淺談碳刷的動態(tài)管理

王博宇　劉民

摘 要：碳刷是將勵磁電流引入發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁線圈的重要部件，其與轉(zhuǎn)子滑環(huán)的接觸情況決定了碳刷是否工作穩(wěn)定，而隨著現(xiàn)代大中型汽輪發(fā)電機容量的不斷增加，勵磁電流也隨之增大，碳刷的數(shù)量也增多，對于轉(zhuǎn)子滑環(huán)與碳刷接觸的要求也是越來越嚴格。軍糧城電廠運行部電氣專業(yè)創(chuàng)造性地實現(xiàn)了對于兩臺350MW機組的碳刷的動態(tài)管理，取得了很好的效果，現(xiàn)在介紹天津軍糧城電廠完善日常管理的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：碳刷；維護；動態(tài)管理

1 概述

發(fā)電機轉(zhuǎn)子碳刷是勵磁回路動靜接觸以及電流傳遞的重要部件，碳刷一般是由石墨制成，石墨是非金屬導電材料，其電阻系數(shù)是金屬銅的400倍，因此在運行過程中勵磁電流在碳刷處產(chǎn)生的電阻發(fā)熱量以及在接觸滑動摩擦中產(chǎn)生的接觸電阻發(fā)熱以及機械振動發(fā)熱量很大，使得碳刷成為發(fā)電機運行中最容易損壞的和維護量最大的部件。而隨著現(xiàn)代大中型汽輪發(fā)電機容量的不斷增加，勵磁電流也隨之增大，碳刷的數(shù)量也增多，對于轉(zhuǎn)子滑環(huán)與碳刷維護水平的要求也是越來越高。而發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的碳刷運行與維護技術(shù)是傳統(tǒng)技術(shù)，多年來工藝和技術(shù)水平無實質(zhì)性突破。所以各方對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)關(guān)注不夠，投入有限，進而導致勵磁系統(tǒng)碳刷事故。在以往全國很多電廠都發(fā)生過因為發(fā)電機碳刷與滑環(huán)接觸不好造成打火嚴重甚至環(huán)火情況導致停機的事情發(fā)生，造成非計劃停運，給企業(yè)在成經(jīng)濟損失。嚴重的可能造成轉(zhuǎn)子滑環(huán)燒毀，造成機組較長時間不能恢復并網(wǎng)，造成嚴重的后果。因此運行人員對于發(fā)電機滑環(huán)的日常管理有著重要的作用。

2 碳刷運行常見故障運行分析

天津軍糧城發(fā)電有限公司五期#9#10機組是哈爾濱電機有限責任公司生產(chǎn)的三相隱極式同步發(fā)電機，型號為QFSN-300-2，發(fā)電機采用“水氫氫”冷卻方式。發(fā)電機型號為QFSN-350-2，額定勵磁電壓368V，額定勵磁電流為2897A，勵磁方式為自并勵靜止勵磁方式，勵磁變高壓側(cè)由發(fā)電機機端電壓，經(jīng)降壓變后通過可控硅整流裝置通過轉(zhuǎn)子滑環(huán)接入轉(zhuǎn)子勵磁線圈。在兩年多的運行時間里，出現(xiàn)了很多問題，下面進行簡單的分析。

2.1 碳刷過熱燒損

發(fā)電機勵磁電流通過碳刷與轉(zhuǎn)子滑環(huán)表面的接觸引入轉(zhuǎn)子勵磁線圈，在碳刷和轉(zhuǎn)子滑環(huán)上產(chǎn)生熱量，主要是由三部分組成：（1）由于碳刷的電阻產(chǎn)生電阻發(fā)熱，在實際運用中要求一臺機組上所用的碳刷要同樣的品牌規(guī)格，具有相同的電阻；（2）由于碳刷與滑環(huán)表面接觸而產(chǎn)生的接觸電阻發(fā)熱，接觸電阻的大小是與碳刷與滑環(huán)的接觸面積以及壓簧的壓強決定的；（3）碳刷的滑動摩擦和機械振動產(chǎn)生的熱量。摩擦會產(chǎn)生大量熱，而機械振動的增加會導致碳刷和滑環(huán)溫度的升高。熱量不能及時帶走造成碳刷溫度過高會造成碳刷刷辮燒斷，壓簧和刷握燒紅燒毀等故障，這也是發(fā)電機碳刷最常見的故障。

2.2 碳刷跳動打火

正常運行的發(fā)電機集電環(huán)具有自通風表面冷卻的結(jié)構(gòu)，把磨下的石墨碳粉和碳刷發(fā)熱熱帶走，起到清潔冷卻的作用。外面的粉塵伴隨著空氣吸入到滑環(huán)室，附著在刷架上和滑環(huán)上，造成臟污，導致碳刷與滑環(huán)的接觸不良，更造成了打火現(xiàn)象的發(fā)生，打火會桌上滑環(huán)表面形成電腐蝕痕跡，惡化導電，嚴重的可能導致環(huán)火。由于運行機組軸系振動的原因，同時也有碳刷與滑環(huán)角度調(diào)整的問題，可能造成碳刷跳動，尤其在開機沖轉(zhuǎn)的過程中尤為明顯，振動嚴重的時候可能造成該碳刷碎裂，也會造成打火。

2.3 碳刷卡澀

碳刷在運行中受熱膨脹，如果刷體與刷握間隙不匹配會造成碳刷膨脹受阻，增加了碳刷與刷握之間的摩擦力，使得碳刷不能在壓簧的作用下滑動，造成在刷握中卡澀，同時卡澀會造成在這一電刷上電流過小甚至為零，造成其他碳刷上電流增大，進而導致發(fā)熱加劇。

2.4 滑環(huán)室空間過小溫度高

發(fā)電機滑環(huán)室設立了通風冷卻系統(tǒng)，但是由于實際維護的不方便，冷卻效果隨運行時間延長而降低，進行造成滑環(huán)室溫度高，尤其在夏天，更是高達90度以上，加劇了碳刷的發(fā)熱，惡化了工作環(huán)境。

2.5 總結(jié)

在機組運行中，雖然使用同一壓簧、碳刷，但由于碳刷使用時間長短不一樣，出廠質(zhì)量有差別，使得碳刷與滑環(huán)間的接觸點電阻不一樣，使得同極滑環(huán)上不同碳刷間電流不均，部分碳刷電流太大，造成壓簧嚴重受損變形，產(chǎn)生火花。運行人員巡檢時間間隔較長，很難及時準確判斷各個電刷的工作情況，未能及時發(fā)現(xiàn)部分碳刷嚴重過熱情況，也是造成發(fā)電機滑環(huán)碳刷冒火的原因之一。

3 動態(tài)管理

在日常運行中，電氣專業(yè)根據(jù)發(fā)電機碳刷維護的特點，制定了嚴格的日常檢查維護制度，建立了一套完整的碳刷動態(tài)管理系統(tǒng)。

3.1 對于新購進的碳刷進行驗收，測定碳刷的固定電阻，要符合國家規(guī)定。嚴格把握碳刷更換工藝，同一臺機組使用必須品牌規(guī)格一致的碳刷，選用壓力統(tǒng)一始終的壓簧，保證各碳刷于滑環(huán)的接觸面和接觸壓力一致。

3.2 每班每四小時對發(fā)電機滑環(huán)和碳刷進行紅外線測溫，并在系統(tǒng)中做好登記，根據(jù)負荷，環(huán)境溫度進行比對，判斷碳刷的工作情況。

3.3 由有經(jīng)驗的運行人員每班進行發(fā)電機碳刷均流測量，根據(jù)各電刷的電流判斷其與滑環(huán)的接觸情況。并根據(jù)接觸情況對碳刷進行調(diào)整更換。

3.4 更換維護做好記錄。根據(jù)碳刷磨損的基本特點，建立了一個碳刷動態(tài)管理系統(tǒng)。就是對兩臺發(fā)電機集電環(huán)刷架上各部位的碳刷長度進行長期的抽樣測量，判斷出每塊碳刷的使用周期長度。根據(jù)測量，每塊碳刷的每天的磨損量大約為0.2mm，作為磨損系數(shù)，運用ASP語言進行編程，可以動態(tài)的顯示發(fā)電機滑環(huán)室刷架上各碳刷的大概長度。運行人員在進行專業(yè)工作維護時，動態(tài)的碳刷長度顯示柱狀圖會給運行人員以直觀的顯示。當碳刷長度臨近最低限值20%時，該柱狀圖會顯示紅色，提醒運行人員進行更換，在更換后，運行人員將該碳刷的更換時間輸入專業(yè)管理系統(tǒng)，這柱狀圖又恢復100%狀態(tài)。通過該管理系統(tǒng)不但可以統(tǒng)計出每塊碳刷的使用周期，對于提高安全性，節(jié)省碳刷使用費用起到了作用。

4 結(jié)束語

由于發(fā)電機布置的局限性，發(fā)電機滑環(huán)室布置的比較緊湊，在維護發(fā)電機滑環(huán)時要求很嚴格，而且運行人員的工作環(huán)境比較惡劣，因此在日常測溫檢查時應提高效率。對五期兩臺350MW機組采取該動態(tài)管理系統(tǒng)后，使得運行人員對于發(fā)電機兩極各塊碳刷的磨損情況有一個直觀提示作用，同時長期來看能夠統(tǒng)計出各部每塊碳刷的磨損程度快慢，對于分析各塊碳刷的工作情況，減輕運行人員工作強度，起到了事半功倍的效果。