30OMW发电机励磁碳刷故障原因分析及对策
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摘要：碳刷是发电设备非常重要的部件之一，在设备运转中起着十分重要的作用。
某发电厂#3发电机碳刷出现过烧毁事故，碳刷的运行质量直接影响到发电机的安全运行。
本文对300MW电机励磁系统碳刷烧损经过，原因进行了分析探讨，提出了碳刷的日常维护和事故处理措施。
关键词：发电机；碳刷；原因
中图分类号：TB857文献标识码： A
1简要介绍
某发电厂#3发电机为容量300MW火力发电机组，电机的励磁型式为自并励，自励磁变压器出来的交流电经整流后，通过发电机转子滑环和碳刷接入转子绕组。
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40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最大的零件。
该厂300 MW 容量的发电机转子回路的碳刷每极36个，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，所以碳刷的运行维护就显得至关重要。
2事故情况
该厂#3发电机碳刷滑环于2005年1月8日出现励磁系统碳刷滑环烧损事件。
事故经过如下：
当值人员19时45 分进行接班前检查#3机电气设备，#3发电机碳刷滑环运行正常，滑环冷却风温正常（27℃左右）。
20时28分 ，巡检人员发现#3发电机碳刷打火，主值就地确认，汇报值长，降无功、有功负荷进行处理。
20时34 分机组无功负荷降至10MVar、有功负荷降至120MW，因环火严重，处理无效，按值长令打闸停机，构成事故。
停机后外观检查发现，#3机内侧滑环碳刷、刷握、刷盒已全部烧毁，内侧滑环、刷架与滑环风扇罩之间绝缘板局部烧坏。
拆掉滑环风扇罩后，发现风扇风挡严重烧坏，风扇叶内侧的边缘凸起已经磨光。
风扇风挡拆除后，发现内侧滑环与轴颈之间烧了一个坑，绝缘筒损坏。
3 碳刷打火的原因分析
分析认为，碳刷与滑环接触面电阻增大造成了碳刷的接触压降的增加，加上个别碳刷卡阻失效，碳刷处于弱平衡状态，一旦正常运行的碳刷有几块工况恶化，碳刷间弱平衡破坏，个别碳刷电流迅速增大，刷体发红膨胀卡死，温度升高后阻值增大，大电流转移到其它碳刷，并相继出现膨胀卡死，恶性发展导致滑环环火，这是本次事故的主要原因。
3．1 碳刷积垢赃污
正常运行的发电机集电环采用带有自通风表面冷却的结构，把磨下的石墨碳粉、电刷的发热及时抽走，达到清洁冷却的作用。
外面的粉尘伴随着热空气吸进碳刷，附着在刷柱上，一方面影响碳刷散热。
另一方面碳刷发生火花时因刷柱表面不洁，刷柱之间绝缘强度不够很容易形成环火。
从未烧损的部分看，#3机碳刷脏污现象非常严重。
污垢使碳刷在刷握内产生卡阻，并污染碳刷与滑环的接触面，造成碳刷与滑环接触电阻增大。
3．2 新换碳刷打磨不符合要求
被烧毁的碳刷架上有7块新换碳刷，未被烧毁的碳刷架上有5块新换碳刷，通过检查未被烧毁的新换碳刷发现，碳刷与滑环接触面打磨不良，实际与滑环接触面积大约为20%，远小于检修规程规定的75%的要求，这些碳刷是机组小修时更换的，以此推断，被烧毁的7块新换碳刷情形应相差不大。
这样必然造成接触面小，增大了碳刷与滑环接触电阻。
另外新换碳刷侧面亦打磨不良，有几块在刷握内活动不畅，也能造成碳刷与滑环接触电阻的增大。
3．3 碳刷质量不过关且与刷握不匹配
检查发现新换碳刷形式与原碳刷不一致。
新换碳刷虽然型号与原碳刷一样，但其刷辫在碳刷顶部侧面，原碳刷是在中间。
该刷盒压簧为双卷U型结构，这样必然使压簧的一侧压在碳刷辫上，造成碳刷在刷握内倾斜，产生卡阻，造成碳刷与滑环接触电阻的增大，使各碳刷电流分布不均。
碳刷即使在刷握中可上下活动，但在卡上恒压弹簧后，便不能活动自如，这就会造成碳刷不能与滑环可靠接触。
使实际分担电流远远降低，甚至会为零，这样长久运行必然导致碳刷打火烧红现象的发生。
3．4 恒压弹簧压力不够或压力不均．接触不良
自卷式恒压弹簧受热后弹簧会拉长，弹性变差，以致会造成碳刷实际接触面积减少从换下的弹簧看还没出现弹簧的严重损坏，只是弹性有不同程度的降低。
压簧过热后弹力减小加剧了碳刷与滑环接触电阻的增大，由于冷却较慢，逐步增加了环火的程度。
4碳刷的运行维护对策
4.1 加强碳刷运行中的巡视检查及调整
300MW发电机转子碳刷的运行维护应注重事前控制。
若发电机转子个别碳刷运行时出现异常或故障不能及时发现并得到有效的控制或消除时，将会逐步蔓延，最终引起转子碳刷部件大量烧损、出现环火等严重故障。
因此对发电机转子碳刷运行中的巡视检查工作显得尤为重要，运行人员要具有高度的责任心，检查工作务求认真、细致。
检查的项目应包括: （1) 定期用直流钳表测量每个碳刷的运行电流，各碳刷的分担电流应较为均衡，碳刷电流控制在10～90A。
超出此范围的碳刷应引起特别注意，增加检查次数，若碳刷电流为0 或大于200A要及时查明原因，进行调整。
（2) 定期用测温仪测量每个碳刷的表面温度，80℃以下为正常，超出范围的碳刷要及时进行调整。
（3) 用目测或手摸的方法检查碳刷有无振动、跳动、冒火现象。
若有则及时调整消除。
（4) 用手拉刷辫的方法检查碳刷是否存在卡阻现象，检查碳刷弹簧是否有压力不均或失效现象。
若有则查明原因并消除。
（5) 检查各个碳刷的刷体长度，低于规程长度要求的碳刷应及时更换。
（6) 检查碳刷工作小室的温度，以不大于50℃为宜。
4.2 规范碳刷运行中的维护工作
运行人员在对出现异常或故障的发电机转子碳刷进行调整或处理时，若方法不当，极易引起异常或故障处理无效甚至扩大，因此碳刷运行中的调整工作必须规范化，并遵循以下原则:
（1）运行人员必须按规程要求做好严格的安全措施，防止在碳刷调整或处理过程中出现人员触电或转子短路和接地事故。
（2）处理碳刷之前应视碳刷的故障程度，适当降低转子励磁电流，必要时降低机组有功功率。
（3）碳刷磨损掉 1／3，必须更换，更换的碳刷必须采用与其余运行碳刷同型号且质量良好的碳刷，同时应尽量采用同批次、同形状的碳刷。
因为不同批次生产的碳刷其工艺质量会有所差异，不同形状的碳刷其电阻值会有所差异。
（4）更换碳刷前应依据集电环的圆度将新换的碳刷的运行接触面磨出一定的弧度，使碳刷与集电环能保持充分接触。
（5）更换碳刷后要检查碳刷刷辫是否与刷架接牢，碳刷在刷握中能活动自如，碳刷弹簧压紧力均匀，无跳动现象。
（6）正常更换过短的碳刷时，每排不宜超过碳刷总数的20%。
4.3 做好机组停运时与碳刷运行有关部件的维护工作
（1）检修人员应在每次检修更换碳刷后的机组初次启动时，对发电机滑环、碳刷、压
簧进行一次全面检查，测量每个碳刷电流，发现有异常碳刷及时更换，确保碳刷可靠运行。
对集电环、碳刷刷握、刷架进行吹扫和清抹，保证部件的清洁度。
（2）停机后应测量集电环的圆度、同心度，超出允许范围应及时进行纠偏。
（3）在机组大、小修中，对滑环进行抛光处理。
（4）将滑环、碳刷架拆洗干净。
5 结论
对300 MW发电机组的转子碳刷采用上述运行维护对策能有效地减少或消除碳刷各种常见的故障，避免转子回路失磁、转子短路等严重事故的发生。
每日加强对碳刷运行中检查维护工作，尤其是开机后、负荷高峰时对碳刷进行仔细检查，用点温仪测量碳刷的温度，通过消除碳刷卡涩、更换弹簧位置、擦拭滑环等方式消除异常情况。
建立发电机碳刷维护检查和更换纪录，责任明确到人。
班组结合机组大小修对滑环、碳刷部件进行仔细检查，做好检修纪录。
对碳刷进行精心的维护，使得碳刷打火消除在萌芽状态。
参考文献
［1］汽轮发电机维护与检修说明书［R］.东方电机股份有限公司，2001.
［2］300MW机组集控运行规程。
