發(fā)電機(jī)組碳刷易發(fā)故障原因淺析
近年國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)的快速發(fā)展，擴(kuò)大了本已嚴(yán)峻的供電需求缺口，新建機(jī)組、各行業(yè)的自備電源系統(tǒng)和自備發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的置備和安裝應(yīng)用，如“雨后春筍”隨處可見。而發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的碳刷運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)是傳統(tǒng)技術(shù)，多年來工藝和技術(shù)水平無實(shí)質(zhì)性突破。所以，各方對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)關(guān)注不夠，投入有限，進(jìn)而導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)碳刷事故。近一個(gè)時(shí)期的多期安全通報(bào)，連續(xù)通報(bào)了數(shù)起大型發(fā)電機(jī)組，因碳刷或轉(zhuǎn)子集電環(huán)故障引發(fā)的停機(jī)事故，給企業(yè)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)導(dǎo)入導(dǎo)出電流的碳刷運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，如何判別故障類型與性質(zhì)，以便盡快消除故障，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，是大家需要認(rèn)真思考的。筆者結(jié)合多年的工作實(shí)踐，談?wù)勲姍C(jī)碳刷的應(yīng)用體會(huì)供讀者參考，以期共同避免碳刷事故的發(fā)生。
電刷故障的危害
某日，某發(fā)電廠2臺(tái)大型發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子滑環(huán)相繼發(fā)生碳刷打碎機(jī)組緊急降負(fù)荷，更換碳刷，未果。繼而發(fā)生滑環(huán)環(huán)火，機(jī)組被迫解列。近日，西北電網(wǎng)某發(fā)電廠QFS—125型發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁機(jī)換向器碳刷環(huán)火緊急停機(jī)；江南某發(fā)電廠30萬千瓦發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)后運(yùn)行僅經(jīng)過一次大修。在一次小修后運(yùn)行不久，發(fā)電機(jī)集電環(huán)內(nèi)環(huán)（靠發(fā)電機(jī)側(cè)）碳刷磨損非常嚴(yán)重，且連續(xù)多個(gè)班次都有批量更換，同時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)集電環(huán)刷架油污嚴(yán)重，經(jīng)紅外測溫儀檢測發(fā)現(xiàn)集電環(huán)內(nèi)環(huán)表面與碳刷接觸部位溫度高達(dá)230℃～360℃，靠勵(lì)磁機(jī)側(cè)的集電環(huán)外環(huán)溫度正常的60℃～70℃，機(jī)組負(fù)荷降到20萬千瓦以后，仍不見集電環(huán)溫度有回落跡，被迫解列搶修。……屢屢發(fā)生的碳刷事故給發(fā)電廠和電力系統(tǒng)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。
碳刷即電刷。運(yùn)行中發(fā)電機(jī)組的碳刷如果維護(hù)和使用不當(dāng)將造成事故降負(fù)荷，甚至停機(jī)。
導(dǎo)致碳刷故障的因素
電磁因素：無功或勵(lì)磁電流調(diào)整時(shí)，碳刷的火花有明顯變化。在勵(lì)磁機(jī)換向時(shí)，碳刷與換向片接觸不良，接觸電阻過大；整流子或滑環(huán)的氧化膜薄厚不均勻，引起碳刷電流分布不平衡；或者負(fù)載突然變化，以及突發(fā)的短路導(dǎo)致?lián)Q向片間的電壓分布異常；機(jī)組過載和不平衡；碳刷選型不合理，碳刷間距不等；碳刷質(zhì)量問題等等。
機(jī)械因素：換向器中心不正，轉(zhuǎn)子不平衡；機(jī)組振動(dòng)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(gè)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(fā)生跳動(dòng)，或太緊了碳刷在刷握里卡住了等。機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)速度降低或震動(dòng)改善，火花將減少。
化學(xué)因素：機(jī)組運(yùn)行在有腐蝕性的氣體中，或機(jī)組運(yùn)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(fù)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(huán)）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(hù)
A、運(yùn)行檢查：加強(qiáng)定期與不定期的設(shè)備巡回檢查工作，正常情況下,工作人員每天必須對發(fā)電機(jī)碳刷進(jìn)行兩次檢查（上午一次，下午一次），用紅外測溫儀測量集電環(huán)和碳刷的溫度，夏季高峰負(fù)荷期間以及無功和電壓波動(dòng)較大時(shí)應(yīng)縮短溫度測量間隔，更換的新碳刷做重點(diǎn)檢查。有條件的單位應(yīng)定期用紅外熱像儀測量集電環(huán)和碳刷的溫度。并做好巡回檢查設(shè)備運(yùn)行工況記錄。
B、檢修更換：對新購進(jìn)的碳刷進(jìn)行驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格把握更換碳刷工藝，同一臺(tái)機(jī)組使用的碳刷必須一致，不可摻插使用。在更換碳刷前，細(xì)心研磨碳刷使其面面光滑，電刷在刷握內(nèi)應(yīng)有0.2 0.4毫米的間隙，在刷握內(nèi)上下活動(dòng)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(huì)碰撞換向器表面，易受損、距離過大電刷跳動(dòng)易產(chǎn)生火花。爭取實(shí)現(xiàn)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(shù)量不得超過單極總數(shù)的10％，碳刷頂端低于刷握頂端3mm的碳刷應(yīng)盡快更換，每次更換碳刷時(shí)必須使用同一型號(hào)的碳刷，但要注意節(jié)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(jìn)行溫度測試，防止個(gè)別碳刷因過流而過熱。對于滑環(huán)或整流子換向片凸起與凹陷等明顯設(shè)備問題，要利用機(jī)組檢修的機(jī)會(huì)進(jìn)行緊固、車磨。加強(qiáng)檢修質(zhì)量和運(yùn)行控制，避免由于檢修質(zhì)量不良或運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)造成機(jī)組運(yùn)行中，汽輪機(jī)油外泄，甩到集電環(huán)上，增大碳刷與集電環(huán)之間的接觸電阻。刷架和刷握在機(jī)組大、小修時(shí)要慎重調(diào)整，回放和安裝刷架時(shí)，角度和幾何位置要保證在原狀態(tài)，碳刷的滑入邊和滑出邊必須要與換向器平行。
C、日常維護(hù)：勤清掃、吹灰，保持碳刷及整流子滑環(huán)光面清潔，若遇大風(fēng)天氣，或過后必須及時(shí)清掃。勤調(diào)整彈簧壓力，碳刷彈簧的壓力要符合制造廠家的規(guī)定，使碳刷承受壓力均勻。防止個(gè)別碳刷過熱或產(chǎn)生火花、刷辮燒焦燒斷現(xiàn)象的發(fā)生。碳刷運(yùn)行中出現(xiàn)問題必須及時(shí)消缺，避免惡性循環(huán)，危及機(jī)組正常運(yùn)行。同一臺(tái)機(jī)組使用的碳刷必須一致，不可摻插使用。進(jìn)行維護(hù)的工作人員，檢查維護(hù)時(shí)要特別小心，發(fā)辮應(yīng)放在帽內(nèi)、扣緊袖口，不使衣服及擦拭材料被機(jī)器掛住。工作時(shí)站在絕緣墊上，不得同時(shí)接觸兩極或一極與接地部份，也不能兩個(gè)人同時(shí)進(jìn)行工作。在轉(zhuǎn)動(dòng)著的電機(jī)上調(diào)整、清掃碳刷及滑環(huán)時(shí)，須有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的同志進(jìn)行。
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