一 : 发电机集电环发热现象及处理意见

电刷在集电环上运行时，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8－100nm的范围内，一般为25nm.用电子显微镜观察发现，电刷与集电环接触面是由无数个点相接触，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。
有研究发现，外加电压小时，氧化膜绝缘，当电压升高到一定值时，氧化膜被击穿。当击穿后，不管电流如何增加，由于导电点的增加、导电面积的扩大，则接触电压保持恒定。


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，很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。
一、电刷及集电环常见故障的原因及解决办法
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看，主要有以下几个方面：


1、由于通风不良导致的发热：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。


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数十只

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，有以下几个原因：（1）电刷与滑环表面接触电阻、电刷与刷辫接触电阻、刷辫与刷架引线接触

电阻过大。可通过测量单个电刷总压降、电刷接触压降、刷体压降、联结压降、刷辫压降进行相互间对比来检查。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，可能有电刷过短、弹簧由于过热变软老化失去弹性等原因。应使用弹簧秤检查电刷压力。恒

压弹簧应完整无机械损伤，压力应符合其产品的规定，同一极上的弹簧压力偏差不宜超过5％；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140－250g/cm2，同一刷架上每个电刷的压力应均匀。（3）集电环与转子引线接触电阻过大，这种情况

应对集电环与转子引线间的紧固螺丝进行加固。（4）电刷材质不良、导电性能差、使用的型号不符合要求或者使用了不同型号的电刷。同一电机上应使用同一型号、同一制造厂的电刷，对于外观检查有明显差异的电刷应更换。


3、由于机械及摩擦等原因造成的过热：集电环与电刷过热故障中，很大一部分是由于机械及摩擦等原因导致的过热，如果在开机时还未加励磁，就已经发现集电

环与电刷温度高，或者在运行中温度过高，拔出几只电刷后，温度反而降低，那就基本可以肯定是由于机械及摩擦原因导致的。机械及摩擦导致发热的情况很复杂，

主要有以下几个方面：（1）电刷接触面研磨不良或运行中一次更换过多的电刷。运行中更换电刷，在同一时间内，每个刷架上只允许更换1－2个电刷。换上的新

电刷应事先在与集电环直径相同的模型上研磨好，且新旧牌号须一致。如果在大修时一次更换的电刷很多，应当在投运前冲转时，为电刷表面形成氧化膜留够充足的

时间。（2）电刷与集电环接触面过小，接触面积一般不应小于单个电刷截面的75％。（3）电刷在刷盒中摇摆或动作卡涩。电刷在刷握内应能上下自由移动，其

间隙应符合产品的规定，当无规定时，其间隙可为0.10－0.20mm.电刷外形要方正，上下端尺寸误差不得大于0.05mm.（4）刷握与集电环表面间

隙过大。由于电刷材质较脆，当刷握与集电环表面间隙过大时，运行中电刷不能整体接触集电环，与集电环呈斜面接触，容易造成电刷崩裂的情况。刷握与集电环表

面的间隙应符合产品技术要求，当产品无规定时，其间隙可调整为2－3mm.调整间隙时，可使用一层2－3mm厚的橡胶垫附在集电环表面，将刷握抵到橡胶垫

上，然后上紧定位螺丝，取出橡胶垫。
二、几起集电环、电刷故障的分析及建议


1、加强对电刷表面氧化膜的认识，创建其形成和正常工作的条件：近期发生的几起故障，主要原因是因为电刷表面的氧化膜润滑层无法形成，氧化膜的形成需要

一些条件，当条件不满足时，氧化膜无法形成或形成不良，主要有以下几个原因：（1）温度过高：电刷的氧化膜一般在70℃左右较易形成，当集电环、电刷出现

过热故障时，通常温度都在150℃以上，此时即便换上新的电刷，氧化膜也不易形成，无法起到润滑作用，电刷磨损将加剧，导致温度继续升高，成为恶性循环。

此时可采取外部强迫降温的方法，譬如涂抹凡士林、大功率风扇通风等手段，使集电环温度降到正常范围内，持续一段时间，让电刷表面氧化膜逐渐形成，使之进入

良性循环状态。（2）冷却空气中有污染性杂质：空气中的杂质对电刷表面氧化膜的形成将带来不利影响，这些杂质包括：硫化物或卤族元素的腐蚀性气体、空气中

油气混合物、粉尘、铁屑、铁锈粉尘、碳粉等其他杂质。电刷磨损时，本身会产生碳粉的粉尘杂质，可采用在刷架罩冷却通风循环通道上安装过滤装置来改善刷架罩

内的空气质量。（3）空气湿度太低或含氧量太低：电刷表面氧化膜的形成需要空气中有一定的水分含量，即空气湿度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形

成主要与空气中的氧气发生氧化作用而产生，当含氧量过低时也不利于氧化膜的形成。
氧化膜无法形成或形成不良除与上述因素有关外，还有电刷过度研磨、使用溶剂进行擦拭、集电环表面光洁度不良以及碳刷材质不合格等原因。
2、电刷及刷架产品在选购过程中应严格控制质量：目前同一品牌的电刷，都是在各个不同的地方、不同的工厂加工的。这就要求我们在进货过程中对产品质量严格把关，对生产厂家的工艺和质量检测手段及程序进行了解。
3、生产运行中加强对集电环及电刷的维护管理：加强电刷、集电环系统的专职维护制度，提高专责人的技术水平，严格按照《汽轮发电机运行规程》的要求对集电环、电刷进行检查和运行维护，一次更换电刷的数量要严格控制。另外要积极运用红外热成像技术进行集电环、电刷日常的巡检检查以及对故障部位有怀疑时作为辅助分析的工具。
另外，本次会议还就定子绝缘引水管结垢提出分析建议：
1、当发现绝缘引水管结垢很严重时，或者已经影响到常规预试结果时，建议全部更换新的绝缘引水管。
2、发电机每次大修结束后，开机前定子水系统应使用除盐水进行带压力反复冲洗，直至排水清澈无颗粒，电导率合格。
3、发电机正常运行期间累积运行时间达到两个月遇有停机机会时，对定、转子内冷水系统进行反冲洗。
4、完善发电机整个冷却水系统，应尽可能使其密闭循环，运行中水质含铜量高，绝缘引水管内壁脏污结垢主要成分为铜，是因为水路不密闭，长期氧化腐蚀铜管导致。
5、加强运行中水质监控，内冷水质应严格按照运行规程执行。
6、对于水系统问题的解决应主要从平时运行维护抓起，各专业间应进行必要的沟通交流，对相互专业交叉知识部分应当有一定的了解。发电机是一个综合设备，关系到很多的专业层面，在某一个专业看来很重要的问题，也许并不能得到其他专业的重视，这就对设备的安全运行造成了很多隐患。

二 : 发电机集电环

发电机集电环环火事故分析及预防

陈仓，曹浩军

西安热＿７－－研究院有限公司，陕西西安７１００３２

［摘要］对发电机碳刷与集电环接触不良而引发的集电环环火及其导致的发电机大轴灼伤的过

程进行了分析，认为碳刷与集电环接触不良引发了局部打火，造成集电环温度升高，励磁电流在碳刷间分配不均，进而导致环火。对此，提出了防止集电环环火事故发生的预防措施。

［关键词］发电机；集电环；碳刷；打火；环火

［中图分类号］ＴＭ３ｌ

［文献标识码］Ｂ

［文章编号］１００２—３３６４（２００９）１０—００８５—０４

［ＤＯＩ编号］１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—３３６４．２００９．１０．０８５

ＡＮＡＬＹＳＩＳｏＦＣｏＬＬＥＣＴｏＲ—ＲＩＮＧＳ’ＦＩＲＥＡＣＣＩＤＥＮＴｏＣＣＵＲＲＥＤ

ｏＮＧＥＮＥＲＡＴＲＥＲＡＮＤＰＲＥＶＥＮＴＩｏＮＴＨＥＲＥｏＦ

ＣＨＥＮＣａｎｇ，ＣＡＯＨａｏ—ｊｕｎ

Ｘｉ＇ａｎＴｈｅｒｍａｌＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏＬｔｄ，Ｘｉ’ａｎ７１００３２，ＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＰＲＣ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇｓ＇ｆｉｒｅａｃｃｉｄｅｎｔｒｅｓｕｌｔｅｄｆｒｏｍｂａｄｃｏｎｔａｃｔｂｅｔｗｅｅｎｃａｒｂｏｎｂｒｕｓｈｅｓａｎｄｃｏｌ—ｌｅｃｔｏｒ——ｒｉｎｇｓｏｎｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒａｎｄｂｕｒｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｎｍａｉｎｓｈａｆｔｏｆｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｈａｖｅｂｅｅｎａｎａｌｙｓｅｄ．Ｉｔｉｓｂｅｌｉｅｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｌｏｃａｌｓｐａｒｋｓｒｅｓｕｌｔｉｎｇｆｒｏｍｂａｄｃｏｎｔａｃｔｂｅｔｗｅｅｎｃａｒｂｏｎｂｒｕｓｈｅｓａｎｄｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇｓｍａｋｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇｓｔｏｂｅｒｉｓｅｎ，ｔｈｅｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔａｍｏｎｇｃａｒｂｏｎｂｒｕｓｈｅｓｌｅａｄｓｆｕｒｔｈｅｒｔｏｆｉｒｅａｃｃｉｄｅｎｔｏｎｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇｓ，ｔｈｅｒｅｂｙ，ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｏｆｆｉｒｅａｃｃｉｄｅｎｔｏｎｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇ；ｃａｒｂｏｎｂｒｕｓｈ；ｓｐａｒｋｓ；ｆｉｒｅａｃｃｉｄｅｎｔｏｎｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇ集电环是发电机转子励磁电流的承载体，作为高引发集电环环火的因素

引发发电机集电环环火事故的因素有：（１）碳刷质

量不良，过热时碳刷容易碎裂，大量碎屑导致碳刷与集

电环之间拉弧；（２）靠近集电环的发电机密封瓦处漏

氢；（３）集电环冷却风进风口滤网堵塞，抽风量减小，影

响集电环表面冷却效果；（４）发电机密封油泄漏，以及

陈仓（１９７４一），男，硕士，主要从事火力发电厂电气技术监督研究。

ｃｈｅｎｃａｎｇ＠ｔｐｒｉ．ｃｏｍ．ａｎ

万方数据发电技术论坛一热艴鹱罐。二ｏ九０速滑动的接触部件，其在运行中打火现象比较普遍，严重时引发环火，直接导致机组停机事故。近年来，因为发电机碳刷与集电环接触不良导致发热引起的打火事故越来越多，对发电机励磁系统设备造成严重损伤，是引起发电机非计划停运的重要原因之一。对此，在对设备损伤情况分析的基础上，提出了预防措施。作者简介：Ｅ—ｍａｉｌ：

碳粉排出不畅，油气与碳粉混合物污染集电环室；（５）

碳刷与集电环表面接触不良，集电环表面及碳刷组件

过热等。其中，碳刷与集电环接触不良是导致集电环

环火烧损事故的主要原因。碳刷与集电环接触不良引

发局部打火，造成集电环温度升高，碳刷接触恶化，励

磁电流在碳刷间分配不均，导致环火。碳刷与集电环

表面接触不良通常难以发现，引起集电环环火事故经

历时间相对较短，因此难于及时处理。分担较多的电流；碳刷电气损耗与通过的电流平方成正比，这些碳刷发热量将随电流平方增加。在热传导作用下，集电环表面温度升高，运行环境发生劣化，发热严重的碳刷容易导致弹簧压力条件变化，严重时引起碳刷膨胀、卡涩，使碳刷与集电环表面接触进一步恶化。同时，因电流分配不均匀，发热量继续增加，形成接触与发热的劣化循环，进而引起个别碳刷打火。集电环表面被火花侵蚀后，接触电阻会继续增大，集电环

高温区域扩大，火花增大及其数量增多。同时，碳刷打

２接触不良导致环火的过程分析

２．１打火产生及发展火和电弧的高温会造成碳刷氧化，导致进一步的接触不良，加剧电流分配不均，引发更多的碳刷打火。图２为某电厂发电机集电环在运行中打火较严重时的情

碳刷与集电环表面接触不良引发打火是一个接触

情况不断恶化的渐变过程，造成碳刷与集电环表面接

触不良的原因有：（１）集电环表面氧化膜破坏，导致碳

刷与集电环表面接触电阻减小，同时摩擦损耗增大；

（２）碳粉排出不畅，填满集电环螺旋槽，气垫力增大，导

致碳刷与集电环接触压力不够，造成各碳刷电流不均

衡；（３）个别碳刷在刷握中卡涩；（４）集电环振动、火化

损伤集电环表面，导致碳刷与集电环接触状况恶化等。

图１为碳刷与集电环接触等效电路。图１中，Ｒ，

～Ｒ。、Ｒ。。～Ｒ。。为碳刷与集电环的接触电阻，Ｒ。为转

子电阻，正常运行时Ｒ。～Ｒ，。近似为０，Ｒ。为０．１Ｑ数

量级；Ｖ。～Ｖ。为接触压降（接触电阻两端的压降）；Ｖ。

为励磁电压。

发Ｒ。

图１碳刷与集电环接触等效电路

发电机碳刷数量很多，受集电环振动、衡压弹簧压

力差异、集电环表面缺陷等劣化因素的影响，使各碳刷

接触电阻不同，接触电阻大的部分碳刷发热严重。图

１中，各碳刷通过的电流工。～ｊ。与接触电阻Ｒ。～Ｒ。的

阻值成反比，正常运行的碳刷由于接触电阻不变，将会

万方数据况。图２运行中集电环局部打火发生打火时，应采取降低无功负荷、更换碳刷、研磨集电环等措施，如不及时采取措施，打火将继续加剧（打火数量增多，火星扩大），在调节增加励磁电流时，很容易使打火扩大为环火。环火形成及烧损集电环经历的时间较短，难以即刻处理。环火会造成集电环、碳刷、刷架、风扇烧损，严重时烧损发电机大轴，形成永久性损伤。２．２环火烧损设备的过程集电环环火发展的初期，碳刷与集电环表面打火，接触电阻增大，分配在接触电阻上的励磁压降不断升高，励磁回路电流将下降。此时，自动励磁调节器为了维持励磁电流衡定，将有一个升高励磁电压的过程，励磁能量相当一部分消耗在接触电阻上，造成集电环表面严重发热，导致碳刷碎裂，刷架烧损，集电环表面烧蚀，烧熔的刷架造成集电环轴绝缘碳化且短路。同时，集电环冷却风扇形成的吸力使碳刷环火向冷却风扇偏移，使励磁电流形成一个从集电环一冷却风扇一转子

…～～竺：篓譬通道（烧损的集电环绝缘）一集电环的短路通道（图３）。

～一一～毗一峭吣嘞一查一次；定期检查面

碳刷在刷盒内上下附着在刷盒壁的现象时，应立即研磨砖自由活动；定期检垄环）的磨损情况检查尽可能均匀；定期检的因素很多，尤其是

负极集电环

ｊ）查碳刷磨损状况，当

磨损程度时，应更换号，新碳刷开始使用

图４环火时等值电路接状况，检查其是否

动，导线是否氧化以，……或振动使刷握、刷辫Ｉ

固；定期检查隔音罩ｆ清理集电环、刷架装！及灰尘，隔音罩内的』不应附着碳灰尘和油

万方数据（ｂｊ集电坏图５集电环环火事故烧损情况（１）加强巡捡的大小，测量集电ｊ等；定期检查集电ｊＬ｛｝—台篓电厂发电机集电环环火事故造成的设备烧损情虱５。不火的预防加强设备巡检和维护（２）停机检查

沟、孔内的碳尘物，以免影响通风效果，同时应注意检

查集电环底部（运行中不易检查）的碳刷情况。为了使

２个集电环的磨损均匀，每隔一段时间（至少每年一

次）将发电机的集电环极性进行调换。如集电环有凸

凹点及变形偏心，应进行处理。对于集电环表面的凸

凹点，轻者用细纱布打磨（用专用木瓦辅助），由划伤或

灼伤造成较严重的凸凹点用重新精车的方法处理。检

查构成滑动接触的各部件状况，即集电环的表面状态、

氧化膜厚度、氧化膜是否均匀并有光泽以及碳刷接触

面状况等的检查。（１）加强对碳刷备品的检查，避免使用不合格的碳刷，使用新碳刷前应进行碳刷阻值测量，并应进行记录。（２）加强集电环室温湿度的监测，避免温度过高，尤其应避免因湿度过低导致碳刷磨损。（３）加强对靠近集电环侧的发电机密封瓦处漏氢的监测。（４）将刷握中的弹簧改为衡压弹簧，靠近发电机轴瓦处增加绝缘隔板，将冷却风扇滤网改造成可拆卸滤网，以确保设备正常运行。

３．２重视运行中的打火

集电环在运行中打火问题比较普遍，发现有打火

现象时，应采取措施予以消除；打火情况较严重时，应

限制机组无功出力，并采取在线打磨等措施，必要时应

停机处理，避免集电环环火事故造成设备损伤。４结语碳刷与集电环接触不良易引发打火现象，如不及时采取措施抑制或消除火花，继续发展很容易造成集电环环火事故。集电环环火不仅烧损设备，还会导致

发电机大轴电弧灼伤。因此，对集电环系统的运行维

３．３加强设备管理护与检修工作应引起足够重视。

（上接第８４页）

发

图３ＦＥｅＳ与ＤＣＳ接口或者通过ＯＰＣ协议进行互联。本文采用主控单元实

现不同协议现场总线之间的互联（图２）。

（２）ＦＥＣＳ丰富的信息为发电厂的经济运行和检

修维护提供了依据，提高了电厂运行的经济性、安全

性。

（３）采用ＦＥＣＳ方案，节省大量电缆、变送器、占地

面积、检修维护费用。

万方数据［参考文献］［１］侯子良．推广应用现场总线系统全面实现火电厂数字化ＥＪＪ．中国电力，２００４，３７（３）．［２］美国Ｅｃｈｅｌｏｎ公司．ＮｅｕｒｏｎＣｈｉｐＤａｔａＢｏｏｋＥＺ］．１９９５．

三 : 发电机集电环

发电机集电环环火事故分析及预防

陈仓，曹浩军

西安热＿７－－研究院有限公司，陕西西安７１００３２

［摘要］对发电机碳刷与集电环接触不良而引发的集电环环火及其导致的发电机大轴灼伤的过

程进行了分析，认为碳刷与集电环接触不良引发了局部打火，造成集电环温度升高，励磁电流在碳刷间分配不均，进而导致环火。(www.61k.com）对此，提出了防止集电环环火事故发生的预防措施。

［关键词］发电机；集电环；碳刷；打火；环火

［中图分类号］ＴＭ３ｌ

［文献标识码］Ｂ

［文章编号］１００２—３３６４（２００９）１０—００８５—０４

［ＤＯＩ编号］１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—３３６４．２００９．１０．０８５

ＡＮＡＬＹＳＩＳｏＦＣｏＬＬＥＣＴｏＲ—ＲＩＮＧＳ’ＦＩＲＥＡＣＣＩＤＥＮＴｏＣＣＵＲＲＥＤ

ｏＮＧＥＮＥＲＡＴＲＥＲＡＮＤＰＲＥＶＥＮＴＩｏＮＴＨＥＲＥｏＦ

ＣＨＥＮＣａｎｇ，ＣＡＯＨａｏ—ｊｕｎ

Ｘｉ＇ａｎＴｈｅｒｍａｌＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏＬｔｄ，Ｘｉ’ａｎ７１００３２，ＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＰＲＣ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇｓ＇ｆｉｒｅａｃｃｉｄｅｎｔｒｅｓｕｌｔｅｄｆｒｏｍｂａｄｃｏｎｔａｃｔｂｅｔｗｅｅｎｃａｒｂｏｎｂｒｕｓｈｅｓａｎｄｃｏｌ—ｌｅｃｔｏｒ——ｒｉｎｇｓｏｎｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒａｎｄｂｕｒｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｎｍａｉｎｓｈａｆｔｏｆｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｈａｖｅｂｅｅｎａｎａｌｙｓｅｄ．Ｉｔｉｓｂｅｌｉｅｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｌｏｃａｌｓｐａｒｋｓｒｅｓｕｌｔｉｎｇｆｒｏｍｂａｄｃｏｎｔａｃｔｂｅｔｗｅｅｎｃａｒｂｏｎｂｒｕｓｈｅｓａｎｄｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇｓｍａｋｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇｓｔｏｂｅｒｉｓｅｎ，ｔｈｅｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔａｍｏｎｇｃａｒｂｏｎｂｒｕｓｈｅｓｌｅａｄｓｆｕｒｔｈｅｒｔｏｆｉｒｅａｃｃｉｄｅｎｔｏｎｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇｓ，ｔｈｅｒｅｂｙ，ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｏｆｆｉｒｅａｃｃｉｄｅｎｔｏｎｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇ；ｃａｒｂｏｎｂｒｕｓｈ；ｓｐａｒｋｓ；ｆｉｒｅａｃｃｉｄｅｎｔｏｎｃｏｌｌｅｃｔｏｒ—ｒｉｎｇ集电环是发电机转子励磁电流的承载体，作为高引发集电环环火的因素

引发发电机集电环环火事故的因素有：（１）碳刷质

量不良，过热时碳刷容易碎裂，大量碎屑导致碳刷与集

电环之间拉弧；（２）靠近集电环的发电机密封瓦处漏

氢；（３）集电环冷却风进风口滤网堵塞，抽风量减小，影

响集电环表面冷却效果；（４）发电机密封油泄漏，以及

陈仓（１９７４一），男，硕士，主要从事火力发电厂电气技术监督研究。

ｃｈｅｎｃａｎｇ＠ｔｐｒｉ．ｃｏｍ．ａｎ

万方数据发电技术论坛一热艴鹱罐。二ｏ九０速滑动的接触部件，其在运行中打火现象比较普遍，严重时引发环火，直接导致机组停机事故。近年来，因为发电机碳刷与集电环接触不良导致发热引起的打火事故越来越多，对发电机励磁系统设备造成严重损伤，是引起发电机非计划停运的重要原因之一。对此，在对设备损伤情况分析的基础上，提出了预防措施。作者简介：Ｅ—ｍａｉｌ：

集电环 发电机集电环

碳粉排出不畅，油气与碳粉混合物污染集电环室；（５）

碳刷与集电环表面接触不良，集电环表面及碳刷组件

过热等。（www.61k.com）其中，碳刷与集电环接触不良是导致集电环

环火烧损事故的主要原因。碳刷与集电环接触不良引

发局部打火，造成集电环温度升高，碳刷接触恶化，励

磁电流在碳刷间分配不均，导致环火。碳刷与集电环

表面接触不良通常难以发现，引起集电环环火事故经

历时间相对较短，因此难于及时处理。分担较多的电流；碳刷电气损耗与通过的电流平方成正比，这些碳刷发热量将随电流平方增加。在热传导作用下，集电环表面温度升高，运行环境发生劣化，发热严重的碳刷容易导致弹簧压力条件变化，严重时引起碳刷膨胀、卡涩，使碳刷与集电环表面接触进一步恶化。同时，因电流分配不均匀，发热量继续增加，形成接触与发热的劣化循环，进而引起个别碳刷打火。集电环表面被火花侵蚀后，接触电阻会继续增大，集电环

高温区域扩大，火花增大及其数量增多。同时，碳刷打

２接触不良导致环火的过程分析

２．１打火产生及发展火和电弧的高温会造成碳刷氧化，导致进一步的接触不良，加剧电流分配不均，引发更多的碳刷打火。图２为某电厂发电机集电环在运行中打火较严重时的情

碳刷与集电环表面接触不良引发打火是一个接触

情况不断恶化的渐变过程，造成碳刷与集电环表面接

触不良的原因有：（１）集电环表面氧化膜破坏，导致碳

刷与集电环表面接触电阻减小，同时摩擦损耗增大；

（２）碳粉排出不畅，填满集电环螺旋槽，气垫力增大，导

致碳刷与集电环接触压力不够，造成各碳刷电流不均

衡；（３）个别碳刷在刷握中卡涩；（４）集电环振动、火化

损伤集电环表面，导致碳刷与集电环接触状况恶化等。

图１为碳刷与集电环接触等效电路。图１中，Ｒ，

～Ｒ。、Ｒ。。～Ｒ。。为碳刷与集电环的接触电阻，Ｒ。为转

子电阻，正常运行时Ｒ。～Ｒ，。近似为０，Ｒ。为０．１Ｑ数

量级；Ｖ。～Ｖ。为接触压降（接触电阻两端的压降）；Ｖ。

为励磁电压。

发Ｒ。

图１碳刷与集电环接触等效电路

发电机碳刷数量很多，受集电环振动、衡压弹簧压

力差异、集电环表面缺陷等劣化因素的影响，使各碳刷

接触电阻不同，接触电阻大的部分碳刷发热严重。图

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１中，各碳刷通过的电流工。～ｊ。与接触电阻Ｒ。～Ｒ。的

阻值成反比，正常运行的碳刷由于接触电阻不变，将会

万方数据况。图２运行中集电环局部打火发生打火时，应采取降低无功负荷、更换碳刷、研磨集电环等措施，如不及时采取措施，打火将继续加剧（打火数量增多，火星扩大），在调节增加励磁电流时，很容易使打火扩大为环火。环火形成及烧损集电环经历的时间较短，难以即刻处理。环火会造成集电环、碳刷、刷架、风扇烧损，严重时烧损发电机大轴，形成永久性损伤。２．２环火烧损设备的过程集电环环火发展的初期，碳刷与集电环表面打火，接触电阻增大，分配在接触电阻上的励磁压降不断升高，励磁回路电流将下降。此时，自动励磁调节器为了维持励磁电流衡定，将有一个升高励磁电压的过程，励磁能量相当一部分消耗在接触电阻上，造成集电环表面严重发热，导致碳刷碎裂，刷架烧损，集电环表面烧蚀，烧熔的刷架造成集电环轴绝缘碳化且短路。同时，集电环冷却风扇形成的吸力使碳刷环火向冷却风扇偏移，使励磁电流形成一个从集电环一冷却风扇一转子

集电环 发电机集电环

…～～竺：篓譬通道（烧损的集电环绝缘）一集电环的短路通道（图３）。[www.61k.com)

～一一～毗一峭吣嘞一查一次；定期检查面

碳刷在刷盒内上下附着在刷盒壁的现象时，应立即研磨砖自由活动；定期检垄环）的磨损情况检查尽可能均匀；定期检的因素很多，尤其是

负极集电环

ｊ）查碳刷磨损状况，当

磨损程度时，应更换号，新碳刷开始使用

图４环火时等值电路接状况，检查其是否

动，导线是否氧化以，……或振动使刷握、刷辫Ｉ

固；定期检查隔音罩ｆ清理集电环、刷架装！及灰尘，隔音罩内的』不应附着碳灰尘和油

万方数据（ｂｊ集电坏图５集电环环火事故烧损情况（１）加强巡捡的大小，测量集电ｊ等；定期检查集电ｊＬ｛｝—台篓电厂发电机集电环环火事故造成的设备烧损情虱５。不火的预防加强设备巡检和维护（２）停机检查

集电环 发电机集电环

沟、孔内的碳尘物，以免影响通风效果，同时应注意检

查集电环底部（运行中不易检查）的碳刷情况。（www.61k.com）为了使

２个集电环的磨损均匀，每隔一段时间（至少每年一

次）将发电机的集电环极性进行调换。如集电环有凸

凹点及变形偏心，应进行处理。对于集电环表面的凸

凹点，轻者用细纱布打磨（用专用木瓦辅助），由划伤或

灼伤造成较严重的凸凹点用重新精车的方法处理。检

查构成滑动接触的各部件状况，即集电环的表面状态、

氧化膜厚度、氧化膜是否均匀并有光泽以及碳刷接触

面状况等的检查。（１）加强对碳刷备品的检查，避免使用不合格的碳刷，使用新碳刷前应进行碳刷阻值测量，并应进行记录。（２）加强集电环室温湿度的监测，避免温度过高，尤其应避免因湿度过低导致碳刷磨损。（３）加强对靠近集电环侧的发电机密封瓦处漏氢的监测。（４）将刷握中的弹簧改为衡压弹簧，靠近发电机轴瓦处增加绝缘隔板，将冷却风扇滤网改造成可拆卸滤网，以确保设备正常运行。

３．２重视运行中的打火

集电环在运行中打火问题比较普遍，发现有打火

现象时，应采取措施予以消除；打火情况较严重时，应

限制机组无功出力，并采取在线打磨等措施，必要时应

停机处理，避免集电环环火事故造成设备损伤。４结语碳刷与集电环接触不良易引发打火现象，如不及时采取措施抑制或消除火花，继续发展很容易造成集电环环火事故。集电环环火不仅烧损设备，还会导致

发电机大轴电弧灼伤。因此，对集电环系统的运行维

３．３加强设备管理护与检修工作应引起足够重视。

（上接第８４页）

发

图３ＦＥｅＳ与ＤＣＳ接口或者通过ＯＰＣ协议进行互联。本文采用主控单元实

现不同协议现场总线之间的互联（图２）。

（２）ＦＥＣＳ丰富的信息为发电厂的经济运行和检

修维护提供了依据，提高了电厂运行的经济性、安全

性。

（３）采用ＦＥＣＳ方案，节省大量电缆、变送器、占地

面积、检修维护费用。

万方数据［参考文献］［１］侯子良．推广应用现场总线系统全面实现火电厂数字化ＥＪＪ．中国电力，２００４，３７（３）．［２］美国Ｅｃｈｅｌｏｎ公司．ＮｅｕｒｏｎＣｈｉｐＤａｔａＢｏｏｋＥＺ］．１９９５．

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四 : 发电机集电环发热现象及处理意见

电刷在集电环上运行时，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8－100nm的范围内，一般为25nm.用电子显微镜观察发现，电刷与集电环接触面是由无数个点相接触，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。
有研究发现，外加电压小时，氧化膜绝缘，当电压升高到一定值时，氧化膜被击穿。当击穿后，不管电流如何增加，由于导电点的增加、导电面积的扩大，则接触电压保持恒定。


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，很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。
一、电刷及集电环常见故障的原因及解决办法
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看，主要有以下几个方面：


1、由于通风不良导致的发热：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。


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数十只

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，有以下几个原因：（1）电刷与滑环表面接触电阻、电刷与刷辫接触电阻、刷辫与刷架引线接触

电阻过大。可通过测量单个电刷总压降、电刷接触压降、刷体压降、联结压降、刷辫压降进行相互间对比来检查。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，可能有电刷过短、弹簧由于过热变软老化失去弹性等原因。应使用弹簧秤检查电刷压力。恒

压弹簧应完整无机械损伤，压力应符合其产品的规定，同一极上的弹簧压力偏差不宜超过5％；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140－250g/cm2，同一刷架上每个电刷的压力应均匀。（3）集电环与转子引线接触电阻过大，这种情况

应对集电环与转子引线间的紧固螺丝进行加固。（4）电刷材质不良、导电性能差、使用的型号不符合要求或者使用了不同型号的电刷。同一电机上应使用同一型号、同一制造厂的电刷，对于外观检查有明显差异的电刷应更换。


3、由于机械及摩擦等原因造成的过热：集电环与电刷过热故障中，很大一部分是由于机械及摩擦等原因导致的过热，如果在开机时还未加励磁，就已经发现集电

环与电刷温度高，或者在运行中温度过高，拔出几只电刷后，温度反而降低，那就基本可以肯定是由于机械及摩擦原因导致的。机械及摩擦导致发热的情况很复杂，

主要有以下几个方面：（1）电刷接触面研磨不良或运行中一次更换过多的电刷。运行中更换电刷，在同一时间内，每个刷架上只允许更换1－2个电刷。换上的新

电刷应事先在与集电环直径相同的模型上研磨好，且新旧牌号须一致。如果在大修时一次更换的电刷很多，应当在投运前冲转时，为电刷表面形成氧化膜留够充足的

时间。（2）电刷与集电环接触面过小，接触面积一般不应小于单个电刷截面的75％。（3）电刷在刷盒中摇摆或动作卡涩。电刷在刷握内应能上下自由移动，其

间隙应符合产品的规定，当无规定时，其间隙可为0.10－0.20mm.电刷外形要方正，上下端尺寸误差不得大于0.05mm.（4）刷握与集电环表面间

隙过大。由于电刷材质较脆，当刷握与集电环表面间隙过大时，运行中电刷不能整体接触集电环，与集电环呈斜面接触，容易造成电刷崩裂的情况。刷握与集电环表

面的间隙应符合产品技术要求，当产品无规定时，其间隙可调整为2－3mm.调整间隙时，可使用一层2－3mm厚的橡胶垫附在集电环表面，将刷握抵到橡胶垫

上，然后上紧定位螺丝，取出橡胶垫。
二、几起集电环、电刷故障的分析及建议


1、加强对电刷表面氧化膜的认识，创建其形成和正常工作的条件：近期发生的几起故障，主要原因是因为电刷表面的氧化膜润滑层无法形成，氧化膜的形成需要

一些条件，当条件不满足时，氧化膜无法形成或形成不良，主要有以下几个原因：（1）温度过高：电刷的氧化膜一般在70℃左右较易形成，当集电环、电刷出现

过热故障时，通常温度都在150℃以上，此时即便换上新的电刷，氧化膜也不易形成，无法起到润滑作用，电刷磨损将加剧，导致温度继续升高，成为恶性循环。

此时可采取外部强迫降温的方法，譬如涂抹凡士林、大功率风扇通风等手段，使集电环温度降到正常范围内，持续一段时间，让电刷表面氧化膜逐渐形成，使之进入

良性循环状态。（2）冷却空气中有污染性杂质：空气中的杂质对电刷表面氧化膜的形成将带来不利影响，这些杂质包括：硫化物或卤族元素的腐蚀性气体、空气中

油气混合物、粉尘、铁屑、铁锈粉尘、碳粉等其他杂质。电刷磨损时，本身会产生碳粉的粉尘杂质，可采用在刷架罩冷却通风循环通道上安装过滤装置来改善刷架罩

内的空气质量。（3）空气湿度太低或含氧量太低：电刷表面氧化膜的形成需要空气中有一定的水分含量，即空气湿度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形

成主要与空气中的氧气发生氧化作用而产生，当含氧量过低时也不利于氧化膜的形成。
氧化膜无法形成或形成不良除与上述因素有关外，还有电刷过度研磨、使用溶剂进行擦拭、集电环表面光洁度不良以及碳刷材质不合格等原因。
2、电刷及刷架产品在选购过程中应严格控制质量：目前同一品牌的电刷，都是在各个不同的地方、不同的工厂加工的。这就要求我们在进货过程中对产品质量严格把关，对生产厂家的工艺和质量检测手段及程序进行了解。
3、生产运行中加强对集电环及电刷的维护管理：加强电刷、集电环系统的专职维护制度，提高专责人的技术水平，严格按照《汽轮发电机运行规程》的要求对集电环、电刷进行检查和运行维护，一次更换电刷的数量要严格控制。另外要积极运用红外热成像技术进行集电环、电刷日常的巡检检查以及对故障部位有怀疑时作为辅助分析的工具。
另外，本次会议还就定子绝缘引水管结垢提出分析建议：
1、当发现绝缘引水管结垢很严重时，或者已经影响到常规预试结果时，建议全部更换新的绝缘引水管。
2、发电机每次大修结束后，开机前定子水系统应使用除盐水进行带压力反复冲洗，直至排水清澈无颗粒，电导率合格。
3、发电机正常运行期间累积运行时间达到两个月遇有停机机会时，对定、转子内冷水系统进行反冲洗。
4、完善发电机整个冷却水系统，应尽可能使其密闭循环，运行中水质含铜量高，绝缘引水管内壁脏污结垢主要成分为铜，是因为水路不密闭，长期氧化腐蚀铜管导致。
5、加强运行中水质监控，内冷水质应严格按照运行规程执行。
6、对于水系统问题的解决应主要从平时运行维护抓起，各专业间应进行必要的沟通交流，对相互专业交叉知识部分应当有一定的了解。发电机是一个综合设备，关系到很多的专业层面，在某一个专业看来很重要的问题，也许并不能得到其他专业的重视，这就对设备的安全运行造成了很多隐患。 本文标题：发电机集电环-发电机集电环发热现象及处理意见
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