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汽轮发电机碳刷及滑环磨损的解决方法

  
评论: 更新日期:2011年03月31日

 蒙阴县鑫源热电有限公司#1机组为15MW汽轮发电机组,机组于2005年5月份投入运行,发电机定子额定电流为1031A;空载电流为259A;每个环有四个碳刷,碳刷的尺寸是60mm×32mm×25mm;励磁系统为自励半导体励磁系统;电源取自发电机本身,在发电机出口处接一台励磁变压器,经过半导体整流,经碳刷、滑环接入发电机转子,供给发电机励磁。
  
  1运行状况
  
  机组于2005年5月份投入运行以来,一直存在以下问题。
  
  碳刷磨损十分严重,截止2006年2月份,汽机侧碳刷更换了12块,发电机东侧的碳刷自运行以来没有更换过一块,而有一个位置的碳刷多次更换,磨损特别快。
  
  每个碳刷承担的电流有较大的偏差,小的0.5A,大的有20A。
  
  电刷表面有划痕,电刷有磨偏现象。
  
  运行过程中,碳刷及滑环的粉尘较多。
  
  滑环因碳刷长期冒火已在表面形成烧伤条纹。
  
  刷辫长期过热变色,有段时间温度达80~90℃。
  
  2问题分析
  
  发电机碳刷和滑环间工作面的磨损有两种:一是纯机械磨损;二是在电流作用下的电气磨损和机械磨损。
  
  2.1纯机械磨损
  
  碳刷和滑环表面相接触,由于弹簧压力作用和材料弹性变形的缘故,使直接接触部分互相嵌入。当相对滑动时,因摩擦作用而形成磨损。如果碳刷颗粒细软,则碳粉易被沾在滑环表面,使滑环成为具有亮滑的石磨镜面,碳刷的磨面也很光滑,两者的机械磨损都较小。但如果碳刷颗粒粗硬,或含有如金刚砂之类的硬质颗粒,则必然会使机械磨损大大增加。同时由于碳刷中含有少量的碳化铁、碳化硅即金刚沙灰粉,以提高电刷的耐磨性能,但也会使集电环表面拉成沟槽,一旦形成沟槽对发电机的危害极大。碳刷是非金属导电材料,电阻系数大,是铜的400倍。电阻产生的能耗高;持续的滑动摩擦导电产生的接触电阻、机械摩擦热耗,加上电刷的电阻能耗转化为高热易使弹簧失压及导线老化,引起接触不良、产生火花,严重影响发电机正常运行;
  
  2.2在电流作用下的电气磨损和机械磨损
  
  在电流作用下的电气磨损,是由于电弧高温和放电等因素的作用,使极面材料受到损坏的情况。由于电气磨损影响极面,所以也会对机械磨损的程度产生影响。
  
  由于电流通过碳刷和滑环的接触面,且其直接传导的部位不断变动,电流密度又很大,使一些点温度很高;又由于电弧的高温作用,会使两侧极面局部熔化、脱落,金属会变成金属蒸气,碳刷则结构松化,受氧化腐蚀而脱落,此即电气磨损的表现。但是,极性不同,磨损情况是不一样的。在电弧作用下,阳极(正极)表面局部灼热而蒸发出“金属蒸气”,使阳极表面损蚀,这叫“阳极蒸发”;阴极(负极)因受正离子撞击和高温作用发射电子,使阴极表面也遭受破坏,这叫“阴极粉化”。由于阳极蒸发和阴极粉化的作用,碳刷和滑环由于电流方向不同会出现极性差别。

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