（大唐观音岩水电开发有限公司 云南省昆明市）
摘要：发电机在大负荷期间长期运行，碳刷发生不同程度的发热甚至打火现象，对发电机安全运行造成了一定的隐患。需对发电机集电环和碳刷进行改造消除安全隐患。增加碳刷，减少单个碳刷的电流密度；改造发电机碳粉吸收装置及排风管道，提高吸尘效果，降低集电环室内温度；打磨由于长期电腐蚀而导致集电环表面产生的凹坑；调节碳刷刷握及卡簧压紧力。
关键词：碳刷发热;原因分析；防范措施；技术改造
一、概述
某电站五台机组全部投产发电，发电机型号SF600-66/16990,励磁方式：静止可控硅，额定容量666MVA，额定电压20000V，额定励磁电压：460V，额定励磁电流3057A，励磁碳刷采用恒压形式，主励每极36条碳刷，碳刷型号为E468 38*34*64（重庆华能产）。发电机在大负荷期间长期运行，1～5号发电机部分碳刷均发生过不同程度的发热甚至打火现象，碳刷温度最高达到150℃，并且打火形成环火，对发电机运行造成了极大的安全隐患。发电机碳刷温度异常影响机组稳定运行，机组停运将造成公司重大经济损失。因此,通过监测发电机碳刷温度变化趋，分析碳刷发热原因，进而解决发电机碳刷发热的问题是十分必要的。
二、碳刷发热可能造成的危害、风险
发电机运行中碳刷打火是常见的故障之一，如不及时消除，可能会导致发电机环火，严重时会烧毁滑环造成失磁而被迫停机。就大型发电机而言，紧急停机不仅造成系统出力下降，影响系统稳定运行和企业的效益，而且对发电机本身也危害极大。所以我们有必要对发电机组的碳刷打火原因进行认真的分析，监测设备运行状况，拟定相应的对策来防止或消除发电机碳刷打火现象。
三、原因分析
造成发电机碳刷打火，主要有以下几点原因，综合分析如下：
(一).碳刷弹簧压力不够或压力不均，导致接触不良。由于每个碳刷的磨损程度不同，以及每个弹簧本身的压力存在差异，所以运行中碳刷压力差别较大，从而造成不同碳刷分担的电流也不一样，导致部分碳刷温度偏高、打火的现象。
(二).机组振动、集电环表面不平整
由于机组振动及集电环表面不平整，可能使得碳刷与集电环接触不良而造成打火。
(三).机械摩擦和大电流产生热量
碳刷与集电环的机械摩擦产生热量、流过碳刷的电流产生的热量，集电环室空气循环条件较差，二者产生的热量未能有效排出，环境温度升高，导致热量相对集中，也是碳刷温度增长的原因之一。
(四).定期工作不到位
机组大负荷期间，发电机长时间运行，未能对集电环碳刷定期进行彻底检查清理，未开展发电机集电环碳粉清理工作，碳刷架上累积的碳粉导致局部碳刷温度过高。
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发电机正极碳刷运行情况良好，平均温度在80度左右，未有碳刷异常发热的情况。
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发电机下环自6月份进入大负荷期之后，碳刷运行情况持续恶化，检查时发现碳刷接触面已有波浪状磨痕。碳刷平均温度持续上升，存在个别碳刷一直维持高温运行，部分碳刷温度超过120℃，严重影响发电机安全稳定运行。
四、防范措施
(一)加强测量各机组碳刷、集电环的温度，同时检查弹簧压力及碳刷的磨损情况（发电部每天测量一次，一次班每周测量一次）：
（1）若碳刷温度高于120℃且励磁电流小于2000A时，结合机组停备进行清扫或更换。
（2）若碳刷温度高于120℃且励磁电流大于2300A时，则运行人员尽可能减少无功功率，将励磁电流控制在2000A左右，降低碳刷的工作电流。观察后若温度仍在120℃以上，再对其进行停机清扫或更换。
（3）碳刷磨损程度超过2/3时必须更换，同一排碳刷不能同时更换三块以上。
(二)加强监测碳刷电流分布情况：当发电机碳刷温度异常升高(150℃)，达到停机处理程度时，班组应按排人员用钳形表测量每个碳刷电流，以便全面掌握每个碳刷的电流分布情况。对电流过大或过小的碳刷及时调整和更换。做好电流分布情况和调整更换的记录。
（三）临时措施：在大负荷期间，为保障机组安全运行，在集电环室内临时安装三台5KW轴流风机，对集电环室及碳刷强制进行物理降温，防止因碳刷高温导致机组非停。加强监视碳刷温度，碳刷温度有异常升高，申请停机处理。
五、进行技术改造
针对发电机碳刷温度异常升高,影响机组安全稳定运行,通过以下技术改造,彻底解决碳刷发热问题。
(一)、集电环修复
（1）改造原因
碳刷发热对集电环表面电腐蚀，造成集电环表面凹凸不平，集电环与碳刷接触不良，引起接触电阻增大，电损耗发热量增多，摩擦系数增大，机械损耗发热量增多。引起集电环温度与碳刷温度过高，甚至会引起打火等不良现象，形成恶性循环。
（2）改造方法
将集电环表面加工，保证集电环表面粗糙度及圆度满足相关标准；在集电环两环之间增加挡风板，防止碳粉进入机组内部，增加碳粉收集效果，避免碳粉污染发电机其它部件。
(二)、增加刷握及碳刷数量
（1）改造原因
某电站发电机额定励磁电流为3150A，可带电拆卸刷握（截面尺寸34×38）数量为36只/极，经计算，碳刷数量偏少，导致单个碳刷电密偏大，发热量多，引起碳刷温度高。
（2）改造方法
将原刷握全部返厂更换成全新的可带电拆卸刷握，并增加刷握及碳刷数量，经计算每极至少需要增加7只碳刷，按目前刷架结构，改造后每极增加11只碳刷。
(三)、对吸尘管道进行改造
（1）改造原因
吸尘管道老化变形，不利于粉尘吸收；吸尘管道数量偏少，不能将集电环室内碳粉全部吸收。
（2）改造方法
将原软管更换为新型高强度PVC软管，该软管具有耐腐蚀、抗老化的特点，经久耐用，强度高，不易变形。在集电环周边各增加三组吸尘口及吸尘管路，改善吸尘效果。
(四)、碳粉除尘装置改造
（1）改造原因
某电厂碳粉收集装置运行多年，现有碳粉收集装置采用滤袋式结构，滤袋维护困难，不便于拆卸、清洗，滤袋堵塞严重，造成碳粉收集装置风量大大降低，影响吸尘效率的同时，不利于带走碳刷和集电环产生的热量，不利于碳刷散热，导致碳刷温度偏高。
（2）改造方法
将原碳粉收集装置更换为新型的HXS-04C型碳粉收集装置。HXS-04C新型碳粉收集装置有以下优点：
A.除尘风机为原装进口风机；
B.增加进风口数量，吸风量比原除尘器大；
C.过滤材料由滤袋改为滤筒，过滤面积更大，拆换、清洗也更方便；
D.碳粉收集效率可提高到95%以上；
(五)、增加排风管道系统
（1）改造原因
机组运行时，碳刷和集电环会不断产生热量，经计算，该热量相当于一个约6.7kW的热源。集电环室和厂房的空气流动性较差，热量在集电环室聚集，造成集电环室内温度很高。同时，集电环室内温度高，不利于碳刷和集电环的散热，造成碳刷温度偏高。根据运行经验，集电环室温度每增加1℃，碳刷温度会增加1.5~2.5℃左右。
（2）改造方法
让集电环室内的冷、热空气形成对流，在碳粉除尘器排风端增加排风管道系统，将碳粉收集装置吸出的碳刷热量排到集电环室外。让发电机厂房内的冷空气进入集电环室，加强空气对流，从而降低集电环室和碳刷的温度，通过物理降温，避免碳刷发热。
六、结束语
某电站对发电机集电环和碳刷进行改造，实现了以下目标：
（1）实现降低单个碳刷电流密度的目的；
（2）实现提高碳粉吸收及除尘的效果；
（3）实现降低集电环室内温度的目的；
（4）实现增加碳刷与集电环的有效接触面积；
（5）达到避免发电机碳刷发热或打火的目的。
参考文献
[1] 《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
[2]《电机学》重庆大学出版社出版发行，谢明琛，张广溢主编