整流子和滑环上电刷产生火花的原因及消除办法11

整流子和滑环上电刷产生火花的原因及消除办法

QF-6-2型发电机是我厂非常重要的节能环保装置，年发电量约三千万度，为工厂节约电费近一千五百万元。发电机的安全、稳定运行对我厂利润指标的完成有着非常重要的意义。

励磁系统的主要作用供给同步发电机励磁绕组直流电源，它的正常运行对发电机可靠的发供电起着重要的作用，它对同步发电机的作用主要是：

（1）调节励磁，可以维持电压恒定。 （2）可以使各台机组无功功率合理分配。

（3）采用完善的励磁系统及其自动调节装置，可以提高输送功率极限，扩大静态稳定运行的范围。

（4）在发生短路时，强行励磁又有利于提高动态稳定能力。 （5）在暂态过程中，同步发电机的行为在很大程度上取决于励磁系统的性能。

我厂QF-6-2型发电机采用的是ZLG-45型同轴直流励磁机提供直

流电源。直流发电机供电的励磁方式，目前在中小型发电机组上仍广泛应用，这种励磁方式有着独立、稳定、励磁响应速度较快的特点，但由于存在换相器（即整流子）和电刷，所以维护工作量较大，可靠性较差。尤其是整流子和滑环上电刷火花的产生，对励磁系统的稳定运行造成非常大的影响，如何消除电刷下的火花，一直是一个老大难问题。在电力生产企业，每年都会出现多起因整流子或滑环上电刷故障引发的停机事故，给企业造成较大的经济损失。因此对励磁系统进

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行经常的检查、维护是十分必要的，运行人员应按照运行规程要求的项目，认真进行工作。下面，我结合自己多年的实践工作经验，就整流子和滑环上电刷产生火花的原因和消除办法作一详尽论述。

一、对火花的认识

整流子和滑环上电刷产生火花的原因很多，归纳起来有电磁性原因、机械性原因、化学性原因等。在正常情况下电刷下有微弱的火花并无危害，这是不可避免的。但如果火花范围大和程度剧烈，将会灼伤整流子、滑环和电刷，甚至会使励磁机、发电机无法正常运行。关于火花强弱程度和是否容许电机继续运行，应根据火花等级来判断（表1）。按照我国技术标准，电刷下火花可分为五级，电机正常运 表1

火花级别 1 火 花 程 度 无火花 换向器和电刷的状态 换向器上无黑色痕迹，电刷上无灼痕 换向器上有黑色灼痕，但容易用汽油擦去，电刷上有灼痕 换向器上有黑色灼痕，但不能用汽油擦去，电刷上有灼痕 11/4 电刷边缘有微弱的点状火花 11/2 电刷边缘有轻微的火花 2 电刷边缘的大部分有较大的火花 3 电刷的整个边缘有强烈的火花，而换向器严重发黑不能用汽油且有大火花飞出 擦去，而且电刷有烧焦和损坏 行时，火花不应超过1又1/2级。短时过载，火花不应超过2级，3级火花是“危险的火花”。 在发电机正常运行中，若电刷的滑出边常常出现较小的白色或天蓝色点状火花，且范围较小，这是没有危险的。如在较多的电刷下有浅黄色而又细长的火花时，表示换向不正确。如

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果火花为绿色，电刷接触面上有铜燃烧微粒，表示电刷跳动，这是由于云母片突出或整流器不圆等原因引起的。

当电刷运行良好时，整流器和滑环表面应有光泽的氧化膜（无烧坏的发暗或发黑的斑点）。这层均匀、适度、稳定的氧化膜，改变了电刷与整流器或集电环的接触特性、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. 这层氧化膜的存在，可提高铜片的耐磨性，同时对消除火花有着非常重要的作用，是电机运行良好的主要标志之一。

二、励磁系统设备及其参数介绍

我厂QF-6-2型发电机额定电压6300V，额定电流688A，励磁电压110V，励磁电流235A。ZLG-45型励磁机容量为45KW，额定电流300A，额定电压150V。

整流子、滑环上碳刷采用上海摩根碳制品有限公司生产的D172型碳刷其技术参数见（表2）。整流子上碳刷规格为20×32×40，正负级各有6块，共12块。由以上电刷的技术参数、规格我们知道，整流子上每块电刷允许流过的最大电流约为76A，在励磁机额定运行状态下每块电刷流过的电流是50A，由此可见，正常运行下，每块电刷的载流量是足够的。碳刷在整流子上得排列分布见图（1），重合值a约为3—5毫米，这是为了整流子表面磨损均匀，避免整流子表面出现沟槽。整流子上电刷压簧采用丹东恒力弹性元件厂生产的HV2C23—1.5公斤型。

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滑环上电刷的规格是25×32×60，正负极各4块。我们由电刷

参数、规格同样可知道，滑环上每块电刷允许流过的最大电流是96A，发电机额定运行状态下，每块电刷流过的电流是58.7A。可见，滑环上电刷的载流量也是足够的。滑环上压簧同样是丹东恒力弹性元件厂生产的，型号是HVC102-1.85公斤。滑环与电刷滑动接触时会产生高热，为了散热良好，两个滑环表面车有螺纹，这样，一方面增加了散热面积，加强冷却。另一方面是为了改善同电刷的接触，而且也容易让电刷的粉末沿螺旋状沟槽排出。靠发电机侧滑环上的螺纹是左旋的，靠励磁机侧滑环上的螺纹是右旋的。在我厂，靠发电机侧的电刷是负刷。 表2 长度 摩擦系数 正压力 接触压降 L/mm k P/Pa △E/v 1.25 电流密度 I/（A/cm2） 12 额定电流 最高速度 I/A 96 电阻率 v/（m/s） p/Ω.m 70 12×10-6 60 9.8×2500 0.25 三、整流子和滑环上电刷产生火花的具体原因及消除、预防办法。

首先，就发电机在运行中整流子或滑环上发生火花的情况进行论述：

1、整流子和电刷表面不清洁或有油污，根据不洁程度，可能在个别电刷上，也可能在全部电刷上发生火花，电刷烧伤严重。

处理办法：1）用白布浸少许酒精擦拭整流子；2）用干净的白布擦电刷表面；3）在研磨工具上，覆以细玻璃砂纸（00号）研磨整流子。

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预防措施：：1）勤清扫、吹灰，保持碳刷及整流子、滑环光面清洁，根据我厂发电机现场湿度偏大、粉尘偏多、汽轮机与励磁机轴承座油气蒸发较多的特点，我制定了发电机特级维护措施，规定每日早晨交接班后用白布擦拭整流子表面，以保持整流子表面清洁。每周一次用无水分、油和杂质的干净压缩空气对整流子、滑环、刷架、励磁机本体、励磁机轴承底座进行吹扫，需要注意的是，压缩空气的压力要小于0.3MPa。2）若遇大风天气，或过后必须及时清扫。再就是在春季扬沙和飘絮的季节，要执行每日早晚交接班各一次的特级维护制度，每周对发电机吹扫两次。

2、电刷压力不均匀造成电流分布不均匀。 处理办法：更换过热的电刷和压簧

预防措施：电刷压力的不同会对电刷的接触电阻产生影响，从

而造成电刷电流分布不均匀。虽然我们在整流子（滑环）电刷上使用的是压力为1.5公斤（1.85公斤）的恒压弹簧，但仍要定期检查电刷压力，现在每周一次用弹簧秤检查电刷压力，特别要使各电刷的压力均匀，其差别不能超过10%，如果发现压力达不到规定要求，要及时进行更换。如果在运行中发现压簧有变色发黄的痕迹，更要马上更换。 3、电刷磨短

处理办法：更换新电刷

预防措施：日常维护中要检查电刷的磨损情况，将摩擦面距离

铜辫小于20mm的电刷进行更换，但每次在同一极上更换的电刷块数应不超过两块，使用的电刷牌号必须一致。

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4、不同牌号的电刷混用，电刷太硬或材质不良 处理办法：查清电刷牌号，使用规定牌号电刷

预防措施：不同牌号的电刷混用会造成刷间电流分配不均。因

为我厂只选用上海摩根碳制品有限公司生产的D172型电刷，所以这个问题不会出现。但由于每一次购进的电刷质量都有差异，尤其是电刷硬度差异较大，有可能出现某一批次的电刷不适宜使用，这种情况下，要把该批次电刷及时清出库房，以免和其他批次电刷搀杂使用。通过几年来的实践，我厂发电机电刷硬度保持在9—11洛氏比较适宜。

5、电刷在刷握中摇摆或电刷卡涩不能上下移动，火花随负荷而

增加。

处理办法：检查电刷在刷握内的情况，能否上下自由活动，更

换摇摆的和有卡涩的电刷。如果刷握有烧毛、损坏现象，应修理或更换刷握。

预防措施：1）每次更换电刷时，研磨电刷使其与整流子接触面

良好的同时，要使电刷在刷握内可自由上下移动，若发现有卡涩，要均匀研磨电刷的四周，其上下端尺寸误差不得大于0.05mm，电刷在刷握内应有0.1—0.2mm的间隙。2）刷握的下边缘和整流子（滑环）工作面的间距应保持在2-3mm，如果距离过大，电刷会跳动、摆动。3）检查刷握内应光滑，无烧毛、损坏现象，确保电刷在刷握内能滑动自如，否则应修理或更换刷握。

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6、刷握固定不牢，发生松动或振动。电刷和引线、引线和接线

端子间的连线松动，发生局部火花

处理办法：检查电刷、刷辫、刷握等各部分的接触、连接情况，

发现有螺丝松动的现象要及时紧固，避免电刷运行状况恶化，引发环火。

预防措施：定期检查各部分连线的连接和螺丝的紧固情况，尤

其是在发电机检修工作完成后或发电机过负荷、振荡等故障发生之后，要进行认真检查，及时消除隐患。

7、整流子片间绝缘云母片凸起

处理办法：用干净白布或0号金相砂纸擦拭凸起部位，如无效

果可用专用细沙石进行研磨。

预防措施：整流子片间云母绝缘应低于铜片1-1.5mm，修成圆角

或倒角。在运行中，要选用硬度合适的电刷，以免整流子磨损严重。再就是要保证检修质量。

8、整流子不圆或表面不平

处理办法：在停机时检查整流子的状态，用千分表测量整流子表

面的摆度（最大值与最小值之差），不应超过0.05mm（3000r/min）；整流子表面的凹凸不平，不应超过0.5-1.0mm，否则，应进行车磨。

预防措施：选用9-11洛氏硬度的电刷，避免因电刷太硬，整流

子磨损严重；为了使整流子的磨损均匀，如图（1）电刷应错开排列；根据已有资料，如果整流子磨损严重，可在其表面镀上一层铬，会提高整流子的耐磨性。

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9、电刷振动，火花随振动大小而不同。其原因可能如下：整流

子磨损不均匀，片间云母突出，电刷松弛，机组振动等

处理办法：首先要查明电刷振动的原因，如果是前三个原因，

依据上面已经提到的办法进行处理。如果机组发生振动，排除转子回路发生两点接地等电气原因，要会同汽机运行人员认真检查，找出原因，进行处理。

预防措施：对发电机组认真维护，认真巡检。 10、发电机转子电压超过限额 处理方法：将转子电压降低

预防措施：在发电机运行中，一定要认真监盘，勤调整无功。 下面再就发电机检修后发生火花的情况作详细论述： 11、一部分电刷研磨不良，其表面未能全部工作

处理方法：重磨电刷或使发电机在轻负荷下运行一段时间，一直

到电刷磨好为止，新研磨好的电刷接触面不小于75%。

12、电刷装置的位置有偏差

处理方法：重新配置刷框位置，，使各组电刷对称，位于整流子的电气中性上，距离偏差值不大于±1mm.

13、各整流区之间的距离不均匀

处理方法：沿圆周检查各电刷间的距离，必要时应进行找正，使

其误差在±0.5mm以内。

14、电枢与磁极间的气隙不均匀

处理方法：调整气隙，使每个磁极与转子间的间隙偏差不大于平

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均值的±5%。

15、电刷引线回路中的接触电阻大，造成负荷分配不均匀 处理方法：检查电刷与铜辫的接触及引线回路中各螺丝是否上

紧，接触是否良好。

16、换向极连接不正确

处理方法：检查磁极极性，换向极的极性应当是在电枢转动时电

枢线圈先通过同极性的换向极，然后通过其主极。

17、整流子表面氧化膜未很好建立

处理方法；在轻负荷下持续运行，逐渐增加转子电流，使其建立

氧化膜。

18、由于压簧与电刷没有绝缘，电流流经压簧使其发热变软，失去弹性

处理方法：将压簧与电刷绝缘，如压簧已失去弹性，必须更换

预防措施：在发电机检修过程中，要严格遵守检修规程中的质

量标准，按照检修工艺完成检修项目。质量验收过程要本着认真、负责的态度把好质量关。只有这样，才能保障检修工作的顺利完成，保障发电机组的安全、稳定运行。

除了上面提到的产生火花的常见原因，还有一些其他因素，也

会使电刷下产生火花。电刷的磨损与电刷的电流密度、电刷的温度、周围气体、电刷质量有关，所以，电刷牌号不要轻易更换，且电刷电流密度最大值不应超过10-12A/c㎡,电刷温度以50-70℃为最合适，如周围空气中含有化学气体，则整流器表面的氧化膜容易被破坏，如

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周围空气中的湿度较大时，由于电解作用，也易使整流器（滑环）和电刷表面出现2-3㎜宽的条沟和明显的高低不平现象。如果整流器（滑环）表面沾油后，也容易产生上述条沟现象。因此，要用干净的白布经常檫拭整流器（滑环）工作表面。整流器若有片间短路，应清除片间云母槽内的碳末。

励磁机和转子回路内部故障，这样的电路、磁路上的问题，同样是引起火花的一个重要因素，但一般很少出现。如电枢绕组断线或接头脱焊；电枢绕组与整流器接头松动；电枢绕组内匝间短路；主磁极线圈有匝间短路；换向磁极线圈有匝间短路；换向磁极位置有偏移；发电机转子线圈匝间短路；灭磁开关主触头接触电阻大等。这些故障一旦发生，电刷打火的同时，控制盘上的无功指示、转子电压、电流指示等就会发生变化，现场电机的声音、各部分温度也会发生变化，将影响到发电机的安全运行。所以在日常工作中，要把控制盘面上的表计指示和现场发电机的运行工况（电机的声音、振动、各部分温度）与消除火花的工作结合起来，进行综合判断，才能找出火花产生的真正原因，从而将火花控制在合理范围之内。

四、火花消除过程中应注意的问题

1、电刷下出现火花时，应首先用干净的白布檫拭整流器和滑环

表面，再观察效果。

2、如果发现电刷边缘脱落较多时，应及时更换同牌号电刷。 3、发现电刷打火后，不要急于处理火花较大的电刷，尤其是发电机满负荷运行时，应先用直流钳表测量每个电刷上的电流，优先处

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理电流明显偏小、火花不大、温度偏低的电刷，检查该电刷是否有卡涩、跳动现象。待该电刷正常工作后，再处理其他电刷。避免在处理火花大，电流大的电刷时，电刷电流分配严重不平衡，从而引发恶性循环，发生环火事故。

4、安全方面，由于是在高速旋转的设备上工作，在处理火花过

程中，一定要有人监护；工作人员应穿绝缘鞋，使用绝缘良好的工具，避免励磁系统出现短路或接地；禁止用两手同时碰触励磁回路和接地部分或两个不同极的带电部分。禁止两个人同时在不同极性的励磁回路上工作；工作时应穿工作服，禁止穿短袖衣服或把衣袖卷起来；衣袖要小，并在手腕处扣紧；长头发的女同志要把头发盘放在帽子里；手套可选用防滑带弹性的医用手套。

发电机运行中，火花的消除关系到发电机的安、稳运行。为了

作好发电机的运行工作，我厂设置了专职的励磁工，制定了特级维护规程。给每块电刷编了号码，如果电刷出现火花，励磁工将会把火花出现的原因、采取的处理措施、需要注意的事宜、日期时间、对应的电刷编号等登记在特级维护记录本。通过认真执行维护规程，不断的学习和经验积累，我们处理火花的能力得到极大提高，未发生过因电刷打火而导致发电机被迫减负荷或停机。电刷的火花一直控制在1又1/2级以下，为我厂发电机完成发电任务奠定了坚实的基础。

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理电流明显偏小、火花不大、温度偏低的电刷，检查该电刷是否有卡涩、跳动现象。待该电刷正常工作后，再处理其他电刷。避免在处理火花大，电流大的电刷时，电刷电流分配严重不平衡，从而引发恶性循环，发生环火事故。

4、安全方面，由于是在高速旋转的设备上工作，在处理火花过

程中，一定要有人监护；工作人员应穿绝缘鞋，使用绝缘良好的工具，避免励磁系统出现短路或接地；禁止用两手同时碰触励磁回路和接地部分或两个不同极的带电部分。禁止两个人同时在不同极性的励磁回路上工作；工作时应穿工作服，禁止穿短袖衣服或把衣袖卷起来；衣袖要小，并在手腕处扣紧；长头发的女同志要把头发盘放在帽子里；手套可选用防滑带弹性的医用手套。

发电机运行中，火花的消除关系到发电机的安、稳运行。为了

作好发电机的运行工作，我厂设置了专职的励磁工，制定了特级维护规程。给每块电刷编了号码，如果电刷出现火花，励磁工将会把火花出现的原因、采取的处理措施、需要注意的事宜、日期时间、对应的电刷编号等登记在特级维护记录本。通过认真执行维护规程，不断的学习和经验积累，我们处理火花的能力得到极大提高，未发生过因电刷打火而导致发电机被迫减负荷或停机。电刷的火花一直控制在1又1/2级以下，为我厂发电机完成发电任务奠定了坚实的基础。

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