发电机碳刷打火原因和预防措施精.ppt
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1、发电机碳刷打火原发电机碳刷打火原因和预防措施因和预防措施第1页,本讲稿共42页Page 2 主要内容第2页,本讲稿共42页Page 3一一.碳刷的作用:碳刷的作用:1.将外部电流(励磁电流)通过碳刷而加到转动的转子上.发电的原理,是磁发电的原理,是磁场切割导线后,在场切割导线后,在导线产生电流。导线产生电流。发发电机是采用让磁场电机是采用让磁场旋转的方法切割导旋转的方法切割导线的。旋转磁场是线的。旋转磁场是转子,被切割的导转子,被切割的导线是定子。线是定子。为了让为了让转子产生磁场,必转子产生磁场,必须向转子的线圈输须向转子的线圈输入励磁电流。碳刷入励磁电流。碳刷就是用来将励磁发就是用来将励磁
2、发电机产生的励磁电电机产生的励磁电流送入转子线圈的。流送入转子线圈的。第3页,本讲稿共42页Page 4一一.碳刷的作用:碳刷的作用:200MW机组整流柜 第4页,本讲稿共42页Page 5一一.碳刷的作用:碳刷的作用:300MW励磁机消音罩(旋转整流励磁、无刷)第5页,本讲稿共42页Page 6一一.碳刷的作用:碳刷的作用:300MW励磁机小间 第6页,本讲稿共42页Page 7一一.碳刷的作用:碳刷的作用:300MW发电机消音罩、滑环刷架 第7页,本讲稿共42页Page 8一一.碳刷的作用:碳刷的作用:2.将大轴上的静电荷经过碳刷引入大地(接地碳刷)第8页,本讲稿共42页Page 9一一.
3、碳刷的作用:碳刷的作用:3.3.将大轴将大轴(地地)引至保护装置供转子接地保护及测量转子正负对地电压引至保护装置供转子接地保护及测量转子正负对地电压.4.改变电流方向(在整流子电机中,电刷还起着换向作用)除了感应式交流异步电动机没有外。其他的电机都有,只要转子有换向环的都有。除了感应式交流异步电动机没有外。其他的电机都有,只要转子有换向环的都有。碳刷它的作用主要是对金属磨擦的同时导电;它不象金属对金属磨擦导电时一样;金属对碳刷它的作用主要是对金属磨擦的同时导电;它不象金属对金属磨擦导电时一样;金属对金属磨擦导电时;磨擦力可能会增大;同时交接的地方可能会烧结在一起;而碳刷则不会;金属磨擦导电时;
4、磨擦力可能会增大;同时交接的地方可能会烧结在一起;而碳刷则不会;因为碳和金属是两种不同的元素;它的用途多半都用在电动机上;型状是多种多样的;有方因为碳和金属是两种不同的元素;它的用途多半都用在电动机上;型状是多种多样的;有方的有圆的等等的有圆的等等 碳刷适用于各种电动机、发电机、轮轴机。具有较好的换向性能,使用寿命长。碳碳刷适用于各种电动机、发电机、轮轴机。具有较好的换向性能,使用寿命长。碳刷是用于电机的换向器或滑环上,作为导出导入电流的滑动接触体,它的导电,导热刷是用于电机的换向器或滑环上,作为导出导入电流的滑动接触体,它的导电,导热以及润滑性能良好,并具有一定的机械强度和换向性火花的本能。
5、几乎所有的电机都以及润滑性能良好,并具有一定的机械强度和换向性火花的本能。几乎所有的电机都使用碳刷,它是电机的重要组成部件。广泛适用于各种交直流发电机,同步电动机,使用碳刷,它是电机的重要组成部件。广泛适用于各种交直流发电机,同步电动机,电瓶直流电动机,吊车电机集电环,各型电焊机等等。电瓶直流电动机,吊车电机集电环,各型电焊机等等。随着科学技术的发展,电机的随着科学技术的发展,电机的种类和使用的工况条件越来越多样化,因而需要有各种不同品级的电刷来满足这些要种类和使用的工况条件越来越多样化,因而需要有各种不同品级的电刷来满足这些要求,故电刷的种类也随着电机工业的发展而越来越多。求,故电刷的种类也
6、随着电机工业的发展而越来越多。第9页,本讲稿共42页Page 10一一.碳刷的作用:碳刷的作用:第10页,本讲稿共42页Page 112 2 碳刷的分类碳刷的分类碳刷分类方法有:1.按材质的软硬可分为软质碳刷,中硬质碳刷和硬质碳刷。2.按碳刷的使用对象可分为汽轮发电机用碳刷,轧钢电机有用碳刷,牵引电机用碳刷,汽车拖拉机用碳刷,电动工具用碳刷,飞机电机用电等。3.按碳刷的颜色分为黑色碳刷(用纯碳石墨材料制成)和有色碳刷(用铜等金属材料和石墨制成)。4制作工艺:金属石墨类:该类碳刷的主要材料是电解铜和石墨。天然石墨类:天然石墨是该类碳刷的主要原材料黏结剂采用沥青或树脂,经过烘焙或1000度烧结而成
7、。这类电机有良好的润滑性能和集流性能。多数用于运行平稳的中小型直流电机和高速汽轮发电机集电环。电化石墨类:要成分是碳黑、焦碳和石墨等各种碳素粉末材料组成,经2500度高温处理,使转化为微晶型人造石墨。这类碳刷具有优异的换向性和自润滑性能。第11页,本讲稿共42页Page 123 3碳刷打火的原因碳刷打火的原因 集电环-碳刷装置的火花故障不是一种频发性故障,也不是一种很难分析判断的故障,但根据最近的事故统计资料表明,近年来由于环火造成发电机滑环烧毁恶性事故却逐渐增多,通过我公司1号发电机碳刷环火集电环烧损这一发电机典型事故和根据近十多年我公司发电机碳刷运行状况,分析了由碳刷、集电环造成发电机滑环
8、火花故障的原因,介绍了防止碳刷及集电环事故的预防措施。第12页,本讲稿共42页Page 133 3碳刷打火的原因碳刷打火的原因 公司1号发电机曾因励磁碳刷环火造成1次事故。当时机组容量为 200 MW,发电机的励磁形式为他励,额定励磁电流 1765 A,励磁碳刷采用非恒压形式,主励每极32条碳刷,碳刷型号为D172HT(国产哈尔滨产)。事故发生后检查发现滑环侧损坏非常严重,南北两个刷架上的刷握大部分烧熔或部分烧熔,弹簧烧熔及断裂情况普遍,造成部分碳刷脱出。固定刷握的铜支架也大多烧熔或部分烧熔。碳刷刷辫大多烧断,部分碳刷烧熔。两侧刷架各有几个电弧烧伤点。经申请中调同意转入小修。如果现在出现类似事
9、故,对于我公司经济损失将是非常大的,一是滑环生产周期限制,短时间内不能生产出来,现在在哈电 上电 东电等国内大型生产厂家,都是按订单生产,且排的非常满。二是两个细则考核非常严格,所以从另一个角度来说,我们也出不起这种事故。第13页,本讲稿共42页Page 143 3碳刷打火的原因碳刷打火的原因近几年时间内,近几年时间内,1号号 2号发电机相号发电机相继发生滑环过热,碳刷打火情况,继发生滑环过热,碳刷打火情况,最为严重的是最为严重的是2004年年4月月-10月长月长达半年的时间内(电气分公司派专人达半年的时间内(电气分公司派专人24小时轮流监视调整),小时轮流监视调整),1号机主副号机主副励滑环
10、碳刷严重过热励滑环碳刷严重过热 打火,有时会打火,有时会出现瞬间环火,主励碳刷刷辩温度最出现瞬间环火,主励碳刷刷辩温度最高达到高达到250以上,情况最危急的一以上,情况最危急的一次接连烧断碳刷刷辩次接连烧断碳刷刷辩6块(每极滑环块(每极滑环32块碳刷),另有多块碳刷因负担电流块碳刷),另有多块碳刷因负担电流过大造成过热而卡涩,严重威胁机组安过大造成过热而卡涩,严重威胁机组安全运行全运行第14页,本讲稿共42页Page 153 3碳刷打火的原因碳刷打火的原因 电刷在集电环上运行时,会在其接触面上形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜,这是电机运行良好的主要标志之一。因为这层氧化膜的存在,改变了电刷与集
11、电环的接触特性、减少了摩擦、降低磨损、延长使用寿命。氧化膜是一种复合薄膜,其组成成分与电刷型号及集电环的材料成分有关。氧化膜的正常厚度在8100nm的范围内,一般为25nm。一般接触面只有电刷总面积的千分之几左右。接触面积的大小,由电机的转速、集电环材质的硬度、加工精度、偏摆度、电刷的材质、电刷上的压力大小等因素来决定。第15页,本讲稿共42页Page 163 3碳刷打火的原因碳刷打火的原因氧化膜具有非常好的润滑性能,电刷与集电环接触表面起润滑作用的润滑层主要是石墨膜,这层石墨膜,将电刷与集电环分开,使摩擦在石墨润滑层间进行,降低了摩擦系数,减少了摩擦热的产生,减少了电刷的磨损。电刷的过热故障
12、,很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。第16页,本讲稿共42页Page 173 3碳刷打火的原因碳刷打火的原因电刷在运行中最常见的故障为发热、产生火花,严重的烧损电刷刷握及集电环。从产生过热故障的原因发热看,主要有以下几个方面:第17页,本讲稿共42页Page 183 3碳刷打火的原因碳刷打火的原因3.1 由于通风不良导致的通风不良主要是因为冷却风道堵塞,集电环表面通风沟、通风孔堵塞、循环风扇风量下降等原因,尤其是当运行中集电环表面温度过高时,导致电刷磨损加剧,碳粉积聚增加,有可能会堵塞上述集电环表面的散热通道。因此在大小修时,应对集电环表面通风沟、孔以及冷却风道滤网进行清理,保持
13、通畅。对于经过多次车削的集电环,如果集电环表面的通风沟高度不到5mm,已经车削到径向限制孔时,就应当按照说明书根据最小使用外径进行更换,以保证集电环的机械及散热可靠性。(对于我公司#1发电机主励碳刷长期发热的原因在上次增容改造过程中发现主励风扇挡板装反,造成冷却风量不足,导致集电环过热,重新安装以后冷却效果明显)第18页,本讲稿共42页Page 19通风不良通风不良3碳刷打火的原因第19页,本讲稿共42页Page 203 3碳刷打火的原因碳刷打火的原因3.2 由于接触电阻过大或分布不均匀而产生的发热集电环和电刷是通过相互滑动接触导通励磁电流的,根据容量及型号的不同,每个集电环上大约分布着32只
14、电刷,由于接触电阻的不同,电流分配的差异,会导致发热不均匀第20页,本讲稿共42页Page 213.2 由于接触电阻过大或分布不均匀而产生的发热有以下几个原因:(1)电刷与集电环表面接触电阻、电刷与刷辫接触电阻、刷辫与刷架引线接触电阻过大。同时检查回路中各螺丝是否紧固。检查电刷接触面的清洁程度,是否存在油污污染。(2)电刷压力不均匀或不符合要求。一般非恒压弹簧碳刷新换上和压紧弹簧,碳刷与滑环接触面的接触紧力较大,即接触压降小,所有32条碳刷工况相近,每条碳刷的电流接近相等,刷体的平均温度较低,碳刷间电流相对稳定平衡(称作强平衡)。运行一段时间后,碳刷的磨损量相近,但出现了氧化膜、气膜、卡阻等因
15、素,碳刷磨短了或弹簧压力降低了,碳刷接触面的接触紧力减小,碳刷间电流二次再分配,每条碳刷的电流差别增大,处于不稳定平衡(称作弱平衡)。这个阶段时间长,逐渐变化,不容易引起警觉。当环境温度升高或励磁电流增加时,随时可造成弱平衡破坏。另外,非恒压碳刷随着碳刷的磨损,弹簧压力也会明显减小,压力小到一定程度,接触不稳定,接触压降增大,发热增加。对以上情况,可使用弹簧秤检查电刷压力,非恒压的电刷弹簧,有规定时压力应符合其产品的规定,当无规定时,应调整到不使电刷冒火的最低压力,一般为140250g/cm2,同一刷架上每个电刷的压力应均匀。3碳刷打火的原因第21页,本讲稿共42页Page 223 3碳刷打火
16、的原因碳刷打火的原因(3)集集电电环环与与转转子子引引线线接接触触电电阻阻过过大大,这这种种情情况况应应对对集电环与转子引线间的紧固螺丝进行加固。集电环与转子引线间的紧固螺丝进行加固。(4)电电刷刷材材质质不不良良、导导电电性性能能差差、使使用用的的型型号号不不符符合合要要求求或或者者使使用用了了不不同同型型号号的的电电刷刷。同同一一电电机机上上应应使使用用同同一一型型号号、同同一一制制造造厂厂的的电电刷刷,对对于于外外观观检检查查有有明明显显差差异的电刷应更换。异的电刷应更换。(5)碳碳刷刷使使用用过过程程中中电电阻阻值值逐逐渐渐增增大大。将将购购买买的的新新碳碳刷刷用用电电桥桥法法测测量量
17、:上上海海摩摩根根碳碳刷刷其其直直阻阻值值为为0.0180.020,法法国国罗罗兰兰碳碳刷刷其其直直阻阻值值为为0.00170.0019,电电阻阻分分散散性性不不大大(不不同同牌牌号号的的碳碳刷刷其其阻阻值值相相差差很很大大,所所以以严严禁禁不不同同牌牌号号的的碳碳刷刷混混用用);另另外外测测量量在在机机组组使使用用一一段段时时间间后后更更换换下下来来的的碳碳刷刷,测测得得上上海海摩摩根根碳碳刷刷直直阻阻值值为为0.0180.02,法法国国罗罗兰兰碳碳刷刷其其直直阻阻值值为为0.0020.009,电电阻阻分分散散性性不不大大即即部部分分碳碳刷刷的的电电阻阻增增大大了了;将将曾曾经经严严重重过过
18、热热的的碳碳刷刷拆拆下下测测得得电电阻阻值值为为0.020.3,电电阻阻分分散散性性很很大大,电电阻阻也也大大了了许许多多,电电阻阻值值的的增增大大使使碳碳刷刷的的电电阻阻发发热热增增加加,同同时时也造成了电刷电流分配的不均匀。也造成了电刷电流分配的不均匀。第22页,本讲稿共42页Page 233 3碳刷打火的原因碳刷打火的原因3.3 由于机械及摩擦等原因造成的过热集集电电环环与与电电刷刷过过热热故故障障中中,很很大大一一部部分分是是由由于于机机械械及及摩摩擦擦等等原原因因导导致致的的过过热热,在在我我公公司司#1#2发发电电机机起起机机时时而而未未加加励励磁磁的的情情况况下下(一一般般定定速
19、速以以后后投投入入励励磁磁系系统统),曾曾经经发发现现集集电电环环与与电电刷刷温温度度高高,或或者者在在运运行行中中温温度度过过高高,一一般般电电刷刷温温度度超超过过100时时,拔拔出出几几只只电电刷刷后后,温温度度反反而而降降低低,那那就就基基本本可可以以肯肯定定是是由由于于机机械械及及摩摩擦擦原原因因导导致致的的。机机械械及及摩摩擦擦导导致致发发热热的的情情况况很很复复杂杂,主主要要有有以以下下几几个个方方面面:(1)电电刷刷接接触触面面研研磨磨不不良良或或运运行行中中一一次次更更换换过过多多的的电电刷刷。运运行行中中更更换换电电刷刷,在在同同一一时时间间内内,每每个个刷刷架架上上最最多多
20、只只允允许许更更换换电电刷刷总总数数的的1/4左左右右。换换上上的的新新电电刷刷应应事事先先在在与与集集电电环环直直径径相相同同的的模模型型上上研研磨磨好好,且且新新旧旧牌牌号号须须一一致致。如如果果在在大大修修时时一一次次更更换换的的电电刷刷很很多多,应应当当在在投投运运前前冲冲转转时时,为为电电刷刷表表面面形形成成氧氧化化膜膜留留够够充充足足的的时时间间。(2)电电刷刷与与集集电电环环接接触触面面过过小小,接接触触面面积积一一般般不不应应小小于于单单个个电电刷刷截截面面的的75。(3)电电刷刷在在刷刷盒盒中中摇摇摆摆或或动动作作卡卡阻阻。碳碳刷刷通通过过电电流流后后发发热热,刷刷体体膨膨胀
21、胀,易易卡卡在在刷刷握握,这这时时拉拉动动刷刷辫辫感感觉觉很很紧紧;部部分分碳碳剧剧由由于于振振动动、刷刷握握不不垂垂直直等等原原因因,会会在在刷刷握握一一侧侧的的上上沿沿和和另另一一侧侧下下沿沿产产生生明明显显卡卡阻阻,为为防防止止此此类类现现象象发发生生,在在安安装装时时一一要要保保证证刷刷握握垂垂直直,另另外外碳碳刷刷与与刷刷握握之之间间的的间间隙隙应应符符合合产产品品的的规规定定,当当无无规规定定时时,其其间间隙隙可可为为0.100.20mm。电电刷刷外外形形要要方方正正,上上下下端端尺尺寸寸误误差差不不得得大大于于0.05mm。(4)刷刷握握与与集集电电环环表表面面间间隙隙过过大大。
22、由由于于电电刷刷材材质质较较脆脆,当当刷刷握握与与集集电电环环表表面面间间隙隙过过大大时时,运运行行中中电电刷刷不不能能整整体体接接触触集集电电环环,与与集集电电环环呈呈斜斜面面接接触触,容容易易造造成成电电刷刷崩崩裂裂的的情情况况。刷刷握握与与集集电电环环表表面面的的间间隙隙应应符符合合产产品品技技术术要要求求,当当产产品品无无规规定定时时,其其间间隙隙可可调调整整为为23mm。调调整整间间隙隙时时,可可使使用用一一层层23mm厚厚的的橡橡胶胶垫垫附附在在集集电电环环表表面面,将将刷刷握握抵抵到到橡橡胶胶垫垫上上,然然后后上上紧紧定定位位螺螺丝丝,取取出出橡橡胶胶垫垫。(5)碳碳刷刷接接触触
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