姜绍庆 陈恒伟
青岛华丰伟业电力科技工程有限公司 山东青岛 266100
Cause Analysis and Elimination Method of Sparking of Generator Shaft Grounding Carbon Brush
Jiang Shaoqing Chen Hengwei
摘要：本文以某发电机厂生产的QFSN-350-2型发电机为例，分析了发电机大轴接地碳刷运行中存在的问题及危害，探讨了发电机大轴接地碳刷打火问题的处理方法，以期对解决发电机大轴接地碳刷打火问题提供借鉴。
关键词：发电机；接地碳刷；打火
Abstract: Reason analysis and elimination method of generator shaft grounding carbon brush sparking. The method to deal with the sparking problem of the generator shaft grounding carbon brush is discussed, in order to provide a reference for solving the generator shaft grounding carbon brush sparking problem.
Key words: Generator; grounding carbon brush; ignition
1 引言
发电机运行中，碳刷打火是较常见的问题，其对发电机安全运行危害较大，如大轴接地碳刷打火，易导致转子接地电阻出现摆动，触发发电机保护装置中“转子接地保护”信号报警或触发跳闸，严重影响发电机安全稳定运行。本文针对大轴接地碳刷打火问题，进行了原因及危害分析，并结合现场实际，有针对性的提出了解决方法，以期为同类问题提供借鉴。
2 设备概况
某电厂发电机型号为哈电生产的QFSN-350-2型汽轮发电机，发电机汽端安装有1套大轴接地碳刷装置，使用的接地碳刷型号为Morgan D172型 ，尺寸为25mm×32mm×60mm。发电机励磁系统为自并励静止励磁系统，发电机冷却方式为水-氢-氢，发电机保护装置采用国内某公司生产的PCS985G微机型保护装置，转子接地保护只配置转子一点接地保护，无转子两点接地保护，转子一点接地保护分为两段，灵敏段动作发报警信号，非灵敏段动作出口跳闸。
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图1 接地碳刷形式图
3 大轴接地碳刷打火的危害
大轴接地碳刷打火的危害主要有一下几方面：
（1）接地碳刷打火易造成转子大轴与碳刷接触电阻波动，导致发电机转子接地保护测量不准，引发发电机保护装置中“转子接地保护”误报警或跳闸。
（2）接地碳刷打火会造成大轴与碳刷的接触面光滑度变差，加剧碳刷的磨损及劣化。
（3）接地碳刷打火不利于轴电压的消除，如果轴瓦座绝缘有薄弱点，易造成轴瓦座绝缘薄弱处击穿油膜形成轴电流，轴电流对轴瓦损害较大，会造成轴瓦烧坏，造成严重设备事故。
（4）对于氢冷发电机，若氢油差压控制不好，造成发电机沿轴及端盖处漏氢，碳刷打火会成为点火源，对氢冷机组安全运行也是一个巨大威胁。
其中碳刷打火危害中对保护装置的影响是最常发生的问题，容易引起机组报警或跳闸保护动作，给机组正常运行带来不利影响。该电厂转子接地保护只设一点接地保护，采用乒乓式转子接地保护，保护装置双重化配置，运行中转子接地保护只投入一套运行，另一套备用。保护定值灵敏段电阻定值10kΩ，延时10S，信号报警，非灵敏段电阻定值0.5kΩ，延时5s，动作跳闸。机组运行中，多次发生因接地碳刷打火引起转子接地保护误报警问题，每次转子接地保护触发报警后，浪费大量时间及精力分析查找原因，给机组正常生产带来不必要麻烦，因此，在发电机运行过程中需要高度重视接地碳刷打火问题，发现接地碳刷打火，应及时分析原因并进行处理。
4 大轴接地碳刷打火的原因分析及解决方法
4.1 大轴接地碳刷打火的原因
引起大轴接地碳刷打火原因主要有一下几方面：
（1）接地碳刷磨损达到限值或恒压弹簧失效，碳刷与大轴接触压力达不到要求值。
（2）碳刷尺寸与刷握不匹配，碳刷跳动或卡涩。
（3）碳刷材质选用不合适。
（4）大轴与碳刷接触的表面不光滑，粗糙度大，未形成良好的氧化膜。
4.2 消除大轴接地碳刷打火的检查及处理方法
针对引起大轴接地碳刷打火的各种原因，结合现场实际情况，进行了相应检查试验：
（1）对打火碳刷取出检查，碳刷外观良好，碳刷摩擦面细腻无划痕，碳刷磨损长度在限制线以内。用弹簧秤测试恒压弹簧压力正常，符合使用要求。回装后碳刷依然存在打火现象。检查碳刷在刷握中无卡涩现象，有轻微抖动，测量碳刷温度约50℃，无超温现象。
（2）怀疑是否碳刷选材存在问题。碳刷材质一般有电化石墨、炭石墨、天然软石墨、树脂石墨、金属石墨。每种材质的碳刷接触压降、电阻率、机械强度、摩擦系数、硬度、耐温性不同。原来使用的D172型电化石墨碳刷具有较高的硬度，为了试验碳刷硬度对打火的影响，分别更换硬度更高的Morgan J164型碳刷（材质为含铜金属石墨）和硬度更软的Morgan NCC634型碳刷（材质差为天然软石墨）进行试验。发现使用NCC634碳刷打火现象可较长时间消除，更换Morgan J164型后打火频率更高。可见软石墨碳刷对降低打火现象有较好效果。为此，将接地碳刷由Morgan D172型改为Morgan NCC634型。
（3）由于机组处于运行状态，不能直观检查大轴氧化膜形成情况，通过强光手电对运行中大轴进行仔细观察，发现碳刷打火时，大轴表面氧化膜有轻微变化。由于该厂机组全年不停机运行，大轴处的油污不能及时清理，加之当地气温干燥，经常遇到沙尘天气，汽机房门窗不能及时关闭，汽机房内沙尘较多，怀疑大轴氧化膜在沙尘天气受油污和沙尘颗粒影响破坏，引起碳刷打火现象。为此，根据厂家资料，制作了清理大轴油污的专用工具，对大轴进行油污清理，清理后，打火现象彻底解决。由于机组长期不停机，为此，该厂将清理大轴油污及粉尘做为定期工作，每周进行一次大轴清理工作，对预防大轴碳刷接地具有良好效果。
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图2 大轴油污清理工具制作示意图
5 大轴接地碳刷运行效果
通过更换碳刷型号，制作专用工具，加强对大轴油污和粉尘的定期清理，接地碳刷运行良好，彻底解决了大轴接地碳刷打火问题，有力保证了发电机的安全运行。
6 结束语
随着电网对并网大机组安全稳定运行的要求日益提高，大型发电机组在运行过程中，需要高度重视发电机碳刷的可靠运行。发电企业在机组运行过程中，应加强对碳刷巡检监视，发现打火现象，及时处理，防止扩大为设备事故。在停机检修期间，严格按照检修项目要求做好每一项检查，保证碳刷检修质量，减少非停的发生，保证机组和电网安全运行。本文通过碳刷打火原因分析，找到根源进行解决，并提出了运行过程中维护注意事项，定期对大轴油污及粉尘进行清理，彻底消除了接地碳刷打火问题，为解决发电机运行中碳刷打火问题提供借鉴。
7 参考文献
［1］姜玉宾, 宋宪旺, 李德波. 浅谈发电机碳刷的故障处理及日常维护[J].?山东煤炭科技, 20091(29):65–66.
【作者简介】
姜绍庆 本科，工程师，青岛华丰伟业电力科技工程有限公司 运维项目生技部主任
陈恒伟 专科，工程师，青岛华丰伟业电力科技工程有限公司 运维项目经理