发电机滑环碳刷系统常见故障原因及应对措施

杜 潇，李小景，杨成文，曹生平

(中盐内蒙古化工股份有限公司盐碱分公司，内蒙古阿拉善 750333)

发电机滑环碳刷系统可以确保发电机安全运行，但在实际运行阶段，碳刷与滑环发热与磨损现象较为普遍，这时如果不对其加以处理或处理方式不当，就会增加故障范围，甚至还会导致系统损坏或发电机停机，进而带来诸多不必要的损失。

1 发电机滑环碳刷系统的工作原理与正常运行

同步发电机转子绕组在通入直流电之后会产生磁场，直流励磁场电流主要是借助电刷与滑环以及引线进入到绕组的，滑环与电刷接触关系即为静止与转动。电刷日常运行温度通常是在50 ℃～80 ℃，而温升在40 ℃左右，碳刷安装形式主要为恒压弹簧形式，弹簧压力应保持在0.2 kg，并且应在转子滑环正负极中安装数量相等碳刷，两极之间的设计需要有与转子同轴的风扇叶片，这样就可以在旋转时确保碳刷小室生成负压，借助负压将碳刷和滑环运行时产生的热量转移出去，确保热量与散热在标准范围。此外，碳刷在滑环中的摩擦与自然氧化可以使其在集电环接触面上生成一层氧化膜，这种氧化膜称为复合薄膜，因为其碳元素的导电性，能够很好地优化碳刷和集电环的导流特征，具有较强的润滑性能，对减少碳刷与集电环摩擦系数方面的作用十分明显，进而促进碳刷和滑环有效运行并保持正常工作。

2 发电机滑环碳刷系统常见故障原因与处理措施

2.1 滑环非正常磨损

2.1.1 原因

碳刷与滑环之间的磨损主要为机械磨损与电流作用下的电气磨损两类。(1)碳刷与滑环表面在接触时，材料变形等原因会导致两者的接触互相嵌入，这样在滑动阶段就会出现磨损，这一过程就是机械磨损；(2)因励磁电流会通过碳刷与滑环接触面，这时如果出现碳刷较短或表面不平整等问题，就容易导致碳刷与滑环两者之间的接触电阻不断增加，一旦增加接触面就会出现电弧，在电弧高温的作用下，两侧极面局部就容易出现融化与脱落等现象。另外还容易出现金属变成金属蒸汽、碳刷结构松化以及受氧化腐蚀等，这一过程即为电气磨损的表现。电气磨损在严重时会导致滑环表面变得十分粗糙，进一步说明了电气磨损是滑环非正常磨损的关键因素。

2.1.2 处理措施

科学调整和优化碳刷滑环系统，在过程中需要对滑环实施车削与打磨处理，这样既可以确保滑环更加圆润，同时还能够提升滑环表面的光洁度。另外，还应科学控制刷握与滑环之间的距离，可以将两者之间的距离控制在2 mm～4 mm之间，在这一基础上还需要再次打磨碳刷，确保碳刷和滑环的接触面超出90%，这种并网发电运行模式可以全面提升发电机运行的有效性。

2.2 发电机碳刷温度高

2.2.1 原因

发电机碳刷运行阶段，正常温度即50 ℃～80 ℃，温升在40 ℃左右，电流分布整体均衡的基础上各个碳刷工作电流应保持在20 A～100 A。另外，刷握弹簧压力均匀且碳刷活动自如没有卡顿现象即为正常，碳刷与滑环在运行阶段会产生热量，这些热量会被通风系统带走，过程中一旦碳刷变短，那么接触点与附加电阻就容易增加，进而导致碳刷运行工况出现偏差，同时在工作电流增加的基础上，系统平衡力也会随之降低，这时系统内部温度也会提高，容易出现难以控制的局面。上述问题出现的主要因素为：(1)冷却装置出现故障，导致碳刷与滑环系统运行产生的热量难以及时排出，这样就会增加碳刷与滑环温度；(2)励磁系统运行超负荷，造成碳刷温度不断增加；(3)碳刷与滑环接触面较小而导致温度过高；(4)滑环风道出现堵塞而造成的温度过高；(5)碳刷自身质量问题而导致温度高；(6)弹簧压力较大而导致温度和热量不断增加。

2.2.2 处理对策

(1)因为冷却装置导致的风道堵塞可以先从外部进行冷却处理，温度下降到标准以后则应立即对风道进行疏通处理，在疏通阶段切不可让风道出现短路与漏风现象；(2)励磁系统在超出负荷以后需及时调整系统电流，确保系统电流更加标准；(3)如果碳刷与滑环接触面较小，应立即对其进行调整和打磨处理，使接触面大于90%；(4)滑环风道堵塞可以先用压缩空气来进行吹扫，在温度下降之后再进行疏通处理，这一过程需要停机操作，避免出现安全问题；(5)如果因碳刷质量问题导致其温度升高，则需要更换零件，但应确保新旧零件型号相同；(6)碳刷与压紧弹簧之间的压力范围需要标准规范，各个碳刷压力应不超出10%。

2.3 碳刷滑环烧坏

2.3.1 原因

(1)发电机长时间运行，容易导致刷握内部各部分零件出现疲劳与接触不可靠等现象，因为零件疲劳与压力程序不同，也会使碳刷和滑环接触电阻不同，进而导致各个碳刷回路的电流分配不均衡；(2)碳刷与滑环接触面一旦出现氧化问题，则就容易导致电流回路接触电阻不断增加。这一现象出现的因素即为现场环境温度较高，电流接触面发热就会增加接触面的氧化速度，氧化程序的不同也会导致接触电阻与电流的不同；(3)碳刷与滑环在长时间运行背景下，因磨损程度的不同会造成碳刷卡阻或接触不良，这样就会使碳刷与滑环两者之间的接触电阻与电流不同；(4)没有定期对碳刷和滑环实施常规检查，也没有定期清除积碳或更换已经出现问题的部件，进而使碳刷和滑环之间的接触电阻和电流不等。

2.3.2 处理对策

(1)可将发电机碳刷更换成为导电性能强且材料较软的碳刷，同时在研磨碳刷工作面的过程中，需要确保其接触面超出90%；(2)在车削与打磨发电机滑环烧蚀表面的过程中，可以先使用砂纸来进行抛光处理，然后再使用金相砂纸来进行细致抛光处理，最后使用酒精在进行擦拭处理，经过这些工序操作就能够提升发电机碳刷滑环表面的光洁度，并且确保表面光洁度符合规范要求；(3)依照相关标准来对发电机碳刷滑环进行检查并做好记录，同时还应及时清除积碳，更换不符合要求的碳刷。

3 发电机碳刷滑环常见故障的预防

3.1 定期检修维护

(1)在发电机组停止运行以后，需要及时对滑环与碳刷以及风道进行清扫，确保通风冷却效果可以达到标准要求；(2)则应测量每一个碳刷压簧压力情况，保障压簧压力在要求范围内，避免长时间使用导致其出现过热或劳损等问题；(3)在发电机组检修阶段，需要测量滑环的椭圆度与表面的光洁度，发现问题快速处理，避免碳刷出现跳动问题。

3.2 运行监督

(1)依照规定标准来选择碳刷形态，所有碳刷型号都应保持统一，同时还需要检查碳刷外观是否良好；(2)运用直流钳形电流表对碳刷电流开展测量，然后做好记录，以此来科学调整工况相对较差的碳刷；(3)运用测温装置来对碳刷温度开展全方位测量，避免碳刷温度过高而影响其运行质量；(4)在碳刷磨损达到限值时需立即更换，新旧碳刷型号应保持统一，需要注意的是如果在运行中更换，更换不可超出3块。

4 结束语

发电机组滑环碳刷系统的常见故障主要为滑环非正常磨损、发电机碳刷温度高以及碳刷滑环烧坏等，为提升系统运行效率，需要对故障进行细致分析，并且提出相应的处理对策。另外，还需要运用行之有效的预防措施来避免滑环与碳刷出现故障问题，如定期检修维护与运行监督等，这样才可以促进发电机滑环碳刷系统有序运行。