【摘要】碳刷是发电机转动部分的滑环与静止部分的接触点，碳刷性能的好坏，直接影响到发电机的运行工况，然而实际运行中，碳刷与滑环发热现象极为普遍，如果不能及时有效地采取措施加以处理，或者处理不得当，将会扩大故障，造成严重发热、滑环烧坏，导致发电机停机事故；造成不必要的损失。针对水力发电厂机组滑环及碳刷烧坏的原因进行分析，提出改进措施。 

　　【关键词】发电机；碳刷；滑环；故障分析；处理 

　　四川川投田湾河水力发电总厂大发电站2#发电机是哈尔滨电机厂生产的SF120-20/6500型号的立轴冲击式水轮发电机组。机组额定容量为125MW，采用机端自并励可控硅全控桥整流，额定励磁电压为217V，额定励磁电流为1398A。 

　　2011年08月22日，巡屏人员正在巡大发二号机组单元操作接线图时发现2F机组励磁电流突变，棒图变红色，正准备减机组有无功时， 18：17：46 上位机语音及事故光字均报：大发2F机组转子反时限过流动作/复归；18：18：55报大发2F机组B套转子一点接地高定值动作/复归、大发2F机组B套转子一点接地低定值动作/复归、电气事故动作/复归、水机保护动作、大发2F机组励磁系统故障动作、转子温度高动作、调速器事故动作、调速器紧急停机动作，大发2F机组出口断路器分闸动作、灭磁开关分闸动作、跨接器动作、球阀全关，上位机检查2QF在分位，机组甩负荷120MW，机组在停机过程中。运行人员立即到现场进行对大发2#发电机进行全面检查发现：大发电站2#发电机转子上下层碳刷和刷辫被烧熔，碳刷上下支架的拉力杆已被烧断，发电机上导油盆盖上有很多金属烧熔物。 

　　故障发生前，发电机运行正常。有功负荷为120MW，无功为24MW，转子电流最大为1968.56A且只持续三秒的时间。根据此故障现象判断并非是无功过大造成的事故，而是励磁电流突然增大至额定励磁电流的1.4倍是此次事故的根源。经过分析造成励磁电流突然增大的原因如下： 

　　1、发电机在运行时碳刷的型号虽然是一致的，但是由于每个碳刷的加工工艺不同，其与弹簧的受力也不完全相同，便造成单个碳刷鱼滑环之间的电阻也不相同，各个碳刷在运行时收到的磨损程度也不相同，这样就造成各个碳刷与滑环之间的导电性能也不完全一致，所以每个碳刷与滑环之间的电流大小便不相同，与滑环接触面较好的碳刷其通过的电流就会很大，反之电流较小，这样就会加大碳刷与滑环接触面较好的过流负荷，机组长时间运行便会造成碳刷发热或者温度持续升高，温度过高的碳刷容易发生脆化，这样会使碳刷和滑环之间电阻加大，甚至产生电弧现象，最终造成碳刷的损坏。久而久之，完好的碳刷承受的电流不断增加，受损的碳刷产生的电弧也在加大，这样就会使碳刷与滑环之间发生环火，甚至产生弧光，使下滑环表面灼伤，刷辫熔断。强烈弧光、碳粉、油污、烧损的熔渣及金属颗粒还造成上下滑环、上滑环与下环刷握之间发生间歇性放电，致使下集电环、刷架部分烧损，上环底部及边沿被弧光灼伤。不间断的电弧产生高强的温度使下面集电环烧熔，造成下集电环接地，发电机转子一点接地保护动作，机组事故停机。 

　　2、由于大发电站2#机组的滑环在推力油盆下面，并且滑环还被发电机盖板给封闭的非常严密，由于2# 发电机的推力油盆时常发生甩油，被甩出的透平油与碳粉粘合在一起附在滑环上面，造成碳刷与滑环之间接触能力变弱，油碳混合物粘在滑环碳刷及刷架上面，又没有对其及时的清扫，时间一长造成滑环对碳刷和刷架放电严重放电，最终造成短路引起事故。 

　　3、日常维护工作不当。平常维护人员很少对机组碳刷和滑环进行清扫，也未对机组碳刷性能进行检测。只有在运行人员巡视发现碳刷发生环火时通知检修人员进行检查时才对碳刷及滑环进行清扫及测试。并未按要求定期对滑环进行定期正负极换向。造成机组碳刷与滑环损坏的原因是多方面的，但是归根结底都是由于碳刷与滑环之间接触不良使各个碳刷通过的电流不均衡而产生过高的温度将碳刷，滑环及刷辫损毁，最终酿大的的事故。 

　　4、通风不良，由于大发2#机组的滑环在机组的推力油盆和上到油盆之间，并且完全封闭，且没有通风散热通道，众所周知，碳刷与滑环之间不仅存在相互摩擦，同时还有电流通过，这两方面都会是滑环表面与碳刷的接触面产生高温，过高的温度导致碳刷的磨损加快，却没有冷却风对碳刷和滑环进行冷却，造成碳刷和滑环之间温度越升越高，直至造成事故。 

　　5、定期工作减少，机组刚发电时，运行人员定期用棉布对机组的滑环进行擦拭，以减少滑环上面碳粉。后来认为此项工作没有必要性就将该项工作取消。 

　　处理措施：1、将下层刷架上所有烧坏的碳刷进行更换，并全面清理，对机组转子绝缘进行摇测正常。2、更换机组新的下层刷架，对机组下滑环进行从新打磨并抛光，对已经烧熔了的刷架支撑杆的绝缘垫块进行更换相同型号的备品。3、更换新的碳刷及弹簧并对碳刷的表面进行打磨，以便使其表面与滑环接触良好，因机电仓库无足够数量的DT172碳刷及上海摩根NCC634碳刷配套刷握，不能全部更换。经请示总厂领导同意，对上下滑环碳刷整体数量进行了调整，即由原来的60只碳刷调整为52只，从上层刷架取8只DT172碳刷配套刷握，安装在下层刷架上；上层刷架安装了4只上海摩根NCC634碳刷配套刷握，下层刷架安装了17只DT172碳刷配套刷握（其中9只新刷握，8只旧刷握）及9只上海摩根NCC634碳刷配套刷握。4、将转子励磁引线拆除，将上层刷架上的碳刷全部取出，测量发电机的转子绝缘与励磁引线的绝缘均合格，励磁引线绝缘为19GΩ，转子绝缘为21GΩ）。5、清扫转子滑环表面，打磨碳刷，将碳刷回装完整后，调整每个碳刷与滑环之间的接触面及弹簧的压力，并将碳刷与滑环上下之间对齐，回装转子励磁引线在机组灭磁开关下端摇测转子绝缘合格，其为410MΩ，符合检修规程。 

　　采取的措施：1、加强运行维护。每八天运行人员都要对碳刷进行测温，并定期用棉布进行滑环擦拭，定期对碳刷，刷架、刷辫和滑环进行吹扫，减少碳粉及其他粉尘的堆积.每八天对碳刷进行一次全面测温，发现有个别温度过高的碳刷后及时通知检修人员处理进行。2、如果需要更换碳刷，尽可能的更换同型号批次的碳刷，这样表保证新的碳刷与旧的碳刷差别最小，其通过的电流相差最小，其电阻系数也尽可能相等。如果更换的碳刷较多，必须进行停机更换，更换后需要开机空载进行滑环与碳刷之间的充分磨合。磨合期间对碳刷的温度应进行监视，保证气弹簧的压力均匀，无环火现象，在全面检查无异常后方可并网运行。 

　　采取以上两项措施后，经过夏季丰水期的高负荷运行后2#机组一切正常。