电机励磁碳刷运行中大部分会用红外测温仪对碳刷进行定期测量温度，查看其是否存在发热情况，同时用钳形直流表测量各个碳刷上承载的电流，尽可能使各个碳刷上承载的电流均衡。当发电机励磁碳刷温度过高时，一定要采取相应的措施控制温度，降低温度。碳刷温度过高时会增大碳刷的电阻，会产生恶性循环，对碳刷和滑环产生破坏，甚至出现环火，烧掉整个集电环。发电机励磁碳刷一旦出现温度过高的情况，必须采取一定的措施，查找问题原因，及时处理，保证碳刷的安全稳定运行。

参考文献

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