发电机碳刷冒火花原因分析与处理

叶马进

在发电厂运行生产中，我们经常会遇到发电机碳刷冒火花的缺陷，这起初虽是一件小事，但如果不及时发现隐患并作出正确的处理，特别是机组满负荷时会逐渐发展成环火短路引起发电机组跳闸，造成不必要的损失。发电机集电环碳刷冒火花的原因甚多，相关技术资料都作出了详细的论述，在这里我主要结合实际生产中遇到的问题与大家共同探讨一下，发电机集电环碳刷冒火花最常见的几点原因及采取的有针对性的主要处理方法。

一、碳刷压力不均匀或不符合技术要求

电气运行规程明确规定集电环碳刷不发生火花的最小压力为200 – 300 g/cm2，且各碳刷压力应均匀[1]。而引起碳刷压力不均匀的原因很多例如：①混用恒压弹簧；②恒压弹簧受热软化，压力不足；③个别碳刷磨擦过短，压力弹簧无法压紧；④碳刷在刷握内的活动间隙小于0.1毫米，碳刷向下滑动时出现机械卡涩现象。针对以上四种原因工作人员应使用正规厂家的统一型号的恒压弹簧，调整各彈簧压力应基本一致，更换过短跳动的碳刷（同一排碳刷不能同时更换三只以上），调整碳刷与刷握装配间隙，使碳刷在刷握内的活动间隙满足0.1～0.3毫米的要求并且能上下自由活动，防止运行中碳刷发热膨胀出现轧刹现象。

二、碳刷间负荷分配不均匀

若一小部分碳刷由于以下几种原因：①磨损过短；②弹簧压力不足；③刷辫断股；④碳刷与集电环接触面减少等；不能正常分担负荷时，为了维持发电机正常出力，通过其他碳刷电流密度必将增大，而碳刷发热量与电流的平方成正比（Q=I2Rt），致使温度急剧上升，产生火花，这种情况在机组满负荷且碳刷接触面磨偏不规则时更为严重，逐步恶化形成环火。碰见这种情况，工作人员应及时做好准备，使用钳形电流表测量各碳刷电流分布情况，更换磨损发热及过短跳动的碳刷，同时更换受热软化的压力弹簧，对负荷过重，过轻的碳刷及时调整，重点是使碳刷压力均匀，位置对准电环圆周的法线方向，使碳刷与集电环充分接触。每个碳刷对集电环的压力都应基本一致，并符合技术要求达14.5N±20% /只（用弹簧秤测量）[2]。

三、碳刷和刷辫，刷辫和刷架间的连接松动

由于金属片连接松动直接会造成接触电阻增大，根据热量公式Q=I2Rt，发热量跟电阻成正比，当负荷电流不变时，发热量随电阻增大而增加，如果积聚的热量未能及时散发出去时，温度就会逐渐上升，到达一定程度就会产生火花，火花产生后会进一步烧红碳刷的刷辫，使碳刷的工作环境更加恶劣，从而恶性循环，冒火花变得更为严重，有几个这种情况时就会发生环火。因此，在日常维护中，运行人员应重点检查碳刷及刷辫，刷辫和刷架间的接触是否良好，定期使用红外线测温仪测量碳刷及金属连接片是否过热（一般控制在120℃以下），检查接头片正常状态下应搪锡，且无假焊现象，若发现有松动的应联系检修人员设法紧固。

四、碳刷接触面不洁

正常时发电机集电环碳刷密封在装设有有机玻璃的防护罩内，但长期运行之后防护罩橡皮嵌条容易老化脱出，外面的粉尘伴随着空气通过防护罩不严密处被大轴上风叶刮入，并附着在碳刷和刷柱上，不但影响了碳刷散热，还容易造成刷柱间环火（因绝缘强度降低引起），对于这种情况最普遍的做法是将不洁净的碳刷逐个拉提出来，用干净帆布或电工刀刮去接触面的污垢，并用细号木砂纸研磨其表面及接触面直至平整光滑，同时修复防护罩橡皮嵌条，填堵漏洞。为了加强碳刷的通风冷却，改善碳刷与滑环的接触，有效地排除碳粉，制造厂家将集电环表面加工成螺旋状的沟槽[3]。但如果天气潮湿，研磨出的碳粉沉积过多未能及时排走就会降低碳刷间绝缘电压等级，很容易引起环火短路。建议在停机状态下，由检修人员清扫碳粉，及时疏通滑环风道，并用0.5kg/cm2干燥的压缩空气吹扫集电环部位及附近的灰尘，这样便可避免一起发电机碳刷冒火花被迫停机事故了。

五、滑环烧蚀生锈或者是磨损失圆

一方面，发电机滑环在长期运行中一当发生烧蚀生锈，在其表面上就会留下不同程度的熔点和麻坑，使得发电机滑环光洁度下降，这些烧蚀的熔点和麻坑与碳刷接触，不但加剧碳刷磨损，还会加剧滑环表面氧化，导致滑环发热，又由于摩擦的碳粉积聚容易引起滑环氧化膜变厚，使得碳刷接触电阻增大，温度升高，从而产生火花，造成滑环表面的烧伤。另一方面，由于碳刷机械摩擦不平衡，致使滑环偏心失圆，碳刷与滑环接触不稳定，碳刷跳动，部分碳刷过热冒火花，继而发生环火，烧毁碳刷及刷架，甚至烧毁滑环，造成转子回路短路接地。对于以上两种情况工作人员应在停机状态下对滑环进行全面检查，如有轻微烧蚀可用“0”号砂纸打磨，再用干净的棉纱稍蘸酒精或汽油擦拭滑环和碳刷接触面，如有严重的烧蚀现象，则应进行精车加工；同时视具体情况测量滑环厚度及偏心度，当滑环的实际厚度小于名义尺寸20毫米以上，且机械强度明显减弱时应予以更换；滑环偏心度不得大于0.015-0.12毫米，否则应进行车削和研磨加工处理。

六、汽轮发电机组轴承振动大

如果发电机组在运行中由于轴承油膜振荡；大轴的弯曲度过大；发电机与汽轮机连接时中心校验不正；机组与轴承座安装不牢固等原因引起轴承振动加大时，碳刷就会随着机组跳振，致使刷柱摩擦不均，引线及弹簧松动，甚至刷握与滑环产生触碰，发生局部火花慢慢进一步影响到全局。对此，我们运行人员应该改变汽轮机抽汽方式改善机组振动，检查润滑油温是否偏高，严格控制轴承油温在38-42℃之间，并适当减少励磁电流防止电磁力过大引起的电磁激振。如果经过上述的处理都无法将机组振动降下来时，应停机处理，由检修人员加平衡块做动平衡或重新校验大轴中心等方法来改善振动问题。但带有励磁机的发电机组（A厂#1、2机组），由于设备旧，轴系长等原因，振动很难降到最低值，碳刷冒火花问题时有发生，针对这种情况，我们唯有加强设备巡视，必要时更换过短或发热碳刷，提前消缺，防患于未然。

引起发电机碳刷冒火花的原因还有很多方面的，例如：碳刷制造材质差，研磨不良，滑环与刷架安装不合理，机组轴系偏心导致振动等等都会引起碳刷冒火花，在这里不再一一阐述了，但在近几年实际生产中以上论述的六点情况最为常见。无论何种原因引起发电机碳刷冒火花，我们运行人员的主要工作首先是减少发电机励磁电流，并适当降低机组负荷，减轻局部不良碳刷工作压力，再配合检修人员做进一步的处理，但在处理过程中务必要防止发电机励磁调节器强励或失磁的动作，避免扩大事故。这些是我个人一点浅见，其中有不妥或未详尽之处，敬请各位同仁批评指正。

参考文献：

[1]《云浮发电厂125MW（135MW）机组电气运行规程》

[2]《电气运行技术问答》中国电力出版社出版发行，王彦忠，周巧俏主编

[3]《电机学》重庆大学出版社出版发行，谢明琛，张广溢主编

[4]《发电厂电气部分》第二版水利电力出版社出版发行 四川省联合大学 范锡普主编