发电机励磁碳刷事故分析和对策通用版Word文档下载推荐.docx
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沙角A电厂1，2号机曾因励磁碳刷环火造成2次停机事故。
机组容量200MW，发电机的励磁形式为它励，额定励磁电流1765A，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-25×
32×
65，2000年6月2号机组大修增容改造时，励磁碳刷改为恒压形式，每极30条碳刷，碳刷形号为D172HT-25×
100。
D172碳刷主要参数见表1。
表1D172碳刷主要参数
长度L/mm
磨擦系数k
正压力P/Pa
接触压降△E/V
电流密度I/（A/cm2
）
额定电流I/A
最高速度v（m/s）
电阻率、p/Ω·
m
电阻率R/Ω
65
9.8×
2500
0.25
1.25
12
96
70
12×
10-6
0.00105
100
10×
0.00162
1事故经过
（1）2001-06-29T08:
00交接班检查1号机组碳刷无火花机，14:
45检查发现主励磁机负极滑环碳刷环火，减负荷和减励磁电流、调整处理无效，碳刷刷辫相继发红烧断，并伴有弧光，14:
55，值长令解列停机，事故过程约10min，结果造成20个碳刷刷辫烧断，4个刷握孔熔化。
当时机房内温度35～40℃，有功负荷200MW，无功负荷90Mvar，励磁电流1650A。
（2）2001-09-18，机房内温度35～40℃，2号机组有功负荷210MW，无功负荷87Mvar，励磁电流1550A，班中检查发现励磁负极的其中一条碳刷断辫，滑环碳刷火花大，取出该组（3条）碳刷更换，滑环环火，并发现其它碳刷相继发红断辫，减励磁电流，有功减至140MW调整处理无效，解列停机。
整个过程约15min，结果造成10只碳刷刷辫烧断，部分采集电环及销钉固定孔烧化，“V”架部分销钉烧断。
2引起碳刷发热的因素
碳刷发热由3部分组成：
碳刷自身电阻发热，碳刷接触压降发热和磨擦发热。
碳刷自身电阻发热功率：
W1
=I2
R
碳刷接触压降发热
功率：
W2
=I△E
磨擦发热功率：
W3
=Fv
其中：
I－流过碳刷的电流；
R-碳刷电阻；
△E-接触压降；
F-碳刷压紧力；
v-碳刷与滑环的相对运动速度。
3碳刷发热的原因
3.1碳刷使用过程中电阻值逐渐增大
将购买的500条D172HT-25×
100碳刷，用电桥法测量其电阻值为0.0012～0.0020Ω，电阻分散性不大；
一部分碳刷在2号机组使用一段时间后更换下来，测得电阻值为0.0012～0.01Ω，即部分碳刷的电阻增大了；
2号机碳刷事故停机后，拆下的碳刷测得电阻值为0.0012～0.3Ω，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。
3.2碳刷卡阻
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，这几种形式卡阻，用钳表仍可测得电流，容易被误导（刷辫处磁场较强，测量方法不同，钳表测得数值误差大，测量值只作定性分析），碳刷却已经失效，致使其它碳刷分配的电流增加，电阻发热增加。
3.3碳刷压力减小
非恒压碳刷，压紧弹簧后碳刷接触压降小，发热少，在碳刷磨短后，弹簧压力明显减少，压力小到一定程度，接触不稳定，接触压降增大，接触压降发热明显增加。
3.4碳刷接触面形成气膜
D172碳刷最大圆周速度为70m/s，发电机励磁滑环直径为445mm，折算后滑环表面园周速度为69.9m/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，流过碳刷的电流不稳定。
在滑环表面开凹槽和磨花碳刷接触面可破坏气膜。
但开凹槽使碳刷实际的接触面积减小。
3.5滑环氧化膜的形成
滑环氧化膜太厚，使碳刷接触电阻大大增加，励磁电流分流到其它回路电阻小的碳刷上。
3.6电流平衡的破坏
一般情况下，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。
4碳刷事故原因
滑环表面形成了一定厚度的氧化膜，增大了碳刷的接触压降，加上个别碳刷卡阻失效，碳刷处于弱平衡状态，事故时室内气温高，机组负荷加满，励磁电流增加，碳刷间弱平衡破坏，个别碳刷电流迅速增大，严重过热，刷体发红膨胀卡死，大电流转移到其它碳刷，并相继出现膨胀卡死，滑环环火恶性发展，使得短时间内大量碳刷刷辫烧断。
5关于2号恒压励磁碳刷事故
2000年6月，2号机组大修时将刷架改为恒压励磁刷架，主励磁机每极碳刷由10组“V”架组成，每个“V”架装3条碳刷，“V”架与集电环靠一根销钉转动9°
卡接，“V”架两侧面与集电环面接触通过电流。
5.1“V”架销钉磨蚀
“V”架销钉磨蚀有2种，一种是电流流经销钉产生腐蚀，另一种是销钉与“V”套径向线接触，“V”架与“V”套接触紧力使销钉产生应力磨损。
5.2“V”架与集电环接触不好
“V”架与集电环“V”套配合差，虽然装配要求接触面大于80%，实际上达不到要求，“V”架装上后前后左右可晃动，造成“V”架两侧面很多烧伤弧坑。
5.3弹簧压力不足
恒压弹簧压力不足，用手拉动励磁弹簧，可明显感觉不同弹簧的压力差异，且弹力比其它机组非恒压弹簧小很多，由于弹簧压力不足，刷握和碳刷加长增加了碳刷侧面磨擦阻力，碳刷被阻在握内。
上述缺陷增加了2号机碳刷事故的几率，而2号机事故当时取出1组碳刷更换则加剧了碳刷弱平衡的破坏。
6改进维护处理措施
（1）将消除碳刷火花的被动管理形式改为控制
碳刷电流分配和温度的主动管理形式。
在生产现场配备直流钳表和测温表，每班测量和掌握每个碳刷电流和温度，碳刷电流控制在10～90A，刷体温度控制在不大于80℃，及时消除电流不平衡、气膜、氧化膜、卡阻等因素，保证碳刷在强平衡状态工作。
有条件时，专人负责碳刷的维护更换工作跟踪，效果会更好。
（2）出现个别碳刷断辫，可先减小励磁电流；
出现环火，则大量减小励磁电流，调整碳刷电流平衡后再换碳刷。
（3）规定碳刷磨损掉1/3，必须更换，每月更换碳刷不少于20条，月更换量达到30%，消除碳刷太短、电阻值变大、卡阻、阶梯形四面体等现象。
（4）在“V”架导电两侧面涂导电脂，消除紧力不足引起的导电不良。
定期检查“V”架销钉和紧力，定期检查弹簧压力。
7结论
采取上述措施以后，3台机组励磁碳刷实现了无火花、刷辫无变色、无断辫运行，先后及时消除了个别碳刷小电流（卡阻）以及3号主励磁碳刷正极一周8只碳刷无电流（机端盖渗油引起）问题。
从一段时间的运行情况看，不论是变压弹簧还是恒压弹簧，碳刷维护管理从控制碳刷无火花改为碳刷状态平衡控制，较好地实现了强平衡状态运行目的，避免了人为因素的影响。
2号机由于设备先天不足，虽然个别碳刷小电流现象经常出现，电流平衡问题仍得到较好控制。
（彭远崇）
云博创意设计
MzYunBoCreativeDesignCo.,Ltd.
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