集电环及刷握装置的使用及故障分析
30MW发电机集电环打火原因分析处理及维护方法
30MW发电机集电环打火原因分析处理及维护方法摘要：本文针对能源动力分公司新建投产后的30MW发电机集电环、电刷产生火花的主要原因、问题的处理及预防措施进行了分析，并对发电机正常运行过程中电刷的维护及注意事项进行了阐述。
关键词：电刷火花集电环维护引言为了充分利用高炉富余煤气及炼铁、炼钢系统的富余中、低压蒸汽，能源动力分公司于2019年建成投产了一台30MW发电机组，该机组选用单缸双压凝汽式汽轮机并配用QFa型发电机，励磁方式采用机端自并励系统，发电机集电环正负极各用了20只电刷进行励磁电流的转换，发电机组电气各性能参数见表1。
发电机组投产后，集电环及电刷温度一直偏高，火花过大，经常进行处理，导致发电机组不能安全稳定运行。
表1 发电机电气参数1现象描述在发电机机组投运初期，发电机的集电环温度就达100℃，不得以一直用轴流风机进行降温运行，并且在整个2020年期间，发电机电刷温度偏高，每个电刷温度达90℃，集电环温度达100℃；且在运行过程中电刷振动过大，电刷振幅达2mm，励磁正负极电刷都有大量火花。
如图1运行中的电刷整个边缘有较强烈的火花即环火,同时有大火花飞出,火花等级达到3级，因而我们不得不多次降负荷进行处理，电刷更换频次高，有时一天要更换2次电刷，电刷损耗较大，而且经常在发电机运行过程中更换电刷，大大增加了维护人员的工作量，更换过程中的带电作业使职工安全得不到保障。
.图1 运行中电刷产生的火花2原因分析2.1 发电机所处的环境对电刷的影响分析发电机在运行过程中，电刷与集电环之间需形成一层氧化膜才能减少摩擦系数，氧化膜的主要成分为大量的氧化金属，湿度空气中的水汽是构成换向器或滑环氧化膜的重要成分。
空气湿度8~15g/m3是形成氧化膜的最佳区间，空气的绝对湿度过低，会造成较高的摩擦系数，导致碳刷快速磨损；空气的绝对湿度过高，会造成集电环绝缘降低，产生集电环腐蚀现象，将导致电刷磨损过大，产生较大的火花。
汽轮发电机集电环和碳刷维护
汽轮发电机集电环和碳刷维护作者：张伟来源：《科技创新导报》2020年第02期摘; ;要：汽轮发电机集电环为发电机转子提供励磁电流，因此，它的安全稳定运行对于发电机的安全具有重要的影响。
在实际的运行中，集电环和碳刷常见的故障有发热、环火等，因此，在维护与检修过程中需要针对常见故障进行重点的检查。
本文分析汽轮发电机集电环和碳刷产生故障的原因，总结发电机集电环和碳刷日常维护的注意事项以及检修项目，对于常见的发热、环火等故障给出处理方式，以供参考。
关键词：汽轮发电机; 集电环; 碳刷; 维护; 检修中图分类号：TM311; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0067-02火力发电厂担负着为社会生产提供电力的重任，对于促进社会经济发展具有重要的作用。
虽然近年来，新型能源的研究利用逐渐推广，但是我国的电力供应仍然是以火力发电厂为主，火电厂的设备多，因此，不同设备的稳定运行是电厂正常运营的基础。
在电厂的实际运营中，汽轮发电机的运行状况稳定与否，对于电厂的运行有重要的作用，因此，需要加强对于汽轮发电机的维护检修，尤其是集电环和碳刷的维护。
在国内的电厂中，多次发生过不同程度的集电环环火故障，造成机组的停运，影响了发电机的稳定运行，甚至会造成重大的经济损失，因此，需要加强对于集电环和碳刷的维护检修，保证汽轮发电机的正常运行。
1; 导致集电环和碳刷产生故障的因素第一，碳刷与刷握的间隙不合适，过大或者是过小。
碳刷与刷握之间的间隙过大的话，导致碳刷与集电环的接触不良，产生“啃边”现象。
如果间隙过小，导致碳刷在实际的运行中可能会产生发卡的现象。
碳刷与刷握之间的间隙过大或者过小都可能会导致集电环产生过热的现象。
第二，碳刷的压力调整过大或过小。
如果碳刷的压力调整过大，就会增大集电环与碳刷的摩擦力，让机械磨损现象严重，而且压力过大海导致集电环不断地摩擦产生过热。
浅谈发电机集电环发烧现象及处置意见
浅谈发电机集电环发烧现象及处置意见电刷在集电环上运行时，在其接触面上形成一层均匀、适度、稳固的氧化膜，这是电机运行良好的主要标志之一。
因为这层氧化膜的存在，改变了电刷与集电环的接触特性、减少了摩擦、降低磨损、延长利用寿命。
氧化膜是一种复合薄膜，其组成成份与电刷型号及集电环的材料成份有关。
氧化膜的正常厚度在8－100nm的范围内，一般为25nm.用电子显微镜观察发觉，电刷与集电环接触面是由无数个点相接触，一般接触面只有电刷总面积的千分之几左右。
接触面积的大小，由电机的转速、集电环材质的硬度、加工精度、偏摆度、电刷的材质、电刷上的压力大小等因素来决定。
有研究发觉，外加电压小时，氧化膜绝缘，当电压升高到必然值时，氧化膜被击穿。
当击穿后，无论电流如何增加，由于导电点的增加、导电面积的扩大，则接触电压维持恒定。
氧化膜具有超级好的润滑性能，电刷与集电环接触表面起润滑作用的润滑层主如果石墨膜，这层石墨膜，将电刷与集电环分开，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，减少了电刷的磨损。
电刷的过热故障，很多情形是由于氧化膜被破坏且无法从头成立致使的。
一、电刷及集电环常见故障的原因及解决办法电刷在运行中最多见的故障为发烧、产生火花、严峻的烧损电刷刷握及集电环。
从产生过热故障的原因看，主要有以下几个方面：一、由于通风不良致使的发烧：通风不良主如果因为冷却风道堵塞，集电环表面通风沟、通风孔堵塞、循环风扇风量下降等原因，尤其是当运行中集电环表面温度太高时，致使电刷磨损加重，碳粉积聚增加，有可能会堵塞上述集电环表面的散热通道。
因此在大小修时，应对集电环表面通风沟、孔和冷却风道滤网进行清理，维持通畅。
对于通过量次车削的集电环，若是集电环表面的通风沟高度不到5mm，已经车削到径向限制孔时，就应当依照说明书按照最小利用外径进行改换，以保证集电环的机械及散热靠得住性。
二、由于接触电阻过大或散布不均匀而产生的发烧：集电环和电刷是通过彼此滑动接触导通励磁电流的，按照容量及型号的不同，每一个集电环上大约散布着数十只电刷，由于接触电阻的不同，电流分派的不同，会致使发烧不均匀，有以下几个原因：（1）电刷与滑环表面接触电阻、电刷与刷辫接触电阻、刷辫与刷架引线接触电阻过大。
浅谈水轮发电机集电环和碳刷故障及处理
浅谈水轮发电机集电环和碳刷故障及处理摘要：水轮发电机是一种常见而重要的能源转化设备，而集电环和碳刷作为其关键部件之一，也是容易出现故障的地方。
本论文通过对水轮发电机集电环和碳刷故障的研究，分析了故障的原因和表现，并提出了相应的处理措施。
通过实验和案例分析，确定了集电环表面磨损、碳刷磨损和接触不良等故障的影响因素，并提出了更好的维护保养和检修方法，以减少故障发生的概率，提高水轮发电机的工作效率和稳定性。
这些研究成果对于水轮发电行业的可靠性和可持续发展具有重要意义。
关键词：水轮发电机；集电环；碳刷故障引言水轮发电机作为一种重要的能源转化设备，其可靠性和稳定性对于水力发电行业的可持续发展至关重要。
然而，集电环和碳刷作为水轮发电机的关键部件之一，常常会出现故障问题。
本论文针对水轮发电机集电环和碳刷故障进行深入研究，分析了故障的原因和表现，并探讨了有效的处理方法。
通过实验和案例分析，提出了更好的维护保养和检修策略，以减少故障发生的概率，并提高水轮发电机的工作效率和稳定性。
这些研究成果对于水轮发电行业具有重要的指导意义和应用价值。
1.水轮发电机集电环故障分析水轮发电机集电环是连接转子与外部电路的关键零件，其故障会导致电能传输中断和发电机性能下降。
集电环故障的主要原因包括集电环表面磨损、接触不良以及金属疲劳等。
磨损引起的故障可能由于长期运行导致表面磨损严重，失去良好的电接触能力。
接触不良可能由于灰尘、油污等导致集电环与碳刷之间的电接触不良，进而引起工作效率下降。
金属疲劳则是由于长期的机械摩擦和电弧撞击造成的，最终损坏集电环结构。
了解集电环故障的原因和表现有助于及时识别和处理故障，并采取相应的维修和更换措施，保证水轮发电机的正常运行和高效发电。
2.碳刷故障分析碳刷在水轮发电机中起着重要的接触和导电功能，因此其故障会影响发电机的正常运行。
碳刷故障的主要原因包括磨损、断裂和接触不良。
磨损是由于长时间摩擦和磨损而导致碳刷表面减少，降低了与集电环的接触效果。
电刷及集电环常见故障
电刷及集电环常见故障(发热现象原因)的原因及解决办法来源: 作者:摘要：电刷在集电环上运行时，在其接触面上形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜，这是电机运行良好的主要标志之一。
电刷的过热故障，很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。
本文主要浅谈发电机转子集电环发热的现象及解决对策。
关键字：发电机发热氧化膜对策电刷在集电环上运行时，在其接触面上形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜，这是电机运行良好的主要标志之一。
因为这层氧化膜的存在，改变了电刷与集电环的接触特性、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，其组成成分与电刷型号及集电环的材料成分有关。
氧化膜的正常厚度在8 －100nm 的范围内，一般为25nm 。
用电子显微镜观察发现，电刷与集电环接触面是由无数个点相接触，一般接触面只有电刷总面积的千分之几左右。
接触面积的大小，由电机的转速、集电环材质的硬度、加工精度、偏摆度、电刷的材质、电刷上的压力大小等因素来决定。
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。
氧化膜具有非常好的润滑性能，电刷与集电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，将电刷与集电环分开，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，减少了电刷的磨损。
电刷的过热故障，很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。
一、电刷及集电环常见故障的原因及解决办法：电刷在运行中最常见的故障为发热、产生火花、严重的烧损电刷刷握及集电环。
从产生过热故障的原因看，主要有以下几个方面：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，集电环表面通风沟、通风孔堵塞、循环风扇风量下降等原因，尤其是当运行中集电环表面温度过高时，导致电刷磨损加剧，碳粉积聚增加，有可能会堵塞上述集电环表面的散热通道。
发电机集电环检修维护事项及故障处分解
3 引起碳刷、滑环发热的因素
(1)碳刷发热量由4部分组成：碳刷自身电阻发热Q1，碳 刷接触压降发热Q2，磨擦发热Q3，刷辫与碳刷接触电阻 和散流电阻发热Q4 。 碳刷自身电阻发热：Q1 =I2R ． 式中：I一流过碳刷的电流： R一碳刷电阻。 碳刷接触压降发热：Q2=I△U 式中： △U一接触压降。 磨擦发热：Q3=FV 式中： F一碳刷压紧力； V一碳刷与滑环的相对运动速度。 接触电阻和散流电阻发热：Q4=I r 式中： I一流过碳刷的电流； r一接触电阻和散流电阻保证电刷在刷握内活动自 如，无卡涩，弹簧压力正常。同时，对未更换的 电刷，按电刷磨损程度，将弹簧压力作适当调整， 使压力正常。 5）在更换电刷过程中，不许用锐利金属工具顶 住电刷增加接触效果，即使是短时间也不允许， 因为万一顶偏，可能造成滑环面损坏或人身事故。 6）每次停机期间，应清除集电环通风沟、孔内 的碳尘物，以免影响通风效果。同时应特别注意 检查集电环底部（运行中不易检查）的电刷情况。 7）为了使两集电环的磨损均匀，每隔一段时间 （至少每年一次）将发电机的集电环极性交换。 如集电环凸凹点及变形偏心，应进行处理。对于 集电环表面的凸凹点，轻者用细纱布打磨，对于 由划伤或灼伤造成较严重的凸凹点。用重新精车 的方法处理。
4．5电流平衡的破坏 一般情况下，碳刷与滑环接触面的接触紧力较大， 即接触压降小，所有碳刷工况相近，每条碳刷的电 流大小接近，刷体的平均温度较低，碳刷间电流相 对稳定平衡。运行一段时间后，碳刷的磨损量相近， 但出现了氧化膜(氧化膜应均匀并有光泽)、气膜、 卡阻等因素，碳刷磨短或弹簧压力降低，碳刷接触 面的接触紧力减小，碳刷间电流重新分配，每条碳 刷的电流差别增大。这个阶段时间长，且逐渐变化， 不容易引起警觉。当环境温度升高或励磁电流增加 时，随时可引起发热，造成平衡破坏。
发电机励磁碳刷刷握弹簧频断原因分析和预防措施
动力与电气工程铜川铝业电厂两台发电机组自2002年投运以来,发电机励磁滑环、碳刷的运行一直比较平稳,正常的运行维护按《铜川铝业电厂企业标准——电气运行标准》执行。
2006年11月初#2机组开始出现刷握弹簧频断裂现象,被迫造成停机。
经过仔细分析查找原因,采取了有效的措施后这一故障予以消除,并在#1发电机的同类故障中得以成功应用。
机组容量25MW,额定励磁电流390A,励磁碳刷采用恒压形式,主励每极10条碳刷,碳刷型号为:D172。
1 现象及经过铜川铝业电厂2006年11月开始,#2发电机的励磁碳刷开始出现频繁开裂、崩角的现象,滑环碳刷火花大,随后刷握弹簧也开始出现断裂现象,平均每班断2～4个,12日前夜班断裂速度开始加剧一个班就断裂了9个。
对于这种现象,我厂高度重视,组织专人对运行中的滑环、刷握弹簧和碳刷进行连续观测,详细测量记录震动和温升,11月13日我厂组织各部门进行初步分析,认为集电环(滑环)存在问题的可能性较大,决定停运#2发电机组检查处理。
2 发现的问题及处理办法#2机组停下来后我们仔细检查发现,外侧集电环的表面有明显的沟槽,沟槽最深处有1.5mm。
发电机每转一周碳刷就要震动一次,一只碳刷一分钟就要震动3000次,如此高的震动频率就是刷握弹簧频断的直接原因。
经与东方发电机厂进行技术交流后,我们决定对发电机集电环进行车削。
我厂请来了车工师傅在现场制作车刀架,对#2发电机的集电环进行车削、抛光,重新组装好后顺利的并网发电,解决了刷握弹簧频断的故障。
3 原因分析(1)碳刷卡阻:碳刷通过电流后发热,刷体膨胀,易卡在刷握当中,拉动刷辫感觉很紧;部分碳刷由于振动、刷握不垂直等原因,会在刷握一侧的上沿和另一侧下沿产生明显卡阻,碳刷与集电环间可能夹有杂物产生划痕,致使其它碳刷分配的电流增加,电阻发热增加,磨损加剧,使刷握产生振动。
(2)电流平衡的破坏:对于同一规格的碳刷,所有10条碳刷工况相近,每条碳刷的电流接近相等,刷体的平均温度较低,碳刷间电流相对稳定平衡(称作强平衡)。
球磨机集电环及电机绕组故障的分析及解决方法.6页
球磨机电机故障的分析及解决方法球磨机的用途：球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。
球磨机广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。
球磨机工作原理：本机为卧式筒形旋转装置，外沿齿轮传动，两仓，格子型球磨机。
物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机第一仓，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。
物料在第一仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。
粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。
球磨机构成：球磨机由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）等主要部分组成。
目前我公司共有六台湿式球磨机：球磨机的电气控制原理简述、液阻柜的溶液配置、测量球磨机为三相绕线式异步电动机，在转子回路中串入三相对称的液体电阻实现降压启动，启动时用一次回路真空断路器常开辅助触点（DL）驱动液阻柜动作，动极板开始下降，当动极板到达下限位时，短接接触器闭合，将液阻柜退出，电动机全压运行。
电解液的配制。
配制电解液前需准备可饮用的清水、电焊机、钳形电流表、可盛水的干净容器、电解粉（随设备带）。
配制步骤如下：1、计算出起动柜所需的电阻值，公式如下：R0= 0.577*U2e/I2e·KF·kt/kM。
式中：U2e：电机转子回路的开路电压（V）I2e：电机转子回路的额定电流（A）KF：电机功率容裕倍数。
（KF =1.1-1.3,取1.2）kt：温度倍数。
(kt =1.1-1.3,取1.2) kM：起动转矩倍数。
(kM =1.1-1.3,取1.2)2、往水箱加装准备好的清水至水箱3/4的位置，把动极板移动至上限位置（允许起动状态），利用电焊机的二次侧（焊把端）最小档位测量动静极板间的清水阻值，测量方法如下：把电焊机的两根焊把线分别接在动、静极板上，电焊机通电，测量电焊机的二次侧的电压U及焊把线的电流I，计算出清水的阻值R= 。
汽轮发电机集电环和碳刷维护
汽轮发电机集电环和碳刷维护汽轮发电机是一种常见的发电设备，它通过汽轮机驱动发电机转子转动，产生电能。
在汽轮发电机中，集电环和碳刷是非常重要的部件，它们直接影响到发电机的工作效率和可靠性。
对于集电环和碳刷的维护是至关重要的。
首先来说说集电环的维护。
集电环是发电机中转子的电刷部分，它们负责将旋转的电能转化为电流输出。
正常情况下，集电环应该保持良好的电接触，并且表面应该光滑平整。
但是在使用过程中，由于集电环的摩擦和磨损，会导致集电环表面出现划痕和磨损，这会影响集电环的使用寿命和电流输出效率。
定期对集电环进行检查和维护显得非常重要。
集电环的维护主要包括两个方面，一是表面保养，二是电刷更换。
在表面保养方面，运行中的集电环表面应该定期进行清洁和打磨。
清洁可以去除集电环表面的尘埃和杂质，保持良好的电接触；而打磨则可以修复集电环表面的划痕和磨损，恢复其光滑平整的表面。
这样可以延长集电环的使用寿命，提高电流输出效率。
而在电刷更换方面，建议根据发电机的使用时间和工作负荷适时更换电刷。
因为电刷的磨损会导致集电环表面的磨损加剧，所以及时更换电刷对于保护集电环和延长发电机的使用寿命是非常重要的。
在更换电刷时，需要选择合适的电刷规格和材质，以确保其能够良好的与集电环接触并承受电流传输的压力。
除了对集电环的维护外，对碳刷的维护同样重要。
碳刷是集电环的固定部件，它与集电环配合工作，负责传递电能。
保持碳刷的良好状态对发电机的工作稳定性和可靠性有着重要的影响。
首先来说说碳刷的选择。
在更换碳刷时，需要选择适合的碳刷规格和材质，以确保其与集电环良好的接触并承受电流传输的压力。
通常情况下，碳刷的尺寸和形状应该与集电环相匹配，碳刷的材质应该具有良好的导电性和耐磨性。
定期对碳刷进行清洁和更换也是非常重要的。
因为在工作过程中，碳刷会产生大量的碳粉和杂质，这些碳粉和杂质会堵塞碳刷槽，影响碳刷与集电环的接触，并且会加剧集电环的磨损。
定期对碳刷进行清洁和更换是非常必要的，可以保证碳刷的良好状态，提高发电机的工作效率和可靠性。
集电环系统的使用与维护
集电环系统的使用与维护沧州宇航电机电气有限公司在电的旋转传导和信号旋转传输中, 需要一静态导体和一旋转动态导体良好接触的系统, 这种用于功率旋转传导或信号旋转传输的装置就叫集电环(滑环)系统。
在集电环系统中, 一般把中心环叫集电环, 与集电环接触的导体统称为碳刷。
以贵金属制成的刷体单支叫刷针或多支叫刷束。
支撑电刷并保持电刷相对位置的装置叫刷架, 与电刷配合的盒叫刷盒, 刷盒上安装一套能实现碳刷压力的装置叫压指, 压指与刷盒的装配统称为刷握装配, 也叫刷握。
根据不同的要求, 集电环在设计制造中可选择不同的材料, 选择材料首先考虑的条件是电流密度的传导实现, 环境的适应以及机械性能保障。
根据配置设备使用条件、目的转数、设备设计寿命、产品要求维护周期等因数综合考虑。
集电环有装配式、模塑式、桥式、密闭式、开启式等诸多结构形式。
集电环的材料根据传统的经验一般有锡青铜、硅黄铜、不锈钢、碳素钢、贵金属。
设计集电环系统时首先根据机器的使用条件综合考虑确定集电环材质。
在集电环的材质确定后, 根据功率计算出电流密度、线速度, 再选择碳刷的材质。
碳刷材质的正确选择在集电环系统中至关重要, 它决定着集电环的寿命、机器的稳定性。
不同的环境下和不同性能的机器使用的碳刷都会有极大的差别, 特殊情况下要有现场实践确定。
开发研究综合性能完美的接触导电刷是我们业内义不容辞的责任。
新出厂的集电环表面粗糙度在0.75～1.25μm, 高于0.75μm电刷会产生谐波颤动, 形成瞬间断路, 这一点往往会给人们造成误解。
低于1.25μm集电环和碳刷磨损会相对过快。
应尽可能避免小于或等于0.2μm的粗糙度。
促使集电环快速形成导电氧化膜是集电环制造商的制造技术核心, 只有导电氧化膜形成后, 机器才会稳定下来。
氧化膜的形成是在70度左右的情况下完成, 当氧化膜形成后温度会缓慢下降到40～50度, 形成一个稳定的良好的运行环境。
集电环表面在形成良好的导电氧化膜后整个系统就产生了一个质的变化, 集电环与碳刷的使用寿命会提高数十倍。
关于集电环损坏初步分析
关于集电环损坏初步分析集电环是发电机转子励磁电流的承载体，作为高速滑动的接触部件，其在运行中打火现象比较普遍，严重时引发环火，直接导致机组停机事故。
一、引发集电环打火的基本因素引发发电机集电环打火事故的因素有：（1）碳刷质量不良，过热时碳刷容易碎裂，大量碎屑导致碳刷与集电环之间拉弧；（2）集电环冷却风进风口滤网堵塞，抽风量减小，影响集电环表面冷却效果；（3）发电机密封油泄露，以及碳粉排出不畅，油气与碳粉混合物污染集电环室；（4）碳刷过短导致碳刷金属部分接触，产生拉弧现象（5）碳刷不匹配原因导致电流偏移，导致集电环打火（6）发电机转子绕组三相电流不平衡导致集电环打火。
（7）碳刷与集电环表面接触不良，集电环表面及碳刷组件过热（8）集电环本身质量不良，绝缘电阻不达标，运转过程中绝缘减弱造成局部放电。
（9）发电机轴承振动导致碳刷与集电环接触不良，导致集电环打火二、现场勘查及反馈及分析（1）打火滑道周围处碳刷未发现碳刷碎裂现象，在集电环室内也未发现碳刷碎裂现象（由于现场在报故障后第一时间登机，未复位，并进行检查，较好的保留了故障现场）初步排除第一项碎裂导致集电环打火可能（2）检查集电环冷却风进风口滤网处通透无异物，集电环尾部风扇无异常（3）发电机后端轴承废油脂导出正常，未发现进入集电环室（4）检查发电机碳刷长度，其最短碳刷5.3cm，且碳刷监控良好，排除由于碳刷过短，监控失效导致集电环打火现象。
（5）经检查使用碳刷为集电环厂家指定碳刷，排除不匹配性可能（6）经测量发电机转子绕组电阻为；KL:44.73mΩLM:44.73mΩMK:44.72 mΩ;排除转子绕组三相电流不平衡导致集电环打火；（7）初步怀疑为碳刷与集电环表面接触不良，导致集电环表面及碳刷组件过热进而导致集电环打火；①由于机组为运行较长时间，排除新更换碳刷接触面积小导致的集电环打火；②碳刷架碳刷压指弹簧力不足导致碳刷与集电环接触不良，由于现场的局限性不能精确确定其弹簧力，初步比较其弹簧力相差不大。
浅谈水轮发电机集电环和碳刷故障及处理
- 1 -杭州市千岛湖原水股份有限公司【摘要】剖析了水轮发电机集电环和碳刷运行中常见故障，并结合千岛湖原水调流调压水电站水轮发电机运行后集电环和碳刷故障分析及处理措施，阐述了水轮发电机集电环和碳刷的运行维护故障处理方法。
【关键词】集电环碳刷磨损电流- 1 -1. 前言千岛湖原水调流调压水电站4×1600kW（以下简称千原电站）自2021年7月机组运行后集电环和碳刷出现了多种故障，本文针对其故障分析处理过程进行了总结，供同类水轮发电机集电环和碳刷运行维护检修提供相应参考。
2.设备概况千原电站发电机型号SFW-J1600-20/2150，额定励磁励磁电压107.5V，额定励磁电流216A，励磁碳刷设计14个（正、负极各7个），碳刷截面尺寸25×30mm，长度62mm，额定转速300r/min，碳刷电流密度7~10A/cm²，采用1.6MW静止可控硅励磁系统，集电环材料采用12Cr13，外径φ400。
1.目前运行的异常状况3.1千原电站机组运行初期因供水流量波动大导致2号机甩负荷，同时2号机组集电环被甩出。
3.2千原电站机组运行只有2个多月，1号、2号、3号、4号机组集电环及碳刷正极侧被磨损出明显粗糙沟槽，最深处约1mm。
3.3千原电站机组运行一年后碳刷，1号、2号、3号、4号机组负极磨损明显比正极磨损多约10mm。
3.4 部分碳刷运行过程中部分存在跳动现象。
1.检修前运行参数4.1集电环摆度：1号机0.12mm，2号机0.13mm,3号机0.15mm，4号机0.13mm。
4.2轴承座振动：1号机20~117um，2号机40~89um，3号机18~84um，4号机30~93um。
4.3集电环运行温度：1号机35~73℃，2号机36~78℃，3号机34~78℃，4号机38~71℃。
4.4各碳刷运行通过电流：正极1号19.1~30.5A，2号18.3~26.8A,3号17.6~28.1A,4号20.9~31.2A,5号21.2~29.5A,6号19.5~30.1A，7号16.5~25.7A。
发电机集电环环火事故分析及预防处理措施
发电机集电环环火事故分析及预防处理措施摘要：针对发电机集电环环火这一严重威胁机组安全运行的多发性事故，结合项目实际案例进行了分析，认为碳刷与集电环接触不良引发了局部打火，进而引发集电环环火，同时对设备设计本身存在的问题进行了分析，并提出了建议和预防集电环环火的措施。
关键词：发电机；集电环；碳刷；环火1引言发电机集电环装置是发电机励磁系统的重要组成部分，它将静止励磁电流通过碳刷提供给旋转的发电机转子绕组励磁电流，结构为：集电环转轴、碳刷、刷握和刷架、集电环风扇及通风系统。
因集电环着火故障而引起的机组非停事故在国内外曾多次发生，而且事故后的恢复时间长,财产损失大,因此对这类事故必须要严加防范。
2集电环环火事故2.1 事件经过某国外电厂额定功率350MW发电机组稳定运行中,发电机有功功率220MW、无功功率53.51MVar、励磁电压180V、励磁电流1754A。
运行人员在对发电机及励磁机设备例行巡检时，未发现异常。
巡检1h后，接电网调度指令，要求将机组负荷由220MW升至350MW。
升负荷速率设定5MW/min，机组负荷升至258MW时,运行发现发电机无功功率由35.6MVar突降到4.3MVar，主变无功功率由0.56Mvar突降到-27.88MVar，电气巡检就地查看发现励磁机室内有放电响声，负极（靠发电机侧）#6、#10碳刷刷握着火并冒烟，快速发展为集电环环火，导致励磁碳刷、刷握、刷架支撑板、集电环等多个部件损坏损伤，机组停运179小时，参照去年同期月份发电负荷计算，损失发电量约56600MWh。
2.2 原因分析发电机集电环环火主要涉及碳刷、集电环、其它三方面原因。
尽管火花可能是过载或者碳刷牌号不合适引起的，但是集电环产生火花常常是由于下述机械方面的原因:(1)碳刷底面与集电环表面接触不良；(2)碳刷卡涩，不能在刷握里上下自由滑动；(3)集电环表面光洁度不符合要求；(4)弹簀压力不均衡，有过大或过小现象，从而引起的摩擦生热和碳刷自身电阻发热；(5)碳刷和刷辫、刷辫和刷架间的连接松动，发生局部火花。
汽轮发电机集电环和碳刷维护
汽轮发电机集电环和碳刷维护汽轮发电机是发电厂中常见的一种发电设备，它利用汽轮机转动发电机产生电能。
在汽轮发电机中，集电环和碳刷是非常重要的部件，它们的正常运行和维护对发电机的性能和寿命起着至关重要的作用。
本文将就汽轮发电机集电环和碳刷的维护进行介绍。
一、集电环的作用和维护1. 集电环的作用集电环是汽轮发电机中的一个重要部件，它主要起到传递电流的作用。
在汽轮发电机运行时，转子通过电刷与集电环接触，从而传递电流到外部线路，实现发电。
集电环的正常运行对发电机的输出电流和电压有着直接的影响。
为了确保发电机的正常运行，集电环需要进行定期的维护和检查。
需要检查集电环的表面是否平整，是否存在划痕或者损伤。
如果发现集电环表面有异物或者磨损严重，就需要及时清洁或更换集电环。
检查集电环的接触表面是否平整。
如果集电环接触表面不平整，就会影响电刷与集电环的接触，从而影响电流的传递。
因此需要定期对集电环进行打磨和修整，保证其表面光滑平整。
需要对集电环的固定结构和绝缘结构进行检查。
确保集电环的固定结构牢固可靠，不会因为受力而松动或者脱落。
也要保证集电环的绝缘结构完好无损，避免因为绝缘结构损坏而导致短路或者漏电现象。
2. 碳刷的维护为了保证汽轮发电机的正常运行，需要对碳刷进行定期的维护和检查。
需要检查碳刷的磨损程度。
如果发现碳刷磨损严重，就需要及时更换新的碳刷。
否则，磨损严重的碳刷会影响与集电环的接触，从而影响电流的传递。
检查碳刷的密封性。
密封性不好会导致灰尘和异物进入电刷槽，并加速碳刷的磨损。
要确保碳刷的槽部保持清洁，以及密封完好，以防止灰尘、水汽等外部杂质进入。
还需要对碳刷的接触面进行清洁和润滑。
清洁可以去除碳刷表面的杂质和氧化物，以保证良好的电刷与集电环间的接触。
润滑可以减小碳刷与集电环的摩擦力，从而减少磨损和热量的产生。
需要对碳刷的固定结构和传动装置进行检查。
确保碳刷的安装和固定牢固可靠，避免因为碳刷松动而导致的故障。
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式中，ｒ 电环 外径表面积 ； ｓ一集
０１ （ ＋ａ√ ）
（ ／ ・Ｃ） ０ 由 电机 结 构 及 冷 却 条件 决定 的 ｗ ｍ ｏ ；一
（） ２ 改变电刷压力对 电刷磨损试验。 （） ３ 改变 电流 密度试 验 。
２２ 有 的 电机 用铸 黄铜 ， ． 磨下 的铜粉 因氧 化而 在
滑动接触面 上形 成了氧化 亚铜 ， 度 小于 ８ ℃ 温 ０ 时， 氧化 亚 铜 因吸 湿作 用具有 粘附 ． 陛磨损 大 ； 当温
度超过 ８ ｃ时 氧 化 亚 铜 因脱 水 作 用而 失 去 粘 附 ０Ｉ ＝ 性 磨损 小 ， 用 中这 一温 度很 难控 制 。 使 ２ ３ 根 据 试 验 研 究 结 果 表 明 最 好 是 锡 青 铜 ． Ｚ Ｓ６ ｂＺ ３ 压 铸工 艺更 好 ， 制低 熔 点铅 的含 Ｑ ｎＰ ６ ｎ ， 控
第７ （ 第６ ４ 总 １期） 卷 ６
（ ＰＯＩＮ Ｏ ＦＥＥ ＴＩ Ｍ Ｃ ＩＥ Ｌ Ｓ —Ｒ Ｏ ＬＣ Ｒ Ａ ＨＮ ） Ｅ Ｘ Ｏ一 Ｐ Ｃ
Ｉ 爆、 机 ‘ ５ ｂ 万＇ 电 ｌ ｝
集 电环 及刷 握 装 置的 使 用 及 故障 分 析
陈有 志 王东方 王佳 斐 ， 。
压弹簧结构见图 １第二种是压指结构见图 ２ ； 。
这个图只画右半部， 左右是对称的（ 相同）
３ ４
爆 也 机
ｆ ＰＯ ＩＮ Ｐ ＯＦ ＥＬ ＴＲＩ ＣＨＩ Ｅ ＬＳ Ｘ Ｏ ＲＯ ＥＣ Ｃ ＭＡ ＮＥ）
－
第４卷 （ ７ 总第 １６ Ｊ ６￣ ）
２１ 第期 ０ 年 ３ ２
１ 刷 握 装 置 的 结构
国 内外常 用 的结 构 有如 下 两 种 ： 一 种 是 恒 第
图 ２ 压 指 结构 局 部 图
１ １ 恒压弹簧是由薄的弹簧片卷成同心圆状 ， ． 圈 数根据需要的弹簧压力确定 ， 电刷在弹簧压力下 ，
随 着 电刷磨损尺 寸 变小压 力仍保 持 稳定 。 图 １中 每个 刷盒 内装 一 个 电刷 ， 据 需要 每 相 可 选 若干 根
Ｃ ｅ ｏｚｉＷａｇＤｏｇａｇａｄＷａｇＪａｅ ｈｎＹｕｈ ， ｎ ｎｆｎ ｎ ｎ ｉ ｉ ｆ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ａ ａｙ ｉ ｆｓｒ ｃｕ ａ ｏｍｓａ ｄ ｍａｅ ａ ｅｅ ｔ ｎ ｏ ｈ ｏｌｃｏ ｉｇ ｓｒ ｃ ｓ ｄ ｏ ｎ ｌｓｓｏ ｔｕ ｔ ｒ ｆｒ ｎ ｔｒ ｌｓ ｌｃｉ ｆｔｅ ｃ ｌｅ ｔｒｒｎ ｌ ｉ ｏ ａ ｄ ｂ ｓ －ｏｄ ｒｄ ｖｃ ｒＡＣ ｗｏ ｎ －ｏｏ ｎ ｕ ｔ ｎ ｍｏｏ ｎ ｔｈ ｎ ｅｗｅ ｎ ｃ ｌｅ ｔｒｒｎ ｎ ｕ ｈ－ ｌ ｅ ｅ ｉｅｆ ｕ ｄ－ ｔｒｉ ｄ ｃｉ ｔｒａ ｄ ｍａｃ ｉｇ ｂ ｔ ｅ ｏｌｃｏ ｇ ｈ ｏ ｒ ｏ ｉ ａ ｄｂ ｓ ｎ ｕ ｈ，ｔｉ ａ ｅ ｒｅ ｙ ｄ ｓ ｒ ｅ ｈ ａ ｔｒ ｉｈ ａｆｃ ｅ ｅ ａｕ ｅｒｓ ｆｃ ｌｅ ｔｒｒｎ ． ｈ ｓｐ ｐ ｒｂ ｆ ｅ ｃ ｂ ｓｔ ｅｆｃｏ ｓｗｈ ｃ ｆｅ ｔｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅｏ ｏｌｃｏ ｇ ｉｌ ｉ ｉ ｉ Ｔ ｅ ｃ ｍｍｏ ａｌ ｒｓ ａ ｄ ｔｅ ｍｅ ｓ ｒ ｓｔｋ ｎ ａ ｅ ａｓ ｅ ｃ ｂ ｄ Ｔｈ ｏ ｄ ｅｆ ｃ ａ ｅ — ｈ ｏ ｎ ｆｉ ｅ ｎ ｈ ａ ｕ ｅ ａ ｅ ｒ ｌｏ ｄ ｓ ｒ ｅ ． ｕ ｉ ｅ ｇ ｏ ｆ ｔｈ ｓｂｅ ｎ ａ ｅ
（） １ 电刷最 大压力 ８０／ｍ ， ０ｇａ 降低压力选若 干 点化 成 曲线 。
６ 常见 故 障及 处 理 方 法
６ １ 集 电环表面 由于电火花或腐蚀凹凸不平可 ．
３ ５
第 ｄ （第 期 第４ Ｙ 雾 ６ （Ｐ Ｓ — Ｏ Ｅ Ｒ ＣＮ ￣ 总 ） Ｌ Ｉ 一 Ｏ Ｅ Ｃ ＩＭ Ｈ Ｅ ７０ １ ６ Ｅ ＯＯ ＦＬ ＴＣ Ａ Ｉ ） Ｘ ＮＲ Ｐ
Ｐ ＝ ．１ Ｖ Ｗ ） ｍ ９ ８￣Ｆ （ ．
量， 因为集电环发热而产生脱铅现象， 磨损加大 。
３ 电刷 的材 质
电刷具 有 的特 性 同集 电环 ， 用 金 属石 墨 电 多 刷， 但配 方 各 有 不 同。 目前 国 内常 用 Ｊ０ （ 不 ２１ 但
是 唯一 的 ） 。
式 中 ，一 电刷与集 电环 间摩擦 系数 ；一 每环 的 电 ． ｓ 刷 表 面 接 触 面 积 （ａ ） ｍ ；卜 电 刷 压 力 （ｇ・／ｃ ； 环 外圆线 速度 （ ／ ）。 ｋ ￡ ｍ ） ｍｓ 每环 Ｐ ＳＶ Ｗ ） ｄ＝ ｉ（ 式 中 ， 电刷 的电流 密度 Ａ ｃ 一 ／ｍ ；
（） ５ 电化 石墨 电刷 与 多种集 电环材 质均 匹
配。
５ 集 电环 的温 升
集 电环 温升 与 集 电环 或 电刷 的 磨 损 有 关 ， 而 且与滑 动特 性密切 相 关 。一般滑 动接 触面 上 的损 耗 分 为摩 擦损 耗 Ｐ ｍ和 电气 功 率损 耗 Ｐ 总损 耗 ｄ， 为 ， 由于 损 耗 产 生 热 Ｐ ＝Ｐ ＋ Ｐ ， 个 环 的 ｍ ｄ每
干 点化成 曲线 。
（ ） 电换 外 圆线速 度 ｌ．ｍ ｓｅ ３家 ０ ７ ／ｅ。
（） ４ 环温取 ３ ℃、０ ５ ℃、０ ０ ４ ℃、０ ６ ℃。 （） ５ 试验时间 ２ ０ ，０ ５ｈ５ ｈ为一周期。
（） ６ 电刷 与集 电环接 触部位 及面 积均 相 同。
４ ３ 试验 结论 ．
螺栓 固紧 的 。
触。为改善性能电刷可与接触面垂直或成斜角的 沟槽 ， 保证三相电刷接触面积尽量相 同， 以防止三 相 电流不 平衡 。
６ ３ 弹簧 ． 弹簧 是对 电刷 产 生 压 力 的部 件 ， 力 应 有 良 压 好 的稳定 性能 ， 否则 应及时 更换 。
（ ） 要 原 因是 该 处 接 触 电阻 大 ， 成 铜 质 ２主 造 绕组 线与 集 电环 引线 外 表 面 有 氧化 膜 所 致 ， 没 或
（） １ 弹性 变形 要小 ， 挠度 要 有要 求 ， 则 会 使 否 电刷跳 动打 火 。 （ ） 杆 是 绝 缘 体 ， 果 采 用钢 质 外套 绝 缘 ２刷 如 管， 由于两膨 胀 系数不 同易松 动产 生故 障 ， 好 刷 最 杆与 压塑料 压成 一体 的 ， 或整 体 为压塑 料压成 。 ６ ８ 绕 组 与集 电环 引线 的 固定 ． （） １ 该处 易发 热 、 坏 、 裂 ， 焊 接 的 也 有 烧 断 有
（） ４ 该变环 境度 试验 。 （ ） 电环 车螺 旋沟 及 电刷开沟 槽试 验 。 ５集 ４２ 试 验 参数选 择 ．
常数 ， 推荐封闭式电机 ０ ６ 开启式 电机 １６ ．， ．。 根据 有关 国标 技 术 条件 规 定 ， 是温 升 限值 绝
缘热 分级 １５ （ ）５ １０（ ８ Ｋ， 境 温 度 前 ５ Ｆ ９ Ｋ，８ Ｈ）０ 环 者为 ４ｃ ， 者为 ６℃。 ０Ｉ 后 ＝ ０
个， 固定在 半 圆形 固定 盘 上再与机 壳 固定 ， 多适 用 于转 子 电流比较 大 的大 中型 电机 ， 小型 电机 ， 对 若 每相 选两 个刷 盒 可做 成 整 体 结 构 ， 一起 与 机 壳 固
定。
（） ２ 电流 密度 最 大 １Ａ ｃ 降 低 数 值 ， 若 ２／ｍ ， 选
图 １ 恒 压 弹 簧 结构 局 部 图
度、 环与电刷的摩擦 、 材料的选择 、 电刷 的弹簧 对 压力 ， 环与电刷 的接触面积 、 环境条件、 气候条件
等都 是影 响 的因 素 ， 如何 协 调 这 些 因 素达 到 最佳 效果 ， 国内外进 行 相 关 的试 验 研 究 取得 很 多 的宝 贵经 验 。
重新加 工外 表面 ， 工后 必 须保 证 电刷 在弹 簧压 加
２
侨 爆＇机 龟
的办法 ， 然后再用螺旋定 。
６ ７ 刷 杆 ．
力范围内 ， 否则失去作用。环 的外表面车成螺旋 沟槽 ， 的起止轴向长度不能大于电刷轴向尺寸 ， 槽
槽应倒 角 ， 的两 侧面 绝缘处 理 。 环 ６ ２ 电刷 接 触 面 是 近 似 点 接 触 ， 使 用 前 应 磨 ． 在 弧 ， 弧半 径远大 于集 电环 外径 ， 安装 好 的电 刷 磨 使 中 间接 触越 磨 接触 面 越 大 ， 止 四 角其 中的 角接 防
１佳木 斯 防爆 电机 研 究所 ， 黑龙 江佳 木 斯 （５ ０ ５ １４ ０ ）
２佳 木斯 大 学理 学院 ， 黑龙 江佳木 斯 （５０７ １４０ ）
摘 要 通过对 交流绕线转子异 步 电动机 用集 电环 及刷握 装置 的结 构形式 ， 材质 的选择 ， 集 电环与 电刷的配合分析 ， 简述影响集 电环温 升及常见 的故障和 采取 的措施 ， 并通过试 验达 到了 良
推 荐锡 青铜 。 （） ４ 锡青 铜 与 ＪＯ ２ １配合较 理想 。
２ １ 国内有的系列电机 采用不锈钢 ， ． 耐蚀性能
好， 但滑 动特性 不稳 定 ， 果 电 刷 组合 不 合 适 ， 如 往
、
（） ３ 不锈 钢 、 青 铜 的硅 黄 铜对 电刷 磨损 小 ， 锡
往使 电刷产生跳动加快磨损或温度过高。
配合使 用的， 本文刷握装置包括 电刷、 刷盒、 弹簧
刷架及 固定 刷 架 的 固定 杆 ， 些 部 位 也是 常 出现 这
故障的部位 。由于集 电环与电刷处于相 对运动 ， 属于滑动摩擦 ， 如何保证 良好 的可靠的导 电和使
用 ， 响 的因 素 比较 复 杂 。如 集 电环 外 圆 的线 速 影
ｃ ｉｖ ｄ ｂ ｈ ｅｔ ｈ ｅ ｅ ｙｔ ｅ ｔｓ．
Ｋｅ ｒ ｓ Ｃｏｌｃｏ ｎ ｂ ｓ ｏｄ ｒ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｉｅ ｙ ｗｏ ｄ ｌｅ ｔｒｒ ｇ； ｕ ｈ ｈ ｌｅ ；ｅ ｅ ａｕ ｅ ｒｓ ｉ
０ 引 言
绕 线转 子异 步 电动 机 的集 电环 与刷握 装置 是