发电机滑环电刷发热的原因分析及处理方法

王绍平

(华电四川发电有限公司攀枝花分公司，四川 攀枝花 617065)

0 引言

目前，大型发电机组转子电刷普遍采用模块化组件式结构设计，一般由沿转子滑环均匀分布的固定式刷架和可移动式电刷盒组成，极大地方便了运行维护。华电四川发电有限公司攀枝花分公司#12发电机组采用东方电气集团生产的D172F电刷(规格为25 mm×32 mm×100 mm，辫长130 mm)，每极滑环配置6组刷盒，每个刷盒配4块电刷，每极共计24块电刷。按照机组容量和转子额定电压和电流设计，5组刷盒正常投入运行能够满足机组强励动通流要求。滑环采用同轴风扇密闭强迫通风冷却方式，开式循环。2011－01－17，#12机组大修后并网发电，加负荷过程中转子正极电刷发热，维护和调整后未见好转，电刷发热在同极6个刷架电刷间移动，极不稳定，个别电刷最高温度达到300℃，正极滑环温度超过额定允许温度120℃，通过外部增加风扇强迫冷却，暂时维持机组运行。

1 运行中发电机电刷发热原因分析

1.1 转子滑环同轴冷却风量不足

安装滑环同轴风扇叶片定向应准确，应符合制造厂规定。风叶定向不符合标准，一方面会引起机组转子轴承振动，另一方面会造成滑环冷却风量不足，导致滑环和电刷发热。

1.2 转子滑环密闭风道存在堵塞或漏风

(1)机组大修抽转子需要按照工序拆除滑环外罩、风道、刷架、刷盒等附件，要检查和紧固同轴风扇叶片及平衡配重块，清理进、出风口的积灰和碳粉，重点应清理滑环导向进风小孔积灰。该机组转子滑环冷却风流向为:进风口→同轴冷却风扇→负极滑环小孔导向风道→混风筒→正、负极滑环小孔导向风道→出风口。此次机组大修过程中没有认真清理正、负极风滑环小孔导向风道，滑环小孔积灰并大量堵塞，造成正极滑环冷却风量严重不足，引起电刷和滑环发热。机组运行中采用干燥、干净的压缩空气吹滑环，不易清除干净小孔内的积灰，因此，检修中应使用带压缩空气的小管认真对滑环小孔逐个进行清理。

(2)进、出风口或风道堵塞，电刷和滑环运行中产生的热量不能随风带出。

(3)风道漏风造成冷却风量不足。

1.3 电刷质量和维护方面的原因

(1)因管理不到位，电刷或刷盒型号没有按照制造厂规定使用。多型号电刷或刷盒混合使用，引起电流在电刷和刷盒之间分布不均，部分电刷因过电流而发热，甚至烧断引线。

(2)电刷维护不到位，更换电刷时不认真进行研磨、抛光处理，电刷在盒内间隙偏差大。间隙不足，电刷卡涩，不能自由上下移动;间隙过大，电刷晃动度大，与滑环接触面不吻合。

(3)电刷长短不均引起电流分布不均是电刷发热的常见原因。

(4)未定期开展滑环吹灰和清洗工作，积灰或积碳粉是造成碳刷打火发热的主要原因。

(5)未定期开展测量电刷电流工作，未及时发现并调整过电流或接触不良的无电流电刷。

1.4 刷盒导体绝缘及均压弹簧方面的原因

(1)刷盒由固定部分、操作机构和导电部分组成，导电部分与固定部分间安装有绝缘垫片，电流在导电部分和电刷中通过并经滑环引入转子。在机组运行中，积灰和碳粉引起绝缘能力降低或导通，改变了各电刷引流通路，各电刷电阻分布不均引起局部发热。

(2)刷盒中的均压弹簧使用一定时间后，会出现压力不均、变形、裂纹、散簧等情况，都是电流不均衡所致，发热变形反过来又加剧电流不均。

(3)刷盒锁紧机构锁紧力不足使整个刷盒电刷接触不良，造成其他刷盒过电流发热。

1.5 滑环不圆或表面粗糙引起摩擦发热

检修时车削滑环造成滑环不圆或表面粗糙，易引起摩擦发热。

1.6 电刷表面不洁

电刷表面不洁最容易被忽略，正常运行的发电机电刷密封在密闭的柜子内，两极电刷中间有套在轴上的齿轮状轴流风扇，靠转子转动把磨下的碳粉、电刷运行中产生的热量及时抽走，起到清洁、冷却的作用。如果柜门关不严，或巡检时忘记关门，外面的粉尘伴随着热空气吸进电刷，附着在刷柱上，影响电刷散热。同时，在电刷发生火花时因刷柱表面不洁，刷柱之间绝缘强度不够，很容易环火。此外，滑环上车有一道道螺旋状的沟槽，这是为了增加电刷散热面积，改善同电刷的接触，使电刷冷却更充分，碳粉更容易被抽走。柜门若关不严，风扇抽力不足，外面的粉尘很容易附着在螺旋状沟里，后果是可想而知的。励磁机电刷电压等级比较低，裸露在外面，检修人员应定期进行清洁。

1.7 轴承振动引起电刷发热

电刷随着轴承振动，致使电刷接触面摩擦不均、引线及弹簧松动，发生局部冒火花，进一步加剧电刷发热。

2 运行中发电机电刷发热的处理方法

2.1 转子滑环同轴冷却风量不足的处理方法

机组运行中，滑环小孔风道堵塞不易发现，即使堵塞也难以疏通，对测量的电刷电流进行分析后可确定冷却风量不足，应采取增加冷却通风的措施，如外部安装轴流风机冷却。该厂机组在滑环出风道口加装了1台抽风机，电刷或滑环温度高时可以启动风机加强表面热交换，冷却效果理想。

定期使用干燥、干净的压缩空气吹滑环的积灰和积粉，定期清除滑环外罩灰尘，有效减缓滑环小孔积灰堵塞，停机后及时检查和疏通滑环小孔。

定期检查和清理进风口滤网，保证进风清洁。

2.2 提高电刷维护质量，及时消除发热缺陷

尽可能使用厂家原装电刷和刷盒，不能任意更改电刷和刷盒厂家和型号，如有必要，应经试验后确定。碳刷在刷握内应上下活动自如，碳刷与刷握的间隙应为0.1～0.2 mm，电刷应无跳动、摇动或卡涩的情况;电刷磨面光亮无杂质，弹簧压紧力应调整为11～12 N，压紧力过小时应更换新电刷或调整压力，滑环表面温度应不大于120℃。

另外，当电刷磨去其高度的2/3或接触不良时，应更换。刷架应无积垢，必要时可用布擦去积垢，也可以浸以四氯化碳或用酒精擦拭。滑环表面氧化膜过厚或表面粗糙不光滑时，应用最细的砂布或白布打磨，禁止用粗糙砂布打磨。

2.3 电刷冒火花的鉴别和处理

电刷冒火花的鉴别和处理见表1。

2.4 严格执行检修工艺标准，避免滑环车削不圆

滑环不圆，除会冒火花外，还会出现电刷跳动和发热;碳刷硬度较大时，电刷会出现掉块或边沿脱落等不规则状态，电刷接触面圆弧不均，火花放电严重。应降低励磁电流运行，严重时应申请停机重新车削滑环。

3 防止运行中发电机电刷发热的技术措施

(1)定期测量滑环和电刷的温度、电流。

(2)在滑环冷却风道出风口加装抽风装置，带走电刷摩擦产生的热量。

(3)及时更换短电刷，使用磨刷机打磨好电刷后更换;同时，应尽可能整盒更换，确保每组电刷的电流分布均匀。

表1 电刷冒火花的鉴别和处理

(4)加强电刷和刷盒管理。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。管理人员应经常检查电刷的使用情况，及时补充电刷备品和维护工具。

(5)定期开展滑环和电刷的清灰工作。每周用压力约0.3 MPa洁净、干燥的压缩空气吹灰。

(6)加强机组大修管理，车削滑环应严格执行工艺要求和质量验收标准。认真清理滑环表面的电弧灼伤点，可先用油石细锉打磨，再用#0抛光砂布清除毛刺和麻点;对集电环被火花严重灼伤的，若深度超过1 mm，损伤面积超过总面积的30%，可对集电环进行精车，精车后用#0砂布包在扁锉上研磨工作面，再用砂布背面紧贴集电环表面进行抛光，最后用蘸有少许机油的旧砂布进行精抛光，使表面粗糙度达 Ra0.8～1.8 μm。

(7)机组大修时，应更换所有刷盒上的均压弹簧并校对压力，确保各电刷电流和压力分布均匀。

(8)充分利用停机机会清理和疏通冷却风道各部分的积灰，确保风道通畅。

4 结束语

该机组运行中电刷发热原因在机组停机大修时查清，原因是滑环小孔风道积灰堵塞。电刷和滑环发热，会威胁机组的安全运行，限制机组正常出力，导致机组少发电，严重时甚至造成机组烧滑环被迫停机，2006年该公司1台50 MW机组就发生过滑环烧损事故。因此，做好机组电刷的维护和管理工作至关重要，该机组电刷发热的5个月内，共消耗电刷140块，刷盒弹簧变形损坏4个，维护费用增加，同时限制机组出力，造成少发电1500 MW·h，增加了维护人员的工作量，容易造成人身伤害。