发电机励磁碳刷打火原因分析及处理

叶志刚 刘 婕

（宁夏华能大坝发电有限责任公司 宁夏 青铜峡 751607）

0 引言

宁夏华能大坝发电有限责任公司发电机励磁系统采用交流励磁机静止整流器励磁方式，即三机励磁方式。这种励磁方式由于旋转部件较多，励磁系统发生故障的几率也较高。主励磁机和发电机最初都采用上海电刷厂生产的S27型碳刷，硬度为81。后在各机组的大小修中均陆续改为上海碳刷厂的NCC634型号碳刷，硬度为93。采用恒压刷握，压紧碳刷的恒压弹簧压力为1.1～1.2公斤。主励磁机碳数正、负极各四块，共八块；发电机碳数正负极各四十块，共八十块。碳刷是三机励磁系统中，励磁负荷由静止元件向旋转元件传递必然之路，碳刷出现故障时，必然会影响励磁系统的正常运行，势必造成机组的异常运行，所以碳刷的运行维护就显得至关重要。

1 概述

发电机运行中碳刷打火是常见的故障之一，如不及时消除，可能会导致发电机环火，严重时会烧毁滑环造成失磁而被迫停机。就大型发电机而言，紧急停机不仅造成系统出力下降，影响系统稳定运行和企业的效益，而且对发电机本身也危害极大。所以我们有必要对发电机组的碳刷打火原因进行认真的分析，监测设备运行状况，拟定相应的对策来防止或消除发电机碳刷打火现象。

2 原因分析

2.1 碳刷质量不过关且与刷握不匹配

每次碳刷打火处理中，在换下的碳刷中发现有部分碳刷表面不平有崩角，有部分刷辨与刷握接触松动。崩角的原因极有可能是碳刷跳动太大或材质不良造成，刷辨与刷握连接松动会造成二者接触电阻增加，使各碳刷电流分布不均。碳刷即使在刷握中可上下活动，但在卡上恒压弹簧后，便不能活动自如，这就会造成碳刷不能与滑环可靠接触，使实际分担电流远远降低，甚至会为零。这样长久运行必然导致碳刷打火烧红现象的发生。

2.2 恒压弹簧压力不够或压力不均，接触不良

自卷式恒压弹簧受热后弹簧会拉长，弹性变差，以致会造成碳刷实际接触面积减少。从换下的弹簧看还没出现弹簧的严重损坏，只是弹性有不同程度的降低，但在以前的碳刷打火事件中，曾经多次出现恒压弹簧断裂或裂纹损坏的情况。由于恒压弹簧的压力不一样，从而造成不同的碳刷分担电流不一样。在此次事件中经过我们对各碳刷电流的卡测发现，更换压簧前分担电流小于20A，但更换压簧后，同是一块碳刷分担电流可达80A。这样也会造成碳刷打火烧红。

2.3 电刷牌号不一致，电流不均匀

这种现象在我们厂一般不会发生。因为我们公司的碳刷专人专管，统一配置，并且全厂机组都用同一型号的碳刷。

2.4 刷握调整不当，碳刷位置不能对准滑环圆周的法线方向

经检查，发现部分碳刷刷握距离滑环的高度不一致，有些不能平行于滑环圆周的法线方向。这样有可能在轴系旋转时，产生偏心，滑环和刷握接触而损坏滑环，使得滑环表面不平造成打火现象的发生，前面举到的我厂#3机组的实例就有这方面的原因。

2.5 碳刷积垢赃污

滑环沟道长时间运行发生堵塞，使得碳刷粉结垢，碳刷积垢脏污后，碳刷容易卡涩，不能活动自如，也会引起电流的均匀分布情况。

2.6 机组振动，滑环表面不平整

由于机组的振动，也有可能使得滑环与静止的刷握产生接触而损坏滑环使滑环表面产生毛刺，振动也可能会使碳刷与滑环接触不良而造成打火。

2.7 维护不到位，造成碳刷磨损严重太短或卡塞摆动

我们厂所处地理位置，风沙大，机组运行中如大罩不严会使得沙粒进入滑环表面，就会引起碳刷跳动加剧、摩擦增大、接触不良，并且产生大量的碳粉。碳粉聚集在刷握内会造成碳刷卡涩。也会影响电流的分配而导致打火的发生。

2.8 运行调整不及时，处理不当，造成恶性循环

在发生碳刷打火或烧断刷辫时，应该及时调整更换碳刷或恒压弹簧。出现微弱火花时，应加强巡检、及时调整并更换接触不好的碳刷或压力不好的恒压弹簧。调整更换时，应严格按照规程规定进行，如调整不及时或处理不当，将会蔓延至其他的碳刷，造成大面积的火花，甚至会环火。

3 处理及防范措施

3.1 加强运行维护

值班人员在发现发电机励磁碳刷打火时，因根据运行规程中的方法积极主动的采取措施进行处理。具体措施如下：

3.1.1 首先检查处理不打火和无过热的电刷，检查是否接触良好。因为打火和过热的碳刷有可能是接触最好的碳刷，如果先处理了这些接触良好的碳刷，势必造成打火的碳刷打火更严重，甚至造成环火，所以这一点在处理过程中是相当关键的。在1991年碳刷环火停机事件中，就是因为运行人员在处理过程中违背了正常处理的原则，慌忙中先处理了打火的碳刷，导致了环火而不得不停机。

3.1.2 更换过短或不同牌号的碳刷。运行规程规定：当碳刷上沿与刷握平齐时，该碳刷就应予以更换；同一排碳刷不能同时更换三块以上，且每一块碳刷与滑环的接触面积不小于70%或2／3以上；更换碳刷前要对碳刷进行仔细的打磨，使得碳刷与滑环接触面粗造，有利于二者的接触良好；发电机与励磁机应使用同一牌号的碳刷。

3.1.3 重新打磨卡塞或接触不好，接触面不良的碳刷。规程规定打磨用的砂纸必须是规定标号的金相砂纸。

3.1.4 更换刚度不足和过热失效的恒压弹簧。规程规定恒压弹簧的压力在1.1～1.2公斤。

3.1.5 更换过热后变形，破碎或引线变色断线的碳刷。对于引线变色可容易看到，但对于引线的断线需要仔细察看，因为引线外还包有一层绝缘套，烧断后不易发觉。如不及时更换，将会造成大量的碳刷由于过载而烧断，最后导致发电机失磁而停机。所以运行中应特别注意检查，最好是通过用钳形电流表卡测电流分布来判断，或者戴上线手套，脚踩绝缘板，用手去轻拉引线，判断引线的好坏。

3.1.6 滑环和电刷表面不洁，可用白布浸少许酒精擦拭滑环，用干净白布擦拭电刷表面。在处理这次＃3发电机碳刷打火中，便充分采用了这种办法。经过多次的打磨擦拭和其他辅助措施的实施，最终使得碳刷恢复了正常的运行状态。

3.1.7 如果机组振动超过极限规定，应按有关规定打闸停机，在规定范围内机组的异常振动时，应该加强对机组励磁碳刷的监视、更换和调整。

3.1.8 如个别碳刷严重打火或烧红，原则上不应该降低发电机的励磁电流，应该按规程规定进行积极主动的处理。

3.1.9 如出现滑环严重过热或局部刷架烧红，应汇报值长减低发电机励磁电流，并尽快通知电检人员到场协同处理。

3.2 加强碳刷电流的检测

3.2.1 每班配一块钳型电流表以用来随时测量碳刷的电流，特别是在碳刷出现打火现象时更应加强监测，以便全面掌握每块碳刷的电流分担情况。如碳刷电流在12～80A，说明运行正常；如碳刷电流出现零或大于200A，说明运行不正常，超过200A的碳刷会很快烧断引线的。

3.2.2 根据当时发电机励磁电流，计算每块碳刷的平均电流，及时调整和更换电流过大或过小的碳刷，使得每块碳刷的电流分担差别不要过大。

每块碳刷的平均电流＝发电机励磁电流／每极碳刷的个数励磁系统的常见故障，特别是要采取措施防止和消除发电机组碳刷打火的现象。充分利用规程规定及相关知识，对发电机组碳刷打火的现象进行分析，消除运行中的打火情况，对碳刷进行精心的维护，使得碳刷打火消除在萌芽状态。

4 结论

为保证发电机组安全稳定的运行，我们必须积极采取措施，控制

［1］电气运行规程[S].宁夏华能大坝发电有限责任公司,2010,10.

［2］宁夏华能大坝发电有限责任公司2010年电气运行日志[Z].

［3］涂光瑜,主编.汽轮发电机及电气设备[M].中国电力出版社,1998.