【摘要】碳刷是發電機轉動部分的滑環與靜止部分的接觸點，碳刷性能的好壞，直接影響到發電機的運行工況，然而實際運行中，碳刷與滑環發熱現象極為普遍，如果不能及時有效地采取措施加以處理，或者處理不得當，將會擴大故障，造成嚴重發熱、滑環燒壞，導致發電機停機事故；造成不必要的損失。針對水力發電廠機組滑環及碳刷燒壞的原因進行分析，提出改進措施。 

　　【關鍵詞】發電機；碳刷；滑環；故障分析；處理 

　　四川川投田灣河水力發電總廠大發電站2#發電機是哈爾濱電機廠生產的SF120-20/6500型號的立軸沖擊式水輪發電機組。機組額定容量為125MW，采用機端自并勵可控硅全控橋整流，額定勵磁電壓為217V，額定勵磁電流為1398A。 

　　2011年08月22日，巡屏人員正在巡大發二號機組單元操作接線圖時發現2F機組勵磁電流突變，棒圖變紅色，正準備減機組有無功時， 18：17：46 上位機語音及事故光字均報：大發2F機組轉子反時限過流動作/復歸；18：18：55報大發2F機組B套轉子一點接地高定值動作/復歸、大發2F機組B套轉子一點接地低定值動作/復歸、電氣事故動作/復歸、水機保護動作、大發2F機組勵磁系統故障動作、轉子溫度高動作、調速器事故動作、調速器緊急停機動作，大發2F機組出口斷路器分閘動作、滅磁開關分閘動作、跨接器動作、球閥全關，上位機檢查2QF在分位，機組甩負荷120MW，機組在停機過程中。運行人員立即到現場進行對大發2#發電機進行全面檢查發現：大發電站2#發電機轉子上下層碳刷和刷辮被燒熔，碳刷上下支架的拉力桿已被燒斷，發電機上導油盆蓋上有很多金屬燒熔物。 

　　故障發生前，發電機運行正常。有功負荷為120MW，無功為24MW，轉子電流最大為1968.56A且只持續三秒的時間。根據此故障現象判斷并非是無功過大造成的事故，而是勵磁電流突然增大至額定勵磁電流的1.4倍是此次事故的根源。經過分析造成勵磁電流突然增大的原因如下： 

　　1、發電機在運行時碳刷的型號雖然是一致的，但是由于每個碳刷的加工工藝不同，其與彈簧的受力也不完全相同，便造成單個碳刷魚滑環之間的電阻也不相同，各個碳刷在運行時收到的磨損程度也不相同，這樣就造成各個碳刷與滑環之間的導電性能也不完全一致，所以每個碳刷與滑環之間的電流大小便不相同，與滑環接觸面較好的碳刷其通過的電流就會很大，反之電流較小，這樣就會加大碳刷與滑環接觸面較好的過流負荷，機組長時間運行便會造成碳刷發熱或者溫度持續升高，溫度過高的碳刷容易發生脆化，這樣會使碳刷和滑環之間電阻加大，甚至產生電弧現象，最終造成碳刷的損壞。久而久之，完好的碳刷承受的電流不斷增加，受損的碳刷產生的電弧也在加大，這樣就會使碳刷與滑環之間發生環火，甚至產生弧光，使下滑環表面灼傷，刷辮熔斷。強烈弧光、碳粉、油污、燒損的熔渣及金屬顆粒還造成上下滑環、上滑環與下環刷握之間發生間歇性放電，致使下集電環、刷架部分燒損，上環底部及邊沿被弧光灼傷。不間斷的電弧產生高強的溫度使下面集電環燒熔，造成下集電環接地，發電機轉子一點接地保護動作，機組事故停機。 

　　2、由于大發電站2#機組的滑環在推力油盆下面，并且滑環還被發電機蓋板給封閉的非常嚴密，由于2# 發電機的推力油盆時常發生甩油，被甩出的透平油與碳粉粘合在一起附在滑環上面，造成碳刷與滑環之間接觸能力變弱，油碳混合物粘在滑環碳刷及刷架上面，又沒有對其及時的清掃，時間一長造成滑環對碳刷和刷架放電嚴重放電，最終造成短路引起事故。 

　　3、日常維護工作不當。平常維護人員很少對機組碳刷和滑環進行清掃，也未對機組碳刷性能進行檢測。只有在運行人員巡視發現碳刷發生環火時通知檢修人員進行檢查時才對碳刷及滑環進行清掃及測試。并未按要求定期對滑環進行定期正負極換向。造成機組碳刷與滑環損壞的原因是多方面的，但是歸根結底都是由于碳刷與滑環之間接觸不良使各個碳刷通過的電流不均衡而產生過高的溫度將碳刷，滑環及刷辮損毀，最終釀大的的事故。 

　　4、通風不良，由于大發2#機組的滑環在機組的推力油盆和上到油盆之間，并且完全封閉，且沒有通風散熱通道，眾所周知，碳刷與滑環之間不僅存在相互摩擦，同時還有電流通過，這兩方面都會是滑環表面與碳刷的接觸面產生高溫，過高的溫度導致碳刷的磨損加快，卻沒有冷卻風對碳刷和滑環進行冷卻，造成碳刷和滑環之間溫度越升越高，直至造成事故。 

　　5、定期工作減少，機組剛發電時，運行人員定期用棉布對機組的滑環進行擦拭，以減少滑環上面碳粉。后來認為此項工作沒有必要性就將該項工作取消。 

　　處理措施：1、將下層刷架上所有燒壞的碳刷進行更換，并全面清理，對機組轉子絕緣進行搖測正常。2、更換機組新的下層刷架，對機組下滑環進行從新打磨并拋光，對已經燒熔了的刷架支撐桿的絕緣墊塊進行更換相同型號的備品。3、更換新的碳刷及彈簧并對碳刷的表面進行打磨，以便使其表面與滑環接觸良好，因機電倉庫無足夠數量的DT172碳刷及上海摩根NCC634碳刷配套刷握，不能全部更換。經請示總廠領導同意，對上下滑環碳刷整體數量進行了調整，即由原來的60只碳刷調整為52只，從上層刷架取8只DT172碳刷配套刷握，安裝在下層刷架上；上層刷架安裝了4只上海摩根NCC634碳刷配套刷握，下層刷架安裝了17只DT172碳刷配套刷握（其中9只新刷握，8只舊刷握）及9只上海摩根NCC634碳刷配套刷握。4、將轉子勵磁引線拆除，將上層刷架上的碳刷全部取出，測量發電機的轉子絕緣與勵磁引線的絕緣均合格，勵磁引線絕緣為19GΩ，轉子絕緣為21GΩ）。5、清掃轉子滑環表面，打磨碳刷，將碳刷回裝完整后，調整每個碳刷與滑環之間的接觸面及彈簧的壓力，并將碳刷與滑環上下之間對齊，回裝轉子勵磁引線在機組滅磁開關下端搖測轉子絕緣合格，其為410MΩ，符合檢修規程。 

　　采取的措施：1、加強運行維護。每八天運行人員都要對碳刷進行測溫，并定期用棉布進行滑環擦拭，定期對碳刷，刷架、刷辮和滑環進行吹掃，減少碳粉及其他粉塵的堆積.每八天對碳刷進行一次全面測溫，發現有個別溫度過高的碳刷后及時通知檢修人員處理進行。2、如果需要更換碳刷，盡可能的更換同型號批次的碳刷，這樣表保證新的碳刷與舊的碳刷差別最小，其通過的電流相差最小，其電阻系數也盡可能相等。如果更換的碳刷較多，必須進行停機更換，更換后需要開機空載進行滑環與碳刷之間的充分磨合。磨合期間對碳刷的溫度應進行監視，保證氣彈簧的壓力均勻，無環火現象，在全面檢查無異常后方可并網運行。 

　　采取以上兩項措施后，經過夏季豐水期的高負荷運行后2#機組一切正常。