发电机转子滑环磨损原因及防控措施

一、前言

发电机转子滑环是动静接触和交换能量的设备，受励磁电流、碳刷压力、碳刷与滑环表面的磨损以及制造工艺影响，在长期运行过程中，容易在碳刷和滑环间发生冒火，若不及时处理，将形成恶性循环，影响机组安全运行。某电厂#6发电机为东方电机厂生产的QSFN-300-2-20B型同步发电机，采用自并励静止可控硅励磁系统。该#6机组在运行一个多月中突然出现碳刷弹簧断落，滑环磨损情形却较为少见，值得认真分析事故原因，吸取教训，制定防范措施。

二、事件经过

1、8月20日，运行人员发现#6发电机转子有两个碳刷架弹簧断开，碳刷有跳动现象，当天维修人员处理更换了3只磨损严重的碳刷，检查碳刷集电环有磨损窝槽，两个碳刷架因弹簧断开，取出碳刷，暂未更换。要求各班加强检查及更换。

2、8月22日，编制#6发电机励磁碳刷特殊检查记录表格，要求每隔2小时检查一次碳刷电流、温度、长短及火花、振动及更换情况，详细记录更换过碳刷，共发现弹簧断落3根。

3、8月31#6发电机按中调令停机解列备用，维修检查发现两滑环中部位置已磨损成W 型，并有个别碳刷振动剧烈，部分碳刷恒力弹簧被振断。

三、原因分析

碳刷和滑环间工作面的磨损有两种：1、纯机械磨损；2、在电流作用下的电气磨损和机械磨损（即电腐蚀）。

电腐蚀的直接原因为滑环与碳刷之间产生电火花，使滑环过热，从而烧灼滑环表面。为控制电火花的产生，应尽量减小滑环与碳刷之间的接触电阻。为防止滑环表面过热，应适当减小接触面的电流密度。电腐蚀的最终后果是滑环表面由于电火花而灼伤，使滑环表面凸凹不平。

（一）电腐蚀引起滑环磨损可能性不大，原因如下：

1、电腐蚀导致滑环表面凹凸不平过程相对较长，运行当中会有过热或火花出现，更换下的碳刷表面会留下凹凸不平痕迹。复查#6机大部分更换下的旧碳刷，表面并无明显磨损痕迹。

2、运行过程中检查并无发现碳刷有过热及火花现象，本次开机从7月26日到8月20日发现弹簧断落，自8月22日起通过对碳刷进行特殊维护巡检监测，数据表明即使在碳刷过短、磨损严重的情况下，最高点温度为100℃左右，低于规程规定≦120℃。对比同等长度碳刷在另一极温度、振动也在正常范围，与出现振动加剧一组碳刷对比并无明显区别。在未出现异常振动、弹簧断落前，滑环、碳刷发热温度只会更低。因碳刷过短、压力不够、接触电阻过大导致滑环、碳刷表面过热引起电腐蚀推论缺乏依据。

3、2016-7-25 机组开机启动前，维修对#6发电机碳刷进行检查更换，过短碳刷已更换掉，碳刷长度也符合检修要求，开机后20多天碳刷磨损程度不太可能过快过短。据维修当时更换过#6机碳刷多根，当时发现有2个弹簧片断落，发现碳刷有轻微凹凸痕，但未告知控长、值长及相关专责，也未见记录。

4、今年以来#6机组频繁启停，机组连续运行时间很少超过一个月，每次停机均联系检修进行碳刷检查更换，复查换出旧碳刷表面光滑、未发现明显划痕。检修与运行共同把关，确认碳刷长短均符合要求，无卡涉现象。

5、运行中按定期工作规定要求每天进行发电机励磁滑环碳刷检查、清扫、更换，无发现弹簧及碳刷存在温度过热，冒火花等异常情况，碳刷表面磨痕光滑无异常。

（二）异物导致机械磨损原因推测：

1、个别弹簧片质量不佳，导致运行中疲劳断裂脱落，因无弹簧力作用，碳刷表面有轻微磨痕，开机前未引起维修及运行足够重视。由于恒力弹簧缺失，碳刷压力为零，使其它碳刷上分担的电流增加，从而使滑环温度升高，碳刷和滑环温度升高，加剧弹簧片热疲劳。

2、本次开机，再有弹簧片因质量不佳，导致运行中疲劳断裂脱落，并有碎片掉落卡在刷架与滑环之间，发生机械磨损，滑环产生明显磨痕。进一步导致碳刷振动加剧，弹簧断落，温度仍无明显升高过热，也无火花。此过程时间较短，为本次开机后出现，从碳刷出现凹槽磨损总个数仅为几个推断。

3、弹簧片质量不佳，疲劳断裂脱落，碎片是导致发电机转子滑环发生机械磨损的主要原因。断落弹簧食物显示，断口不平整，有碎片掉落。

4、碳刷质量不佳，含金钢沙等坚硬杂质也是导致机械磨损的一个原因。

四、防范措施

1、加强碳刷刷握维护，对弹簧片应定期检查更换，以防疲劳折断脱落。

2、每次停机，检修用压缩空气吹扫滑环表面，以防碳粉积聚及受潮影响绝缘，检查更换相关碳刷，检查弹簧力是否足够，滑环、碳刷表面光滑程度。

3、大小修期间，更换碳刷引线正负极，减少电腐蚀发生。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。

4、运行中加强检查，清扫更换碳刷，记录清楚，记录温度、振动及碳刷更换情况，现场张贴更换情况记录表。对温度异常升高的碳刷用直流钳表测量电流，确认碳刷电流分配是否平衡，及时调整。

5、碳刷长短符合规范要求，避免因弹簧压力不够，接触不良而导致碳刷电流严重不平衡，甚至出现过热情形。

五、发电机滑环磨损修复

检查发电机滑环发现，靠近两滑环中部位置有磨损成W型形状，必须对＃6发电机转子滑环凹凸痕进行处理，研究决定现场采取对发电机滑环表面进行车削打磨办法修复，确保滑环表面光滑平整。

（一）车削前准备工作

1、车削前发电机要停止运行，为防止汽机大轴弯曲，每次停盘车时间不超过30min，并做好记号，下次停盘车要停在上次的180°位置。

2、停盘车时拆除滑环小室、滑环支架并吊离支架平台。

3、测量刀架尺寸，固定好刀架。采用焊接固定时，必须将地线先焊在台板上。

4、测量滑环的椭圆度，确定滑环的车削深度。

（二）滑环的车削与打磨

1、利用汽轮机冲转50±10%rpm，对每个环分别进行车削，车削时分为粗车和细车，粗车时每次进刀厚度小于0.8mm，细车时每次进刀厚度小于0.2mm，由于滑环是螺旋式，进刀时要缓慢均匀进行，并一次性进刀完成，中间不能停顿。

2、打磨与抛光：滑环细车以后，要进行打磨及抛光，先用#0砂布进行粗磨，再用金相砂纸细磨，最后用麻绳进行抛光，为避免将滑环磨成椭圆，必须用麻绳裹住砂纸有两人对拉进行，直到抛光为止。

经处理后，发电机转子滑环恢复正常光洁度，投入运行后碳刷无明显可见振动现象，温度、电流正常。

六、经验教训

1、风险意识不够，经验不足，在出现恒压弹簧片断裂情况后，简单处理，未作全面评估，导致缺陷加剧，为后续修复处理增加难度。

2、运行维修对滑环电腐蚀发生缺乏监测判断手段，单顺依靠外观检查有无火花、温度是否过热等常规途径进行检查，对弹簧力是否足够无明确判断依据。

七、结束语

发电机一旦出现碳刷振动、磨痕明显现象，立即采取必要措施进行修复处理，即使是细微缺陷，也不能掉以轻心，存在麻痹心理，只有彻底消除隐患，才能确保机组安全运行。