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摘要：发电机励磁碳刷系统在发电机中起到把建立转子切割磁场电流传送进发电机转子绕组中去的作用，是连接励磁系统和发电机的重要设备，它的好坏有时直接影响到一台发电机的使用工况。碳刷是发电机中静动接触和能量交换的零件，碳刷打火现象很普遍，如不及时有效处理，将会导致发电机非计划停机，严重时滑环烧毁，造成不必要的损失。所以我们有必要对发电机组的碳刷打火原因进行分析，并进行解决。
关键词：发电机；励磁碳刷；打火原因；处理
1发电机碳刷系统的简介
1.1发电机碳刷系统的组成
刷架→卡簧→刷握→刷辨→碳刷→滑环→导电螺钉→转子中心的导电杆→转子绕组。
1.2发电机碳刷系统的作用
碳刷系统在发电机中起到把建立转子切割磁场的励磁电流传送进去，是重要的关键硬件，它的好坏有时直接影响到一台发电机的使用工况。
2碳刷打火原因分析
碳刷正常运行温度一般为50-80℃（温升40℃），最高温度不超过120℃，电流分布整体比较平衡，每块碳刷工作电流20-100A。刷握弹簧压力比较均匀，碳刷活动自如且无振动卡涩现象。碳刷与滑环运行中产生的热量由通风系统带走。碳刷在运行中最常见的故障为发热，如果不及时处理妥当就会产生火花，形成打火现象。理论上碳刷发热由三部分组成：碳刷自身电阻发热，碳刷接触压降发热和摩擦发热。
碳刷自身电阻发热量：Q1=I2RT
碳刷接触压降发热量：Q2=IΔET
摩擦发热量：Q3=FvT
其中，I为流过碳刷的电流；R为碳刷电阻；ΔE为接触压降；F为碳刷压紧力；v为碳刷与滑环的相对运动速度；T为时间。在实际中，造成碳刷打火的原因主要有以下几种：第一，滑环、碳刷、刷握及刷架表面脏污。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、碳刷的发热及时抽走，达到清洁冷却的作用。外面的粉尘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环火。第二，刷握边缘卡涩、卡簧压力不匀。碳刷出厂时碳刷压力调整到不发生火花的最低压力，经过科学论证和实践总结，最低压力一般为0.02-0.03MPa，要求各个碳刷之间的压力也要均匀，其差别不超过10%。发电机在长期运行中如果某个碳刷摩擦过短，或碳刷在刷握内滞卡的情况下，压力将出现不均匀。此外，受人为、卡簧本身受热变软等因素影响造成压力达不到碳刷不发生火花的最低理论要求。第三，机组轴系振动较大，带动滑环一起振动。随着机组容量的增大，整个轴系都在增长，由于轴承长、带的附加设备多了，振动自然就很难控制到最低，机组长时间运行，疲劳、老化等等复杂因素引起轴承振动加大，碳刷随着震动，将使刷柱摩擦不均、引线及弹簧松动，发生局部冒火花慢慢进一步影响全局。
3处理方法分析
发电机滑环上多数碳刷发生火花时，应检滑环和碳刷表面是否平整清洁，并用白布擦拭。在擦试时必须小心防止火花落到白布上引起燃烧。如果个别碳刷发生冒火，应检查碳刷型号是否一致，压力是否适当、均匀、有无破损现象，碳刷与刷握的间隙是否过大或过小、碳刷与铜辫的接触及引线回路中各螺丝是否松动。当碳刷下面发现强烈火花，经处理无效时，应立即向值长汇报，降低无功负荷。降低负荷后仍不能消除火花时，应请示主管领导停机。集电环表面加工成螺旋沟槽以确保碳刷与集电环之间可靠接触，有效排除碳粉，集电环设有斜流式轴向通风孔和与螺旋槽相通的径向通风孔。加强集电环表面和环体通风冷却，避免粉尘积压。运行人员要加强对运行机组的巡回检查，及时发现碳刷打火现象。如发现碳刷打火，除及时通知检修人员外，应尽快戴上绝缘手套，提拉碳刷，以及时消除卡涩、过热及异常振动，恢复碳刷滑动自如。检修人员定期检查刷架结构、滑环与碳刷间隙、碳刷恒压弹簧等应符合要求，及时更换过短、损坏、发热变形的碳刷。
4维护措施分析
4.1从管理着手
（1）现场必须制定发电机、励磁机集电环和碳刷的检查制度和维护制度，明确责任人和职责。
点检或检修维护人员每天必须对发电机碳刷进行两次检查（上午、下午各一次），并定期用外热像仪测量集电环和碳刷的温度，新更换的碳刷重点检查，并做好记录。
（2）运行人员要加强巡视，定期（不少于每班1次）用红外测温仪测量集电环和碳刚的温度，夏季大负荷期间应缩短温度测量间隔，一旦发现集电环与碳刷之间出现打火现象，应立即采取措施，防止事故扩大。
（3）必须采购优质碳刷，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。
（4）建议结合检修，将老式刷架结构改造为“插拔”式结构，方便运行中更换碳刷。
（5）运行规程中应包含碳刷打火、集电环温度高、有油污等异常情况的处理措施。
4.2从检查入手
（1）检查碳刷在刷握内应能上下活动，不得有摇摆或卡住的情形。
（2）检查刷辫是否完好，接触是否良好，有无过热现象；检查碳刷的磨损程度，刷块边缘是否有剥落现象，例如出现发黑或烧伤等现象；碳刷磨损严重或刷块有剥落则应更换碳刷；运行期间，由于发热或振动使刷握、刷辫的螺钉松动时，应立即紧固。
（3）检查有无颤振。刷握最低点距离滑环2～3mm，电刷在刷握内的间隙应不大于0.1-0.2mm，既保证足够间隙又可减小振动。集电环磨损不均、碳刷松弛、机组振动等原因也将会引起碳刷颤振，此时必须将碳刷拔出，检查原因并消除故障。
（4）检查刷握和刷架上有无积垢，定期清扫。
（5）检查集电环表面有无过热现象，其温度应不高于120℃。
（6）控制碳刷电流分配和温度变化，配备直流钳形电流表和远红外测温仪，定期测量和掌握每个碳刷的电流和温度。碳刷电流应控制在20-100A，刷体温度控制在80℃以下，及时消除电流不平衡、气膜、氧化膜、卡阻等隐患。
（7）更换碳刷时必须使用同一型号的碳刷，并且碳刷接触面应大于碳刷截面的80％。一次更换碳刷的数量不得超过单极总数的10％；碳刷弹簧的压力要符合制造厂家的规定。碳刷磨损到顶端低于刷握顶端3mm时必须更换，消除碳刷太短、电阻值增大、卡阻、阶梯形四面体等现象。更换后的碳刷必须加强电流和温度的监视。
（8）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。运行中发现集电环上有油污时，要及时清除。
（9）检修时要检查集电环的椭圆度是否符合制造厂的规定，超出规定要联系制造厂进行处理。
5结语
总之，发电机励磁碳刷打火问题是检修和运行过程中的薄弱环节，容易被忽视，根据实际经验，采取以上处理方法及维护后成效显著。发电机励磁系统均无出现因励磁系统碳刷打火、温度高而导致减发电机有功或机组非停事件发生。同时提高了运行值班员对突发事件处理的能力，保证了机组安全稳定运行。因此加强发电机励磁系统碳刷的维护工作，做好防范措施，还是很有必要的。
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作者简介：
朱泓昆（1994.6-），男，浙江绍兴人，本科，研究方向：发电机励磁碳刷打火原因分析。