浅谈600 MW水轮发电机组碳刷打火原因及处理方法

张 瑜, 雷 浩

(国大渡河检修安装有限公司,四川 沙湾 614900)

1 概 述

瀑布沟水电厂共有6台水轮机组，每台机组配有碳刷共50个，正极碳刷25个，负极碳刷25个，通过两个铜排励磁引线接入励磁系统。2017年12月，瀑布沟运行人员在进行常规巡检时，发现瀑布沟1号机组碳刷出现轻微打火现象，经与检修人员协调后，建议在检修期进行处理。

2 碳刷打火危害

励磁碳刷出现轻微打火对机组并无太大影响，但如处理不及时，火花就会越来越严重，如若发热严重，便会烧坏碳刷和滑环，破坏发电机的励磁回路，对机组安全运行造成巨大威胁，甚至破坏电力系统稳定运行。

3 碳刷打火原因分析

碳刷打火的主要原因是碳刷在运行过程中发热，在高温下与滑环摩擦产生剧烈火花。碳刷发热主要有三部分组成碳刷自身电阻发热Q1，碳刷接触压降发热Q2和磨擦发热Q3，刷辫与碳刷接触电阻和散流电流发热Q4。

碳刷自身电阻发热功率：W1=I2R

碳刷接触压降发热功率：W2=I△E

磨擦发热功率：W3=FV

接触电阻和散流电阻发热：W4=I2R

碳刷总体发热量为:Q=Q1+Q2+Q3+Q4

其中：I为流过碳刷的电流；R为碳刷电阻；

△E为接触压降；F为碳刷压紧力；V为碳刷与滑环的相对运动速度；R为接触电阻和散流电阻等效值。

结合瀑布沟电站机组运行的情况和设备情况分析，碳刷打火的可能原因有如下几点：

3.1 恒压弹簧压力不足

碳刷弹簧使用的是恒压弹簧，碳刷规定压力为180 cN/cm2。运行一段时间后，随着不断处于高温环境下，造成弹簧弹力下降，以致造成碳刷与滑环接触面积过小，使电流分布不均，在机组运行的过程中发生打火现象。若在碳刷底部施加压力时，打火现象消失，这种情况下需进行更换弹簧。

3.2 机组振动 滑环表面不平整

由于机组的振动，使滑环与静止的刷握产生接触，损坏滑环而使滑环表面产生毛刺，振动也会使碳刷与滑环接触不良而造成打火。

3.3 维护不到位

机组在长期高负荷运行情况下，碳刷与滑环长期摩擦会产生大量碳粉，发电机都装有碳粉吸收装置吸收碳粉，但也不能全部吸收，在长时间的运行过程中部分残留的碳粉就会使滑环沟道发生堵塞，使碳刷粉结垢，碳刷积垢脏污后容易卡涩，不能活动自如，摩擦增大，产生大量热量，发生打火现象。 机组运行中如大罩不严会使得灰尘沙粒进入滑环表面，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。

4 检修处理方法

检修人员在处理碳刷打火问题时，应严格按照运行规程中的方法进行处理。具体措施如下：

(1)更换磨损严重的碳刷。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；更换新碳刷前 要对新碳刷进行仔细打磨，保证碳刷与滑环之间接触良好。

(2)更换刚度不足和过热失效的恒压弹簧。将之前20 N的恒力弹簧全部更换为22 N。

(3)滑环和电刷表面存在碳粉堆积，采用无尘白布蘸取少许酒精进行清洗，同时清洗碳刷表面。

(4)在巡检过程中如发现个别碳刷存在严重烧红，按照规程积极进行处理。

(5)如出现滑环严重过热或局部刷架烧红，应立即汇报值长，降低励磁电流后尽快通知检修人员到场协同处理。

5 防范措施

加强碳刷电流的检测：

(1)运行人员要增加对碳刷电流的实时监测的次数，特别是在出现打火现象时更应如此，以便掌握碳刷的电流分布情况。如碳刷电流在12～80 A，说明运行正常；如碳刷出现零电流或高于标准值的情况，说明运行碳刷异常，电流过大继续运行则会烧毁碳刷，严重时造成异常停机。

(2)根据机组运行时碳刷打火现象的严重情况，及时更换长度过短的碳刷。

(3)开发碳刷红外测温或声定位监测系统，利用二次监测碳刷打火现象。

6 结 语

发电机碳刷打火现象在电机的运行中时有发生，严重威胁发电机的安全运行。因此，对碳刷的监视、维护保养并及时处理超温故障，是保证发电机长期稳定运行的重要工作之一。充分利用规程规定及相关知识，积极采取措施控制励磁系统的常见故障，防止和消除发电机组运行中碳刷打火的现象，对碳刷进行精心的维护，将碳刷打火消除在萌芽状态显得尤为重要。