发电机碳刷的常见问题和日常维护

发电机碳刷的常见问题和日常维护
良好的运行维护方式可延长发电机碳刷的使用寿命，降低碳刷引起的机组故障，本文就发电机碳刷常见问题及日常维护进行分析。

标签：碳刷问题维护
引言
碳刷用于电机的换向器或滑环上，作为导出或导入电流的滑动接触体，是电机动静接触和交换能量的设备，碳刷的良好维护，对机组的安全运行起着至关重要的作用。

碳刷在发电机滑环上运行时，在其接触面上形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜，这是运行良好的主要标志之一。

因为这层氧化膜的存在，改变了碳刷与滑环的接触特性、减少了摩擦、降低磨损、延长使用寿命。

氧化膜是一种复合薄膜，其组成成分与碳刷型号及滑环的材料成分有关。

碳刷与滑环接触面积的大小，由发电机的转速、滑环材质的硬度、加工精度、偏摆度、碳刷的材质、碳刷上的压力大小等因素来决定。

一、碳刷选型的基本原则
1.滑环振摆问题
由于存在振摆，且振摆随转速的增加而加大，影响碳刷与滑环的良好接触。

在大振摆的前提下，对碳刷提出一个严峻的考验，为此，在振摆大的场合下，适当增加弹簧压力，或在碳刷压板之间选择良好的减震衬垫，对于改善换向有一定效果。

2.机械上的原因
由于滑环偏心，转轴轴向串动，刷盒不正或碳刷与刷盒配合间隙不当，造成碳刷在刷盒内浮动受阻或卡住，弹簧压力不均，造成碳刷与滑环接触不稳定等。

3.电气上的原因
由于滑动接触面间的导电微粒分布不均匀，氧化膜厚度不均匀等造成接触电阻大小不同。

有研究发现，外加电压小时，氧化膜绝缘，当电压升高到一定值时，氧化膜被击穿。

当击穿后，不管电流如何增加，由于导电点的增加、导电面积的扩大，则接触电压保持恒定。

4.滑动接触面间气体压力的影响
碳刷滑动接触面与滑环表面作高速相对滑动时，由于碳刷在刷盒内晃动，造成碳刷弧面大于滑环弧面，形成了楔形空间。

在滑入边，当电机在高速运转时，粘附于滑环或滑环表面上且随之旋转的空气层进入楔形空间，对碳刷产生一个向上的作用力；而在碳刷滑出边同样也存在一个楔形空间，在电机高速旋转时，楔形空间里的空气同样会粘附于滑环表面被带走，对碳刷的弧面造成气吸现象，使碳刷受到一个向下的吸力。

当产生的向上的浮力足以克服滑出边所受到的吸力、弹簧压力和碳刷的重量以及碳刷与刷盒壁之间的摩擦力的总和时，碳刷被滑环带入的空气托起，造成碳刷与滑动接触面分离而不导电。

当产生的吸力大于产生的浮力，碳刷被紧紧的吸附在滑环上，当然电流就从这些碳刷经过，造成电流分配不均匀，这就是所谓的“气垫”现象；为了消除“气垫”现象，我们看见：滑环上车削螺旋槽，碳刷弹簧压力加大，碳刷比重小而多孔。

这些措施，都有利于空气的排泄（在滑入边）或吸入（在滑出边），以减少气垫的作用力。

二、碳刷的发热
1.由于通风不良导致的发热
通风不良主要是因为冷却风道堵塞，滑环表面通风沟、通风孔堵塞、循环风扇风量下降等原因，尤其是当运行中滑环表面温度过高时，导致碳刷磨损加剧，碳粉积聚增加，有可能会堵塞上述滑环表面的散热通道。

因此在大小修时，应对滑环表面通风沟、孔以及冷却风道滤网进行清理，保持通畅。

对于经过多次车削的滑环，如果滑环表面的通风沟高度不到5mm，已经车削到径向限制孔时，就应当按照说明书根据最小使用外径进行更换，以保证滑环的机械及散热可靠性。

2.由于接触电阻过大或分布不均匀而产生的发热
滑环和碳刷是通过相互滑动接触导通励磁电流的，根据容量及型号的不同，每个滑环上大约分布着数十只碳刷，由于接触电阻的不同，电流分配的差异，会导致发热不均匀，有以下几个原因：
2.1碳刷与滑环表面接触电阻、碳刷与刷辫接触电阻、刷辫与刷架引线接触电阻过大。

可通过测量单个碳刷总压降、碳刷接触压降、刷体压降、联结压降、刷辫压降进行相互间对比来检查。

同时检查回路中各螺丝是否紧固。

检查碳刷接触面的清洁程度，是否存在油污污染。

2.2碳刷压力不均匀或不符合要求，可能有碳刷过短、弹簧由于过热变软老化失去弹性等原因。

应使用弹簧秤检查碳刷压力。

恒压弹簧应完整无机械损伤，压力应符合其产品的规定，同一极上的弹簧压力偏差不宜超过5%；非恒压的碳刷弹簧，有规定时压力应符合其产品的规定，当无规定时，应调整到不使碳刷冒火的最低压力，一般为140-250g/cm2，同一刷架上每个碳刷的压力应均匀。

2.3滑环与转子引线接触电阻过大，这种情况应对滑环与转子引线间的紧固
螺丝进行加固。

2.4碳刷材质不良、导电性能差、使用的型号不符合要求或者使用了不同型号的碳刷。

同一电机上应使用同一型号、同一制造厂的碳刷，对于外观检查有明显差异的碳刷应更换。

3.氧化膜被破坏且无法重新建立导致的
氧化膜具有非常好的润滑性能，碳刷与滑环接触表面起润滑作用的润滑层主要是石墨膜，这层石墨膜，将碳刷与滑环分开，使摩擦在石墨润滑层间进行，降低了摩擦系数，减少了摩擦热的产生，减少了碳刷的磨损。

碳刷的过热故障，很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。

三、碳刷的磨损
1.弹簧压力对碳刷磨损的影响
每一种型号的碳刷都有其允许的弹簧压力，主要作用达到碳刷与滑环的良好接触，实践证明，弹簧压力大不好，小也不好。

弹簧压力小了，碳刷与滑环的接触不良，这样，可以降低摩擦系数，减少纯机械性磨损，但是，却大大增加了电气磨损，且易造成（加大）火花；如果弹簧压力过大，虽然电气磨损降低，但机械磨损增加，总的结果使碳刷磨损加大。

2.电流的影响
通电时碳刷的磨损率要比无电流时大的多，因为碳刷与滑环之间是滑动接触，电流从面积很小的真实接触面上通过，因而使接触部分的温度比碳刷的平均温度要高很多，造成多孔的碳石墨刷体升温而氧化，使连接变弱，导致接触表面部分的碳石墨剥落到滑环上，因此使碳刷的磨损加大。

同样地碳刷材料，同样地转速，同样地弹簧压力，电机的正极碳刷要比负刷磨损大，在显微镜下，正碳刷的滑动接触面较光泽，负碳刷的接触面则较为粗糙，这也是负刷磨损大的原因，另一个原因是，由于电弧的阴极比阳极温度高的结果。

3.滑环表面状态的影响
滑环的表面状态对碳刷磨损率的影响很大，滑环的表面光洁度，关系到摩擦系数的大小.换向器上的光洁度，应在▽7以上；汽轮发电机滑环，除了保证一定的光洁度外，还能够确保符合条件的粗糙度。

4.偏心的影响
滑环的偏心（或振摆）对碳刷的磨损是影响很大。

偏心愈大，磨损愈大，特别是金属碳刷，其磨损受偏心的影响更大，当偏心达到5/100mm以上时，碳刷磨损急剧变大。

因此，应严格控制滑环的偏心.保证较低的偏心率，是非常必要
的，否则，将会导致碳刷摩擦表面火花加大，从而加大滑环表面电蚀现象，滑环的侵蚀越多，运行中的碳刷破损的可能性就越大。

四、碳刷的日常维护
1.碳刷的接触面要力求和滑环表面相吻合，而且，碳刷在滑环圆周上的距离应相等，并处在中线上。

2.电机在运行中由于发热或震动等影响而使刷杆上的螺钉有松动现象，应立即拧紧，刷盒与滑环的距离应保持在3mm。

3.碳刷在运行过程中不得随意将刷握前后移动。

4.经常检查碳刷的活动情况：提刷是检查碳刷在刷握内活动情况的简便办法。

提刷能确定碳刷在刷握中上下活动是否自由，有无卡刷或碳刷焊附在刷盒壁上的现象，若发现有卡刷和碳刷焊附现象时，应立即研磨碳刷和清理刷和孔壁，使碳刷恢复自由运动状态。

5.经常检查碳刷的压力：碳刷的压力是保证碳刷稳定工作和各碳刷之间均匀传导电流的重要因素，各种牌号碳刷允许使用的弹簧压力不同，同一台电机的弹簧压力应尽量均匀，误差不应超过10%。

6.经常检查碳刷的磨损：尤其是在滑环下部，因为运行时不易看见，当碳刷磨损到极限时，如不及时更换，就增加了其他碳刷的负荷，同时，特别容易伤害氧化膜与滑环表面。

7.经常检查碳刷附件是否正常：首先检查刷握压指和碳刷顶部的压板是否有断裂现象，刷握压指和碳刷顶部的压板是传递压力用的，当碳刷震动较大时，压指和压板往往会发生疲劳断裂现象。

8.经常检查碳刷的震动：电机在运行中，造成碳刷震动的原因很多，对于高速电机，最好在额定转速下，用测震仪和示波器进行测量。

9.注意空气湿度的调节：绝对湿度8～12g/m为佳。

五、结论
碳刷的良好维护，对发电机的安全运行起着重要作用，生产运行中加强对滑环及碳刷的维护管理：加强碳刷、滑环系统的专职维护制度，提高专责人的技术水平，严格按照《汽轮发电机运行规程》的要求对滑环、碳刷进行检查和运行维护，一次更换碳刷的数量要严格控制。

另外要积极运用红外热成像技术进行滑环、碳刷日常的巡检检查以及对故障部位有怀疑时作为辅助分析的工具。

作者简介：杨林宝，男，（1969.7-），兰州市永登县人，工程师，长期从事火
电厂电气检修及维护工作。