发电机用集电环(火电)分解
30MW发电机集电环打火原因分析处理及维护方法
30MW发电机集电环打火原因分析处理及维护方法摘要：本文针对能源动力分公司新建投产后的30MW发电机集电环、电刷产生火花的主要原因、问题的处理及预防措施进行了分析，并对发电机正常运行过程中电刷的维护及注意事项进行了阐述。
关键词：电刷火花集电环维护引言为了充分利用高炉富余煤气及炼铁、炼钢系统的富余中、低压蒸汽，能源动力分公司于2019年建成投产了一台30MW发电机组，该机组选用单缸双压凝汽式汽轮机并配用QFa型发电机，励磁方式采用机端自并励系统，发电机集电环正负极各用了20只电刷进行励磁电流的转换，发电机组电气各性能参数见表1。
发电机组投产后，集电环及电刷温度一直偏高，火花过大，经常进行处理，导致发电机组不能安全稳定运行。
表1 发电机电气参数1现象描述在发电机机组投运初期，发电机的集电环温度就达100℃，不得以一直用轴流风机进行降温运行，并且在整个2020年期间，发电机电刷温度偏高，每个电刷温度达90℃，集电环温度达100℃；且在运行过程中电刷振动过大，电刷振幅达2mm，励磁正负极电刷都有大量火花。
如图1运行中的电刷整个边缘有较强烈的火花即环火,同时有大火花飞出,火花等级达到3级，因而我们不得不多次降负荷进行处理，电刷更换频次高，有时一天要更换2次电刷，电刷损耗较大，而且经常在发电机运行过程中更换电刷，大大增加了维护人员的工作量，更换过程中的带电作业使职工安全得不到保障。
.图1 运行中电刷产生的火花2原因分析2.1 发电机所处的环境对电刷的影响分析发电机在运行过程中，电刷与集电环之间需形成一层氧化膜才能减少摩擦系数，氧化膜的主要成分为大量的氧化金属，湿度空气中的水汽是构成换向器或滑环氧化膜的重要成分。
空气湿度8~15g/m3是形成氧化膜的最佳区间，空气的绝对湿度过低，会造成较高的摩擦系数，导致碳刷快速磨损；空气的绝对湿度过高，会造成集电环绝缘降低，产生集电环腐蚀现象，将导致电刷磨损过大，产生较大的火花。
发电机原理图解
固定磁场交流发电机原理模型发电机是根据电磁感应原理来发电的，发电机首先要有磁场，现在用一对磁铁来产生发电机的磁场，磁力线从北极到南极。
在磁场内放入矩形线圈，线圈两端通向两个滑环，滑环通过电刷连接到输出线上，输出线端连有负载电阻。
当线圈旋转时，根据电磁感应原理，线圈两端将会产生感应电动势，当磁场是均匀的，矩形线圈作匀速旋转时，感应电势按正弦规律变化，在负载电阻上有正弦交流电通过。
动画中绿色小球运动的方向表示感应电流的方向、运动的速度表示感应电流的大小。
旋转磁场交流发电机原理模型在这个模型中磁场是不动的，线圈在磁场中旋转产生感应电势。
在实际发电机中产生感应电势的线圈是不运动的，运动的是磁场。
产生磁场的是一个可旋转的磁铁，也就是转子，线圈在磁铁外围，与磁铁转轴同一平面。
当磁铁旋转时产生旋转磁场，线圈切割磁力线产生感应电动势。
由于空气的磁导率太低，在旋转磁铁的外围安上环型铁芯，也就是定子，可大大加强磁铁的磁感应强度。
在定子铁芯的内圆有一对槽，线圈嵌装在槽内。
为了看清线圈电流与转子的运动关系，把定子变成半透明的。
当磁铁旋转时，线圈切割磁力线感生交流电流。
真正发电机的转子是电磁铁，转子上绕有励磁线圈，通过滑环向励磁线圈供电来产生磁场。
把定子与线圈安在转子外围，一个单相交流发电机原理模型就组成了。
转子作匀速旋转时，线圈就感生交流电流，画面中绿色小球运动的方向表示感应电流的方向、运动的速度表示感应电流的大小。
三相交流发电机原理模型实际应用的都是三相交流发电机，其定子铁芯的内圆均匀分布着6个槽，嵌装着三个相互间隔120度的同样线圈，分别称之为A相线圈、B相线圈、C相线圈。
装上转子就组成了一台三相交流发电机原理模型。
画面中的三相交流发电机采用星形接法，三个线圈的公共点引出线是中性线，每个线圈的引出线是相线。
当转子匀速旋转时三个线圈顺序切割磁力线，都会感生交流电动势，其幅度与频率相同。
由于三个线圈相互间隔120度，它们感应电势的相位也相差120度。
发电机主要部件示意图
发电机主要部件示意图
图3发电机主要部件示意图
图4定子隔振结构
图1 QFSN—600—2型发电机总装配
图13发电机通风冷却回路示意图
转子由转轴、绕组及端部绝缘固定件、阻尼系统、护环、中心环、风扇、联轴器和集电环装配等构成（见图6）。
图6发电机转及隔音罩刷架装配
某发电厂发电机集电环环火处置不当造成转子弯曲停机事故分析
某发电厂发电机集电环环火处置不当造成转子弯曲停机事故分析一、简述某年5月18日，某电厂6号发电机集电环环火严重，造成停机事故。
二、事故经过5月18日22时11分，光字牌报警“轴承振动大”；CRT报警“#5、6轴振大”。
立即投油，停#5、#4制粉系统，降有功负荷至240MW。
同时，单元长派人就地检查，发现正极集电环冒烟，电刷打火。
检查人跑回单元室汇报情况后，降无功负荷由52 Mvar至-40Mvar；随即拿上对讲机与单元长再次跑到现场，发现发电机#7瓦基座剧烈振动，正极集电环环火严重，单元长立即用对讲机下令“打闸停机”，主控手动破坏真空打闸停机（22时16分），解列发电机，锅炉灭火。
三、事故原因1、励磁电流波动原因电刷与集电环表面的接触电阻变化较大，或出现电弧放电，引起转子电流波动，励磁装置进行自动调整。
2、#5、6瓦轴振动原因由于转子大轴正极集电环处被电灼伤，产生高温使得大轴弯曲引起大轴剧烈振动，#5、6瓦轴振值突增。
3、转子接地保护未发信号的原因由于转子接地保护延时整定为9秒，因轴系振动强烈，转子接地保护用的电刷脱离轴，回路断开。
所以，打闸前未能发转子一点接地信号。
机组打闸后，在故障录波器打印记录中，出现转子一点接地保护（高值）动作一次，其测量值为0.92 KΩ＜10 KΩ（整定值）。
可能在机组打闸时该接地电刷偶尔接（碰）地一次，导致保护动作一次。
4、#7瓦损坏的原因由于大轴弯曲振动，导致#7瓦底脚螺栓松动，油室两侧端盖螺栓松动脱落，冷却油管断裂，轴与瓦之间失去油润滑和冷却，温度升高，瓦内表面乌金损坏。
5、运行人员就地检查发现正极集电环冒烟，电刷打火时，没有考虑到问题的严重性，而是按常规的处理办法降低无功负荷，没有立即打闸，使机组故障运行时间至少延长4分钟，导致正极集电环和大轴损坏严重。
6、由于转子接地保护延时整定为9秒，转子回路瞬间或断续接地，不能发转子一点接地信号，使运行人员不能及时发现转子回路接地情况。
发电机转子集电环更换安全、技术要求（2篇）
发电机转子集电环更换安全、技术要求目的为保证发电机转子集电环更换工作顺利进行,更换质量符合要求，特制定此安全、技术要求。
适用范围发电机转子集电环的更换工作。
3．依据标准《俄产发电机检修技术导则》。
汽轮机电机修理手册。
《TBB-500-2EY3型三相同步汽轮发电机技术说明和运行规程》4.技术要求内容4.1工器具，备件、材料准备到位。
4.2使用钢板尺和游标卡尺详细测量集电环拆卸前的尺寸和相对位置标记并记录。
1）测量内外两集电环之间的距离尺寸。
2）测量集电环端面到套筒端面之间的距离尺寸。
3）测量集电环对转子轴的轴向位置尺寸（从集电环端面到最近的轴尾部轴肩的距离）。
4）测量集电环对地绝缘电阻的数值并做记录。
5）在拆卸部件和待装部件上打入钢字头标记，以免错装、漏装。
4.3拆卸励磁机侧半联轴器，风扇和集电环等部件时，要做好安全防护及防火措施。
并将拆卸的部件按定置图要求放置到检修场所，并妥善保管。
4.4拆装联轴器、集电环，风扇等部件时一定要严格执行下表温度控制要求，避免超温造成设备损坏。
加热温度控制要求：零件名称加热温度℃安装时拆卸时集电环端半联轴器250～270270～300集电环250～270260～280集电环侧风扇环200～220220～2404.5联轴器、风扇环、集电环等部件拆除时，用力要均匀避免蛮力造成部件损坏。
4.6拆卸集电环后测量并检查、清理环下云母绝缘层。
使用5mm 厚环氧绝缘套筒，替代原云母绝缘层，并保证与集电环铜套内径合理装配（此公差配合尺寸需施工单位依据现场集电环装配的实际情况核算、确定）。
4.7检查内外集电环引线，导电螺钉和压紧螺钉，对损坏的部件进行更换。
4.8检查风扇下绝缘套的绝缘情况，如绝缘破损，必须进行更换。
4.9回装内、外集电环时，应使用专用烘箱将待装集电环均匀加热至规定温度（见上表）装入。
严禁使用焊枪加热，以免集电环表面受热不均，影响集电环的使用寿命。
4.10集电环安装后的尺寸，偏心度小于0.05mm。
电机学判断模拟试题(含参考答案)
电机学判断模拟试题（含参考答案）一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、磁通磁路计算时如果存在多个磁动势，可应用叠加原理。
( )A、正确B、错误正确答案：B2、三绕组自耦变压器的高压和中压绕组既有磁的耦合又有电的联系，而低压绕组和高压、中压绕组之间只有磁的耦合，因此在绕组排列时只能是高压绕组和中压绕组相邻。
（）A、正确B、错误正确答案：B3、改变鼠笼式异步电动机定子绕组线圈的连接方式，可以改变定子的磁极数，转子磁极数保持不变。
（）A、正确B、错误正确答案：B4、根据公式U₁=4.44fN₁φm可知，改变电压器电源频率f，主磁通φm会与f成反比变化，则磁路磁阻Rm也和f成反比变化A、正确B、错误正确答案：B5、三相感应电动机的功率因数cosφ₁总是滞后的。
（）A、正确B、错误正确答案：A6、深槽型和双笼型感应电动机与普通笼型电动机相比，能减小起动电流的同时增大起动转矩。
（）A、正确B、错误正确答案：A7、三相异步电动机空载起动和满载起动的起动电流和起动转矩都是相等的。
（）A、正确B、错误正确答案：A8、铁磁材料作为电机的磁路，对电机的磁场具有加强作用。
( )A、正确B、错误正确答案：A9、并网运行的同步发电机在撤掉原动机后，转速会先下降后在升高至同步逮。
（）A、正确B、错误正确答案：A10、变压器的变比等于一、二次电压瞬时值之比。
( )A、正确B、错误正确答案：B11、三相同步发电机转子磁场为直流电流励磁的恒定磁场，而电枢绕组产生的是交流电动势，因此同步发电机不能采用自励磁方式。
（）A、正确B、错误正确答案：B12、在同步电动机和调相机中，阻尼绕组主要作为起动绕组。
（）A、正确B、错误正确答案：A13、利用空载和短路特性可以测定同步发电机同步电抗xa的不饱和值；利用空载特性和零功率因数特性可以测定同步电抗Xd的饱和值。
（）A、正确B、错误正确答案：A14、励磁电流与通过该励磁电流绕组匝数的乘积叫磁动势，又称磁通势，以N · I表示。
发电机集电环检修维护事项及故障处分解
3 引起碳刷、滑环发热的因素
(1)碳刷发热量由4部分组成：碳刷自身电阻发热Q1，碳 刷接触压降发热Q2，磨擦发热Q3，刷辫与碳刷接触电阻 和散流电阻发热Q4 。 碳刷自身电阻发热：Q1 =I2R ． 式中：I一流过碳刷的电流： R一碳刷电阻。 碳刷接触压降发热：Q2=I△U 式中： △U一接触压降。 磨擦发热：Q3=FV 式中： F一碳刷压紧力； V一碳刷与滑环的相对运动速度。 接触电阻和散流电阻发热：Q4=I r 式中： I一流过碳刷的电流； r一接触电阻和散流电阻保证电刷在刷握内活动自 如，无卡涩，弹簧压力正常。同时，对未更换的 电刷，按电刷磨损程度，将弹簧压力作适当调整， 使压力正常。 5）在更换电刷过程中，不许用锐利金属工具顶 住电刷增加接触效果，即使是短时间也不允许， 因为万一顶偏，可能造成滑环面损坏或人身事故。 6）每次停机期间，应清除集电环通风沟、孔内 的碳尘物，以免影响通风效果。同时应特别注意 检查集电环底部（运行中不易检查）的电刷情况。 7）为了使两集电环的磨损均匀，每隔一段时间 （至少每年一次）将发电机的集电环极性交换。 如集电环凸凹点及变形偏心，应进行处理。对于 集电环表面的凸凹点，轻者用细纱布打磨，对于 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。
4．5电流平衡的破坏 一般情况下，碳刷与滑环接触面的接触紧力较大， 即接触压降小，所有碳刷工况相近，每条碳刷的电 流大小接近，刷体的平均温度较低，碳刷间电流相 对稳定平衡。运行一段时间后，碳刷的磨损量相近， 但出现了氧化膜(氧化膜应均匀并有光泽)、气膜、 卡阻等因素，碳刷磨短或弹簧压力降低，碳刷接触 面的接触紧力减小，碳刷间电流重新分配，每条碳 刷的电流差别增大。这个阶段时间长，且逐渐变化， 不容易引起警觉。当环境温度升高或励磁电流增加 时，随时可引起发热，造成平衡破坏。
发电机转子集电环更换安全、技术要求范文（二篇）
发电机转子集电环更换安全、技术要求范文发电机转子集电环的更换是发电机维护保养中非常重要的一项工作。
在发电机运行过程中，由于摩擦、磨损等原因，集电环会逐渐损坏，需要及时更换，以保证发电机的正常运行和发电质量。
本文将详细介绍发电机转子集电环更换的安全、技术要求。
一、更换前的准备工作1. 确认需更换的集电环型号和规格。
在进行集电环更换前，需要准备好与原集电环型号和规格相匹配的新集电环。
根据发电机转子的型号和参数，确认需要更换的集电环的具体型号和规格，以便后续的更换工作。
2. 停电和断开发电机主电源。
在进行发电机维护保养工作时，一定要先停止电站的供电，并断开发电机的主电源，以确保操作人员的安全。
在停电并断开主电源后，应使用电压表和万用表等工具，确认发电机内部电压已经消失，电容器内部的电量已释放完毕。
3. 确认转子是否静态。
在更换集电环前，需要确认转子已经停止旋转，并且处于静止状态。
可以通过仪表盘的指示灯或转子位置指示器来判断转子是否处于静态状态，以确保操作人员的安全。
4. 确保操作人员的安全装备。
在进行发电机维护保养工作时，操作人员必须佩戴符合标准的安全防护装备，包括安全帽、劳保手套、防护眼镜、防护服等。
这些安全防护装备能够有效地保护操作人员的身体安全，减少意外伤害的发生。
二、更换过程1. 拆卸原集电环。
首先，需要使用合适的工具，将原集电环拆卸下来。
在拆卸过程中，要注意不要损坏转子表面和集电环座槽，以免影响新集电环的安装和使用。
2. 清洁转子表面和集电环座槽。
拆卸下来的转子表面和集电环座槽可能会有油污、灰尘等物质的积累，需要将其彻底清洁干净。
可以使用柔软的棉布或专用清洁剂进行清洗，确保转子表面和集电环座槽完全干净。
3. 安装新集电环。
在安装新集电环时，首先要检查新集电环的外观和性能是否正常。
然后，按照正确的方法将新集电环安装到转子上，确保集电环与座槽之间的间隙均匀、合适。
安装完成后，用手轻轻旋转集电环，确认其能够自由旋转，不卡滞。
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时的维护措施和注意事项
集电环常见故障及原因
• 1、火花：尽管火花可能是过载或者电刷牌号不合适引起的。但
集电环产生火花常常是由于下述机械方面的原因：
• 1）电刷压力偏低且不均匀
• 2）电刷不能上下自由滑动，卡在刷握里 • 3）集电环真园度差 • 4）电刷导线太短或太硬 • 5）电机震动超标 • 6）电刷底面与集电环表面接触差
• 8、集电环产生单极性磨损
• 1）将压簧压力调整至标准之内
• 2）检查刷架安装是否符合要求
处理方法及对策
• 9、电刷表面有电腐蚀现象
• 1）更换或修理集电环
• 2）调整弹簧压力并解决电刷打火现在
运行中电刷发热常用处理方法
一、当发热处于初期，发热温度不高，如100℃以内，此时可以采 用如下方法。 • （1）更换磨损较短的及工作电流很小的电刷；调整或更换部分弹 性较小刷握的弹簧；处理电刷卡涩等措施，将电刷电流调整均匀， 减少发热量。 • （2）适当降低发电机的无功负荷，减少励磁电流，从而降低电刷 的工作电流，减轻发热。
• 3）确定电刷材质与电机负荷是否匹配
• 4）在集电极表面涂抹少量凡士林，解决因光洁度不符合要求而引
起的摩擦生热
处理方法及对策
• 6、电刷损耗不平均
• 1）调整弹簧压力
处理方法及对策
• 7、集电环出现锯齿状或凹槽状
• 1）解决电机振动招标
• 2）将压簧压力及刷架距离调整在标准之内
处理方法及对策
• 3）电刷与电刷架可能出现卡涩现象
• 4）电刷位置不正确。
• 5）电刷引线太短或太硬
• 6）气隙不均匀（轴承可能有磨损）
集电环常见故障及原因
• 7、集电环出现锯齿状或凹槽状
• 1）电机振动招标
• 2）压簧压力没有在标准之内
• 3）电刷材质与电机及符合不匹配
• 4）电刷架与集电环间距过大
集电环常见故障及原因
处理方法及对策
• 1、火花：
• 1）调整电刷压力，同时检查电刷能否自由滑动
• 2）如集电环扁平、真圆度不合格，大修中更换或修理
• 3）因电机振动引起的火花现象，找出振动原因并消除
• 4）更换新电刷
处理方法及对策
• 2、沟槽或拉条纹
• 1）根据电机特性选择与原机电刷各指标性能的电刷
• 2）调整电刷压力至合格范围或更换压力不合格的压簧
• 8、集电环产生单极性磨损
• 1）压簧压力未在标准之内
• 2）垂直型电刷架安装成略带反作用角度
• 3）反动型电刷架装成顺向型
• 4）集电环表面沾有油污或其他
集电环常见故障及原因
• 9、电刷表面有电腐蚀现象
• 1）集电环扁平，不符合标准
• 2）保持器的间隔不均匀或不正
• 3、弹簧压力未在标准之内
• 4）电刷存在打火现象
痕
Байду номын сангаас
集电环常见故障及原因
• 4、导线烧断
• 1）电刷压力不均匀
• 2）电刷卡在刷握里，致使其他电刷的过流
• 3）不同电刷混用在同一集电环
• 4）因螺丝松动而引起的接触电阻过大，致使其他电刷的过流
• 5）气体对导线腐蚀严重或因振动引起的磨损
集电环常见故障及原因
• 5、电刷及刷架过热
• 1）集电环表面光洁度不符合要求
共同学习探讨
集电环介绍
华电
集电环定义
电刷和集电环是发电机励磁系统的重要组成部分，电刷是 用于集电环上作为导入导出电流的滑动接触体，是发电机能
量交换的设备。在运行过程中由于电刷质量、选型及维护不
到位等原因，将会出现电刷发热、打火等现象，严重危及发 电机的安全运行。通过分析一些机组主励磁机电刷滑环偶尔 出现电刷发热、打火产生及演变发展,结合我厂几年来的实践 经验,总结出问题处理对策，进一步针对性地提出了出现问题
• 2）电刷与电刷柄之间的电阻不均匀而引起的接触电阻生热
• 3）弹簧压力太高而引起的摩擦生热
• 4）弹簧压力不均衡，有过大或过小现象，从而引起的摩擦生热和
电刷自身电阻发热
• 5）电刷材质与电机负荷不匹配
集电环常见故障及原因
• 6、电刷损耗不平均
• 1）弹簧压力太低或太高
• 2）集电环表面有油或尘埃
• 凡士林系石油润滑油馏份，经深度精制而得的无色、无臭、无荧光透明 的油状液体，不含任何添加剂、水分和机械杂质。溶于乙醚、氯仿、汽 油及苯等溶剂，不溶于水，与乙醇化学稳定性和抗氧化性良好，具有良 好的抗氧化安定性、稳定性和光安定性具有良好的粘附性、抗水性、拉 丝性、低温性和化学安定性，优质凡士林外观为白色均质无块软膏，由 于凡士林熔点较低，所以预热后具有良好的挥发性，不但有良好的润滑 效果，同时也有良好的挥发性，从而不致使油状物质渗入电刷。
• （3）清理通风口，保持风道畅通或大功率风扇通风，增加散热量。
运行中电刷发热常用处理方法
二、发热严重时应急处理，温度升高达到150℃以上。 • （1）首先要降低发电机的无功负荷，减少励磁电流，从而 降低电刷的工作电流。
• （2）找出严重过热的电刷，立即更换急备件电刷；严重过 热的电刷接触面处基本损坏且有掉块现象，这时这类电刷跳 震明显，观察电刷小辫抖动明显（紧急备件电刷为：在正常 运行已磨好的电刷）。
• （3）当发现个别电刷断辫或脱辫，或是刷辩严重变色时， 出现环火，则大量减小励磁电流，逐块更换发热电刷并进行 调整压力，不可强行更换大量新电刷。
运行中电刷发热常用处理方法
• 4）当处理完异常电刷后，由于滑环的氧化膜基本已被破坏，由于摩擦系 数较大仍会出现温度高现象并且声音异常，这时可采用涂抹凡士林的方 法进行润滑降温。具体方法及理由如下： • 用木质或竹质筷子前缠绕一块白布后，蘸取少量的普通凡士林，轻轻地 涂于滑环表面，要做到少量多次均匀，每次间隔1-3分钟。在很多次出现 严重发热，整体温度很高时，电刷与滑环温度升到200℃以上，采用这种 方法都能很快降温，把整体过热现象可控在正常温度之内，电刷声音及 振动也会随之变小，可避免停机事故的发生。
集电环常见故障及原因
• 2、沟槽或拉条纹
• 1）电刷牌号不合适
• 2）使用环境中粉尘大
• 3）电刷压力过低，且不均匀
• 4）电机长期低负载运行
集电环常见故障及原因
• 3、集电环表面扁平
• 1）电流过大，电刷压力偏低
• 2）电刷电流分配不均匀
• 3）由于外部原因，发电机发生位移振动
• 4）发电机较长时间不运转，电刷不提起，在集电环表面蚀出黑斑
处理方法及对策
• 3、集电环表面扁平
• 1）调整电刷压力
• 2）解决电机位移振动
处理方法及对策
• 4、导线烧断
• 1）调整电刷压力，将各电刷所带电流调整至均衡
• 2）检查电刷导线是否有磨损现象，并更换新电刷
处理方法及对策
• 5、电刷及刷架过热
• 1）调整电刷压力
• 2）消除电刷与电刷柄之间的接触电阻