发电机组碳刷易发故障原因浅析
近年国民经济持续的快速发展，扩大了本已严峻的供电需求缺口，新建机组、各行业的自备电源系统和自备发动机系统的置备和安装应用，如“雨后春笋”随处可见。而发电机励磁系统的碳刷运行与维护技术是传统技术，多年来工艺和技术水平无实质性突破。所以，各方对发电机励磁系统关注不够，投入有限，进而导致励磁系统碳刷事故。近一个时期的多期安全通报，连续通报了数起大型发电机组，因碳刷或转子集电环故障引发的停机事故，给企业造成较大经济损失。当导入导出电流的碳刷运行中发生故障时，如何判别故障类型与性质，以便尽快消除故障，保证设备稳定运行，是大家需要认真思考的。笔者结合多年的工作实践，谈谈电机碳刷的应用体会供读者参考，以期共同避免碳刷事故的发生。
电刷故障的危害
某日，某发电厂2台大型发电机组转子滑环相继发生碳刷打碎机组紧急降负荷，更换碳刷，未果。继而发生滑环环火，机组被迫解列。近日，西北电网某发电厂QFS—125型发电机组励磁机换向器碳刷环火紧急停机；江南某发电厂30万千瓦发电机组投产后运行仅经过一次大修。在一次小修后运行不久，发电机集电环内环（靠发电机侧）碳刷磨损非常严重，且连续多个班次都有批量更换，同时检查发现发电机集电环刷架油污严重，经红外测温仪检测发现集电环内环表面与碳刷接触部位温度高达230℃～360℃，靠励磁机侧的集电环外环温度正常的60℃～70℃，机组负荷降到20万千瓦以后，仍不见集电环温度有回落迹，被迫解列抢修。……屡屡发生的碳刷事故给发电厂和电力系统造成巨大经济损失。
碳刷即电刷。运行中发电机组的碳刷如果维护和使用不当将造成事故降负荷，甚至停机。
导致碳刷故障的因素
电磁因素：无功或励磁电流调整时，碳刷的火花有明显变化。在励磁机换向时，碳刷与换向片接触不良，接触电阻过大；整流子或滑环的氧化膜薄厚不均匀，引起碳刷电流分布不平衡；或者负载突然变化，以及突发的短路导致换向片间的电压分布异常；机组过载和不平衡；碳刷选型不合理，碳刷间距不等；碳刷质量问题等等。
机械因素：换向器中心不正，转子不平衡；机组振动大；换向片间绝缘凸出或换向片凸出；碳刷接触面研磨不光滑，或换向器表面粗糙而造成接触不良；换向器表面不清洁；各个换向极下气隙不等；碳刷上弹簧压力不均匀或大小不适宜；碳刷在刷握里太松而发生跳动，或太紧了碳刷在刷握里卡住了等。机组运转速度降低或震动改善，火花将减少。
化学因素：机组运行在有腐蚀性的气体中，或机组运行空间缺乏氧气，换向器与碳刷接触的表面上一层自然形成铜氧化物薄膜遭到破坏，本已形成的、近似线性电阻的换向不复存在，在接触面重新形成氧化膜的过程中换向器火花加剧。换向器（或滑环）被酸性气体或油脂腐蚀。碳刷及换向器被污染等。
碳刷的维护
A、运行检查：加强定期与不定期的设备巡回检查工作，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（上午一次，下午一次），用红外测温仪测量集电环和碳刷的温度，夏季高峰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，更换的新碳刷做重点检查。有条件的单位应定期用红外热像仪测量集电环和碳刷的温度。并做好巡回检查设备运行工况记录。
B、检修更换：对新购进的碳刷进行验收。测定碳刷的固有电阻值，测量碳刷引线接触电阻，阻值要符合制造厂和国家标准。严格把握更换碳刷工艺，同一台机组使用的碳刷必须一致，不可掺插使用。在更换碳刷前，细心研磨碳刷使其面面光滑，电刷在刷握内应有0.2 0.4毫米的间隙，在刷握内上下活动自如。刷握的下边缘和换向器工作表面之间的距离为2-3毫米，距离过小，会碰撞换向器表面，易受损、距离过大电刷跳动易产生火花。争取实现碳刷接触面大于碳刷截面的80％。勤更换，但多次更换碳刷不宜过多，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，每次更换碳刷时必须使用同一型号的碳刷，但要注意节约和充分利用碳刷。更换后的碳刷必须用直流卡钳表测量碳刷分流情况，用红外测温仪进行温度测试，防止个别碳刷因过流而过热。对于滑环或整流子换向片凸起与凹陷等明显设备问题，要利用机组检修的机会进行紧固、车磨。加强检修质量和运行控制，避免由于检修质量不良或运行调整不当造成机组运行中，汽轮机油外泄，甩到集电环上，增大碳刷与集电环之间的接触电阻。刷架和刷握在机组大、小修时要慎重调整，回放和安装刷架时，角度和几何位置要保证在原状态，碳刷的滑入边和滑出边必须要与换向器平行。
C、日常维护：勤清扫、吹灰，保持碳刷及整流子滑环光面清洁，若遇大风天气，或过后必须及时清扫。勤调整弹簧压力，碳刷弹簧的压力要符合制造厂家的规定，使碳刷承受压力均匀。防止个别碳刷过热或产生火花、刷辫烧焦烧断现象的发生。碳刷运行中出现问题必须及时消缺，避免恶性循环，危及机组正常运行。同一台机组使用的碳刷必须一致，不可掺插使用。进行维护的工作人员，检查维护时要特别小心，发辫应放在帽内、扣紧袖口，不使衣服及擦拭材料被机器挂住。工作时站在绝缘垫上，不得同时接触两极或一极与接地部份，也不能两个人同时进行工作。在转动着的电机上调整、清扫碳刷及滑环时，须有实践经验的同志进行。
