浅谈发电机滑环碳刷系统常见故障原因及应对措施

江浩

摘 要： 碳刷和滑环是发电机系统中转动与静止部分接触进行能量交换的设备，是发电机励磁系统的重要组成部分，也是发电机在运行中易出现问题的薄弱环节。滑环与电刷的接触是静止与转动的关系，若维护不当，在运行中存在摩擦势必造成电刷振动、滑环表面温度过高等现象，从而进一步造成滑环损坏。

关键词： 打火;温度高;振动;恶性循环;氧化膜

1 绪论

由于发电机滑环和碳刷是自并励励磁方式发电机重要导流部件，是电流从静止部件流向旋转部件的过渡装置，极易产生各种故障现象。在维护过的多台发电机的滑环系统中总结，多次经历发电机滑环及碳刷温度高、碳刷打火、电流分配不均匀等现象。本文针对这些常见现象，初步分析其原因及采取应对措施，为同行们在日常的发电机维护中提供参考。

2 发电机滑环碳刷系统工作原理和正常运行状态

同步发电机转子绕组通入直流电后产生磁场，而直流励磁电流是通过电刷、滑环与引线进入转子绕组的。滑环与电刷的接触是静止与转动的关系。电刷在正常运行中的温度一般在50℃～80℃，温升在40℃左右，碳刷采用恒压弹簧形式安装在刷握内，电刷活动自如无卡涩现象，弹簧压力均匀在0.2Kg左右。在转子滑环的正、负极各装有相同数量枚的碳刷在碳刷刷架上。在转子滑环碳刷两极之间设计有与转子同轴风扇叶片，旋转时使碳刷小室形成负压，利用负压将碳刷与滑环运行中产生的热量带走，使产生热量和散热达到平衡状态;同时碳刷在滑环上的摩擦、自然氧化的作用下，在集电环的接触面上形成一层均匀、光滑的氧化膜，是一种复合薄膜，由于氧化膜的具备碳元素的导电性，可以有效改善碳刷与集电环的导流特性，同时又具有较好的润滑性能，显著降低了碳刷与集电环之间摩擦系数，减少了摩擦热的产生和碳刷的磨损，碳刷与滑环维持在良好的工作状态。

3 常见发电机滑环碳刷系统故障的原因分析及危害

实际上碳刷与高速旋转的滑环（表面运转速度30～70m/s）表面接触，通入大电流， 由于碳刷材质、碳刷与滑环接触压力变化，接触电阻和附加电阻变化、滑环表面受到油污污染，滑环表面客观存在的阳极蒸发和阴极粉化等多种原因，极易破坏部分已形成的氧化膜，造成该部分接触摩擦增大，表面温度高，温度变化时平衡能力降低，部分电刷温度急剧升高，会造成该部分碳刷与滑环接触电阻先由大变小，造成电刷电流分布不均匀，极端时，有的碳刷电流为0，有的为平均电流的2-4倍。通过电流越大温度越高，温度越高便会使电刷与滑环接触电阻进一步减小，恶性循环使整个滑环系统温度升高，碳刷打火，严重时滑环温度能达到200℃～300℃，碳刷火花等级趋于劣化，最终将会导致刷辫烧断，产生环火，造成非停和机组设备损坏事故。本集团就有机组滑环环火事故案例。

4 发电机励磁滑环碳刷系统常见故障的处理措施

如何避免滑环和碳刷故障的发生，在运行过程中需定期测量发电机励磁碳刷及滑环的温度并做好记录，超温碳刷及时更换。每周测量一次发电机每根励磁碳刷电流，对偏离计算平均值的碳刷破坏其已形成的镜面接触面，使其能重新形成合格的氧化膜。事实证明，预防是最好的应对措施，做好定期工作成效显著。

4.1 机组运行过程中

对于励磁碳刷出现打火现象、滑环碳刷温度高、电流分布不均匀等故障现象，特别是碳刷打火，该现象对滑环碳刷系统威胁最大，往往是其他各种常见的不利因素叠加而产生的后果，严重时烧坏滑环。首先要保护好滑环和碳刷之间产生的氧化膜，它具有非常好的润滑性能和导流性能，碳刷与集电环接触表面起润滑作用的石墨膜，将碳刷与集电环分开，使摩擦在石墨润滑层间进行，提高导流效率，降低了摩擦系数，降低了碳刷的磨损，这要求我们保持滑环和碳刷的清洁，碳刷定期清理刷握，避免油污污染，对部件渗油部位进行清理;检查碳刷材质是否合格，找专门检测技术部门检验碳刷的电阻率、硬度、接触压降、摩擦系数，外形尺寸可使用卡尺测量，更换非同型号、同厂家、同批次碳刷，碳刷材质极其重要，本人经历过非同批次碳刷引起碳刷打火，统一批次后正常;刷握检查，刷握材质要求为铸铝黄铜、铸硅黄铜、铸铅黄铜、铸铝黄铜或黄铜板，因这些材料强度和耐温值较高，不易发生变形，若材质不合格将会造成碳刷在刷握里间隙过大或过小;均压弹簧检查，碳刷电流分布不均勻的另一个原因就是碳刷恒压弹簧压力偏低，建议采用恒压弹簧单圈达到1Kg，因长时间工作环境温度高会造成弹簧本体弹性变差，压力降低;若滑环温度过高，紧急情况下，可使用绝缘木块上垫上折叠好的多层白纱布，在白纱布上涂少量凡士林，润滑滑环螺纹沟表面，该方法只可在单极依次进行处理，效果明显，本人处理过达到300℃的滑环，能迅速安全地把滑环温度降下来。

4.2 在机组停运检修时的检查处理

机组停运时，应对滑环进行彻底清理，包括对滑环表面、滑环下部通风孔道，滑环与大轴之间绝缘进行清理，碳刷刷辫螺丝进行紧固，因通风孔道影响散热，而螺丝的紧固程度影响接触电阻;检查滑环表面是否存在沟痕、灼伤现象，故障点可使用金相砂纸进行打磨处理;若投运年限较长的发电机组，需仔细检查是否有单极损伤现象，由此现象应进行集电环极性倒换，平衡正负极的磨损量，有利于消除运行中的火花现象，避免滑环环火事故发生。

5 结语

本文对火力发电机组滑环碳刷系统中常见故障，如碳刷打火，碳刷及滑环温度过高，电流分布不均匀，单极损伤现象等进行了粗浅的分析，介绍了常规在运行中和检修时的检查处理措施，如何做好预防工作避免滑环及碳刷故障等，为火力发电机组中出现类似问题提出了解决方案，供火力发电厂检修维护人员参考。

参考文献：

[1]陈仓，曹浩军.发电机集电环环火事故分析及预防[J].热力发电，2009，38（10）：85-87.