碳刷溫度異常偏高分析及臨時(shí)處理辦法

黃世超，李 超

(雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川成都 615000)

0 引言

發(fā)電機(jī)碳刷是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的重要組成部分，起到將勵(lì)磁電流從固定元件輸送至轉(zhuǎn)動(dòng)部件的連接作用。為了保證發(fā)電機(jī)碳刷、滑環(huán)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，避免設(shè)備的過(guò)熱損壞，一般將碳刷溫度控制在90 ℃以下[1]。

碳刷溫度異常偏高分為兩種情況，一種為個(gè)別碳刷溫度異常偏高，大部分碳刷溫度正常，造成此現(xiàn)象的原因一般為勵(lì)磁電流分布不均衡，個(gè)別碳刷流過(guò)的勵(lì)磁電流偏大導(dǎo)致；另一種為碳刷溫度整體偏高，造成此現(xiàn)象的原因一般是碳刷個(gè)數(shù)偏少，導(dǎo)致每個(gè)碳刷正常流過(guò)的勵(lì)磁電流偏大。由于不同異?，F(xiàn)象的原因不同，需要采用不同的方法處理[2]。

1 異?，F(xiàn)象

某電廠發(fā)電機(jī)組自投運(yùn)以來(lái)，多年運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)在汛期滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，發(fā)電機(jī)碳刷整體溫度在110 ℃左右，明顯高于設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行要求，結(jié)合設(shè)備現(xiàn)有條件，采取了單極加裝3個(gè)碳刷實(shí)現(xiàn)分流降溫的措施，取得了一定的效果，碳刷溫度下降至105 ℃且保持穩(wěn)定。

某年汛期機(jī)組滿負(fù)荷期間，3#機(jī)組出現(xiàn)了碳刷溫度分布不均的現(xiàn)象，部分碳刷溫度由105 ℃下降至90 ℃，另一部分碳刷溫度則上升至125 ℃，個(gè)別碳刷溫度甚至高達(dá)180 ℃并伴有間歇性打火現(xiàn)象[3]。

2 檢查及分析

2.1 碳刷溫度測(cè)量及記錄

使用紅外測(cè)溫儀對(duì)機(jī)組碳刷逐個(gè)開(kāi)展全方位溫度測(cè)量，并將溫度數(shù)據(jù)按標(biāo)記的順序記錄在表格內(nèi)，對(duì)于各碳刷的最高溫度位置進(jìn)行注釋?zhuān)瑫r(shí)在表格內(nèi)記錄存在間歇性打火現(xiàn)象的碳刷編號(hào)。

測(cè)量發(fā)現(xiàn)，碳刷的溫度最高點(diǎn)普遍集中于刷辮處，而存在打火現(xiàn)象的碳刷溫度最高點(diǎn)則是打火點(diǎn)處。根據(jù)數(shù)據(jù)記錄及現(xiàn)場(chǎng)碳刷分布，發(fā)現(xiàn)處于勵(lì)磁回路負(fù)極的碳刷溫度整體高于正極碳刷，出現(xiàn)打火現(xiàn)象的碳刷分布于同一水平高度的位置。

2.2 碳刷檢查

依據(jù)記錄表、按照每次只拆除一個(gè)碳刷的要求逐個(gè)拆除存在打火現(xiàn)象的碳刷并移送至滑環(huán)室外。將碳刷與刷握解體后分別進(jìn)行檢查，檢查發(fā)現(xiàn)此類(lèi)碳刷表面凹凸不平，已失去平整度。其中，最開(kāi)始出現(xiàn)打火現(xiàn)象的碳刷刷握表面有輕微的劃痕。

依據(jù)記錄表、按照每次只拆除一個(gè)碳刷的要求逐個(gè)拆除高溫碳刷并移送至滑環(huán)室外。將碳刷與刷握解體后分別進(jìn)行檢查，檢查發(fā)現(xiàn)此類(lèi)碳刷表面相對(duì)平整，表面曲度與滑環(huán)一致，無(wú)明顯劃痕，但是碳刷的刷辮已失去光澤，呈灰黑狀，部分碳刷的刷辮已脆化，一拉即斷。

為進(jìn)行對(duì)比分析，按上述要求拆除了部分低溫碳刷，解體檢查發(fā)現(xiàn)此類(lèi)碳刷表面平整，部分區(qū)域曲度與滑環(huán)一致，表面無(wú)劃痕，碳刷完好；測(cè)量發(fā)現(xiàn)，低溫碳刷均為檢修時(shí)新更換的碳刷。

2.3 原因分析

通過(guò)設(shè)備結(jié)構(gòu)分析可知，電流從固定件集電環(huán)經(jīng)刷握傳送至碳刷并輸送至轉(zhuǎn)動(dòng)件滑環(huán)上。結(jié)合碳刷、刷握的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)分析，電流從刷握傳送至碳刷的途徑有兩條，一條為經(jīng)刷辮傳輸，另一條為經(jīng)刷握、碳刷接觸面?zhèn)鬏?。測(cè)量發(fā)現(xiàn)，刷辮傳輸電流為主導(dǎo)方式，占比90%以上。因此碳刷溫度最高點(diǎn)一般為刷辮位置，與溫度測(cè)量結(jié)果一致。

圖1 碳刷及刷握結(jié)構(gòu)

結(jié)合檢查情況和檢修記錄分析，初步判定碳刷溫度兩極分化異常原因?yàn)闄z修時(shí)一次性更換的碳刷數(shù)量較多且新更換的碳刷未進(jìn)行表面曲度打磨，導(dǎo)致新更換的碳刷與滑環(huán)成線接觸而不是面接觸形式，接觸面偏小引起單個(gè)碳刷的電流偏??；而原有的碳刷經(jīng)過(guò)磨損，與滑環(huán)成標(biāo)準(zhǔn)的面接觸，接觸面積大導(dǎo)致單個(gè)碳刷的電流偏大；由此導(dǎo)致不同碳刷的溫度出現(xiàn)兩極分化的現(xiàn)象。

由檢查情況分析，碳刷打火的原因初步判斷為某碳刷的刷握底座存在輕微位移，引起刷握前移導(dǎo)致金屬部位與滑環(huán)摩擦形成間歇性打火現(xiàn)象，部分金屬碎屑被吸附到滑環(huán)表面，滑環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)期間破壞了同高度的碳刷表面，形成劃痕并引起打火現(xiàn)象。

3 現(xiàn)場(chǎng)處理

因故障出現(xiàn)在汛期，機(jī)組處于滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為降低經(jīng)濟(jì)損失，在臨時(shí)短時(shí)間停機(jī)(不超過(guò)8 h)的條件下，采取如下臨時(shí)控制措施來(lái)維持碳刷溫度在可控范圍，具體如下：

3.1 碳刷更換

對(duì)所有碳刷進(jìn)行檢查，考慮到刷辮斷裂將導(dǎo)致碳刷失去輸送勵(lì)磁電流的能力，更換刷辮因過(guò)熱導(dǎo)致變色甚至斷裂的碳刷；按滑環(huán)曲度使用專(zhuān)用工具進(jìn)行打磨，確保碳刷表面曲度一致；更換了部分磨損嚴(yán)重、長(zhǎng)度偏短的碳刷。

3.2 強(qiáng)制通風(fēng)

強(qiáng)制通風(fēng)可以加強(qiáng)空氣對(duì)流，第一時(shí)間帶走熱量，避免熱量堆積形成局部過(guò)熱點(diǎn)。為加強(qiáng)通風(fēng)效果，拆除了發(fā)電機(jī)集電裝置處的集塵罩，將碳刷徹底暴露在滑環(huán)室，促進(jìn)散熱和碳粉溢出；在滑環(huán)室對(duì)稱(chēng)布置了兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制往滑環(huán)室內(nèi)送風(fēng)，實(shí)現(xiàn)冷熱空氣對(duì)流循環(huán)，達(dá)到降低碳刷整體溫度的效果。

3.3 滑環(huán)處理

考慮到部分碳刷已出現(xiàn)了打火現(xiàn)象，滑環(huán)可能已存在局部損壞。在機(jī)組停運(yùn)期間，對(duì)滑環(huán)進(jìn)行細(xì)致檢查，發(fā)現(xiàn)滑環(huán)表面存在堅(jiān)硬的附著物，通風(fēng)槽區(qū)域存在金屬毛邊。使用銼刀、磨石對(duì)滑環(huán)表面進(jìn)行打磨、處理，利用磨石打磨滑環(huán)表面的附著物，將附著物從滑環(huán)表面清除，確?；h(huán)表面平滑、潔凈；利用銼刀打磨滑環(huán)通風(fēng)槽，清除金屬毛邊并形成導(dǎo)角，確?；h(huán)表面平整，碳粉溢出正常。

3.4 碳刷底座調(diào)整

將碳刷底座重新進(jìn)行位置調(diào)整并固定，完成后進(jìn)行碳刷預(yù)安裝，檢查刷握金屬部位與滑環(huán)距離合適，無(wú)明顯位移。確保刷握金屬部位與滑環(huán)無(wú)摩擦現(xiàn)象。

3.5 無(wú)功負(fù)荷轉(zhuǎn)移

考慮到勵(lì)磁電流的大小取決于功率和電壓，其中有功功率、電壓基本不變，適當(dāng)降低無(wú)功功率不影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行要求且能實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流下調(diào)的目的，將該機(jī)組的無(wú)功功率部分轉(zhuǎn)移至其余機(jī)組，使勵(lì)磁電流從3 100 A下降至3 040 A左右，有效減輕了碳刷過(guò)流壓力。

發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流約1 600 A，碳刷溫度約60 ℃。

單個(gè)碳刷的平均電流計(jì)算公式為：I單個(gè)=I勵(lì)/n?，F(xiàn)場(chǎng)單極碳刷共33個(gè)，計(jì)算可知，勵(lì)磁電流從3 100 A下降至3 040 A后，單個(gè)碳刷的平均電流I單個(gè)=92 A，下降了約2 A。

碳刷溫度與電流大小關(guān)系近似為正比關(guān)系，計(jì)算可知，單個(gè)碳刷電流每增(減)1 A，溫度升(降)約1 ℃。與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致。

4 處理效果

臨時(shí)處理完成后，機(jī)組投入滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，檢查發(fā)現(xiàn)，碳刷運(yùn)行正常，無(wú)跳動(dòng)、間歇性打火等異常現(xiàn)象。使用紅外測(cè)溫儀測(cè)量發(fā)現(xiàn)，各碳刷溫度基本一致，維持在103 ℃左右?；具_(dá)到了控制碳刷溫度，避免個(gè)別碳刷溫度異常偏高的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

碳刷溫度偏高受很多因素影響，降低碳刷溫度的關(guān)鍵在于最大限度地降低流過(guò)該碳刷的勵(lì)磁電流。通過(guò)轉(zhuǎn)移無(wú)功負(fù)荷，更換故障碳刷實(shí)現(xiàn)了降低、均衡各碳刷的電流的目的，利用滑環(huán)處理消除了碳刷打火帶來(lái)的滑環(huán)損傷隱患，采取強(qiáng)制通風(fēng)起到了加快散熱的作用。

由于碳刷過(guò)熱現(xiàn)象一般出現(xiàn)在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)改造將造成巨額的經(jīng)濟(jì)損失，采取合適的方法在短時(shí)間進(jìn)行小范圍處理，對(duì)過(guò)熱現(xiàn)象進(jìn)行控制避免事態(tài)擴(kuò)大、惡化是一條相對(duì)合理的途徑。通過(guò)采取上述方法最終實(shí)現(xiàn)了保障機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行目的，最大限度降低經(jīng)濟(jì)損失的要求，為其他電廠處理同類(lèi)問(wèn)題提供了參考。