【摘要】碳刷是發(fā)電機轉動部分的滑環(huán)與靜止部分的接觸點，碳刷性能的好壞，直接影響到發(fā)電機的運行工況，然而實際運行中，碳刷與滑環(huán)發(fā)熱現(xiàn)象極為普遍，如果不能及時有效地采取措施加以處理，或者處理不得當，將會擴大故障，造成嚴重發(fā)熱、滑環(huán)燒壞，導致發(fā)電機停機事故；造成不必要的損失。針對水力發(fā)電廠機組滑環(huán)及碳刷燒壞的原因進行分析，提出改進措施。 

　　【關鍵詞】發(fā)電機；碳刷；滑環(huán)；故障分析；處理 

　　四川川投田灣河水力發(fā)電總廠大發(fā)電站2#發(fā)電機是哈爾濱電機廠生產(chǎn)的SF120-20/6500型號的立軸沖擊式水輪發(fā)電機組。機組額定容量為125MW，采用機端自并勵可控硅全控橋整流，額定勵磁電壓為217V，額定勵磁電流為1398A。 

　　2011年08月22日，巡屏人員正在巡大發(fā)二號機組單元操作接線圖時發(fā)現(xiàn)2F機組勵磁電流突變，棒圖變紅色，正準備減機組有無功時， 18：17：46 上位機語音及事故光字均報：大發(fā)2F機組轉子反時限過流動作/復歸；18：18：55報大發(fā)2F機組B套轉子一點接地高定值動作/復歸、大發(fā)2F機組B套轉子一點接地低定值動作/復歸、電氣事故動作/復歸、水機保護動作、大發(fā)2F機組勵磁系統(tǒng)故障動作、轉子溫度高動作、調(diào)速器事故動作、調(diào)速器緊急停機動作，大發(fā)2F機組出口斷路器分閘動作、滅磁開關分閘動作、跨接器動作、球閥全關，上位機檢查2QF在分位，機組甩負荷120MW，機組在停機過程中。運行人員立即到現(xiàn)場進行對大發(fā)2#發(fā)電機進行全面檢查發(fā)現(xiàn)：大發(fā)電站2#發(fā)電機轉子上下層碳刷和刷辮被燒熔，碳刷上下支架的拉力桿已被燒斷，發(fā)電機上導油盆蓋上有很多金屬燒熔物。 

　　故障發(fā)生前，發(fā)電機運行正常。有功負荷為120MW，無功為24MW，轉子電流最大為1968.56A且只持續(xù)三秒的時間。根據(jù)此故障現(xiàn)象判斷并非是無功過大造成的事故，而是勵磁電流突然增大至額定勵磁電流的1.4倍是此次事故的根源。經(jīng)過分析造成勵磁電流突然增大的原因如下： 

　　1、發(fā)電機在運行時碳刷的型號雖然是一致的，但是由于每個碳刷的加工工藝不同，其與彈簧的受力也不完全相同，便造成單個碳刷魚滑環(huán)之間的電阻也不相同，各個碳刷在運行時收到的磨損程度也不相同，這樣就造成各個碳刷與滑環(huán)之間的導電性能也不完全一致，所以每個碳刷與滑環(huán)之間的電流大小便不相同，與滑環(huán)接觸面較好的碳刷其通過的電流就會很大，反之電流較小，這樣就會加大碳刷與滑環(huán)接觸面較好的過流負荷，機組長時間運行便會造成碳刷發(fā)熱或者溫度持續(xù)升高，溫度過高的碳刷容易發(fā)生脆化，這樣會使碳刷和滑環(huán)之間電阻加大，甚至產(chǎn)生電弧現(xiàn)象，最終造成碳刷的損壞。久而久之，完好的碳刷承受的電流不斷增加，受損的碳刷產(chǎn)生的電弧也在加大，這樣就會使碳刷與滑環(huán)之間發(fā)生環(huán)火，甚至產(chǎn)生弧光，使下滑環(huán)表面灼傷，刷辮熔斷。強烈弧光、碳粉、油污、燒損的熔渣及金屬顆粒還造成上下滑環(huán)、上滑環(huán)與下環(huán)刷握之間發(fā)生間歇性放電，致使下集電環(huán)、刷架部分燒損，上環(huán)底部及邊沿被弧光灼傷。不間斷的電弧產(chǎn)生高強的溫度使下面集電環(huán)燒熔，造成下集電環(huán)接地，發(fā)電機轉子一點接地保護動作，機組事故停機。 

　　2、由于大發(fā)電站2#機組的滑環(huán)在推力油盆下面，并且滑環(huán)還被發(fā)電機蓋板給封閉的非常嚴密，由于2# 發(fā)電機的推力油盆時常發(fā)生甩油，被甩出的透平油與碳粉粘合在一起附在滑環(huán)上面，造成碳刷與滑環(huán)之間接觸能力變?nèi)酰吞蓟旌衔镎吃诨h(huán)碳刷及刷架上面，又沒有對其及時的清掃，時間一長造成滑環(huán)對碳刷和刷架放電嚴重放電，最終造成短路引起事故。 

　　3、日常維護工作不當。平常維護人員很少對機組碳刷和滑環(huán)進行清掃，也未對機組碳刷性能進行檢測。只有在運行人員巡視發(fā)現(xiàn)碳刷發(fā)生環(huán)火時通知檢修人員進行檢查時才對碳刷及滑環(huán)進行清掃及測試。并未按要求定期對滑環(huán)進行定期正負極換向。造成機組碳刷與滑環(huán)損壞的原因是多方面的，但是歸根結底都是由于碳刷與滑環(huán)之間接觸不良使各個碳刷通過的電流不均衡而產(chǎn)生過高的溫度將碳刷，滑環(huán)及刷辮損毀，最終釀大的的事故。 

　　4、通風不良，由于大發(fā)2#機組的滑環(huán)在機組的推力油盆和上到油盆之間，并且完全封閉，且沒有通風散熱通道，眾所周知，碳刷與滑環(huán)之間不僅存在相互摩擦，同時還有電流通過，這兩方面都會是滑環(huán)表面與碳刷的接觸面產(chǎn)生高溫，過高的溫度導致碳刷的磨損加快，卻沒有冷卻風對碳刷和滑環(huán)進行冷卻，造成碳刷和滑環(huán)之間溫度越升越高，直至造成事故。 

　　5、定期工作減少，機組剛發(fā)電時，運行人員定期用棉布對機組的滑環(huán)進行擦拭，以減少滑環(huán)上面碳粉。后來認為此項工作沒有必要性就將該項工作取消。 

　　處理措施：1、將下層刷架上所有燒壞的碳刷進行更換，并全面清理，對機組轉子絕緣進行搖測正常。2、更換機組新的下層刷架，對機組下滑環(huán)進行從新打磨并拋光，對已經(jīng)燒熔了的刷架支撐桿的絕緣墊塊進行更換相同型號的備品。3、更換新的碳刷及彈簧并對碳刷的表面進行打磨，以便使其表面與滑環(huán)接觸良好，因機電倉庫無足夠數(shù)量的DT172碳刷及上海摩根NCC634碳刷配套刷握，不能全部更換。經(jīng)請示總廠領導同意，對上下滑環(huán)碳刷整體數(shù)量進行了調(diào)整，即由原來的60只碳刷調(diào)整為52只，從上層刷架取8只DT172碳刷配套刷握，安裝在下層刷架上；上層刷架安裝了4只上海摩根NCC634碳刷配套刷握，下層刷架安裝了17只DT172碳刷配套刷握（其中9只新刷握，8只舊刷握）及9只上海摩根NCC634碳刷配套刷握。4、將轉子勵磁引線拆除，將上層刷架上的碳刷全部取出，測量發(fā)電機的轉子絕緣與勵磁引線的絕緣均合格，勵磁引線絕緣為19GΩ，轉子絕緣為21GΩ）。5、清掃轉子滑環(huán)表面，打磨碳刷，將碳刷回裝完整后，調(diào)整每個碳刷與滑環(huán)之間的接觸面及彈簧的壓力，并將碳刷與滑環(huán)上下之間對齊，回裝轉子勵磁引線在機組滅磁開關下端搖測轉子絕緣合格，其為410MΩ，符合檢修規(guī)程。 

　　采取的措施：1、加強運行維護。每八天運行人員都要對碳刷進行測溫，并定期用棉布進行滑環(huán)擦拭，定期對碳刷，刷架、刷辮和滑環(huán)進行吹掃，減少碳粉及其他粉塵的堆積.每八天對碳刷進行一次全面測溫，發(fā)現(xiàn)有個別溫度過高的碳刷后及時通知檢修人員處理進行。2、如果需要更換碳刷，盡可能的更換同型號批次的碳刷，這樣表保證新的碳刷與舊的碳刷差別最小，其通過的電流相差最小，其電阻系數(shù)也盡可能相等。如果更換的碳刷較多，必須進行停機更換，更換后需要開機空載進行滑環(huán)與碳刷之間的充分磨合。磨合期間對碳刷的溫度應進行監(jiān)視，保證氣彈簧的壓力均勻，無環(huán)火現(xiàn)象，在全面檢查無異常后方可并網(wǎng)運行。 

　　采取以上兩項措施后，經(jīng)過夏季豐水期的高負荷運行后2#機組一切正常。