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汽轮发电机碳刷及滑环磨损的解决方法
沧州派源机电有限公司    2016-10-06 15:25:02    文字:【】【】【
摘要: 每个环有四个碳刷,碳刷的尺寸是60mm×32mm×25mm;励磁系统为自励半导体励磁系统;电源取自发电机本身,在发电机出口处接一台励磁变压器,经过半导体整流,经碳刷、滑环接入发电机转子,供给发电机励磁。

#1机组为15MW汽轮发电机组,机组于2005年5月份投入运行,发电机定子额定电流为1031A;空载电流为259A;每个环有四个碳刷,碳刷的尺寸是60mm×32mm×25mm;励磁系统为自励半导体励磁系统;电源取自发电机本身,在发电机出口处接一台励磁变压器,经过半导体整流,经碳刷、滑环接入发电机转子,供给发电机励磁。

    1运行状况 

   机组于2005年5月份投入运行以来,一直存在以下问题。

    碳刷磨损十分严重,截止2006年2月份,汽机侧碳刷更换了12块,发电机东侧的碳刷自运行以来没有更换过一块,而有一个位置的碳刷多次更换,磨损特别快。

   每个碳刷承担的电流有较大的偏差,小的0.5A,大的有20A。

   电刷表面有划痕,电刷有磨偏现象。   运行过程中,碳刷及滑环的粉尘较多

    滑环因碳刷长期冒火已在表面形成烧伤条纹。   刷辫长期过热变色,有段时间温度达80~90℃。  

 2问题分析

    发电机碳刷和滑环间工作面的磨损有两种:一是纯机械磨损;二是在电流作用下的电气磨损和机械磨损。

   2.1纯机械磨损 

   碳刷和滑环表面相接触,由于弹簧压力作用和材料弹性变形的缘故,使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,则碳粉易被沾在滑环表面,使滑环成为具有亮滑的石磨镜面,碳刷的磨面也很光滑,两者的机械磨损都较小。但如果碳刷颗粒粗硬,或含有如金刚砂之类的硬质颗粒,则必然会使机械磨损大大增加。同时由于碳刷中含有少量的碳化铁、碳化硅即金刚沙灰粉,以提高电刷的耐磨性能,但也会使集电环表面拉成沟槽,一旦形成沟槽对发电机的危害极大。碳刷是非金属导电材料,电阻系数大,是铜的400倍。电阻产生的能耗高;持续的滑动摩擦导电产生的接触电阻、机械摩擦热耗,加上电刷的电阻能耗转化为高热易使弹簧失压及导线老化,引起接触不良、产生火花,严重影响发电机正常运行

    2.2在电流作用下的电气磨损和机械磨损   在电流作用下的电气磨损,是由于电弧高温和放电等因素的作用,使极面材料受到损坏的情况。由于电气磨损影响极面,所以也会对机械磨损的程度产生影响。

    由于电流通过碳刷和滑环的接触面,且其直接传导的部位不断变动,电流密度又很大,使一些点温度很高;又由于电弧的高温作用,会使两侧极面局部熔化、脱落,金属会变成金属蒸气,碳刷则结构松化,受氧化腐蚀而脱落,此即电气磨损的表现。但是,极性不同,磨损情况是不一样的。在电弧作用下,阳极(正极)表面局部灼热而蒸发出“金属蒸气”,使阳极表面损蚀,这叫“阳极蒸发”;阴极(负极)因受正离子撞击和高温作用发射电子,使阴极表面也遭受破坏,这叫“阴极粉化”。由于阳极蒸发和阴极粉化的作用,碳刷和滑环由于电流方向不同会出现极性差别。

     当电流由碳刷流向滑环时,此时碳刷为正极,滑环为负极,则结果是,碳刷面上发生微小程度的阳极蒸发,碳粒、石墨离子迁移到滑环表面,碳刷有电气磨损。滑环表面有轻微的阴极粉化,并附着碳粒、石墨,成润滑、光泽的镜面。由于滑环表面平滑,机械磨损较小。

   当电流由滑环流向碳刷时,此时碳刷为负极,滑环为正极,则结果是,碳刷面上发生阴极粉化,电气磨损小。滑环表面发生阳极蒸发。大量金属蒸发,使其表面损蚀严重,同时,这些金属粒子也易附于碳刷磨损面上,反过来会使换向器表面严重磨损,出现条痕。这种情况下,滑环表面粗糙,呈金属光亮,面间机械磨损大。    总的来说,当碳刷为正极时,碳刷电气磨损大,机械磨损轻微,滑环的电气磨损和机械磨损都很小;当碳刷为负极时,碳刷电气磨损小,机械磨损大,滑环的电气磨损、机械磨损都很大。

    为了使磨损均匀一些,对于滑环,因为正环电流由碳刷流向滑环,碳刷正极性,滑环负极性,故正环磨损小;同理,负环磨损大,故两环极性应经常调换。各电厂大修时常倒换正、负环的连接电缆,就是这个道理。

    当没有电流时,碳刷磨面上的粗硬粒子易嵌入滑环表面,引起较大的机械磨损,甚至引起摩擦振动。当流过电流时,碳刷磨面上的粗硬粒子被炸裂、粉化,沾在表面,减小摩擦,使机械磨损减小,并使碳刷运行十分平稳。所以,在正常情况下,电流对减小机械磨损还有好处。但是,如果电流密度过大,则阳极蒸发严重,会使电气磨损加剧。而电气磨损加剧后,使滑环表面粗糙化,碳刷表面附着金属粉,机械损耗又会增加,所以通过碳刷的电流密度应有一个限度。

    2.3其他方面的影响    弹簧压力。压力过小碳刷和滑环表面接触不稳定,容易引起电弧,使电气磨损增大。压力过大,刷面的硬粒对滑环表面刮割严重,又会使机械磨损增加。因此,弹簧压力要适中。

   碳刷本身电阻。不同批次的碳刷混用,其电阻系数不一样,运行中造成碳刷温升不同,导致并联碳刷的电流分配不均匀,不仅个别电流超标,而且磨损增大。

    刷架。碳刷中心线不完全垂直于滑环圆周切面,倾斜势必造成碳刷的接触不良、弹簧压力不一致。刷握与滑环表面距离不一致,碳刷有效接触面有差别,刷架周边有毛刺不光滑,易挂碳粉和粉尘,这都会造成碳刷电流偏差增大。


    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。 

  3采取措施  

  为了减小发电机碳刷和滑环之间磨损,排除因此而带来的隐患,可以考虑如下措施:   机组大修时倒换正、负环的连接电缆。

    选用质地均匀、材质较好、厂家指定的同一型号的碳刷。更换碳刷时,尽量使更换产品与运行碳刷保持生产批次相同,尤其是在滑环的同一极上。保证每块碳刷的电阻系数相同,使碳刷的电流分配均匀。 

  适当增加负极侧碳刷数量,降低电流密度,减少电气磨损,从而降低机械磨损。 制定维护制度,及时擦拭滑环,更换碳刷时弹簧压力要调整适当。运行维护时,特别是更换新刷块和日常清扫刷握时,定量调节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,使碳刷的磨损有所降低,延长使用周期。

    在停机后,对汽机侧滑环作充分的研磨,消除滑环上的毛刺。检查刷握的位置,在机组中、小修时,对刷架的安装,使每个刷握安装孔与滑环切面垂直,保持滑环轴线与刷架的轴线同心。机组停运时,按照规定调换滑环极性,控制滑环的异常磨损。

   加强对发电机的卫生监督和检查,确保发电机在清洁的环境中运行。利用机组停运的机会,彻底整治发电机轴瓦漏油,使碳刷附近的油雾减少,及时清理滑环和刷架上的粉尘。

   4结束语  

  从2006年2月份开始采取以上措施,碳刷的磨损明显减小,冒火现象减轻,我们准备机组大修时更换碳刷极性,相信会对减少碳刷的磨损起到更积极的作用。我们相信随着运行维护水平的提高,碳刷磨损严重的问题必将得到完全解决。



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