（湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局 湖北潜江433100）
摘要：兴隆水电站自2013年9月投运后，从2016年6月开始1#机组出现碳刷打火、滑环温度偏高的现象，本文分析了兴隆水电站碳刷打火的主要原因，提出了处理改造方案，对相关电站设备的安全经济高效运行有一定的借鉴意义。
关键词：兴隆水电站；碳刷；打火；改造
1 概述
兴隆水电站位于汉江下游湖北省潜江市境内，是湖北省汉江兴隆水利枢纽三大构筑物之一，上距丹江口枢纽378.3km，下距河口273.7km，同时也是汉江中下游水资源综合开发利用的一项重要工程。水电站以发电为主，为无调节引水式电站，装机容量为40MW，由引水系统、地面发电厂房、导水系统等主要建筑物构成。厂内装有4台灯泡贯流式发电机组，单机容量为10MW，生产厂家为天津市天发重型水电设备制造有限公司。水电站于2013年9月投产。
发电机碳刷是发电机中动静接触和交换能量的零件。在实际运行中，碳刷打火现象很普遍，如不及时有效处理，将会导致发电机非计划停机。碳刷正常运行温度一般为50-80℃（温升40℃左右），电流分布整体比较平衡，压簧压力比较均匀，碳刷活动自如且无震动、卡涩现象。碳刷与滑环运行中产生的热量由通风系统带走。碳刷在运行中最常见的故障为发热，如不及时处理就会产生火花，形成打火现象，严重的烧损碳刷、刷握、刷架及滑环。
2 发电机主要技术参数及故障现象
2.1 发电机组主要技术参数
发电机型号：SFWG-80/6630
发电机型式：上游灯泡式三相交流同步发电机
布置方式：水平卧轴布置
旋转方向：顺水流方向视为顺时针旋转
额定容量：10MW/11.11MVA
额定电压：10.5kV.
额定电流：611A
额定功率因数：0.9（滞后）
额定频率：50Hz
额定转速：75r/min
相 数：3相
飞逸转速：225r/min
定子绕组连接方式：Y型连接，中性点经接地变压器接地
主轴支撑方式：两支点双悬臂结构
冷却方式：具有空气冷却器的密闭循环强迫通风冷却方式
2.2 故障现象
兴隆水电站自2013年9月投运发电后，安全经济高效运行，在2016年6月发现1#机组集电环碳刷在实际运行中存在打火现象，用红外热成像仪测得碳刷温度最高处达到95℃。经过检修处理，仍没有达到预期效果，1#机组集电环碳刷火花接近2级，满负荷运行时碳刷温度最高处达到90℃，电站不得不再次停机消缺，影响机组正常运行。
碳刷打火后会引发碳刷温度不正常上升，由于碳刷的负温度效应，碳刷的温度升高会导致碳刷的接触电阻变小，从而导致流经碳刷的电流增加，使得碳刷愈加发热，直至接触电阻降至饱和最低值，流经碳刷的电流增至饱和最大值。如此恶性发展，将使碳刷持续受热升温，同时碳刷引线由于流经电流增加而发热升温，最终将会导致引线烧断，损坏部件，甚至造成事故。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了弄清原因、消除故障，在停机检修期间，对发电机滑环、碳刷、刷架以及刷握进行了仔细检查、测量，检测结果如下：
（1）滑环表面有轻微黑痕和灼痕，用酒精清洗擦拭无法消除；
（2）碳刷、刷握、刷架、滑环表面脏污，附有粉尘；
（3）测量碳刷与刷握间间隙配合不当，运行中碳刷不够灵活，导致碳刷受力及电流分布不均；
（4）测量碳刷压力不均匀，部分碳刷压力不符合厂家规定；
（5）测量滑环摆度为80-150丝，不符合标准。
3 故障原因分析及诊断
3.1 故障原因分析
经过检查、测量，并结合1#机组正常发电运行期间对碳刷打火现象的观察记录，判断造成发电机碳刷打火现象的主要原因有以下几方面：
（1）碳刷、刷握、刷架、滑环表面脏，粉尘附着在碳刷、刷架等部位，一方面影响碳刷散热，另一方面当碳刷发生打火时因碳刷、刷握、刷架、滑环表面不洁而影响结缘强度；
（2）集电环不光滑不平整，碳刷压力不均，造成碳刷与集电环的接触电阻不一样，致使同级滑环上不同碳刷间电流不均，部分碳刷电流过大，会造成碳刷打火；
（3）部分压簧对碳刷压紧程度不够，致使碳刷不能和集电环充分接触，在集电环高速运转下，会造成碳刷打火，严重时还会使碳刷在刷架中上下抖动。
3.2 故障诊断处理
通过故障原因分析，在停机检修时，将刷握、刷架、滑环表面粉尘吸拭干净，对碳刷进行了更换，将集电环进行了车削加工。由于发电任务紧张，在经过处理后，1#机即投入运行，运行初期没有出现碳刷打火现象，但是运行一段时间后，又出现碳刷打火现象，问题并没有得到根本解决，说明碳刷打火的主要原因不是碳刷压力不均、集电环不光滑不平整造成的或者集电环车削加工工艺不达标。
经过多次反复分析处理，结合工作实践并多次测量滑环震动摆度，测量结果是震动摆度为60-120丝，仍不符合标准。由此判断造成发电机碳刷打火现象的主要原因仍然是：碳刷压力不均、滑环表面不光滑、震动摆度不符合标准以及第一次车削加工工艺不达标。
4 处理改造及预防措施
4.1 处理改造
经过多次观察分析，决定通过采取以下方案解决碳刷打火问题，处理方案及处理结果如下：
（1）在刷架适当位置装设车刀，现地对滑环进行车削加工，加工完成后测量滑环摆度为1-4丝，符合厂家标准；
（2）调整压簧的压力，将压簧压力点放在碳刷中性线上，测量压力符合厂家标准；
（3）重新装碳刷，测量碳刷固有电阻值以及引线接触电阻，符合厂家标准。
4.2 预防措施
通过此次故障分析、处理、改造，并结合运行实际，在预防发电机碳刷打火问题上应该有具体措施并落到实处。
（1）确保碳刷与集电环之间可靠接触，有效排除粉尘，保证通风；
（2）运行人员要加强对运行机组的巡回检查，及时发现碳刷打火现象，及时记录并通知检修人员处理；
（3）检修人员定期检查刷架结构、滑环与碳刷间隙、压簧压力等应符合要求，及时更换过短、损坏、发热、变形的碳刷，不同型号不允许混用；
（4）检修人员要定期用压缩空气进行吹扫，清除碳刷、刷架、刷握、滑环等处的粉尘污垢，使碳刷活动自如；
（5）在机组大、小修中，认真仔细检查碳刷部分并根据结果进行抛光处理。
5 结束语
在发电机运行时，应经常注意滑环表面是否良好，碳刷在刷握内浮动是否正常，碳刷温度及噪音是否正常，碳刷是否打火等，若有异常，应及时做好记录及时分析处理。
兴隆水电站碳刷打火现象经过改造处理后，通过长时间运行证明，改造处理后碳刷接触良好，碳刷打火现象消除，机组正常运行期间滑环温度为50℃-770℃之间，刷握温度正常，碳刷的磨损速度也减小了，检修维护工作量大大减少，也说明我们的判断是正确的。此次工作实践中说明遇到问题时应充分讨论法案，认真仔细分析，要全面考虑，找到问题的根本所在才能真正解决问题。同时也为机组碳刷打火及滑环温度偏高的缺陷处理积累了可借鉴的经验，为其以后类似问题检修提供了依据。
作者简介：
方思程（1988.12），男，助理工程师，从事水电站运行管理工作。
徐 琼（1990.05），女，助理工程师，从事水电站运行管理工作。
论文作者:方思程,徐琼
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/2
标签：碳刷论文; 集电环论文; 兴隆论文; 水电站论文; 现象论文; 发电机论文; 机组论文; 《电力设备》2016年第18期论文;