发电机碳刷打火原因和预防措施(1)

3碳刷打火的原因
3.4 由于碳刷在运行过程中产生跳振
滑环由于长时间磨损，碳刷压力不均匀以及刷盒安装角度不与 滑环垂直，造成圆度和锥度超标，造成碳刷在运行过程中产生跳 振现象，我公司一期两台励磁机副励滑环都出现过此类现象。
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3碳刷打火的原因 公司1号发电机曾因励磁碳刷环火造成1次事故。当时机 组容量为 200 MW，发电机的励磁形式为他励，额定励磁电 流 1765 A，励磁碳刷采用非恒压形式，主励每极32条碳刷， 碳刷型号为D172HT（国产哈尔滨产）。事故发生后检查发 现滑环侧损坏非常严重，南北两个刷架上的刷握大部分烧熔 或部分烧熔，弹簧烧熔及断裂情况普遍，造成部分碳刷脱出。 固定刷握的铜支架也大多烧熔或部分烧熔。碳刷刷辫大多烧 断，部分碳刷烧熔。两侧刷架各有几个电弧烧伤点。经申请 中调同意转入小修。如果现在出现类似事故，对于我公司经 济损失将是非常大的，一是滑环生产周期限制，短时间内不 能生产出来，现在在哈电 上电 东电等国内大型生产厂家，都 是按订单生产，且排的非常满。二是两个细则考核非常严格， 所以从另一个角度来说，我们也出不起这种事故。
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3碳刷打火的原因 近几年时间内，1号 2号发电机相 继发生滑环过热，碳刷打火情况， 最为严重的是2004年4月-10月 长达半年的时间内（电气分公司 派专人24小时轮流监视调整）， 1号机主副励滑环碳刷严重过热 打火，有时会出现瞬间环火，主 励碳刷刷辩温度最高达到250℃ 以上，情况最危急的一次接连烧 断碳刷刷辩6块（每极滑环32块 碳刷），另有多块碳刷因负担电 流过大造成过热而卡涩，严重威 胁机组安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发 热看，主要有以下几个方面：
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3.1 由于通风不良导致的
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。因此在大 小修时，应对集电环表面通风沟、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集电环，如果集 电环表面的通风沟高度不到 5mm，已经车削到径向限制孔 时，就应当按照说明书根据最小使用外径进行更换，以保 证集电环的机械及散热可靠性。（对于我公司#1发电机主 励碳刷长期发热的原因在上次增容改造过程中发现主励风 扇挡板装反，造成冷却风量不足，导致集电环过热，重新 安装以后冷却效果明显）
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一.碳刷的作用：
3.将大轴(地)引至保护装置供转子接地保护及测量转子正负对地电压. 4.改变电流方向(在整流子电机中，电刷还起着换向作用) 除了感应式交流异步电动机没有外。其他的电机都有，只要转子有换向 环的都有。 碳刷它的作用主要是对金属磨擦的同时导电；它不象金属对金属磨擦导电 时一样；金属对金属磨擦导电时；磨擦力可能会增大；同时交接的地方可能 会烧结在一起；而碳刷则不会；因为碳和金属是两种不同的元素；它的用途 多半都用在电动机上；型状是多种多样的；有方的有圆的等等…… 碳刷适用于各种电动机、发电机、轮轴机。具有较好的换向性能，使用 寿命长。碳刷是用于电机的换向器或滑环上，作为导出导入电流的滑动接触 体，它的导电，导热以及润滑性能良好，并具有一定的机械强度和换向性火 花的本能。几乎所有的电机都使用碳刷，它是电机的重要组成部件。广泛适 用于各种交直流发电机，同步电动机，电瓶直流电动机，吊车电机集电环， 各型电焊机等等。 随着科学技术的发展，电机的种类和使用的工况条件越 来越多样化，因而需要有各种不同品级的电刷来满足这些要求，故电刷的种 类也随着电机工业的发展而越来越多。
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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。
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一.碳刷的作用： 200MW机组整流柜
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一.碳刷的作用： 300MW励磁机消音罩（旋转整流励磁、无刷）
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一.碳刷的作用： 300MW励磁机小间
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一.碳刷的作用： 300MW发电机消音罩、滑环刷架
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一.碳刷的作用： 2.将大轴上的静电荷经过碳刷引入大地(接地碳刷)
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3.2 由于接触电阻过大或分布不均匀而产生的发热
有以下几个原因：（1）电刷与集电环表面接触电阻、电刷与刷辫接触电 阻、刷辫与刷架引线接触电阻过大。同时检查回路中各螺丝是否紧固。检 查电刷接触面的清洁程度，是否存在油污污染。 （ 2 ）电刷压力不均匀或不符合要求。一般非恒压弹簧 碳刷新换上和压紧弹簧，碳刷与滑环接触面的接触紧力较大，即接触压降 小，所有32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）。运行一段时间后，碳刷 的磨损量相近，但出现了氧化膜、气膜、卡阻等因素，碳刷磨短了或弹簧 压力降低了，碳刷接触面的接触紧力减小，碳刷间电流二次再分配，每条 碳刷的电流差别增大，处于不稳定平衡（称作弱平衡）。这个阶段时间长， 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 造成弱平衡破坏。另外，非恒压碳刷随着碳刷的磨损，弹簧压力也会明显 减小，压力小到一定程度，接触不稳定，接触压降增大，发热增加。对以 上情况，可使用弹簧秤检查电刷压力，非恒压的电刷弹簧，有规定时压力 应符合其产品的规定，当无规定时，应调整到不使电刷冒火的最低压力， 一般为140－250g/cm2，同一刷架上每个电刷的压力应均匀。
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一.碳刷的作用：
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2 碳刷的分类 碳刷分类方法有：
1. 按材质的软硬可分为软质碳刷，中硬质碳刷和硬质碳 刷。 2. 按碳刷的使用对象可分为汽轮发电机用碳刷，轧钢电 机有用碳刷，牵引电机用碳刷，汽车拖拉机用碳刷，电 动工具用碳刷，飞机电机用电等。 3. 按碳刷的颜色分为黑色碳刷 (用纯碳石墨材料制成)和 有色碳刷 (用铜等金属材料和石墨制成)。 4制作工艺：金属石墨类：该类碳刷的主要材料是电解铜 和石墨。 天然石墨类 ：天然石墨是该类碳刷的主要原 材料黏结剂采用沥青或树脂，经过烘焙或1000度烧结而 成。这类电机有良好的润滑性能和集流性能。多数用于 运行平稳的中小型直流电机和高速汽轮发电机集电环。 电化石墨类 ：要成分是碳黑、焦碳和石墨等 各种碳素粉末材料组成，经2500度高温处理，使转化为 微晶型人造石墨。这类碳刷具有优异的换向性和自润滑 性能。
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3碳刷打火的原因 通风不良
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3.2 由于接触电阻过大或分布不均匀而产生的发热
集电环和电刷是通 过相互滑动接触导 通励磁电流的，根 据容量及型号的不 同，每个集电环上 大约分布着32只电 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
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3碳刷打火的原因 3.3 由于机械及摩擦等原因造成的过热
集电环与电刷过热故障中，很大一部分是由于机械及摩擦等原因导致的过热，在我公司 #1#2发电机起机时而未加励磁的情况下（一般定速以后投入励磁系统），曾经发现集电环 与电刷温度高，或者在运行中温度过高，一般电刷温度超过100℃时，拔出几只电刷后，温 度反而降低，那就基本可以肯定是由于机械及摩擦原因导致的。机械及摩擦导致发热的情 况很复杂，主要有以下几个方面：（1）电刷接触面研磨不良或运行中一次更换过多的电刷。 运行中更换电刷，在同一时间内，每个刷架上最多只允许更换电刷总数的 1/4左右。换上的 新电刷应事先在与集电环直径相同的模型上研磨好，且新旧牌号须一致。如果在大修时一 次更换的电刷很多，应当在投运前冲转时，为电刷表面形成氧化膜留够充足的时间。（2） 电刷与集电环接触面过小，接触面积一般不应小于单个电刷截面的75％。（3）电刷在刷盒 中摇摆或动作卡阻。碳刷通过电流后发热，刷体膨胀，易卡在刷握，这时拉动刷辫感觉很 紧；部分碳剧由于振动、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，为防止此类现象发生，在安装时一要保证刷握垂直，另外碳刷与刷握之间的间隙应 符合产品的规定，当无规定时，其间隙可为 0.10－ 0.20mm。电刷外形要方正，上下端尺寸 误差不得大于0.05mm。（4）刷握与集电环表面间隙过大。由于电刷材质较脆，当刷握与集 电环表面间隙过大时，运行中电刷不能整体接触集电环，与集电环呈斜面接触，容易造成 电刷崩裂的情况。刷握与集电环表面的间隙应符合产品技术要求，当产品无规定时，其间 隙可调整为2－3mm。调整间隙时，可使用一层 2－3mm厚的橡胶垫附在集电环表面，将刷 握抵到橡胶垫上，然后上紧定位螺丝，取出橡胶垫。（5）碳刷接触面形成气膜。D172碳刷 最大圆周速度为70 m/s，发电机励磁滑环直径为 445 mm，折算后滑环表面圆周速度为 69.9 m/s，碳刷在允许最大速度下运行，很容易在碳刷接触面产生气膜和跳动，流过碳刷的电流 Page 23 不稳定。
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3碳刷打火的原因
（3）集电环与转子引线接触电阻过大，这种情 况应对集电环与转子引线间的紧固螺丝进行加固。 （4）电刷材质不良、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电刷。同一电 机上应使用同一型号、同一制造厂的电刷，对于 外观检查有明显差异的电刷应更换。 （5）碳刷使用过程中电阻值逐渐增大。将购买 的新碳刷用电桥法测量：上海摩根碳刷其直阻值 为 0.018 ～ 0.020 Ω ， 法 国 罗 兰 碳 刷 其 直 阻 值 为 0.0017～0.0019Ω，电阻分散性不大（不同牌号的 碳刷其阻值相差很大，所以严禁不同牌号的碳刷 混用）；另外测量在机组使用一段时间后更换下 来的碳刷，测得上海摩根碳刷直阻值为 0.018 ～ 0.02 Ω ，法国罗兰碳刷其直阻值为 0.002 ～ 0.009 Ω ， 电阻分散性不大即部分碳刷的电阻增大了；将曾 经严重过热的碳刷拆下测得电阻值为 0.02 ～ 0.3 Ω ， 电阻分散性很大，电阻也大了许多，电阻值的增 大使碳刷的电阻发热增加，同时也造成了电刷电 流分配的不均匀。