汕尾電廠２＃發(fā)電機(jī)集電環(huán)碳刷振損問題初探

楊　翔

摘要：汕尾電廠2#發(fā)電機(jī)自2008年6月小修完成后，勵(lì)側(cè)集電環(huán)碳刷出現(xiàn)振動(dòng)大的現(xiàn)象；出現(xiàn)振損問題的碳刷主要出現(xiàn)在D列碳刷的3#和4#小碳棒上，而且4#比3#振動(dòng)程度更嚴(yán)重，造成發(fā)電機(jī)碳刷不同程度損壞，集電環(huán)表面出現(xiàn)起伏狀波紋，碳刷刷握彈簧斷裂。a

關(guān)鍵詞：汕尾電廠；集電環(huán)；勵(lì)側(cè)集電環(huán)碳刷；碳刷振損問題

中圖分類號(hào)：TM612文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）11-0044-02

汕尾電廠2#發(fā)電機(jī)自2008年6月小修完成后，勵(lì)側(cè)集電環(huán)碳刷出現(xiàn)振動(dòng)大的現(xiàn)象。每個(gè)集電環(huán)上有16個(gè)碳刷，按2列分布，每列有8個(gè)，兩個(gè)集電環(huán)上共計(jì)32個(gè)碳刷，從汽側(cè)向勵(lì)側(cè)標(biāo)記為A、B、C、D列。從汽側(cè)向勵(lì)側(cè)看，每個(gè)碳刷水平方向上還分布著4個(gè)小碳棒，分別標(biāo)記為1#、2#、3#、4#小碳棒。出現(xiàn)振損問題的碳刷主要出現(xiàn)在D列碳刷的3#和4#小碳棒上，而且4#比3#振動(dòng)程度更嚴(yán)重（注：1#發(fā)電機(jī)2008年8月小修后，曾出現(xiàn)過同樣的問題，后經(jīng)更換碳刷后，該問題得到緩解）。

A、B、C三列的碳刷無異常振動(dòng)，用手觸摸碳刷辮子，幾乎感覺不到振動(dòng)。從汽側(cè)向勵(lì)側(cè)逐個(gè)觸摸D列每個(gè)碳刷的8根小碳棒辮，開始感覺出現(xiàn)異常振動(dòng)，且劇烈程度依次增大，到3#、4#小碳棒時(shí)非常明顯。但并非D列的8個(gè)碳刷的振動(dòng)劇烈程度都相同，有的劇烈程度較小，有的則很大，可以看到有的小碳棒辮在明顯地抖動(dòng)。再看該小碳棒與集電環(huán)的接觸部位，發(fā)現(xiàn)該小碳棒在上下不停地抖動(dòng)。

觀察振損的碳刷，發(fā)現(xiàn)小碳棒表面不均勻光滑，有異常波紋狀，表面或四周邊沿有破損現(xiàn)象，如圖1所示：

振損的碳刷上的刷握內(nèi)小彈簧片有斷裂現(xiàn)象，且均出現(xiàn)在最外側(cè)，如圖2所示：

觀察D列碳刷3#、4#小碳棒下方的集電環(huán)表面，也不均勻平滑，有波紋狀，該波紋狀與圖1中破損的小碳棒表面的波紋是相吻合的。

D列中振動(dòng)最劇烈的為D4、D7、D8這3個(gè)碳刷，可看到3#、4#小碳棒的4根辮子在明顯抖動(dòng)，其他5個(gè)碳刷振動(dòng)程度較輕。將D4和D3兩個(gè)碳刷對(duì)調(diào)，則仍然是D4碳刷在劇烈振動(dòng)，即D4在原D3碳刷的位置仍然劇烈振動(dòng)，而D3換到原D4碳刷位置后，振動(dòng)程度也仍然較小。再將D8與D6對(duì)調(diào)，D7與D5對(duì)調(diào)，現(xiàn)象同樣，即對(duì)調(diào)位置對(duì)原碳刷的異常振動(dòng)沒有影響。

另外，從集控室的轉(zhuǎn)子振動(dòng)值來看，轉(zhuǎn)子的各項(xiàng)振動(dòng)值正常。

一、原因分析

1．從上述現(xiàn)象分析，可以判斷碳刷盒內(nèi)的彈簧片斷裂是由于與之相對(duì)應(yīng)的小碳棒在頻繁地抖動(dòng)，造成該彈簧片隨之大幅度地頻繁伸縮，最終造成金屬疲勞而發(fā)生斷裂。

2．振損的小碳棒表面的不平滑的波紋，是由于集電環(huán)表面的不平滑波紋造成的。試想一下，如果集電環(huán)表面非常光滑，與之相接觸的碳棒表面怎么可能出現(xiàn)起伏狀的紋路？在與集電環(huán)表面接觸磨合的過程中，小碳棒表面逐漸形成了與集電環(huán)表面相吻合的紋路。

3．小碳棒表面的破損，是由于發(fā)生了異常振動(dòng)的小碳棒，不斷地沖擊著集電環(huán)的表面，在持續(xù)的沖擊力的作用下，逐漸使小碳棒表面或四周發(fā)生破裂。

4．前面的1、2、3點(diǎn)其實(shí)都是一種結(jié)果，最根本的原因是集電環(huán)表面為什么會(huì)產(chǎn)生起伏狀的波紋？以及為什么是出現(xiàn)在最外側(cè)呢？還有，為什么有的小碳棒抖動(dòng)不明顯，而有的小碳棒卻會(huì)劇烈抖動(dòng)呢？

先來看第三個(gè)問題。為什么有的小碳棒抖動(dòng)不明顯，而有的小碳棒卻會(huì)劇烈抖動(dòng)？由于集電環(huán)的形狀是確定的，它做360度的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，無論處在哪一個(gè)位置，對(duì)于小碳棒來說，它們之間接觸面的受力關(guān)系其實(shí)都是一樣的。這就是為什么D4與D3、D8與D6對(duì)調(diào)、D7與D5對(duì)調(diào)，各自的振動(dòng)劇烈程度都不會(huì)發(fā)生改變的原因。每個(gè)小碳棒在與集電環(huán)磨合的過程中，由于多種因素的影響，它們的磨損程度都是不一樣的，而且在與集電環(huán)表面的起伏狀紋路磨合中，D列的小碳棒表面還生成了相對(duì)應(yīng)的紋路。加上各個(gè)小碳棒背后的彈簧片的彈力也存在著差異，因此，這些不同的因素綜合在一起，使得各個(gè)小碳棒發(fā)生的劇裂振動(dòng)會(huì)有所不同。

再來看第一個(gè)問題和第二個(gè)問題，“集電環(huán)表面為什么會(huì)產(chǎn)生起伏狀的波紋？”以及“為什么是在最外側(cè)呢？”我們認(rèn)為，它們應(yīng)該是相關(guān)聯(lián)的。另外，這里還要結(jié)合1#發(fā)電機(jī)曾經(jīng)出現(xiàn)的、其實(shí)現(xiàn)在多多少少仍然存在的問題來解釋。如前所述，1#發(fā)電機(jī)于2008年8月小修后，也曾出現(xiàn)過同樣的問題，只是程度沒有2#機(jī)這么嚴(yán)重，后經(jīng)更換碳刷后，該問題得到緩解。其實(shí)即使是現(xiàn)在，用手去觸摸1#發(fā)電機(jī)的D列碳刷，仍然可以感覺到該列的3#、4#小碳棒的振動(dòng)明顯要比其它小碳棒大。也就是說，2#發(fā)電機(jī)目前存在的問題，在1#發(fā)電機(jī)也同樣存在，只是后者的程度要輕些。而且，應(yīng)考慮到兩者集電環(huán)表面均存在起伏狀紋路。既然1#、2#發(fā)電機(jī)上都存在同樣的問題，而碳刷又都是同一型號(hào)或批次生產(chǎn)的，哪一個(gè)碳刷插入到哪一個(gè)位置也是隨機(jī)的，因此，上述第三個(gè)問題“為什么總是在最外側(cè)呢？”，其原因應(yīng)該與碳刷無關(guān)，而可能是發(fā)電機(jī)集電環(huán)方面出現(xiàn)了問題。如果與碳刷有關(guān)，那么應(yīng)該在別的位置或另一個(gè)集電環(huán)的表面也會(huì)出現(xiàn)起伏狀紋路，但現(xiàn)在從別的更換下來的正常的小碳棒，其表面都非常光滑。將D4換至B3，D4就不跳了，說明振動(dòng)與碳刷無關(guān)，只與集電環(huán)有關(guān)。由于極2集電環(huán)沒有問題，所以碳刷不跳了。

那么，集電環(huán)方面可能出現(xiàn)什么問題？可能是加工生產(chǎn)集電環(huán)時(shí)，生產(chǎn)設(shè)備方面出現(xiàn)了系統(tǒng)偏差。也有可能是裝配時(shí)，同心度不好，工藝控制不到位等，造成最外側(cè)部位超差。這樣造成在運(yùn)行中，碳刷與集電環(huán)接觸發(fā)生異常磨擦，造成集電環(huán)表面的過度磨損，而出現(xiàn)了起伏狀的紋路，并且總是在某一固定部位出現(xiàn)。

二、危害分析

該問題主要有以下幾方面的影響：（1）長(zhǎng)期這樣運(yùn)行，會(huì)加重集電環(huán)表面的磨損程度，不利于機(jī)組安全運(yùn)行；（2）集電環(huán)表面的進(jìn)一步磨損，不利于集電環(huán)的維護(hù)；（3）需經(jīng)常更換小碳棒，如果是彈簧片斷了，還需經(jīng)常更換整副碳刷，增加維護(hù)成本；（4）小碳棒脫落的破損塊，有可能堵塞集電環(huán)的通風(fēng)槽，不利于集電環(huán)的散熱。

三、要解決的問題及處理方法

要解決的問題有：集電環(huán)上碳刷異常振動(dòng)以及碳刷損壞。

其處理方法有：（1）檢查集電環(huán)的同心度；（2）利用停機(jī)機(jī)會(huì)，處理掉集電環(huán)上的起伏狀波紋；（3）當(dāng)有碳刷出現(xiàn)異常振動(dòng)時(shí)，及時(shí)更換掉對(duì)應(yīng)的小線棒，以免進(jìn)一步損壞刷盒中的彈簧片。

2008年11月25日，經(jīng)專家組最終決定，將#2機(jī)沖轉(zhuǎn)至60r/min至80r/min，維持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，利用車床對(duì)#2發(fā)電機(jī)集電環(huán)進(jìn)行車削，處理掉集電環(huán)上的起伏狀波紋，并對(duì)集電環(huán)的同心度進(jìn)行校對(duì)，#2發(fā)電機(jī)再次并網(wǎng)后，未出現(xiàn)過以上情況，確保了機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

作者簡(jiǎn)介：楊翔，廣東紅海灣發(fā)電有限公司工程技術(shù)人員，研究方向：電力企業(yè)電廠運(yùn)行管理。