更换发电机碳刷

水轮发电机转子碳刷发热原因分析及处理方法

摘要：发电机转子碳刷在运行中发热严重甚至烧毁，是发电厂常见的现象。轻则降低出力或停机处理；重则造成发电机组失磁，破坏电力系统稳定运行或对机组造成危害。本文对转子滑环碳刷的运行常识进行介绍，对转子滑环碳刷在运行中常见故障的原因进行了分析，提出解决转子滑环碳刷发热的处理方法。

关键词：碳刷；氧化膜；发热；原因；处理方法。

一、发电机碳刷的作用和工作原理

碳刷是发电机组的重要部件，若发电机转子碳刷因发热严重烧毁，发电机会进入无励磁运行（失磁），失磁后的发电机会造成电力系统不稳定运行以及对发电机造成损害。

（一）碳刷在发电机组上主要有以下作用：

1、将外部直流电流(励磁电流)通过碳刷而加到转动的转子上；

2、将大轴上的静电荷经过碳刷引入大地(接地碳刷) ；

3、将大轴(地)引至保护装置供转子接地保护及测量转子正负对地电压；

4、改变电流方向(在整流子电机中，电刷还起着换向作用)。

（二）碳刷的工作原理

碳刷在滑环上运行时，在其接触面上形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜，这是电机运行良好的主要标志之一。因为这层氧化膜的存在，改变了碳刷与滑环的接触特性、减少了摩擦、降低磨损、延长使用寿命。

有研究发现，外加电压小时，氧化膜绝缘，当电压升高到一定值时，氧化膜被击穿。当击穿后，不管电流如何增加，由于导电点的增加、导电面积的扩大，则接触电压保持恒定。

氧化膜具有非常好的润滑性能，碳刷与滑环接触表面起润滑作用的润滑层主要是石墨膜，这层石墨膜，将碳刷与滑环分开，使摩擦在石墨润滑层间进行，降低了摩擦系数，减少了摩擦热的产生，减少了碳刷的磨损。碳刷的过热故障，很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。

汽轮发电机集电环和碳刷维护

汽轮发电机是一种重要的发电设备，其中包括了多个维护和保养的部分，其中包括了集电环和碳刷。在生产过程中，若集电环和碳刷运转不良，不仅会降低汽轮发电机的效率，同时也会增加设备的故障率，因此，对汽轮发电机集电环和碳刷进行维护，对于设备的保养和使用安全都具有重要的意义。

集电环是汽轮发电机的交流端子的形成部分，在运转过程中，集电环会与旋转部分接触，因此，集电环的磨损会影响汽轮发电机的使用寿命和整体性能。常见的集电环故障有：磨损严重、表面发生裂纹、脱落等，这些问题必须及时进行处理。

对于汽轮发电机集电环的维护，主要包括以下内容：

1. 定期巡检集电环的外观磨损情况。

2. 检查集电环表面的电笔磨损情况，必要时进行更换。

3. 检查集电环与旋转部分之间的接触情况，保证接触良好，并紧固好固定螺栓。

4. 检查集电环内部的绝缘材料，如有老化或损坏，必须及时更换。

5. 在集电环工作期间，必须保持干燥干净，并加以防潮处理，以避免腐蚀等问题的发生。

汽轮发电机碳刷是连接旋转部分电枢与静止部分电子的重要部件，在汽轮发电机的运转过程中，碳刷的磨损程度会直接影响到汽轮发电机的使用寿命和性能稳定性。

1. 定期巡检汽轮发电机碳刷的外观磨损情况，若磨损达到限值，必须及时进行更换。

2. 检查汽轮发电机碳刷的弹簧力是否适当，若弹簧力过大，会导致碳刷磨损过快，而弹簧力过小，则会导致碳刷发热严重，影响发电机的使用寿命和性能稳定性。

3. 清理碳刷所在的碳刷槽，避免槽内积尘和异物堆积，影响碳刷与旋转部分之间的接触。

4. 在维护碳刷时，必须注意安装的方向和位置，安装时必须完全按照设备中的规格要求进行操作，确保安装的准确性。

5. 碳刷的维护必须定期进行，而且在维护过程中，必须注意以避免碳粉污染，同时必须注意防潮防霉，以提高碳刷的寿命。

科技论坛　・１５３・　汽轮发电机碳刷日常维护检查　张利　（大唐七台河发电有限责任公司，黑龙江七台河１５４６２２）　摘要：在汽轮发电机中，碳刷与集电环的吻合度和光滑度，接触面大小，影响碳刷工作寿命和可靠性。本文结合笔者工作经验阐述　汽轮发电机碳刷日常维护检查的要点。　关键词：发电机；碳刷；维护；检查　１概述　在发电厂中，运行中发电机组的碳刷如果维护和使用不当将造　成事故降负荷、停机，甚至造成发电机着火、设备损坏。　２发电机碳刷结构原理　２．１电刷基本结构　电刷是将励磁电流通人高速旋转的转子的关键部件。发电机采　用了盒式刷握结构，每次可取下一组电刷。电刷采用天然石墨材料　粘结制成，有较低的磨擦系数和一定的自润滑作用。每个电刷带有　两根柔性的铜引线（即刷辫）。采用恒压式盘簧作为电刷加压弹簧，　从而在电刷长度达到其磨损极限之前不必调整弹簧压力，恒压式盘　簧恒定地将压力施加在电刷中心上。刷架采用左右分瓣把合结构，　由导电环、刷座及风罩等部件组成，对地绝缘。　由图１看出：　ｒ＞４０ｍｍ时，电刷压力始终保持在１．２Ｋｇ￣２０％￣上・　电刷长度：Ｉ　Ｌ≤４０ｍｍ时，电刷压力急剧下降　２．２电刷的更换　正常操作条件下的电刷磨损量在１０００小时后为１０—１５ｍ１ＴＩ，　当电刷长度达到接近磨损极限时，电刷软导线便处于几乎完全伸长　的状态。在每把电刷上都标有一条磨损极限，如果电刷磨损超过这　条线，将不能继续使用，需进行更换。　３碳刷巡视检查要点　每班巡视碳刷时应注意以下要点：　目视检查碳刷无冒火现象，刷辫完整、无变色，刷架无积垢，滑　环进风孔无堵塞，碳刷磨损不过短，碳刷顶端低于刷握顶端３ｒａｍ的　碳刷应更换。用手上下轻拉碳刷刷辫，碳刷在刷盒内滑动自如、无卡　涩现象，碳刷与刷盒间应有０．１—０．２ｍｍ的间隙，不能过大否则引起　抖动，过小会由于碳刷受热膨胀则将碳刷卡死在刷盒内。碳刷弹簧　无过热疲劳、弹力下降、检查其压力正常，各碳刷压力均匀，其差别　不超过１０％，如发现压力明显减小的应及时更换。接触集电环碳刷　时，应穿绝缘鞋或站在绝缘垫上，穿工作服，把上衣扎在裤子里并扎　好袖口，禁止戴手套工作，严禁同时碰触两极的带电部分，使用工具　必须绝缘良好。励磁系统有一点接地时，不允许在励磁回路上更换　碳刷。一次更换发电机单极碳刷的数量不超过单极总数的１０％。更　换碳刷时必须使用同一型号的碳刷，更换时要进行研磨，并且接触　面应大于碳刷截面的８０％。刷握与与集电环表面间隙调整为２—　３ｍｍ，要注意安装时一定要等距。角度应按发电机设计的角度安装。　我公司使用Ｎａｔｉｏｎａｌ　６３４—３２＂２５＂１００天然石墨碳刷（２　６４块），碳刷　截面为８ｃｍ２，电流密度为１０Ａ／ｃｍ２，即每块碳刷载流量为８０Ａ。如果　发电机励磁电流为３０７２Ａ，则每块碳刷平均电流应为４８Ａ，用直流　钳形表测试，应在±１０％范围内，否则需对碳刷压力进行调整。碳刷　上的压力：施于碳刷上面的压力应适当、均匀，实践证明施压的大小　对发电机正常运行是非常重要的，压力过低容易产生火花，压力过　大则机械摩擦增大，同时温度也跟着增加，这样会降低氧化膜的电　阻，进而降低了整流性。另外压力不均匀也会导致电流分配不均。　用红外成像仪及测温枪测试碳刷及集电环的温度，集电环温度不能　超过１２０℃，当大于９０℃时，应分析原因，对其检查。　４集电环极性需互换的原因　对于大型发电机要求周期性地（一般一年一次）更换正负极，以　保持两集电极磨损量的平衡。现在大多数大型发电机现均存在励磁　回路无法调换极性的问题，使发电机在运行中负极碳刷电流分配偏　差较大，且碳刷架采用恒压弹簧方式，不能人为调整电流，极易造成　环一个　，　磨损严重或　出现环状沟　槽，长时间使　用会引起碳　，　刷跳动、打火　甚至造成环　火烧毁滑环，　减少了滑环　的使用寿命。　因此运行一　段时间要对　‘　Ｉ　７、　１　标称值（额定）１．ｚＸｇ／电删　：＼　；　＼　下限值０．９６Ｋｇ／电刷　１０２　９２　８２　７２　６２　５２　４２　３Ｚ　电刷长度（Ⅻ）　电届Ｉ磨损极限　图１　发电机的极性进行调换，保证滑环两极磨损均匀延长滑环的使用寿　命。时间安排在Ａ、ｃ级检修或停机时更换集电环极性来达到调换　极性的作用。碳刷和滑环的磨损有两种，一是纯机械磨损。二是在电　流作用下的电气磨损和机械磨损。由于电流通过碳刷和滑环的接　触，而且直接传导部位不变，电流密度又很大会使一些点温度升高，　并使极面融化、脱落使金属变成“金属蒸汽”，此为电气磨损的表现。　由于极性不同摩擦分为“阳极蒸发”和“阴极粉化”。由于这种作用和　电流方向不同也会出现极性差别：当电流由碳刷流向滑环时，碳刷　为正极滑环为负极，结果是碳刷上发生微小的阳极蒸发，碳粒、石墨　离子移动到滑环表面，此时碳刷有电气磨损，滑环表面有轻微的阴　极粉化并附着碳粒、石墨成为润滑、光泽的镜面，由于滑环表面光滑　机械磨损较小。当电流由滑环流向碳刷时，碳刷为负极滑环为正极，　则结果是表面产生阴极粉化，电气磨损小，滑环表面发生阳极蒸发，　大量金属蒸发，使滑环表面受损严重，同时这些粒子极易附着于碳　刷接触面上，这会使换向器表面磨损严重，出现条痕，使滑环表面粗　糙，成金属光亮，面间机械磨损加大。即当碳刷为正极时，碳刷电气　磨损大，机械磨损轻微，滑环的电气磨损和机械磨损都很小；当碳刷　为负极时，碳刷电气磨损小，机械磨损大，滑环的电气磨损和机械磨　损都很大；因此运行一段时间要对发电机的极性进行调换，保证滑　环两极磨损均匀延长滑环的使用寿命。时间安排在Ａ、ｃ级检修或　停机时更换集电环极性来达到调换极性的作用。改造部位应根据现　场情况选在励磁柜、发电机出口处。　５导致碳刷故障的因素　电磁因素：无功或励磁电流调整时，碳刷的火花有明显变化。在　励磁机换向时，碳刷与换向片接触不良，接触电阻过大；整流子或滑　环的氧化膜薄厚不均匀，引起碳刷电流分布不平衡；或者负载突然　变化，以及突发的短路导致换向片间的电压分布异常；机组过载和　不平衡；碳刷选型不合理，碳刷间距不等；碳刷质量问题等等。　机械因素：换向器中心不正，转子不平衡；机组振动大；换向片　间绝缘凸出或换向片凸出；碳刷接触面研磨不光滑，或换向器表面　粗糙而造成接触不良；换向器表面不清洁；各个换向极下气隙不等；　碳刷上弹簧压力不均匀或大小不适宜；碳刷在刷握里太松而发生跳　动，或太紧了碳刷在刷握里卡住了等。机组运转速度降低或震动改　善，火花将减少。　化学因素：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一层自然形成铜氧化物薄膜遭　到破坏，本已形成的、近似线性电阻的换向不复存在，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（或滑环）被酸性气体　或油脂腐蚀。

发电机碳刷及滑环温度高原因分析及解决措施

发电机的碳刷和滑环温度高可能由多种原因造成，下面将针对这个问题进行分析，并提出相应的解决措施。

首先，碳刷和滑环温度过高的原因主要有以下几点：

1.拖动力过大：如果电机受阻或负载过重，会导致电机产生过大的拖动力，进而导致摩擦和热量的增加。

解决措施：调整电机的负载和阻力，确保在额定负载范围内正常运行。

2.碳刷磨损：长时间使用会导致碳刷的磨损，磨损的碳刷表面不光滑，导致与滑环之间的接触产生较大的摩擦，进而导致温度升高。

解决措施：定期更换碳刷，确保其与滑环之间有良好的接触。在更换碳刷时，要确保新碳刷与滑环的配合度好，避免产生过大的摩擦。

3.碳刷材质不合适：碳刷的材质和质量对于降低温度起到重要的作用，如果选择的碳刷质量较差或者材质不合适，会导致摩擦和温度升高。

解决措施：选择质量合格的碳刷，并根据实际工作条件选择合适的碳刷材质。一般来说，碳刷的硬度、密度、导电性能等都应与滑环相匹配。

4.滑环接触不良：如果滑环接触不良，会导致电流传递不畅，产生较大的电阻，进而产生过多的热量。

解决措施：定期清洁滑环和碳刷，确保其表面光洁、无油污和氧化层。同时，检查滑环和碳刷之间的间隙，确保其正常接触。在安装碳刷时，要确保其压力适中，既不过紧也不过松。 5.电机散热不良：如果电机的散热不良，无法将产生的热量及时散出，就会导致温度升高。

解决措施：确保电机周围的散热风扇或冷却器工作正常，保持良好的散热通道。另外，可以在温度较高的地方增加散热片或散热风扇，提高散热效果。

在解决碳刷和滑环温度高的问题时，需要综合考虑以上因素，并从根本上解决问题。通过正确选择材质和质量良好的碳刷、定期保养和清洁电机、调整负载和阻力、优化散热系统等措施，可以有效地降低碳刷和滑环的温度，确保发电机的正常运行。