390H发电机励磁电刷刷辫脱落原因分析

钮志峰

(江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213011)

0 引言

发电机励磁电刷的作用是将外部励磁电流通过电刷加到转动的转子上建立磁场，转子磁场切割发电机定子线圈产生电能。励磁电刷由于通过的电流密度大且通过与高速旋转的滑环接触传递能量，易出现振动、超温等现象。励磁电刷作为发电机的一个关键部件，在发电机运行中属于故障易发、多发部件。实际运行中，若使用维护不当，极易引起严重故障，导致发电机失磁、滑环环火、机组被迫停运、设备损坏等事故[1-2]。

1 390H发电机概况

江苏华电戚墅堰发电有限公司建有2套S109FA燃机联合循环机组，机组主要设备包括GE 公司生产的PG9351FA型燃气轮机、D10型汽轮机、390H型全氢冷发电机及福斯特惠勒公司的三压再热自然循环余热锅炉。390H发电机是GE公司S109FA燃气-蒸汽联合循环机组配套的全氢冷发电机，主要参数见表1。

表1 390H发电机主要参数

390H发电机励磁电刷由正负两极电刷组构成，结构紧凑、运行维护方便，每极有7组刷架，每组刷架有4个电刷，共56个电刷，电刷刷体材质为NCC634，电刷、刷架结构如图1所示。

2 运行中出现的问题

390H发电机属于进口机型，原厂配件由国外进口，采购周期较长且电刷价格较高。实际运行中，为了便于采购和节省费用，用与原厂相同刷体材质的国内加工产品进行替代。

图1 电刷、刷架结构

更换成国内生产的替代电刷后，初期运行正常，电刷温度、电流等无异常，电刷也没有出现过热、打火及滑环磨损等现象，机组运行稳定。使用替代电刷大约1 a后，在维护发电机电刷的过程中，多次出现电刷刷辫被轻易拉出的情况。

对损坏的电刷进行检查，发现电刷刷辫被拉出，均是刷体埋设刷辫的开孔处开裂引起的，检查其他电刷也有部分存在裂纹现象。

随后对使用中的替代电刷进行更换，恢复使用原厂电刷。分析390H发电机励磁电刷的特点并对损坏的替代电刷和原厂电刷的加工工艺进行对比。

3 390H发电机励磁电刷特点

390H发电机电刷运行特点与同类发电机有较大的区别，主要是安装的电刷数量少，每个电刷承受的电流大，使用条件相对苛刻，与同类型发电机参数对比见表2[3]。

表2 同类型发电机参数对比

常见发电机电刷采用刷框定位在刷架上的结构，在电刷过热、积灰和维护不到位的情况下，容易导致电刷卡死在刷框内，严重时会引起环火、失磁。390H发电机电刷定位方式为中心导销式，此导销结构能有效地冷却电刷，比刷框式更能降低电刷和集电环的温度，电刷发热膨胀、积灰等情况下不易造成电刷卡死，不会影响其上下自由活动。电刷刷体加工结构相对比较复杂，电刷刷辫埋设位置比较紧凑，对加工工艺要求较高，价格也相对较高。电刷外形结构如图2所示。

图2 电刷外形结构

4 电刷刷辫埋设工艺

电刷刷辫埋设工艺直接影响使用效果。刷辫与刷体接触电阻大会引起过热、损坏刷辫，还会导致电刷间电流分配极不平衡。电刷刷辫与电刷的固定方式通常有填塞法、扩铆法、焊接法和模压法几种[4-8]，主要特点如下。

(1)填塞法是在电刷上预先钻好锥形孔或螺纹孔，引线连接部用导电的粉末填塞，用树脂胶将填塞孔表面封好，适用于电刷截面较大的情况。

(2)扩铆法是在电刷上钻孔、铣槽，将刷辫经所钻的孔穿入铣槽并绕在铜管上，然后将铜管两端扩张。为降低刷辫与刷体铣槽的接触电阻，有时还需在铣槽表面镀铜。由于机械强度好，适用于振动条件下使用的电机电刷。

(3)焊接法与扩铆法工艺一样，只是最后采用锡焊的方法焊牢，适用于小型电机。

(4)模压法是在压制刷体的过程中同时固定刷辫，适用于含铜量高的电刷。

大型发电机电刷最常用的是填塞法和扩铆法，根据不同的刷体结构各厂家略有不同。390H发电机受电刷刷体结构限制，刷辫采用填塞法埋设。由于电刷刷辫埋设位置较紧凑，对电刷刷辫的埋设工艺要求较高，填塞工艺的不同直接影响电刷的安全使用。

对损坏的电刷和原厂电刷进行刷辫埋设工艺对比检查。原厂电刷采用黏结填塞工艺，电刷刷辫与刷体结合紧密，无松动；替代电刷采用普通的开孔填塞法，刷辫在刷体开孔中靠机械外力塞紧，开口处用铜粉压紧，刷辫与刷体结合间隙较大、不紧密，埋设深度浅，极易出现松动发热。由此可以看出，出电刷刷辫处开裂的原因是刷辫埋设工艺不适用此种电刷结构，对比情况如图3所示。

图3 电刷刷辫埋设对比

390H发电机电刷结构与常用电刷不同，刷辫埋设位置开孔后结构比较单薄。采用替代电刷，由于工艺的不同会出现以下情况。

(1)替代电刷采用普通的开孔填塞法，靠铜粉填塞压紧，刷辫与电刷刷体接触不是很紧密，接触电阻增大，运行中易引起发热膨胀。转子高速转动引起振动时产生机械疲劳，使用一段时间后，刷辫埋设的开孔处因机械强度不足而胀裂，填塞的铜粉松脱，导致刷辫脱落。

(2)原厂电刷采用黏结填塞法，刷辫和刷体在黏合剂的作用下结合为一体，增强了刷体与刷辫连接处的强度，最大限度降低了接触电阻，不易因接触不良而引起发热膨胀，同时还增加了刷辫和刷体的连接强度，长时间运行后不会出现电刷刷辫脱出的现象。

5 结束语

通过对390H发电机电刷特点及运行情况的分析对比可以看出，普通的电刷刷辫埋设工艺不适用此类型的电刷，是引起电刷刷辫脱落的主要原因。在实际生产运行中，电刷的选择不仅需要注意电刷的材质，同时也需要注意电刷加工工艺。为了提高发电机励磁电刷的运行管理水平，在实际生产运行维护中应注意以下方面。

(1)选择电刷时，不仅要保证电刷的材质满足使用条件，同时还需要了解电刷的结构和加工工艺，对特殊结构的电刷，更需注意电刷刷辫埋设工艺。

(2)建立电刷维护使用技术台账，跟踪每个电刷的运行情况，完善电刷维护措施和要求，开展电刷运行技术分析。

(3)实际运行中，必须加强对发电机电刷的维护检查，发现电刷存在问题应及时分析处理，避免故障发生。

(4)定期用红外热成像仪、测温仪对电刷及滑环进行温度检查，并用钳形电流表进行电刷电流检测，全面直观地掌握电刷的运行情况。