CN209045974U - 发电机碳刷磨损在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了发电机碳刷磨损在线监测装置，属于电机部件技术领域。本实用新型将绝缘信号线埋入碳刷内，绝缘信号线的端部通过绝缘层封装。绝缘信号线与碳刷处于隔离状态，绝缘信号线埋入碳刷内部的深度由碳刷磨损限值决定，绝缘信号线与信号处理单元连接。当碳刷磨损到预先设定时，埋入碳刷内部的绝缘信号端部的绝缘层被磨掉，绝缘信号线与碳刷导通，信号处理单元能够检测到电气回路参数的变化，触发报警输出。本实用新型通过检测与碳刷及刷握相连信号线间电气参数变化的原理实现碳刷磨损量的检测，结构新颖、简单。

Description

发电机碳刷磨损在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及电机部件技术领域，尤其涉及发电机碳刷磨损在线监测装置。

背景技术

碳刷位于发电机动静交界的位置，是发电机动静接触和能源交换的装置。机组运行时，发电机碳刷需要与集电环表面紧密接触，不断摩擦，方能实现发电机动静部件之间的能量传递。正是因为这样长时间、连续不停的机械摩擦，发电机碳刷的磨损和更换就显得频繁而日常。被磨损到一定程度的碳刷需要及时更换，否则就会有刷握顶部触碰滑伤集电环表面的危险，甚至出现该位置打火导致部件发热、断裂破损或松动等故障的发生，从而导致机组非停。因此，对碳刷磨损量的实时监测和报警很有必要。

目前，对于发电机碳刷磨损的监测工作主要都是通过运行维护人员周期性巡检实现。发电机的碳刷通过刷握固定于均匀分部在发电机主轴周围的刷架上，安装空间极为紧凑，且因为降噪的要求，发电机碳刷室通常都是被隔离在隔音罩内运行。

正是由于上述安装布置的特点，每次巡检时运维人员都必须穿过隔音罩，靠近碳刷架，通过肉眼观察碳刷的运行及磨损情况。这种人工周期性巡检的方法需要巡检人员经常性地靠近旋转运行的发电机通过肉眼观察碳刷的磨损情况，通过碳刷上的标记线确定哪些碳刷需要更换。这种检测模式，不仅存在维护人员工作量大、效率低下等缺点；而且运维人员需要靠近高速转动的机组，存在极大的安全隐患。另外，这种检测方法干扰因素较多，误差较大，不够客观，不能提早发现安全隐患保证设备安全，有失故障诊断的科学性。因此，设置发电机碳刷磨损在线监测系统，对碳刷的运行状态进行在线实时监测是很有必要的。

国家知识产权局于2008年09月24日公开了申请号为CN200720306049.5,名称为一种碳刷电机的碳刷磨损提示装置的实用新型专利,公开了一种碳刷电机的碳刷磨损提示装置，包括刷握、碳刷、金属弹簧、压块和报警指示灯，碳刷可上下滑动地嵌装在刷握内，其下端与电机换向器的圆周表面相接触，上端与金属弹簧相抵顶，压块压于金属弹簧上端。刷握靠下端位置设有一感应片，该感应片与电源一端相接，金属弹簧与电源另一端相接，报警指示灯与感应片和金属弹簧中的任意一个连接。感应片可在碳刷磨损到一定程度后，与下移的金属弹簧相接触并形成回路使报警指示灯发亮，以提示用户及时更换碳刷。

国家知识产权局于2016年04月06日公开了申请号为CN201610033334.8,名称为发电机励磁碳刷在线监测系统及监测方法的发明专利,公开了发电机励磁碳刷在线监测系统及监测方法，发电机励磁碳刷在线监测系统包括安装在发电机的励磁碳刷的刷辫铜导线上的电流传感器，用于对励磁碳刷电流信号的采集取样；其与电流传感器相连接的数据监测服务器，其对电流传感器的输出信号进行采集，并进行信号调理、数据处理、数据分析，实时显示电流信号；与数据监测服务器相连接集控中心，接收数据监测服务器发出的指令，并做出相应的动作反应。

国家知识产权局于2007年11月21日公开了申请号为CN03112700.2,名称为电动机的碳刷磨损感测装置的发明专利,公开了一种电动机的碳刷磨损感测装置，包括壳体、碳刷、弹性元件、设有报警指示灯的电路板装置，电路板装置上设有导电探针，该导电探针与报警指示灯相电连接，的碳刷的表面设有接触部位。发明利用了碳刷是导体的特性，而在碳刷上设置有接触部位，在碳刷磨损而需要更换时，报警指示灯通过导电探针与碳刷电连接，报警指示灯亮，本发明的制作工艺十分简单，报警的动作也可靠。

上述现有技术中存在以下问题：

第一件专利中，碳刷如果出现晃动将会直接与感应片接触，导致回路误导通。第二件专利针对的是碳刷电流检测系统，无法实现碳刷的磨损监测。第三件专利中装置需要有较大的安装空间，在热电发电机中不适用。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提出了发电机碳刷磨损在线监测装置,采用预埋引线的方式，无需较大安装空间，适用于碳刷室空间紧凑的热电发电机。同时，本实用新型装置不受碳刷晃动影响，避免了回路误导通的情况，提高了监测的准确率。使用本实用新型装置进行碳刷磨损监测，当碳刷磨损到设定位置时，该监测系统能够及时发出报警，通知维护人员进行处理，避免进一步磨损而出现威胁机组安全运行的情况。

本实用新型通过以下技术方案来实现的:

发电机碳刷磨损在线监测装置,包括刷握；刷握包括依次连接的刷握手柄、装配体和刷盒；刷盒分隔成多个碳刷小室，每个碳刷小室内设置有一个碳刷和一个卷簧，卷簧一端用螺栓把合固定在刷握底板上，另一端抵住碳刷；碳刷内部设置有绝缘信号线;绝缘信号线通过信号线I连接信号处理单元；刷盒上固定设置有导电块；导电块通过信号线II连接信号处理单元；信号处理单元内部设置有高阻抗元件和继电器。

本实用新型中的绝缘信号线包括信号线，信号线的端部包裹有绝缘层。本实用新型的绝缘信号线一端与信号线I连接，另一端即为端部。绝缘信号线埋在碳刷内部，埋入的深度由碳刷磨损限值决定。

本实用新型中，绝缘信号线的埋入深度为整个碳刷长度的40%。

绝缘信号线、信号线I、信号处理单元内的高阻抗元件、信号线II、导电块形成一个首尾连接的回路，当绝缘信号线端部的绝缘层没有被磨损的时候，整个回路无法导通。当发电机运行时，碳刷与高速旋转的集电环接触、摩擦，随着运行时间的增加，碳刷逐渐被磨损，当磨损到设定位置时，逐渐将绝缘信号线端部的绝缘层磨损掉，上述回路导通。此时，通过绝缘信号线、信号线I、信号处理单元内的高阻抗元件、信号线II、导电块形成的回路即可测量电信号，信号处理单元通过对阻抗的电气参数进行检测并与设定值比较从而实现对碳刷磨损的检测，当达到设定值时，通过内部继电器输出报警。

进一步地，本实用新型的绝缘层是指绝缘信号线的外包绝缘材料。

本实用新型中的信号处理单元为包含PLC、单片机、高阻元件及继电器的后置信号处理模块。

信号处理单元内部的PLC为市场上通用西门子、施耐德等常规型号的可编程逻辑控制器，负责根据输入电气量进行相应的控制输出；单片机为MCS-51系列，负责对回路中采集的电气信号进行处理，输出开关量；继电器元件带有常闭/常开接点，主要作为开关量信号的传递和电气隔离。

本实用新型还包括设置在热电发电机上的刷架挡风板；刷架对称设置在刷架挡风板两侧；刷握在水平线上排列成一条直线。本实用新型的刷握竖直下方为集电环。

本实用新型的信号处理单元设置在刷架挡风板外壁上，碳刷小室没有信号处理单元的空间，信号处理单元就近安装可以减少信号光缆的使用长度，因此将信号处理单元设置在刷架挡风板外壁上。

进一步地，本实用新型的碳刷尾部还设置有铜导线。铜导线和外部的励磁电流输入端子相连，其作用是传输励磁电流。

进一步地，本实用新型装配体上还设置有用以抵住碳刷的电刷保持板。

进一步地，本实用新型的刷握手柄采用的是绝缘材料制成，本实用新型的刷盒采用的是金属材料制成。

本实用新型的装配体设置在套筒内部，套筒和刷握底板一体成型。

本实用新型带来的有益效果有：

（一）本实用新型结合热电发电机碳刷、刷握的结构特点，采用将带有绝缘层的信号线埋入碳刷内，碳刷晃动不会造成回路误导通，绝缘信号线设置在碳刷内部，当磨损至绝缘信号线的位置时才能形成导通的回路，结构新颖、简单。

（二）本实用新型可以每一个碳刷对应设置一个绝缘信号线，将对碳刷的磨损监测精确到每一个碳刷。对碳刷的磨损监测精确、高效。

（三）本实用新型的安装空间小，绝缘信号线安装在碳刷内部，不会占用空间。信号处理单元安装在刷架挡风板外壁上，利用本身具有的结构进行安装固定即可。

（四）本装置通过检测与碳刷及刷握相连信号线间电气参数变化的原理实现碳刷磨损量的检测，此种方案能将带有高电压的碳刷磨损信号转换为PLC能够接入的信号源，可实时、准确、可靠地实现碳刷磨损监测的功能。该装置还能将采集到的碳刷磨损状态信息通过上传到远程监控计算机，实现机组运行状态的远程监控和机组信息的远程读取及记录，为机组维护、电站运行的少人化、无人化值班提供了可能。极大地方便了运维人员的运行和维护，保障了机组的安全稳定运行，提高了机组乃至整个电站的自动化和智能化程度。

附图说明

图1为本实用新型的示意图。

图2为本实用新型的位置示意图。

图3为绝缘信号线的安装示意图。

其中，1、刷架，2、刷握，3、集电环，4、刷握手柄，5、装配体，6、刷盒，7、碳刷小室，8、碳刷，9、绝缘信号线， 10、卷簧，11、刷握底板，12、信号线I，13、信号线II， 14、信号处理单元，15、导电块， 18、刷架挡风板，19、铜导线，20、电刷保持板，21、套筒。

具体实施方式

实施例1

如图1所示：发电机碳刷8磨损在线监测装置,包括刷握2；刷握2包括依次连接的刷握手柄4、装配体5和刷盒6；刷盒6分隔成多个碳刷小室7，每个碳刷小室7内设置有一个碳刷8和一个卷簧 10，卷簧 10一端用螺栓把合固定在刷握底板11上，另一端抵住碳刷8；碳刷8内部设置有绝缘信号线9;绝缘信号线9通过信号线I12连接信号处理单元 14；刷盒6上固定设置有导电块15；导电块15通过信号线II13连接信号处理单元 14；信号处理单元 14内部设置有高阻抗元件和继电器。

本实用新型中的绝缘信号线9包括信号线，信号线的端部包裹有绝缘层。本实用新型的绝缘信号线9一端与信号线I12连接，另一端即为端部。绝缘信号线9埋在碳刷8内部，埋入的深度为由碳刷8磨损限值决定。

本实用新型中，绝缘信号线9的埋入深度为碳刷8长度的40%。进一步地，本实用新型的绝缘层是指绝缘信号线9的外包绝缘材料。

绝缘信号线9、信号线I12、信号处理单元 14内的高阻抗元件、信号线II13、导电块15形成一个首尾连接的回路，当绝缘信号线9端部的绝缘层没有被磨损的时候，整个回路无法导通。当碳刷8抵在集电环3上不断的摩擦时，碳刷8被磨损，逐渐将绝缘信号线9端部的绝缘层磨损掉，上述回路导通。此时，通过绝缘信号线9、信号线I12、信号处理单元 14内的高阻抗元件、信号线II13、导电块15形成的回路即可测量电信号，信号处理单元 14通过对阻抗的电气参数进行检测并与设定值比较从而实现对碳刷8磨损的检测，当达到设定值时，通过内部继电器输出报警。

本装置通过检测与碳刷8及刷握2相连信号线间电气参数变化的原理实现碳刷8磨损量的检测，此种方案能将带有高电压的碳刷8磨损信号转换为PLC能够接入的信号源。可实时、准确、可靠地实现碳刷8磨损监测的功能。极大地方便了运维人员的运行和维护，保障了机组的安全稳定运行，提高了机组乃至整个电站的自动化和智能化程度。

实施例2

发电机碳刷8磨损在线监测装置,包括刷握2；刷握2包括依次连接的刷握手柄4、装配体5和刷盒6；刷盒6分隔成多个碳刷小室7，每个碳刷小室7内设置有一个碳刷8和一个卷簧 10，卷簧 10一端用螺栓把合固定在刷握底板11上，另一端抵住碳刷8；碳刷8内部设置有绝缘信号线9;绝缘信号线9通过信号线I12连接信号处理单元 14；刷盒6上固定设置有导电块15；导电块15通过信号线II13连接信号处理单元 14；信号处理单元 14内部设置有高阻抗元件和继电器。

本实用新型中的绝缘信号线9包括信号线，信号线的端部包裹有绝缘层。本实用新型的绝缘信号线9一端与信号线I12连接，另一端即为端部。绝缘信号线9埋在碳刷8内部，埋入的深度为由碳刷8磨损限值决定。

本实用新型中的信号处理单元 14为包含PLC、单片机、高阻元件及继电器的后置信号处理模块。信号处理单元 14还可以通过上传到远程监控计算机，实现机组运行状态的远程监控和机组信息的远程读取及记录。

实施例3

发电机碳刷8磨损在线监测装置,包括刷握2；刷握2包括依次连接的刷握手柄4、装配体5和刷盒6；刷盒6分隔成多个碳刷小室7，每个碳刷小室7内设置有一个碳刷8和一个卷簧 10，卷簧 10一端用螺栓把合固定在刷握底板11上，另一端抵住碳刷8；碳刷8内部设置有绝缘信号线9;绝缘信号线9通过信号线I12连接信号处理单元 14；刷盒6上固定设置有导电块15；导电块15通过信号线II13连接信号处理单元 14；信号处理单元 14内部设置有高阻抗元件和继电器。

本实用新型中的绝缘信号线9包括信号线，信号线的端部包裹有绝缘层。本实用新型的绝缘信号线9一端与信号线I12连接，另一端即为端部。绝缘信号线9埋在碳刷8内部，埋入的深度为由碳刷8磨损限值决定。

本实用新型还包括设置在热电发电机上的刷架挡风板 18；刷架1对称设置在刷架挡风板 18两侧；刷握2在水平线上排列成一条直线。本实用新型的刷握2竖直下方为集电环3。

本实用新型的信号处理单元 14设置在刷架挡风板 18外壁上，碳刷小室7没有信号处理单元 14的空间，信号处理单元 14就近安装可以减少信号光缆的使用长度，因此将信号处理单元 14设置在刷架挡风板 18外壁上。

实施例4

发电机碳刷8磨损在线监测装置,包括刷握2；刷握2包括依次连接的刷握手柄4、装配体5和刷盒6；刷盒6分隔成多个碳刷小室7，每个碳刷小室7内设置有一个碳刷8和一个卷簧 10，卷簧 10一端用螺栓把合固定在刷握底板11上，另一端抵住碳刷8；碳刷8内部设置有绝缘信号线9;绝缘信号线9通过信号线I12连接信号处理单元 14；刷盒6上固定设置有导电块15；导电块15通过信号线II13连接信号处理单元 14；信号处理单元 14内部设置有高阻抗元件和继电器。

本实用新型中，绝缘信号线9的埋入深度为碳刷8长度的40%。

进一步地，本实用新型的碳刷8尾部还设置有铜导线19。铜导线19和外部的励磁电流输入端子相连，其作用是传输励磁电流。

实施例5

发电机碳刷8磨损在线监测装置,包括刷握2；刷握2包括依次连接的刷握手柄4、装配体5和刷盒6；刷盒6分隔成多个碳刷小室7，每个碳刷小室7内设置有一个碳刷8和一个卷簧 10，卷簧 10一端用螺栓把合固定在刷握底板11上，另一端抵住碳刷8；碳刷8内部设置有绝缘信号线9;绝缘信号线9通过信号线I12连接信号处理单元 14；刷盒6上固定设置有导电块15；导电块15通过信号线II13连接信号处理单元 14；信号处理单元 14内部设置有高阻抗元件和继电器。

进一步地，本实用新型装配体5上还设置有用以抵住碳刷8的电刷保持板20。电刷保持板20一端设置在装配体5上，另一端卡在碳刷8侧壁上，如图1中的实线表示的电刷保持板20。当拆装刷握2时，电刷保持板20的一头被压下，另一头就会翘起扣紧碳刷8与集电环3的接触面上，从而抵住碳刷8，如图1中虚线表示的电刷保持板20。

本实用新型的装配体5设置在套筒21内部，套筒21和刷握底板11一体成型。

实施例6

发电机碳刷8磨损在线监测装置,包括刷握2；刷握2包括依次连接的刷握手柄4、装配体5和刷盒6；刷盒6分隔成多个碳刷小室7，每个碳刷小室7内设置有一个碳刷8和一个卷簧 10，卷簧 10一端用螺栓把合固定在刷握底板11上，另一端抵住碳刷8；碳刷8内部设置有绝缘信号线9;绝缘信号线9通过信号线I12连接信号处理单元 14；刷盒6上固定设置有导电块15；导电块15通过信号线II13连接信号处理单元 14；信号处理单元 14内部设置有高阻抗元件和继电器。

进一步地，本实用新型的刷握手柄4采用的是绝缘材料制成，本实用新型的刷盒6采用的是金属材料制成。

以上，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.发电机碳刷磨损在线监测装置,包括刷握（2）；其特征在于：所述刷握（2）包括依次连接的刷握手柄（4）、装配体（5）和刷盒（6）；所述刷盒（6）分隔成多个碳刷小室（7），每个碳刷小室（7）内设置有一个碳刷（8）和一个卷簧（10），所述卷簧（ 10）一端用螺栓把合固定在刷握底板（11）上，另一端抵住碳刷（8）；所述碳刷（8）内部设置有绝缘信号线（9）;所述绝缘信号线（9）通过信号线I（12）连接信号处理单元（ 14）；所述刷盒（6）上固定设置有导电块（15）；所述导电块（15）通过信号线II（13）连接所述信号处理单元（ 14）；所述信号处理单元（ 14）内部设置有高阻抗元件和继电器。

2.如权利要求1所述的发电机碳刷磨损在线监测装置，其特征在于：绝缘信号线（9）的埋入深度为整个碳刷（8）长度的40%。

3.如权利要求1所述的发电机碳刷磨损在线监测装置，其特征在于：绝缘信号线（9）包括信号线，信号线的端部包裹有绝缘层；所述绝缘层是指绝缘信号线（9）的外包绝缘材料。

4.如权利要求1所述的发电机碳刷磨损在线监测装置，其特征在于：所述信号处理单元（ 14）为包含PLC、单片机、高阻元件及继电器的后置信号处理模块。

5.如权利要求1所述的发电机碳刷磨损在线监测装置，其特征在于：包括设置在热电发电机上的刷架挡风板（ 18）；所述刷架（1）对称设置在所述刷架挡风板（ 18）两侧；所述刷握（2）在水平线上排列成一条直线；刷握（2）竖直下方为集电环（3）。

6.如权利要求1所述的发电机碳刷磨损在线监测装置，其特征在于：所述信号处理单元（ 14）设置在刷架挡风板（ 18）外壁上。

7.如权利要求1所述的发电机碳刷磨损在线监测装置，其特征在于：所述碳刷（8）尾部还设置有铜导线（19）。

8.如权利要求1所述的发电机碳刷磨损在线监测装置，其特征在于：所述装配体（5）上还设置有用以抵住碳刷（8）的电刷保持板（20）。

9.如权利要求1所述的发电机碳刷磨损在线监测装置，其特征在于：所述刷握手柄（4）采用的是绝缘材料制成，所述刷盒（6）采用的是金属材料制成。

10.如权利要求1所述的发电机碳刷磨损在线监测装置，其特征在于：所述装配体（5）设置在套筒（21）内部，套筒（21）和刷握底板（11）一体成型。