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淺談發(fā)電機集電環(huán)發(fā)熱現象及處理意見(jiàn)

  【摘要】發(fā)電機電刷是傳導電流的滑動(dòng)接觸體。擔負著(zhù)對轉子繞組提供勵磁電流的任務(wù)。實(shí)踐證明:發(fā)電機運行的可靠性,在很大程度上決定于電刷的性能。 
  根據電刷的生產(chǎn)方法,分為兩類(lèi)。一類(lèi)是有色電刷,即金屬石墨電刷。一類(lèi)是黑色電刷。有色電刷中,含有色金屬,主要是銅粉、銀粉、其次是鉛粉、錫粉、氧化鉛粉等,余量為鱗片石墨粉。各種金屬粉末含量多少隨電刷的技術(shù)要求而定。文中詳細分析了發(fā)電機電刷運行中發(fā)熱的原因及其處理方法,為運行中防止發(fā)電機電刷過(guò)熱、打火、嚴重燒損電刷刷握和集電環(huán)提出了建議、方法。 
  【關(guān)鍵詞】發(fā)電機 集電環(huán) 發(fā)熱 
  發(fā)電機電刷在集電環(huán)上運行時(shí),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(huán)的接觸特性、減少了摩擦、降低磨損、延長(cháng)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(huán)的材料成分有關(guān)。氧化膜的正常厚度在8-100nm的范圍內,一般為25nm.用電子顯微鏡觀(guān)察發(fā)現,電刷與集電環(huán)接觸面是由無(wú)數個(gè)點(diǎn)相接觸,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(huán)材質(zhì)的硬度、加工精度、偏擺度、電刷的材質(zhì)、電刷上的壓力大小等因素來(lái)決定。 
  研究發(fā)現,外加電壓小時(shí),氧化膜絕緣,當電壓升高到一定值時(shí),氧化膜被擊穿。當擊穿后,不管電流如何增加,由于導電點(diǎn)的增加、導電面積的擴大,則接觸電壓保持恒定。 
  氧化膜具有非常好的潤滑性能,電刷與集電環(huán)接觸表面起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(huán)分開(kāi),使摩擦在石墨潤滑層間進(jìn)行,降低了摩擦系數,減少了摩擦熱的產(chǎn)生,減少了電刷的磨損。電刷的過(guò)熱故障,很多情況是由于氧化膜被破壞且無(wú)法重新建立導致的。 
  一、電刷及集電環(huán)常見(jiàn)故障的原因及解決辦法 
  電刷在運行中最常見(jiàn)的故障為發(fā)熱、產(chǎn)生火花、嚴重的燒損電刷刷握及集電環(huán)。從產(chǎn)生過(guò)熱故障的原因看,主要有以下幾個(gè)方面: 
  1、由于通風(fēng)不良導致的發(fā)熱:通風(fēng)不良主要是因為冷卻風(fēng)道堵塞,集電環(huán)表面通風(fēng)溝、通風(fēng)孔堵塞、循環(huán)風(fēng)扇風(fēng)量下降等原因,尤其是當運行中集電環(huán)表面溫度過(guò)高時(shí),導致電刷磨損加劇,碳粉積聚增加,有可能會(huì )堵塞上述集電環(huán)表面的散熱通道。因此在大小修時(shí),應對集電環(huán)表面通風(fēng)溝、孔以及冷卻風(fēng)道濾網(wǎng)進(jìn)行清理,保持通暢。對于經(jīng)過(guò)多次車(chē)削的集電環(huán),如果集電環(huán)表面的通風(fēng)溝高度不到5mm,已經(jīng)車(chē)削到徑向限制孔時(shí),就應當按照說(shuō)明書(shū)根據最小使用外徑進(jìn)行更換,以保證集電環(huán)的機械及散熱可靠性。 
  2、由于接觸電阻過(guò)大或分布不均勻而產(chǎn)生的發(fā)熱:集電環(huán)和電刷是通過(guò)相互滑動(dòng)接觸導通勵磁電流的,根據容量及型號的不同,每個(gè)集電環(huán)上大約分布著(zhù)數十只電刷,由于接觸電阻的不同,電流分配的差異,會(huì )導致發(fā)熱不均勻,有以下幾個(gè)原因:(1)電刷與滑環(huán)表面接觸電阻、電刷與刷辮接觸電阻、刷辮與刷架引線(xiàn)接觸電阻過(guò)大??赏ㄟ^(guò)測量單個(gè)電刷總壓降、電刷接觸壓降、刷體壓降、聯(lián)結壓降、刷辮壓降進(jìn)行相互間對比來(lái)檢查。同時(shí)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,可能有電刷過(guò)短、彈簧由于過(guò)熱變軟老化失去彈性等原因。應使用彈簧秤檢查電刷壓力。恒壓彈簧應完整無(wú)機械損傷,壓力應符合其產(chǎn)品的規定,同一極上的彈簧壓力偏差不宜超過(guò)5%;非恒壓的電刷彈簧,有規定時(shí)壓力應符合其產(chǎn)品的規定,當無(wú)規定時(shí),應調整到不使電刷冒火的最低壓力,一般為140-250g/cm2,同一刷架上每個(gè)電刷的壓力應均勻。(3)集電環(huán)與轉子引線(xiàn)接觸電阻過(guò)大,這種情況應對集電環(huán)與轉子引線(xiàn)間的緊固螺絲進(jìn)行加固。(4)電刷材質(zhì)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(chǎng)的電刷,對于外觀(guān)檢查有明顯差異的電刷應更換。 
  3、由于機械及摩擦等原因造成的過(guò)熱:集電環(huán)與電刷過(guò)熱故障中,很大一部分是由于機械及摩擦等原因導致的過(guò)熱,如果在開(kāi)機時(shí)還未加勵磁,就已經(jīng)發(fā)現集電環(huán)與電刷溫度高,或者在運行中溫度過(guò)高,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(fā)熱的情況很復雜,主要有以下幾個(gè)方面:(1)電刷接觸面研磨不良或運行中一次更換過(guò)多的電刷。運行中更換電刷,在同一時(shí)間內,每個(gè)刷架上只允許更換1-2個(gè)電刷。換上的新電刷應事先在與集電環(huán)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(shí)一次更換的電刷很多,應當在投運前沖轉時(shí),為電刷表面形成氧化膜留夠充足的時(shí)間。(2)電刷與集電環(huán)接觸面過(guò)小,接觸面積一般不應小于單個(gè)電刷截面的75%。(3)電刷在刷盒中搖擺或動(dòng)作卡澀。電刷在刷握內應能上下自由移動(dòng),其間隙應符合產(chǎn)品的規定,當無(wú)規定時(shí),其間隙可為0.10-0.20mm.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(huán)表面間隙過(guò)大。由于電刷材質(zhì)較脆,當刷握與集電環(huán)表面間隙過(guò)大時(shí),運行中電刷不能整體接觸集電環(huán),與集電環(huán)呈斜面接觸,容易造成電刷崩裂的情況。刷握與集電環(huán)表面的間隙應符合產(chǎn)品技術(shù)要求,當產(chǎn)品無(wú)規定時(shí),其間隙可調整為2-3mm.調整間隙時(shí),可使用一層2-3mm厚的橡膠墊附在集電環(huán)表面,將刷握抵到橡膠墊上,然后上緊定位螺絲,取出橡膠墊。 
  二、幾起集電環(huán)、電刷故障的分析及建議 
  1、加強對電刷表面氧化膜的認識,創(chuàng )建其形成和正常工作的條件:近期發(fā)生的幾起故障,主要原因是因為電刷表面的氧化膜潤滑層無(wú)法形成,氧化膜的形成需要一些條件,當條件不滿(mǎn)足時(shí),氧化膜無(wú)法形成或形成不良,主要有以下幾個(gè)原因:(1)溫度過(guò)高:電刷的氧化膜一般在70℃左右較易形成,當集電環(huán)、電刷出現過(guò)熱故障時(shí),通常溫度都在150℃以上,此時(shí)即便換上新的電刷,氧化膜也不易形成,無(wú)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(huán)。此時(shí)可采取外部強迫降溫的方法,譬如涂抹凡士林、大功率風(fēng)扇通風(fēng)等手段,使集電環(huán)溫度降到正常范圍內,持續一段時(shí)間,讓電刷表面氧化膜逐漸形成,使之進(jìn)入良性循環(huán)狀態(tài)。(2)冷卻空氣中有污染性雜質(zhì):空氣中的雜質(zhì)對電刷表面氧化膜的形成將帶來(lái)不利影響,這些雜質(zhì)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(zhì)。電刷磨損時(shí),本身會(huì )產(chǎn)生碳粉的粉塵雜質(zhì),可采用在刷架罩冷卻通風(fēng)循環(huán)通道上安裝過(guò)濾裝置來(lái)改善刷架罩內的空氣質(zhì)量。(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(fā)生氧化作用而產(chǎn)生,當含氧量過(guò)低時(shí)也不利于氧化膜的形成。 
  氧化膜無(wú)法形成或形成不良除與上述因素有關(guān)外,還有電刷過(guò)度研磨、使用溶劑進(jìn)行擦拭、集電環(huán)表面光潔度不良以及碳刷材質(zhì)不合格等原因。 
  2、電刷及刷架產(chǎn)品在選購過(guò)程中應嚴格控制質(zhì)量:目前同一品牌的電刷,都是在各個(gè)不同的地方、不同的工廠(chǎng)加工的。這就要求我們在進(jìn)貨過(guò)程中對產(chǎn)品質(zhì)量嚴格把關(guān),對生產(chǎn)廠(chǎng)家的工藝和質(zhì)量檢測手段及程序進(jìn)行了解。 
  3、生產(chǎn)運行中加強對集電環(huán)及電刷的維護管理:加強電刷、集電環(huán)系統的專(zhuān)職維護制度,提高專(zhuān)責人的技術(shù)水平,嚴格按照《汽輪發(fā)電機運行規程》的要求對集電環(huán)、電刷進(jìn)行檢查和運行維護,一次更換電刷的數量要嚴格控制。另外要積極運用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行集電環(huán)、電刷日常的巡檢檢查以及對故障部位有懷疑時(shí)作為輔助分析的工具。



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