卢军1 殷建1 庄学军1 宁伟东2 肖永国3
1.国电汉川发电有限公司 湖北汉川 431600 2.深圳大成智能电气科技有限公司 广东深圳 518000 3.华能大连热电有限责任 辽宁大连 116000
搞 要：发电机励磁碳刷和集电环是励磁系统能源交换的装置，处于动静接触边界，随着机组运行时间的推移，在多种因素混合作用下，碳刷组件及滑环系统的故障概率会越来越大，现有人工巡检方法的不足会更加突现。本文找到了一种利用温度热像AI技术，对其进行可视化综合分析，实现了励磁碳刷的安全管控。
关键词：励磁系统、碳刷、温度、红外热成像、远程运维
一、发电机励磁碳刷/集电环在励磁系统中的作用及其故障原因
碳刷和集电环是励磁系统能源交换的装置，处于动静接触、动静交界的位置，容易受机械、电气等因素影响，发生碳刷和集电环部件发热、断裂破损或松动等故障，从而引起机组非正常停机或电网波动。
二、导致发电机碳刷温度升高或冷热不均的主要因素：
2.1电磁因素：a.碳刷电流分布不平衡、碳刷与换向片接触不良，在励磁机换向时易发生环火；b.负载突然变化、过载、电流波动大；c.碳刷质量问题等等。
2.2 机械因素：a.机组振动大；b.换向片间绝缘凸出或换向片凸出、换向器表面粗糙；c.各个换向极下气隙不等、碳刷接触面形成气膜；d.碳刷上弹簧压力不均匀；e.碳刷在刷握里太松或太紧了发生跳动或卡滞等。
2.3其它：机组运行时形成氧化膜，或机组轴承漏油、或运行空间湿气过大；
三、发电机碳刷/集电环运维的数字化升级的必要性
3.1火电专业反事故措施标准：电厂要建立发电机励磁碳刷日常检查维护制度，定期（不少于每班1次）测量集电环和碳刷的温度，夏季大负荷期间应缩短温度测量间隔；
3.2电网运行环境的变化
目前新能源电力不断接入电网，由于提供能源的不稳定性，造成电网电压波动较大，而且目前大型火电机组基本都在采用静态励磁方式。因此，励磁系统的安全运维水平的相同步升级。
3.3近年来发电机励磁碳刷事故逐年上升，某电厂（2*600MW）的统计记录：
2018年11月16日，#1发电机滑环着火，导致转子正极刷架、刷握全部烧损。造成机组非停。2019年2月，#2发电机励磁电刷出现温度及电流不均，局部过热及积碳粉等问题；3月13日，#2发电机B44刷握温度最高114℃，B54最高117℃，电流100A，而个别碳刷电流只有5-10A，严重影响机组带负荷能力。
3.4工业数字化升级的需要
随着机组运行时间的推移，在上述因素混合作用下，碳刷组件及滑环系统的故障概率会越来越大，现有人工巡检方法的不足会更加突现。
四、发电机励磁碳刷运维的数字化升级关键技术
4.1关键技术路线
我们对汉川电厂#5机组1000MW超超临界机组进行的励磁碳刷，进行了12个月红外测量温度和电流跟踪测量，
1、2019年2019年9月18日的温度曲面图如下：
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总结分析：
1、对比同一天温度和电流曲面图，我们不难发现，温度和电流的变化呈正相关，但电流的波动变化更大，初步分析，a.利用电流作为分析源，其报警值不好固定，易误报；b.利用温度综合判断，把握较大；
2、观察12个月的电流曲面图，我们发现在励磁电流较小时，电流的波动异常大，偏移量甚至超过200%，励磁电流较大时，各碳刷的电流偏移量较小，通过电流来发现励磁碳刷的问题不确定性变大，因此，通过采集电流，对其进行数字化在线预警，参数不好固定，误报率会很高，排除此法；
3、但通过分析全年12个月的曲面图，我们发现，不管励磁总电流大小如何变化，温度相对稳定，其波动及偏移量相动稳定，一旦有个别碳刷有故障时，其温度波动表现明显，因此，我们得出结论：通过准确获取每个碳刷底部的温度，对其温度极值、整体波动、温度偏移量综合判断，可以实现励磁碳刷故障的提前预判，再结合跟踪分析本碳刷温度变化曲线及相邻碳刷的变化曲线，我们就可以准确对有问题的碳刷进行预警；
4、结合红外热像的视频监控和图像分析方法，不仅可以实现碳刷的准确预警，还可实现远程监控；
5、目前我们在宝鸡大唐、宿州华电电厂相关机组应用了此方法，对发电机碳刷进行数字化运维升级改造，都能实现对其有效预警，其成功报警率高达100% ，得到了用户的高度肯定；
六、结论
为更好的进行大型发电机励磁碳刷劣化及其故障隐患的预警，保障发电机安全及电力系统的稳定运行，本文研究了大型发电机（或调相机）碳刷/集电环可视化、数字化安全预警系统的升级改造关键技术，采用此技术方法的系统，已成功地应用到了大唐电力、国家能源集团、粤电集团、华电集电等发电企业相关发电机组，也得到东方电机集团的认可，现已应用到其国家电网的调相机工程中。
参考文献：
1.DL/T 1164-2012?汽轮发电机运行导则
2.《火电专业反事故措施标准汇编》中〈防止发电机、励磁机集电环和碳刷烧损的反事故措施〉
作者简介：卢军，男，检修副总工程师；殷建，男，设管部副主任；庄学军，男，设管部电气一次专工；宁伟东，男，总经理；肖永国，男，正高级工程师，华能集团公司首席工匠。