碳刷发热严重的原因分析

330MW发电机组碳刷发热严重的原因分析
2009-11-27 21:36:51 浏览次数：401 评论 0 条 核心提示：摘要：大型发电机组励磁电流大，滑环直径大，圆周线速度高，而碳刷数量未增加，对发电机滑环和碳刷的运行维护提出了高的要求。本文主要是说明了目前碳刷磨损的种种现象，并在此基础上更深层次地分析其原因，然后针对
摘要：大型发电机组励磁电流大，滑环直径大，圆周线速度高，而碳刷数量未增加，对发电机滑环和碳刷的运行维护提出了高的要求。本文主要是说明了目前碳刷磨损的种种现象，并在此基础上更深层次地分析其原因，然后针对这些问题提出了一些改进措施。



关键词：机械磨损 腐蚀性 碳刷 滑环



Abstract: Large generator’s excitation current is bigger, slide ring diameter is bigger, linear velocity of circle is faster, while the carbon brush amount do not increase, so it must pose a higher claim to operation and maintenance of slide loops and carbon brush. This paper is a description of carbon brush wearing phenomenon, and on the basis, it analyzes the causes in the deeper level, then it gives out some improvement measures.



Keywords: mechanical wearing corrosion carbon brush slide loop



对于采用交流励磁机的发电机而言，发电机转子碳刷是励磁回路动静接触及能量传递的重要部。碳刷一般由石墨制成，石墨是非金属导电材料，其电阻系数是铜的400倍，运行过程中产生的高热量以及持续滑动磨擦带来的热量及机械损耗使碳刷成为发电机中最易损坏和维护工作量最大的零件。随着发电机容量的提高和励磁电流的增大,碳刷的数量和尺寸也在长,300 MW 容量的发电机转子回路的碳刷每极可达30个以上，虽然某几个碳刷损坏或故障不会立即威胁到发电机的运行安全，但若发现不及时，将会引起其余正常碳刷的运行条件恶化低，因而相继损坏，轻则使机组被迫降负荷，重则引起发电机失磁造成停机，甚至引发转子回路短路造成发电机设备损坏。300 MW 的发电机组无论是失磁停机还是设备损坏对电网都有严重影响，因此对转子碳刷的运行维护工作要予以高度重视



1．存在的现象分析：



1.1机械磨损[4]：



碳刷和滑环表面相接触，使直接接触部分互相嵌入。当相对滑动时，因摩擦作用而形成磨损。如果碳刷颗粒细软，则碳粉易被沾在滑环表面，使滑环成为具有亮滑的石磨镜面，碳刷的磨面也很光滑，两者的机械磨损都较小。但如果碳刷颗粒粗硬，或含有如金刚砂之类的硬质颗粒，则必然会使机械磨损大大增加。同时由于碳刷中含有少量的碳化铁、碳化硅即金刚沙灰粉，以提高电刷的耐磨性能，但也会使集电环表

面拉成沟槽，一旦形成沟槽对发电机的危害极大。碳刷是非金属导电材料，电阻系数大，是铜的400倍。电阻产生的能耗高；持续的滑动摩擦导电产生的接触电阻、机械摩擦热耗，加上电刷的电阻能耗转化为高热易使弹簧失压及导线老化，引起接触不良、产生火花，严重影响发电机正常运行；



1.2电气磨损：



在电流作用下的电气磨损和机械磨损在电流作用下的电气磨损，电弧高温和放电等因素的作用，使极面材料受到损坏的情况。由于电气磨损影响极面，所以也会对机械磨损的程度产生影响。由于电流通过碳刷和滑环的接触面，且其直接传导的部位不断变动，电流密度又很大，使一些点温度很高；又由于电弧的高温作用，会使两侧极面局部熔化、脱落，金属会变成金属蒸气，碳刷则结构松化，受氧化腐蚀而脱落，此即电气磨损的表现。但是，极性不同，磨损情况是不一样的。在电弧作用下，阳极（正极）表面局部灼热而蒸发出“金属蒸气”，使阳极表面损蚀，这叫“阳极蒸发”；阴极（负极）因受正离子撞击和高温作用发射电子，使阴极表面也遭受破坏，这叫“阴极粉化”。由于阳极蒸发和阴极粉化的作用，碳刷和滑环由于电流方向不同会出现极性差别。当电流由碳刷流向滑环时，此时碳刷为正极，滑环为负极，则结果是，碳刷面上发生微小程度的阳极蒸发，碳粒、石墨离子迁移到滑环表面，碳刷有电气磨损。滑环表面有轻微的阴极粉化，并附着碳粒、石墨，成润滑、光泽的镜面。由于滑环表面平滑，机械磨损较小。



1.3 碳刷跳动[3]：



碳刷跳动、冒火发电机转子集电环螺旋沟积聚灰尘、碳粉末使碳刷与集电环之间形成接触气膜、集电环的圆度、同心度不佳、碳刷与集电环磨合面接触精度不佳、集电环表面因电腐蚀出现小凹坑，表面光洁度变差都会使碳刷与集电环接触不良，造成碳刷跳动、冒火现象，有时甚至使某些质量不佳的碳刷出现崩角、碎裂等情况。或者是由于运行中整排碳刷振动，发电机滑环表面因运行工况恶化，使滑环表面磨损不均匀，出现凹凸不平的棱，再就是滑环本身不是规则的圆形，导致碳刷的振动。



1.4碳刷卡阻：



碳刷在运行中受热刷体将会膨胀，若刷体与刷握尺寸不匹配，容易造成刷体膨胀受阻，增加了刷体与刷握内表面的磨擦阻力，从而使碳刷出现卡阻。碳刷磨损产生的碳粉不能及时带走，积聚在刷握内，也容易使碳刷卡阻。此外，碳刷弹簧两侧压力不均或刷握安装不当、不在集电环圆周法线上，将会使刷体在刷握内倾斜，在刷握一侧上沿及另一侧下沿产生卡阻。碳刷卡阻

后，由于不能活动自如，运行一段时间后，碳刷与集电环的接触面将因刷体磨损而逐渐分离，造成该碳刷所分担的励磁电流为0，致使其它碳刷工作电流增大，发热加重。



1．5压力过小[1]：



碳刷和滑环表面接触不稳定，容易引起电弧，使电气磨损增大。压力过大，刷面的硬粒对滑环表面刮割严重，又会使机械磨损增加。因此，弹簧压力要适中。碳刷本身电阻。不同批次的碳刷混用，其电阻系数不一样，运行中造成碳刷温升不同，导致并联碳刷的电流分配不均匀，不仅个别电流超标，而且磨损增大。刷架。碳刷中心线不完全垂直于滑环圆周切面，倾斜势必造成碳刷的接触不良、弹簧压力不一致。刷握与滑环表面距离不一致，碳刷有效接触面有差别，刷架周边有毛刺不光滑，易挂碳粉和粉尘，这都会造成碳刷电流偏差增大。外界环境。滑环和碳刷靠近发电机轴瓦，存在油雾，影响碳刷和滑环的使用寿命。周围空气湿度影响滑环碳素薄膜的形成，从而影响碳刷的导电性能。



1．6 腐蚀性损害：



机组运行在有腐蚀性的气体中，或机组运行空间缺乏氧气，换向器与碳刷接触的表面上自然形成的铜氧化物薄膜遭到破坏，在接触面重新形成氧化膜的过程中换向器火花加剧。换向器被酸性气体或油脂腐蚀，碳刷及换向器被污染等。



2．碳刷的维护



2.1 运行检查[2]



加强定期与不定期的设备巡回检查工作，正常情况下,工作人员每天必须对发电机碳刷进行2次检查(上下午各1次)，用红外测温仪测量集电环和碳刷的温度，夏季高峰负荷期间以及无功和电压波动较大时应缩短温度测量间隔，对更换的新碳刷做重点检查。有条件的单位应定期用红外热像仪测量集电环和碳刷的温度，并做好设备运行工况巡回检查记录。



2．2制定维护制度：



及时擦拭滑环，更换碳刷时弹簧压力要调整适当。运行维护时，特别是更换新刷块和日常清扫刷握时，定量调节刷握弹簧压力为一定值，虽然刷体长短不一，并联运行的碳刷压力却保持一致，使碳刷的磨损有所降低，延长使用周期。



2.3 更换碳刷：



对新购进的碳刷进行验收。测定碳刷的固有电阻值，测量碳刷引线接触电阻，阻值要符合制造厂和国家标准。严格把握更换碳刷工艺，同一台机组使用的碳刷必须一致，不可掺插使用。在更换碳刷前，细心研磨碳刷使其工作面光滑，电刷在刷握内应有0.2～0.4 mm的间隙，在刷握内上下活动自如。刷握的下边缘和换向器工作表面之间的距离应为2～3 mm，距离过小，会碰撞换向器表面；距离过大，电刷跳动易产生火花。最好使碳刷

接触面大于碳刷截面的80％。一次更换碳刷不宜过多，一次更换碳刷的数量不得超过单极总数的10％，碳刷顶端低于刷握顶端3 mm的碳刷应尽快更换，每次更换碳刷时必须使用同一型号的碳刷，但要注意节约和充分利用碳刷。碳刷更换后必须用直流卡钳表测量其分流情况，用红外测温仪进行温度测试，防止个别碳刷因过流而过热。对于滑环或整流子换向片的凸起与凹陷等问题，要利用机组检修的机会进行紧固、车磨。加强检修质量和运行控制，避免由于检修质量不良或运行调整不当造成机组运行中汽轮机油外泄，甩到集电环上，增大碳刷与集电环之间的接触电阻。刷架和刷握在机组大、小修时要慎重调整，回放和安装刷架时，几何位置和角度要保证。



2．4 停机整顿：



在停机后，对发电机组侧滑环作充分的研磨，消除滑环上的毛刺。检查刷握的位置，在机组中、小修时，对刷架的安装，使每个刷握安装孔与滑环切面垂直，保持滑环轴线与刷架的轴线同心。机组停运时，按照规定调换滑环极性，控制滑环的异常磨损



3．结语：



综上所述，造成碳刷引线熔断的原因诸多，是一个综合的问题，影响因素较多，要彻底消除事故隐患就必须对这些因素逐一消除，而有消除这些因素就必须制定相应的设备定期维护检查制度、检修工作标准、检修质量控制程序和设备修后的验收制度及标准。

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