1、發電機碳刷打火原因和預防措施 1第1頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二 1 碳刷的作用2 碳刷的分類3 碳刷打火的原因4 碳刷打火的預防措施5 碳刷的日常維護及調整主要內容2第2頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二一.碳刷的作用：1.將外部電流(勵磁電流)通過碳刷而加到轉動的轉子上. 發電的原理，是磁場切割導線后，在導線產生電流。 發電機是采用讓磁場旋轉的方法切割導線的。旋轉磁場是轉子，被切割的導線是定子。 為了讓轉子產生磁場，必須向轉子的線圈輸入勵磁電流。碳刷就是用來將勵磁發電機產生的勵磁電流送入轉子線圈的。3第3頁，共42頁，2022年，5月2

2、0日，18點39分，星期二Page 4一.碳刷的作用： 200MW機組整流柜 第4頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二Page 5一.碳刷的作用： 300MW勵磁機消音罩（旋轉整流勵磁、無刷） 第5頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二Page 6一.碳刷的作用： 300MW勵磁機小間 第6頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二Page 7一.碳刷的作用： 300MW發電機消音罩、滑環刷架 第7頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二一.碳刷的作用：2.將大軸上的靜電荷經過碳刷引入大地(接地碳刷)8第8頁，共42頁

3、，2022年，5月20日，18點39分，星期二一.碳刷的作用：3.將大軸(地)引至保護裝置供轉子接地保護及測量轉子正負對地電壓.4.改變電流方向(在整流子電機中，電刷還起著換向作用) 除了感應式交流異步電動機沒有外。其他的電機都有，只要轉子有換向環的都有。 碳刷它的作用主要是對金屬磨擦的同時導電；它不象金屬對金屬磨擦導電時一樣；金屬對金屬磨擦導電時；磨擦力可能會增大；同時交接的地方可能會燒結在一起；而碳刷則不會；因為碳和金屬是兩種不同的元素；它的用途多半都用在電動機上；型狀是多種多樣的；有方的有圓的等等 碳刷適用于各種電動機、發電機、輪軸機。具有較好的換向性能，使用壽命長。碳刷是用于電機的換向

4、器或滑環上，作為導出導入電流的滑動接觸體，它的導電，導熱以及潤滑性能良好，并具有一定的機械強度和換向性火花的本能。幾乎所有的電機都使用碳刷，它是電機的重要組成部件。廣泛適用于各種交直流發電機，同步電動機，電瓶直流電動機，吊車電機集電環，各型電焊機等等。 隨著科學技術的發展，電機的種類和使用的工況條件越來越多樣化，因而需要有各種不同品級的電刷來滿足這些要求，故電刷的種類也隨著電機工業的發展而越來越多。9第9頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二一.碳刷的作用：10第10頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二2 碳刷的分類碳刷分類方法有：1. 按材質的軟硬可

5、分為軟質碳刷，中硬質碳刷和硬質碳刷。2. 按碳刷的使用對象可分為汽輪發電機用碳刷，軋鋼電機有用碳刷，牽引電機用碳刷，汽車拖拉機用碳刷，電動工具用碳刷，飛機電機用電等。3. 按碳刷的顏色分為黑色碳刷 (用純碳石墨材料制成)和有色碳刷 (用銅等金屬材料和石墨制成)。4制作工藝：金屬石墨類：該類碳刷的主要材料是電解銅和石墨。 天然石墨類 ：天然石墨是該類碳刷的主要原材料黏結劑采用瀝青或樹脂，經過烘焙或1000度燒結而成。這類電機有良好的潤滑性能和集流性能。多數用于運行平穩的中小型直流電機和高速汽輪發電機集電環。 電化石墨類 ：要成分是碳黑、焦碳和石墨等各種碳素粉末材料組成，經2500度高溫處理，使轉

6、化為微晶型人造石墨。這類碳刷具有優異的換向性和自潤滑性能。11第11頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3碳刷打火的原因 集電環-碳刷裝置的火花故障不是一種頻發性故障，也不是一種很難分析判斷的故障， 但根據最近的事故統計資料表明，近年來由于環火造成發電機滑環燒毀惡性事故卻逐漸增多，通過我公司1號發電機碳刷環火集電環燒損這一發電機典型事故和根據近十多年我公司發電機碳刷運行狀況，分析了由碳刷、集電環造成發電機滑環火花故障的原因，介紹了防止碳刷及集電環事故的預防措施。12第12頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3碳刷打火的原因 公司1號發電機曾因勵磁碳刷

7、環火造成1次事故。當時機組容量為 200 MW，發電機的勵磁形式為他勵，額定勵磁電流 1765 A，勵磁碳刷采用非恒壓形式，主勵每極32條碳刷，碳刷型號為D172HT（國產哈爾濱產）。事故發生后檢查發現滑環側損壞非常嚴重，南北兩個刷架上的刷握大部分燒熔或部分燒熔，彈簧燒熔及斷裂情況普遍，造成部分碳刷脫出。固定刷握的銅支架也大多燒熔或部分燒熔。碳刷刷辮大多燒斷，部分碳刷燒熔。兩側刷架各有幾個電弧燒傷點。經申請中調同意轉入小修。如果現在出現類似事故，對于我公司經濟損失將是非常大的，一是滑環生產周期限制，短時間內不能生產出來，現在在哈電 上電 東電等國內大型生產廠家，都是按訂單生產，且排的非常滿。二

8、是兩個細則考核非常嚴格，所以從另一個角度來說，我們也出不起這種事故。13第13頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3碳刷打火的原因近幾年時間內，1號 2號發電機相繼發生滑環過熱，碳刷打火情況，最為嚴重的是2004年4月-10月長達半年的時間內（電氣分公司派專人24小時輪流監視調整），1號機主副勵滑環碳刷嚴重過熱 打火，有時會出現瞬間環火，主勵碳刷刷辯溫度最高達到250以上，情況最危急的一次接連燒斷碳刷刷辯6塊（每極滑環32塊碳刷），另有多塊碳刷因負擔電流過大造成過熱而卡澀，嚴重威脅機組安全運行14第14頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3碳刷打火的

9、原因 電刷在集電環上運行時，會在其接觸面上形成一層均勻、適度、穩定的氧化膜，這是電機運行良好的主要標志之一。因為這層氧化膜的存在，改變了電刷與集電環的接觸特性、減少了摩擦、降低磨損、延長使用壽命。氧化膜是一種復合薄膜，其組成成分與電刷型號及集電環的材料成分有關。氧化膜的正常厚度在8100nm的范圍內，一般為25nm。一般接觸面只有電刷總面積的千分之幾左右。接觸面積的大小，由電機的轉速、集電環材質的硬度、加工精度、偏擺度、電刷的材質、電刷上的壓力大小等因素來決定。15第15頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3碳刷打火的原因氧化膜具有非常好的潤滑性能，電刷與集電環接觸表面起

10、潤滑作用的潤滑層主要是石墨膜，這層石墨膜，將電刷與集電環分開，使摩擦在石墨潤滑層間進行，降低了摩擦系數，減少了摩擦熱的產生，減少了電刷的磨損。電刷的過熱故障，很多情況是由于氧化膜被破壞且無法重新建立導致的。16第16頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3碳刷打火的原因電刷在運行中最常見的故障為發熱、產生火花，嚴重的燒損電刷刷握及集電環。從產生過熱故障的原因發熱看，主要有以下幾個方面：17第17頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3碳刷打火的原因3.1 由于通風不良導致的通風不良主要是因為冷卻風道堵塞，集電環表面通風溝、通風孔堵塞、循環風扇風量下降等原

11、因，尤其是當運行中集電環表面溫度過高時，導致電刷磨損加劇，碳粉積聚增加，有可能會堵塞上述集電環表面的散熱通道。因此在大小修時，應對集電環表面通風溝、孔以及冷卻風道濾網進行清理，保持通暢。對于經過多次車削的集電環，如果集電環表面的通風溝高度不到5mm，已經車削到徑向限制孔時，就應當按照說明書根據最小使用外徑進行更換，以保證集電環的機械及散熱可靠性。（對于我公司#1發電機主勵碳刷長期發熱的原因在上次增容改造過程中發現主勵風扇擋板裝反，造成冷卻風量不足，導致集電環過熱，重新安裝以后冷卻效果明顯）18第18頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二通風不良3碳刷打火的原因19第19頁，

12、共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3碳刷打火的原因3.2 由于接觸電阻過大或分布不均勻而產生的發熱集電環和電刷是通過相互滑動接觸導通勵磁電流的，根據容量及型號的不同，每個集電環上大約分布著32只電刷，由于接觸電阻的不同，電流分配的差異，會導致發熱不均勻20第20頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3.2 由于接觸電阻過大或分布不均勻而產生的發熱有以下幾個原因：（1）電刷與集電環表面接觸電阻、電刷與刷辮接觸電阻、刷辮與刷架引線接觸電阻過大。同時檢查回路中各螺絲是否緊固。檢查電刷接觸面的清潔程度，是否存在油污污染。 （2）電刷壓力不均勻或不符合要求。一般非

13、恒壓彈簧碳刷新換上和壓緊彈簧，碳刷與滑環接觸面的接觸緊力較大，即接觸壓降小，所有32條碳刷工況相近，每條碳刷的電流接近相等，刷體的平均溫度較低，碳刷間電流相對穩定平衡（稱作強平衡）。運行一段時間后，碳刷的磨損量相近，但出現了氧化膜、氣膜、卡阻等因素，碳刷磨短了或彈簧壓力降低了，碳刷接觸面的接觸緊力減小，碳刷間電流二次再分配，每條碳刷的電流差別增大，處于不穩定平衡（稱作弱平衡）。這個階段時間長，逐漸變化，不容易引起警覺。當環境溫度升高或勵磁電流增加時，隨時可造成弱平衡破壞。另外，非恒壓碳刷隨著碳刷的磨損，彈簧壓力也會明顯減小，壓力小到一定程度，接觸不穩定，接觸壓降增大，發熱增加。對以上情況，可使

14、用彈簧秤檢查電刷壓力，非恒壓的電刷彈簧，有規定時壓力應符合其產品的規定，當無規定時，應調整到不使電刷冒火的最低壓力，一般為140250g/cm2，同一刷架上每個電刷的壓力應均勻。3碳刷打火的原因21第21頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3碳刷打火的原因（3）集電環與轉子引線接觸電阻過大，這種情況應對集電環與轉子引線間的緊固螺絲進行加固。（4）電刷材質不良、導電性能差、使用的型號不符合要求或者使用了不同型號的電刷。同一電機上應使用同一型號、同一制造廠的電刷，對于外觀檢查有明顯差異的電刷應更換。（5）碳刷使用過程中電阻值逐漸增大。將購買的新碳刷用電橋法測量：上海摩根碳刷其

15、直阻值為0.0180.020，法國羅蘭碳刷其直阻值為0.00170.0019，電阻分散性不大（不同牌號的碳刷其阻值相差很大，所以嚴禁不同牌號的碳刷混用）；另外測量在機組使用一段時間后更換下來的碳刷，測得上海摩根碳刷直阻值為0.0180.02，法國羅蘭碳刷其直阻值為0.0020.009，電阻分散性不大即部分碳刷的電阻增大了；將曾經嚴重過熱的碳刷拆下測得電阻值為0.020.3，電阻分散性很大，電阻也大了許多，電阻值的增大使碳刷的電阻發熱增加，同時也造成了電刷電流分配的不均勻。22第22頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3碳刷打火的原因3.3 由于機械及摩擦等原因造成的過熱集

16、電環與電刷過熱故障中，很大一部分是由于機械及摩擦等原因導致的過熱，在我公司#1#2發電機起機時而未加勵磁的情況下（一般定速以后投入勵磁系統），曾經發現集電環與電刷溫度高，或者在運行中溫度過高，一般電刷溫度超過100時，拔出幾只電刷后，溫度反而降低，那就基本可以肯定是由于機械及摩擦原因導致的。機械及摩擦導致發熱的情況很復雜，主要有以下幾個方面：（1）電刷接觸面研磨不良或運行中一次更換過多的電刷。運行中更換電刷，在同一時間內，每個刷架上最多只允許更換電刷總數的1/4左右。換上的新電刷應事先在與集電環直徑相同的模型上研磨好，且新舊牌號須一致。如果在大修時一次更換的電刷很多，應當在投運前沖轉時，為電刷

17、表面形成氧化膜留夠充足的時間。（2）電刷與集電環接觸面過小，接觸面積一般不應小于單個電刷截面的75。（3）電刷在刷盒中搖擺或動作卡阻。碳刷通過電流后發熱，刷體膨脹，易卡在刷握，這時拉動刷辮感覺很緊；部分碳劇由于振動、刷握不垂直等原因，會在刷握一側的上沿和另一側下沿產生明顯卡阻，為防止此類現象發生，在安裝時一要保證刷握垂直，另外碳刷與刷握之間的間隙應符合產品的規定，當無規定時，其間隙可為0.100.20mm。電刷外形要方正，上下端尺寸誤差不得大于0.05mm。（4）刷握與集電環表面間隙過大。由于電刷材質較脆，當刷握與集電環表面間隙過大時，運行中電刷不能整體接觸集電環，與集電環呈斜面接觸，容易造成

18、電刷崩裂的情況。刷握與集電環表面的間隙應符合產品技術要求，當產品無規定時，其間隙可調整為23mm。調整間隙時，可使用一層23mm厚的橡膠墊附在集電環表面，將刷握抵到橡膠墊上，然后上緊定位螺絲，取出橡膠墊。（5）碳刷接觸面形成氣膜。D172碳刷最大圓周速度為70 m/s，發電機勵磁滑環直徑為445 mm，折算后滑環表面圓周速度為69.9 m/s，碳刷在允許最大速度下運行，很容易在碳刷接觸面產生氣膜和跳動，流過碳刷的電流不穩定。23第23頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二3碳刷打火的原因3.4 由于碳刷在運行過程中產生跳振滑環由于長時間磨損，碳刷壓力不均勻以及刷盒安裝角度不

19、與滑環垂直，造成圓度和錐度超標，造成碳刷在運行過程中產生跳振現象，我公司一期兩臺勵磁機副勵滑環都出現過此類現象。24第24頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二4碳刷打火的預防措施4碳刷打火的預防措施25第25頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二4碳刷打火的預防措施4.1 創建電刷表面氧化膜形成和正常工作的條件氧化膜的形成需要一些條件，當條件不滿足時，氧化膜無法形成或形成不良，主要有以下幾個原因：（1）溫度過高：電刷的氧化膜一般在70左右較易形成，當集電環、電刷出現過熱故障時，通常溫度都在150以上，在05年夏季#1發電機碳刷嚴重打火期間，最高曾測得2

20、25，此時即便換上新的電刷，氧化膜也不易形成，無法起到潤滑作用，電刷磨損將加劇，導致溫度繼續升高，成為惡性循環。此時可采取外部強迫降溫的方法，譬如涂抹凡士林、大功率風扇通風等手段，使集電環溫度降到正常范圍內，持續一段時間，讓電刷表面氧化膜逐漸形成，使之進入良性循環狀態。（2）冷卻空氣中有污染性雜質：空氣中的雜質對電刷表面氧化膜的形成將帶來不利影響，這些雜質包括：硫化物或鹵族元素的腐蝕性氣體、空氣中油氣混合物、粉塵、鐵屑、鐵銹粉塵、碳粉等其他雜質。我公司1號、2號、5號、6號發電機曾經由于消音罩軸封或軸瓦密封軸封間隙調整不合適和漏油，致使滑環和碳刷上附著油污和粉塵，另外電刷磨損時，本身會產生碳粉

21、的粉塵雜質，可采用在刷架罩冷卻通風循環通道上安裝過濾裝置來改善刷架罩內的空氣質量，我公司一期兩臺發電機均已安裝。（3）空氣濕度太低或含氧量太低：電刷表面氧化膜的形成需要空氣中有一定的水分含量，即空氣濕度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要與空氣中的氧氣發生氧化作用而產生，當含氧量過低時也不利于氧化膜的形成。26第26頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二4碳刷打火的預防措施氧化膜無法形成或形成不良除與上述因素有關外，表面光潔度還有電刷過度研磨、使用溶劑（清洗劑）進行擦拭、集電環不良以及碳刷材質不合格等原因。27第27頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39

22、分，星期二4碳刷打火的預防措施4.2 嚴格控制電刷及刷架產品的質量目前，同一品牌的電刷，都是在各個不同的地方、不同的工廠加工的。這就要求我們在進貨過程中對產品質量嚴格把關，對生產廠家的工藝和質量檢測手段及程序進行了解。（我公司曾經因為碳刷質量問題而造成滑環磨損導致碳刷打火）28第28頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二4碳刷打火的預防措施4.3 生產運行中加強對集電環及電刷的維護管理將消除碳刷火花的被動管理形式改為控制碳刷電流分配和溫度的主動管理形式。加強電刷、集電環系統的專職維護制度，提高專責人的技術水平。在生產現場配備直流鉗表和測溫表，每班測量和掌握每個碳刷電流和溫度

23、，碳刷電流控制在1090A，刷體溫度控制在不大于80，及時消除電流不平衡、氣膜、氧化膜、卡阻等因素，保證碳刷在強平衡狀態工作。消除碳刷太短、電阻值變大、卡阻、階梯形四面體等現象。29第29頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二4碳刷打火的預防措施4.4 避免碳刷在運行中出現跳振現象有時因為機組振動或滑環表面光潔度不良而造成碳刷跳動，后果一是容易造成碳刷邊角脆裂，二是造成碳刷單邊磨損犯卡過熱，此時可采取在碳刷和壓簧之間加裝楔形墊片，使碳刷的受力方向與發電機旋轉方向相反，可避免碳刷在運行中出現跳振現象，但是在機組振動良好或滑環氧化膜形成之后，應分批將加裝的楔形墊片一一取下，并更

24、換上新的碳刷。30第30頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二4碳刷打火的預防措施4.5 確保滑環和碳刷清潔對于運行中因消音罩軸封或軸瓦密封軸封間隙調整不合適和漏油，致使滑環和碳刷上附著油污和粉塵，在平時應該勤維護和吹拂清掃，并對滑環冷卻風道的濾網定期清掃，確保滑環和碳刷清潔。31第31頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二4碳刷打火的預防措施4.6 保證滑環的圓度和錐度合格如果運行過程中碳刷出現跳振情況，待停機時檢查滑環的圓度和錐度是否合格，如果超標要進行車削處理，（1號2號勵磁機副勵滑環都曾經車削過）32第32頁，共42頁，2022年，5月20日，1

25、8點39分，星期二5 碳刷的日常維護及調整5 碳刷的日常維護及調整33第33頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二5 碳刷的日常維護及調整5.1 日常 更換和調整發電機碳刷應注意的事項： （1） 嚴禁兩人同時工作； （2） 工作時必須將衣服和袖口扣好，以免被轉動部分絞傷； （3） 工作時站在絕緣墊上； （4） 嚴禁同時觸摸兩極或一極對地（防護罩）； （5） 同一機組應使用同一型號碳刷； （6） 在碳刷上部低于刷握或與刷握一樣平時應立即更換。34第34頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二5 碳刷的日常維護及調整5.2 如何打磨發電機碳刷（1） 以前D17

26、2型碳刷來看均偏厚，所以使用前均需進行打磨 打磨至碳刷在刷握內能上下自如（一般經驗碳刷在刷握內與四周 間隙均在0.2mm即可）：如打磨過多，碳刷在刷握內晃動，易破損， 還可造成接觸面過小而發熱，打磨過少時又容易造成碳刷膨脹后卡 澀； （2） 打磨碳刷底部弧形與中壓自動主汽門圓柱弧形差不多，所以在打 磨底部弧形時，用砂布墊在永磁機定子外部相對的位置（個人經驗）； （3） 打磨好的碳刷放入相應的刷極握內用手頂緊，檢驗接觸面是否合適直至接觸面大于70%即認為合格。35第35頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二5 碳刷的日常維護及調整 5.3 如何更換碳刷？新碳刷的檢查外觀 1、

27、料件無混裝、錯裝現象；2、制件表面應色澤均勻，材質統一；3、無破損，裂痕，缺料等現象；4、接線片等沖壓件修整干凈，無明顯毛刺；5、碳刷辮纏繞齊整，無散線現象；碳刷辮填沖檢查 1剖體檢查，填碳刷辮埋深度小于5MM；2碳刷辮填埋部分應整齊、有序；3碳刷體與碳刷辮間能承受15N的拉力；36第36頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二5 碳刷的日常維護及調整更換步驟（首先使用防護罩將兩級分開）1）先取下需更換碳刷的彈簧夾，然后將碳刷從刷握中取出放在手中，再用工具將接頭螺栓擰松后取下； （2）將打磨好的碳刷放在刷握內活動自如，且接觸面大于70%時，取 回手中將其軟線與碳刷鋁排上緊后，

28、才能將碳刷放入刷握中，再上緊簧夾，以免更換碳刷時造成冒火；37第37頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二5 碳刷的日常維護及調整5.4 碳刷冒火時的調整 碳刷冒火的原因主要有兩種：一是因流過碳刷的電流過大引起，二是因碳刷卡澀間斷與滑環接觸引起，所以針對不同原因進行調整： （1） 因電流過大引起冒火處理先視情況：若有溫度低、不冒火、不卡澀的碳刷，在其間換上新的彈簧夾，增大壓力，強迫冒火碳刷的電流轉移，這樣冒火現象基本消失；若有溫度低、不冒火但有卡澀的碳刷，則先逐個取下打磨至其在刷握內能活動自如，碳刷冒火也基本消失； （2） 碳刷卡澀、間斷與滑環接觸面冒火的處理：先檢查其他碳刷接帶負荷正常（主要用手觸摸軟線溫度正常即可），取下卡澀碳刷進行打磨至在刷握內活動自如，又不要在刷握中晃動過大，或碳刷重新換方向放入刷握內，這樣冒火也基本能消除。38第38頁，共42頁，2022年，5月20日，18點39分，星期二5 碳刷的日常維護及調整5.5 發電機碳刷溫度高和破損的處理 1、 發電機碳刷