浅谈碳刷的动态管理

王博宇　刘民

摘 要：碳刷是将励磁电流引入发电机转子励磁线圈的重要部件，其与转子滑环的接触情况决定了碳刷是否工作稳定，而随着现代大中型汽轮发电机容量的不断增加，励磁电流也随之增大，碳刷的数量也增多，对于转子滑环与碳刷接触的要求也是越来越严格。军粮城电厂运行部电气专业创造性地实现了对于两台350MW机组的碳刷的动态管理，取得了很好的效果，现在介绍天津军粮城电厂完善日常管理的经验。

关键词：碳刷；维护；动态管理

1 概述

发电机转子碳刷是励磁回路动静接触以及电流传递的重要部件，碳刷一般是由石墨制成，石墨是非金属导电材料，其电阻系数是金属铜的400倍，因此在运行过程中励磁电流在碳刷处产生的电阻发热量以及在接触滑动摩擦中产生的接触电阻发热以及机械振动发热量很大，使得碳刷成为发电机运行中最容易损坏的和维护量最大的部件。而随着现代大中型汽轮发电机容量的不断增加，励磁电流也随之增大，碳刷的数量也增多，对于转子滑环与碳刷维护水平的要求也是越来越高。而发电机励磁系统的碳刷运行与维护技术是传统技术，多年来工艺和技术水平无实质性突破。所以各方对发电机励磁系统关注不够，投入有限，进而导致励磁系统碳刷事故。在以往全国很多电厂都发生过因为发电机碳刷与滑环接触不好造成打火严重甚至环火情况导致停机的事情发生，造成非计划停运，给企业在成经济损失。严重的可能造成转子滑环烧毁，造成机组较长时间不能恢复并网，造成严重的后果。因此运行人员对于发电机滑环的日常管理有着重要的作用。

2 碳刷运行常见故障运行分析

天津军粮城发电有限公司五期#9#10机组是哈尔滨电机有限责任公司生产的三相隐极式同步发电机，型号为QFSN-300-2，发电机采用“水氢氢”冷却方式。发电机型号为QFSN-350-2，额定励磁电压368V，额定励磁电流为2897A，励磁方式为自并励静止励磁方式，励磁变高压侧由发电机机端电压，经降压变后通过可控硅整流装置通过转子滑环接入转子励磁线圈。在两年多的运行时间里，出现了很多问题，下面进行简单的分析。

2.1 碳刷过热烧损

发电机励磁电流通过碳刷与转子滑环表面的接触引入转子励磁线圈，在碳刷和转子滑环上产生热量，主要是由三部分组成：（1）由于碳刷的电阻产生电阻发热，在实际运用中要求一台机组上所用的碳刷要同样的品牌规格，具有相同的电阻；（2）由于碳刷与滑环表面接触而產生的接触电阻发热，接触电阻的大小是与碳刷与滑环的接触面积以及压簧的压强决定的；（3）碳刷的滑动摩擦和机械振动产生的热量。摩擦会产生大量热，而机械振动的增加会导致碳刷和滑环温度的升高。热量不能及时带走造成碳刷温度过高会造成碳刷刷辫烧断，压簧和刷握烧红烧毁等故障，这也是发电机碳刷最常见的故障。

2.2 碳刷跳动打火

正常运行的发电机集电环具有自通风表面冷却的结构，把磨下的石墨碳粉和碳刷发热热带走，起到清洁冷却的作用。外面的粉尘伴随着空气吸入到滑环室，附着在刷架上和滑环上，造成脏污，导致碳刷与滑环的接触不良，更造成了打火现象的发生，打火会桌上滑环表面形成电腐蚀痕迹，恶化导电，严重的可能导致环火。由于运行机组轴系振动的原因，同时也有碳刷与滑环角度调整的问题，可能造成碳刷跳动，尤其在开机冲转的过程中尤为明显，振动严重的时候可能造成该碳刷碎裂，也会造成打火。

2.3 碳刷卡涩

碳刷在运行中受热膨胀，如果刷体与刷握间隙不匹配会造成碳刷膨胀受阻，增加了碳刷与刷握之间的摩擦力，使得碳刷不能在压簧的作用下滑动，造成在刷握中卡涩，同时卡涩会造成在这一电刷上电流过小甚至为零，造成其他碳刷上电流增大，进而导致发热加剧。

2.4 滑环室空间过小温度高

发电机滑环室设立了通风冷却系统，但是由于实际维护的不方便，冷却效果随运行时间延长而降低，进行造成滑环室温度高，尤其在夏天，更是高达90度以上，加剧了碳刷的发热，恶化了工作环境。

2.5 总结

在机组运行中，虽然使用同一压簧、碳刷，但由于碳刷使用时间长短不一样，出厂质量有差别，使得碳刷与滑环间的接触点电阻不一样，使得同极滑环上不同碳刷间电流不均，部分碳刷电流太大，造成压簧严重受损变形，产生火花。运行人员巡检时间间隔较长，很难及时准确判断各个电刷的工作情况，未能及时发现部分碳刷严重过热情况，也是造成发电机滑环碳刷冒火的原因之一。

3 动态管理

在日常运行中，电气专业根据发电机碳刷维护的特点，制定了严格的日常检查维护制度，建立了一套完整的碳刷动态管理系统。

3.1 对于新购进的碳刷进行验收，测定碳刷的固定电阻，要符合国家规定。严格把握碳刷更换工艺，同一台机组使用必须品牌规格一致的碳刷，选用压力统一始终的压簧，保证各碳刷于滑环的接触面和接触压力一致。

3.2 每班每四小时对发电机滑环和碳刷进行红外线测温，并在系统中做好登记，根据负荷，环境温度进行比对，判断碳刷的工作情况。

3.3 由有经验的运行人员每班进行发电机碳刷均流测量，根据各电刷的电流判断其与滑环的接触情况。并根据接触情况对碳刷进行调整更换。

3.4 更换维护做好记录。根据碳刷磨损的基本特点，建立了一个碳刷动态管理系统。就是对两台发电机集电环刷架上各部位的碳刷长度进行长期的抽样测量，判断出每块碳刷的使用周期长度。根据测量，每块碳刷的每天的磨损量大约为0.2mm，作为磨损系数，运用ASP语言进行编程，可以动态的显示发电机滑环室刷架上各碳刷的大概长度。运行人员在进行专业工作维护时，动态的碳刷长度显示柱状图会给运行人员以直观的显示。当碳刷长度临近最低限值20%时，该柱状图会显示红色，提醒运行人员进行更换，在更换后，运行人员将该碳刷的更换时间输入专业管理系统，这柱状图又恢复100%状态。通过该管理系统不但可以统计出每块碳刷的使用周期，对于提高安全性，节省碳刷使用费用起到了作用。

4 结束语

由于发电机布置的局限性，发电机滑环室布置的比较紧凑，在维护发电机滑环时要求很严格，而且运行人员的工作环境比较恶劣，因此在日常测温检查时应提高效率。对五期两台350MW机组采取该动态管理系统后，使得运行人员对于发电机两极各块碳刷的磨损情况有一个直观提示作用，同时长期来看能够统计出各部每块碳刷的磨损程度快慢，对于分析各块碳刷的工作情况，减轻运行人员工作强度，起到了事半功倍的效果。