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发电机滑环碳刷的故障原因及分析

1995年度我厂发生了二起发电机滑环碳刷烧损的设备事故。为了找到事故原因,大家对滑环碳刷进行了长时间的跟踪检查,通过对滑环碳刷异常温升及原因的仔细分析,最终查明了滑环碳刷温升不平衡的原因从而消除了事故隐患。

设备型号:QSF-60-2双水内冷发电机,励磁机:ZLG-55-30,滑环碳刷:S6M

 2. 原因的查找和分析

事故发生后,大家一方面严格检查碳刷的更换及维护工艺,确保碳刷的维护质量,另一方面对四台发电机的滑环碳刷及其工况进行仔细的检查。

在检查碳刷时大家发现有些碳刷较烫手而有些碳刷的温度较低。联系到碳刷的烧损是其温度不断升高的过程和结果,碳刷的温差自然引起了大家的注意。大家借来红外测温仪对发电机滑环碳刷进行测温检查。结果发现部分碳刷温度异常,同一圈靠近的二个碳刷,竟有一个温度为50℃,另一个为120℃。



为了从错综复杂的环境中找出碳刷温差的原因,大家对诸多与碳刷运行有关的因素进行了排查。首先检查压簧,大家把四对位置相邻,温差较大的碳刷压簧进行对调,保持其他条件不变,第二天再检测比较,发现这些碳刷的温升变化不大。这说明碳刷温差与压簧无关。

接下来检查振动的影响。大家将个别温升高的碳刷刷辫与导电基座甩开而其他条件不变,使碳刷上没有电流流过。于次日再检测其温度,发现这些碳刷温度只有30℃~40℃。接上刷辫后不到一分钟再测,其温度急升到100℃以上。由此大家可以肯定碳刷的温升主要是流经的电流造成的。碳刷的机械振动对其影响不大。

由于同一极的24块碳刷两端电位是一样的,即处于并联电路状态。电流不平衡说明碳刷的电阻不一样。大家对几个温升小的碳刷刷辫与导电基座的接触部分进行清理,以保证其接触良好。运行一天后再做检测,发现其温度没有明显的升高。因此可以排除刷辫接触不良的因素。

发电机厂家进一步检查是针对碳刷本身,大家将几对所处环境相似(同一圈相邻)而温差较大的碳刷进行对调而保持压簧等条件不变。结果表明碳刷的温升和碳刷本身有密切关系。即将温升高的碳刷换个地方,其温升依然高,温升低的碳刷也是如此。

在调换、检查碳刷时大家偶然的发现了一个奇怪的现象,即温升低的碳刷与滑环接触的那一面不像正常碳刷那样由于高速的摩擦而光亮如镜,而是有一层极细的黑“灰”蒙在上面。这说明这些碳刷和滑环基本上没有电接触,而是“飘”在滑环的表面。这样其电阻将大为增加,流过的电流就大大减小,电流小碳刷的温度自然也低。相反,导电良好的碳刷除了承担平均的励磁电流外(约40A直流电),还要分担导电不良碳刷的电流,流过碳刷的电流大,其温升就高。



 大家将一个运行温度只有33℃的碳刷擦去其接触面的“灰”后装回原处,运行一会再测其温度达108℃。由此可以断定碳刷与滑环之间的那层“气膜”是造成接触不良的主要因素。



大家再看气垫的形成是否有偶然性。选择几块运行温度低、接触面有“灰”的碳刷,将其接触面的“灰”擦去再放回原处,过两天检查发现又有“灰”覆在接触面上,这就是说造成气膜的原因是固定的。

这些会“漂浮”的碳刷外观没有特别之处。敲断碳刷,将其断面的光泽、颗粒密度等与正常碳刷比较,仍看不出差别。

幸运的是在一次检查中,大家碰巧发现一个有“气垫”形成的碳刷,其端部的绝缘片是黄色的环氧树脂板,而多数正在使用及库存碳刷的绝缘片是黑色胶木。再将其他有“气膜”形成的碳刷绝缘片擦净检查,发现都是黄色的!就是说发电机上同时存有二种碳刷,黄盖碳刷工作电阻大,导电率低,部分碳刷不知什么原因竟会在运行中“漂浮”起来,这些会“漂浮”的碳刷由于近于“永不磨损”,将长期“驻扎”在滑环上。这就导致负荷转移、集中在黑盖碳刷上,当黄盖碳刷积累到一定数量时,必然造成了黑盖碳刷的过载甚至故障。

3. 问题的解决

原因一旦查明,问题就很好解决。从1996年4月份开始,大家将所有黄盖碳刷陆续换下(最多的2#机上共有23块)。同时通知供应部门要订购统一品牌的碳刷。

在以后的多次检查中再也没有发现任何异常的碳刷温升。至此,发电机滑环碳刷因温差而造成故障的原因彻底解决了。

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