降低水轮发电机滑环温度的有效措施报Word文档格式.docx
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QC教育，策划组织
宋光新
男
43
大专
组员
确定方案，组织检查
刘志学
44
高中
现场分析、实施
曾富成
熊耀明
50
现场实施
李萍
46
现场实施效果分析
姬学鑫
27
记录归档
王浩
26
滑新武
49
技术员
技术指导，方案确定
小组教学
学TQC基础理论，QC七大手法和常用图表的应用。
累计学习4次，20课时，小组出勤率100%。
运用工具情况
统计表、因果图、对策表
任务
全面利用质量管理理论，按照PDCA方法解决面临的问题。
历年获奖情况
2016年获发展公司QC活动二等奖。
QC小组计划：
P阶段：
2016年09月-2016年10月，现状调查，选择课题。
确定目标，分析原因，制定解决对策。
D阶段：
2016年11月-2017年03月，按照对策计划实施。
C阶段：
2017年03月-2017年07月，检查实施效果。
A阶段：
2017年08月-2017年09月，效果推广，提出新的课题。
三、选题理由
1、碳刷是发电机动静接触和交换能量的重要设备，碳刷由石墨制成，石墨是非金属导电材料，其电阻系数是铜的400倍，运行过程中产生的高热量以及持续滑动摩檫带来的热量及机械损耗是碳刷成为发电机中最易损坏和维护工作量最大的器件之一。
碳刷运行的好坏直接关系到发电机的运行安全，碳刷与滑环发热如果不能及时有效地采取措施加以处理，将会轻则使机组被迫降负荷，重则失磁造成停机，甚至引发转子回路短路造成发电机设备损坏。
2、大山口一级电站4台机组由重庆水轮机厂生产，1999年-2000年发电。
近几年发电机滑环电刷发生电流分布不均、碳刷发热、碳刷冒火现象尤为突出，特别是2号机和3号机发热比较严重，2号机还因碳刷发热被迫减负荷运行。
运维每天必须对机组碳刷彻底维护，测量每个电刷流过的电流、调整电刷压力、清理点数接触面等，每台机组只是电刷维护时间就长达1小时，极大地增加了运行维护工作量，对安全生产危害极大，为此我们电气QC小组决定，对滑环碳刷发热查找原因，利用冬季大、小修机会进行改进，把“消除滑环、碳刷发热频发”作为2016年QC小组的课题。
目标
利用机组冬修的机会通过对设备的改进，消除发热现象频发，减少运行维护量，确保安全运行。
四、现状调查
1、现状：
我厂近几年滑环电刷经常发生电刷电流分布不均、电刷冒火、电刷发热现象，每日必须对电刷进行彻底维护，测量每个电刷电流，有时相差10倍，电流大时刷辫都变色；
调整电刷压力，清理接触面等每台机维护时间长达1小时，极大增加运行维护量，对安全生产产生危害极大。
机组2016年满负荷运行时碳刷平均温度记录表
温度℃月份
机组
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
2号机
76.5
78.3
82.9
85.4
83.5
85.2
77.1
74.9
3号机
74.7
76.2
78.4
86.5
81.7
84.8
74.3
2、原因分析：
1、发热机理：
（1）碳刷正常运行时的温度一般在50度-80度，碳刷电流分布整体比较平衡，每个碳刷工作电流在20A-100A。
刷握弹簧压力比较均匀，碳刷活动自如且无振动卡涩现象。
碳刷与滑环运行中产生的热量由通风系统带走，发热与散热达到基本平衡。
正常运行状态下，当负荷增加电流增大或个别碳刷工况变差时，温度会有短时少量增加或者不增加，系统能够维持平衡或达到新的平衡状态。
但是如果碳刷变短、接触电阻火附加电阻变大、刷握弹簧压力变小、碳刷运行工况差，当工作电流增加，温度变化时系统的平衡能力降低，部分碳刷温度升高，从而整个系统温度升高。
有时甚至达到无法控制状态。
发热时电刷和集电环温度高达100度以上，最严重时达到200度-300度。
此时碳刷工作状态越来越差，碳刷电流分布很不均匀，少数碳刷电流达到300A，而另一些碳刷电流接近于零。
大量碳刷出现不正常的跳动或卡涩，并出现大量火花，刷辫烧断或脱辫。
（2）碳刷发热量4部分组成：
碳刷自身电阻发热Q1，碳刷接触压降发热Q2，摩擦发热Q3，刷辫与刷握接触电阻和散流电阻发热Q4。
（3）滑环发热3部分组成：
滑环自身电阻Q11，碳刷接触压降发热Q22，碳刷热传导热量Q33。
2、造成滑环碳刷发热原因基本有以下几种：
（1）机械上的原因碳刷和滑环相接触，是直接接触部分互相嵌入，当相对滑动时，因摩擦作用而形成磨损。
如果碳刷颗粒细软，则碳粉易被粘在滑环表面，使滑环成为具有亮滑的石墨镜面，碳刷的磨面也很光滑，两者机械磨损都较小，但如果碳刷颗粒粗硬，或者含有金刚砂之类的硬质颗粒，则会使机械磨损大大增加。
同时由于碳刷中含有少量碳化铁、碳化硅，也回使集电环表面拉成沟槽，一旦沟槽形成对发电机危害极大。
由于滑环偏心，椭圆度超标；
转轴轴向传动；
刷握不正或电刷与刷握配合间隙过大，电刷在刷握内滑动或卡住；
由于弹簧压力不均而造成滑环与电刷接触不稳定等，这些都可能造成电刷电流分布不均。
（2）电气上的原因电弧高温和放电等因素的作用，使极面材料损坏，也会机械磨损程度产生影响。
由于电流通过碳刷和滑环的接触面，且直接传导部位不断变动，电流密度有很大，使一些点温度很高；
又由于电弧高温作用，会使两侧极面局部融化、脱落、金属会变成金属蒸汽，碳刷则结构松化，受氧化腐蚀而脱落由于滑动接触面的导电微粒分布不均匀而造成接触电阻大小不同，因而引起电流分布不均匀。
（3）碳刷跳动。
碳刷跳动、冒火发电机转子集电环螺旋沟积聚灰尘、碳粉末，使碳刷与集电环之间形成接触气膜、集电环的圆度、同心度不佳、碳刷与集电环磨合面接触精度不佳、集电环表面因电腐蚀出现小凹坑，表面光洁度变差。
或运行中整排碳刷振动，发电机滑环表面因运行工况恶化，使滑环表面磨损不均匀，出现凹凸不平的棱，滑环不是规则的圆形，导致碳刷振动。
（4）碳刷卡阻：
碳刷在运行中受热，刷体将会膨胀，若刷题与刷握尺寸不匹配，容易造成刷体膨胀受阻，增加了刷体与刷握内的表面摩擦阻力，从而使碳刷出现卡阻。
碳刷磨损产生的碳粉不能及时带走，积聚在刷握内，也容易使碳刷卡阻。
碳刷卡阻后，由于不能活动自如，运行一段时间后，碳刷与集电环的接触面将因刷体磨损而逐渐分离，造成该碳刷所分担的励磁电流为0，致使其它碳刷工作电流增大，发热严重。
（5）压力过小，碳刷与滑环接触不稳定，容易产生电弧，使电气磨损增大。
压力过大，刷面的硬粒对滑环表面滑割严重，又会使机械磨损增加。
弹簧压力调整要适中。
（6）不同批次碳刷混用，其电阻系数不一样，运行中造成碳刷温度不同，导致并联碳刷的电流分布不均匀，不仅个别电流超标，而且磨损增大。
（7）外界环境。
滑环和碳刷靠近发电机轴瓦，存在油雾，影响碳刷和滑环的使用寿命。
周围空气湿度影响滑环碳素薄膜的形成，从而影响碳刷的导电性能。
发热故障分析表
序号
故障原因
现象及分析
可能原因
1
机械磨损
4台机集电环上表面出现不同程度的机械划痕
（1）集电环长期运行磨损
（2）集电环材质有问题，有凹凸棱。
2
电气磨损
滑环表面出现电腐蚀凹坑
（1）电流密度不同，局部电弧过热
（2）材质不好，耐电弧能力差
3
碳刷跳动
碳刷无卡阻，碳粉颗粒经常清理，无碳粉颗粒积聚
跳动因集电环不光滑所致
4
碳刷卡阻
碳刷与刷握配合良好，无卡涩
不存在
5
弹簧压力过大、过小
碳刷有效接触面积不一致，电流分配不均
碳刷长短调整不恰当，磨损快
6
外部环境
腐蚀性损害
油雾、温度、空气湿度影响
基本无油污。
空气湿度常年比较小。
夏天环境温度高，散热差，发热现象突出
五、要应确认
2016年07月，我们召开了小组课题讨论会，按照4M1E法原则，从人、机、物、法、环五个方面对设备存在故障的进行分析，绘制了因果分析图：
要应分析图：
设备
人
励磁碳刷滑环发热
常年运行，机械磨损
定期维护不到位
碳刷质量存在问题
所选集电环材质不好
技术能力不强够
油气腐蚀
环境潮湿
工作方法不当
装配工艺细节不当
环境
方法
末端因素
要因确认
是否要因
参与检修工作的人员经验丰富、责任心强。
非要因
技术能力不够强
工作人员都是工作了3年以上的员工，技术能力强
近几年维护工作频繁
常年运行，机械磨损大
已运行十年以上，且前几年带副机运行振动大
要因
相比副机滑环材质差，不光滑
所选碳刷质量不好
所选碳刷质量有保证，测试导电回路合格
7
施工安装工艺要求不够细致，碳刷研磨、压力调整不够精细
一定的原因
8
油气腐蚀
油气影响小
9
环境因素
环境干燥，夏季环境温度高，散热差
由上表可以看出，造成滑环和碳刷发热的主要原因是：
1、集电环使用的金属材料质量不太好，且设备运行久。
2、装配工艺细节上欠缺，逐步形成积累效应。
3、夏季突出，厂房温度高散热差。
六、制定对策
QC小组针对以上电刷电流分布不均、电刷冒火、发热现象产生的原因制定制定了相应对策如下：
对策
目标
完成时间
负责人
压力不均
研磨碳刷、调整弹簧
压力均匀
2016年11月1日至2017年
02月10日
滑环椭圆度超标，磨损不均或表面不平
对所有机组滑环进行椭圆度校核
对1号、4号机滑环进行研磨。
对2号、3号机滑环进行更换
滑环椭圆度合格
滑环表明光洁，
2016年11月1日至2017年03月30日
电刷发卡
调整电刷与刷握间隙
电刷在刷握内活动灵活
2017年01月1日至2017年06月30日
碳刷研磨不良，接触面积过少
重新研磨碳刷
接触面积大于碳刷截面的80%
弹簧发热变软失去弹性，碳刷压力不均
对弹簧变色的及时更换
碳刷在刷握中应能自由活动，耍握压力应为0.015-0.02Mp
碳刷磨损后长度过短
更换碳刷
碳刷顶端低于刷握顶端3mm碳刷应更换
夏季环境温度高
夏季开启水泵层抽风电机
降低厂房环境温度，利于散热
2017年6月至2017年9月
七、对策实施
实施一
利用大修机会，对机组滑环的椭圆度进行校核，确保滑环椭圆度符合标准要求。
对滑环表面光洁度进行处理，消除凹坑。
对2号、3号机组滑环无法校正的进行更换，观察使用效果。
实施二
检查碳刷的磨损程度。
刷块边缘是否存在剥落现象，如果碳刷磨损严重或刷块有剥落现象，更换部分刷电刷，确保电刷对压力的需求。
一般碳刷磨损量1/3，或碳刷在刷握内有摇摆的情形，应及时更换，消除碳刷太短、电阻值变大、卡阶梯形四边形四面体等现象。
实施三
运行中观察是否有火花及火花的大小，集电环和碳刷装置的温升及噪声。
开机时，赢家差构成滑动接触的各个部件工作是否正常，氧化膜是否过后或过薄，集电环表面状态是否良好，碳刷镜面是否光亮，碳刷体在刷握内上下滑动是否灵活，弹簧压力是否均匀，出现发热时必须采取及时有效的措施，控制发热、降低发热。
配合远红外测温仪经常测量，掌握温度的变化情况，配备直流钳型电流表定期测量各个碳刷工作电流，尽量调整各个碳刷电流基本平衡，出现发热及时处理，保持碳刷工作状态良好。
实施四
夏季开启水泵层抽风电机，降低环境温度，促进设备散热。
八、效果检查
1、目标完成情况
大修完毕，正式投运后，电刷运行情况良好。
电刷维护量较以往相比，减少70%，电流测量基本平衡，调整量极少，基本达到了改造的目的。
机组2017年满负荷运行时碳刷平均温度记录表
58.3
56.3
60.6
62.1
65.3
59.1
57.8
56.4
60.7
61.6
59.8
64.8
68.7
61.2
61.1
59.2
2、经济效益分析
节约用于消缺和清扫的人力、物力。
设备的可靠性得到了大的提升。
也减少了消缺停机时间，效益比较可观。
3、社会效益分析
（1）通过本次QC活动，调动了小组员的解决问题积极性，团队凝聚力提高了。
（2）利用参与和培训手段，使全部人员技能得到了提升。
（3）成功解决了设备的隐患，提高了设备运行的可靠性，减少了事故发生的概率，使机组安全运行得到了有力的保障。
（4）得到了单位领导的充分肯定，也为检修公司优质化检修树立了良好的形象。
九、巩固措施
1、加强定期与不定期设备巡回检查工作，消除隐患在萌芽状态。
正常情况下，工作人员每天必须对发电机碳刷进行两次检查，用红外测温仪测量集电环和滑环的温度，夏季高温负荷期间以及无功和电压波动较大时应缩短温度测量间隔，对更换的新碳刷做重点检查。
2、制定维护制度：
及时擦拭滑环，更换碳刷时压力要调整适当。
定量调整刷握弹簧压力为一定值，虽然刷体长短不一，并联运行的碳刷压力却保持一致，使碳刷磨损有所降低，延长使用周期。
3、制定更换碳刷的工作标准：
对新购的碳刷进行验收。
测定碳刷的固有电阻值，测量碳刷引线接触电阻，阻值应符合制造厂和国家标准。
严格把握更换工艺，同一台机组使用的碳刷必须一致，不可掺插使用。
更换碳刷前，细心研磨碳刷使其工作面光滑，电刷在刷握内应有0.2-0.4mm的间隙，在刷握内上下活动自如。
接触面大于碳刷截面的80%。
一次更换碳刷的数量不得超过单极总数的10%，碳刷顶端低于刷握顶端3mm的碳刷应尽快更换，每次更换必须使用同一型号的碳刷。
（4）加强检修质量控制。
刷架和刷握在机组大、小修时慎重调整，回放和安装刷架时，几何位置和角度要保证，保持滑环轴线与刷架轴线同心
（5）观察1号、4号机的滑环和碳刷工作情况，收集观察、测试记录掌握工作性能变化曲线，前期准备更换事宜。
十、总结回顾及今后的打算
在QC活动中，小组成员集思广益，齐心协力解决了上述问题，不仅小组个人能力得到提高，更增进了组员间团结，提高了协作精神。
班组是所有工作的实施层和落地层，课题开展面非常广，可以是工器具技术改造，也可以是安全管理的方法，同时也可以是班组的各项管理好的方法等。
通过QC活动的开展，可以共同解决现实存在的问题。
今后我们将再接再厉，拓展更多的课题，再创佳绩，为企业创造更好的业绩。
电气通信检修班QC小组
2017年09月
更换后的新滑环照片
更换下来的刷架、滑环
金属材质发钨，表面凹坑。
光洁度差。
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