一、前言
發(fā)電機轉子滑環(huán)是動靜接觸和交換能量的設備，受勵磁電流、碳刷壓力、碳刷與滑環(huán)表面的磨損以及制造工藝影響，在長期運行過程中，容易在碳刷和滑環(huán)間發(fā)生冒火，若不及時處理，將形成惡性循環(huán)，影響機組安全運行。某電廠#6發(fā)電機為東方電機廠生產的QSFN-300-2-20B型同步發(fā)電機，采用自并勵靜止可控硅勵磁系統(tǒng)。該#6機組在運行一個多月中突然出現碳刷彈簧斷落，滑環(huán)磨損情形卻較為少見，值得認真分析事故原因，吸取教訓，制定防范措施。
二、事件經過
1、8月20日，運行人員發(fā)現#6發(fā)電機轉子有兩個碳刷架彈簧斷開，碳刷有跳動現象，當天維修人員處理更換了3只磨損嚴重的碳刷，檢查碳刷集電環(huán)有磨損窩槽，兩個碳刷架因彈簧斷開，取出碳刷，暫未更換。要求各班加強檢查及更換。
2、8月22日，編制#6發(fā)電機勵磁碳刷特殊檢查記錄表格，要求每隔2小時檢查一次碳刷電流、溫度、長短及火花、振動及更換情況，詳細記錄更換過碳刷，共發(fā)現彈簧斷落3根。
3、8月31#6發(fā)電機按中調令停機解列備用，維修檢查發(fā)現兩滑環(huán)中部位置已磨損成W 型，并有個別碳刷振動劇烈，部分碳刷恒力彈簧被振斷。
三、原因分析
碳刷和滑環(huán)間工作面的磨損有兩種：1、純機械磨損；2、在電流作用下的電氣磨損和機械磨損（即電腐蝕）。
電腐蝕的直接原因為滑環(huán)與碳刷之間產生電火花，使滑環(huán)過熱，從而燒灼滑環(huán)表面。為控制電火花的產生，應盡量減小滑環(huán)與碳刷之間的接觸電阻。為防止滑環(huán)表面過熱，應適當減小接觸面的電流密度。電腐蝕的最終后果是滑環(huán)表面由于電火花而灼傷，使滑環(huán)表面凸凹不平。
（一）電腐蝕引起滑環(huán)磨損可能性不大，原因如下：
1、電腐蝕導致滑環(huán)表面凹凸不平過程相對較長，運行當中會有過熱或火花出現，更換下的碳刷表面會留下凹凸不平痕跡。復查#6機大部分更換下的舊碳刷，表面并無明顯磨損痕跡。
2、運行過程中檢查并無發(fā)現碳刷有過熱及火花現象，本次開機從7月26日到8月20日發(fā)現彈簧斷落，自8月22日起通過對碳刷進行特殊維護巡檢監(jiān)測，數據表明即使在碳刷過短、磨損嚴重的情況下，最高點溫度為100℃左右，低于規(guī)程規(guī)定≦120℃。對比同等長度碳刷在另一極溫度、振動也在正常范圍，與出現振動加劇一組碳刷對比并無明顯區(qū)別。在未出現異常振動、彈簧斷落前，滑環(huán)、碳刷發(fā)熱溫度只會更低。因碳刷過短、壓力不夠、接觸電阻過大導致滑環(huán)、碳刷表面過熱引起電腐蝕推論缺乏依據。
3、2016-7-25 機組開機啟動前，維修對#6發(fā)電機碳刷進行檢查更換，過短碳刷已更換掉，碳刷長度也符合檢修要求，開機后20多天碳刷磨損程度不太可能過快過短。據維修當時更換過#6機碳刷多根，當時發(fā)現有2個彈簧片斷落，發(fā)現碳刷有輕微凹凸痕，但未告知控長、值長及相關專責，也未見記錄。
4、今年以來#6機組頻繁啟停，機組連續(xù)運行時間很少超過一個月，每次停機均聯系檢修進行碳刷檢查更換，復查換出舊碳刷表面光滑、未發(fā)現明顯劃痕。檢修與運行共同把關，確認碳刷長短均符合要求，無卡涉現象。
5、運行中按定期工作規(guī)定要求每天進行發(fā)電機勵磁滑環(huán)碳刷檢查、清掃、更換，無發(fā)現彈簧及碳刷存在溫度過熱，冒火花等異常情況，碳刷表面磨痕光滑無異常。
（二）異物導致機械磨損原因推測：
1、個別彈簧片質量不佳，導致運行中疲勞斷裂脫落，因無彈簧力作用，碳刷表面有輕微磨痕，開機前未引起維修及運行足夠重視。由于恒力彈簧缺失，碳刷壓力為零，使其它碳刷上分擔的電流增加，從而使滑環(huán)溫度升高，碳刷和滑環(huán)溫度升高，加劇彈簧片熱疲勞。
2、本次開機，再有彈簧片因質量不佳，導致運行中疲勞斷裂脫落，并有碎片掉落卡在刷架與滑環(huán)之間，發(fā)生機械磨損，滑環(huán)產生明顯磨痕。進一步導致碳刷振動加劇，彈簧斷落，溫度仍無明顯升高過熱，也無火花。此過程時間較短，為本次開機后出現，從碳刷出現凹槽磨損總個數僅為幾個推斷。
3、彈簧片質量不佳，疲勞斷裂脫落，碎片是導致發(fā)電機轉子滑環(huán)發(fā)生機械磨損的主要原因。斷落彈簧食物顯示，斷口不平整，有碎片掉落。
4、碳刷質量不佳，含金鋼沙等堅硬雜質也是導致機械磨損的一個原因。
四、防范措施
1、加強碳刷刷握維護，對彈簧片應定期檢查更換，以防疲勞折斷脫落。
2、每次停機，檢修用壓縮空氣吹掃滑環(huán)表面，以防碳粉積聚及受潮影響絕緣，檢查更換相關碳刷，檢查彈簧力是否足夠，滑環(huán)、碳刷表面光滑程度。
3、大小修期間，更換碳刷引線正負極，減少電腐蝕發(fā)生。為了使磨損均勻一些，對于滑環(huán)，因為正環(huán)電流由碳刷流向滑環(huán)，碳刷正極性，滑環(huán)負極性，故正環(huán)磨損小；同理，負環(huán)磨損大，故兩環(huán)極性應經常調換。
4、運行中加強檢查，清掃更換碳刷，記錄清楚，記錄溫度、振動及碳刷更換情況，現場張貼更換情況記錄表。對溫度異常升高的碳刷用直流鉗表測量電流，確認碳刷電流分配是否平衡，及時調整。
5、碳刷長短符合規(guī)范要求，避免因彈簧壓力不夠，接觸不良而導致碳刷電流嚴重不平衡，甚至出現過熱情形。
五、發(fā)電機滑環(huán)磨損修復
檢查發(fā)電機滑環(huán)發(fā)現，靠近兩滑環(huán)中部位置有磨損成W型形狀，必須對＃6發(fā)電機轉子滑環(huán)凹凸痕進行處理，研究決定現場采取對發(fā)電機滑環(huán)表面進行車削打磨辦法修復，確?；h(huán)表面光滑平整。
（一）車削前準備工作
1、車削前發(fā)電機要停止運行，為防止汽機大軸彎曲，每次停盤車時間不超過30min，并做好記號，下次停盤車要停在上次的180°位置。
2、停盤車時拆除滑環(huán)小室、滑環(huán)支架并吊離支架平臺。
3、測量刀架尺寸，固定好刀架。采用焊接固定時，必須將地線先焊在臺板上。
4、測量滑環(huán)的橢圓度，確定滑環(huán)的車削深度。
（二）滑環(huán)的車削與打磨
1、利用汽輪機沖轉50±10%rpm，對每個環(huán)分別進行車削，車削時分為粗車和細車，粗車時每次進刀厚度小于0.8mm，細車時每次進刀厚度小于0.2mm，由于滑環(huán)是螺旋式，進刀時要緩慢均勻進行，并一次性進刀完成，中間不能停頓。
2、打磨與拋光：滑環(huán)細車以后，要進行打磨及拋光，先用#0砂布進行粗磨，再用金相砂紙細磨，最后用麻繩進行拋光，為避免將滑環(huán)磨成橢圓，必須用麻繩裹住砂紙有兩人對拉進行，直到拋光為止。
經處理后，發(fā)電機轉子滑環(huán)恢復正常光潔度，投入運行后碳刷無明顯可見振動現象，溫度、電流正常。
六、經驗教訓
1、風險意識不夠，經驗不足，在出現恒壓彈簧片斷裂情況后，簡單處理，未作全面評估，導致缺陷加劇，為后續(xù)修復處理增加難度。
2、運行維修對滑環(huán)電腐蝕發(fā)生缺乏監(jiān)測判斷手段，單順依靠外觀檢查有無火花、溫度是否過熱等常規(guī)途徑進行檢查，對彈簧力是否足夠無明確判斷依據。
七、結束語
發(fā)電機一旦出現碳刷振動、磨痕明顯現象，立即采取必要措施進行修復處理，即使是細微缺陷，也不能掉以輕心，存在麻痹心理，只有徹底消除隱患，才能確保機組安全運行。
