一、研发背景

水轮发电机组中使用的碳刷是关键部件之一，不仅数量多且长期处于工作于高电压、大电流、强电场、强磁场、强振动等的恶劣环境中，功率密度高，散热条件差。发电机的励磁电流是通过碳刷、滑环输送到励磁绕组的，由于发电机在运转中会产生震动导致电刷和滑环瞬间产生电火花，严重时会引起滑环烧蚀、碳刷超温燃烧、发电机停机等重大事故。

二、系统原理

单台机组碳刷在线监测系统由若干碳刷传感器、通讯管理器、数据采集器和控制主机（前置工作站或人机界面）等组成。

碳刷传感器将检测到的多种物理量转换成数字信号通过射频方式传送至数据采集器，数据采集器负责将所收集到的碳刷信息进行汇总，经通讯管理器一面将数据传送给控制主机，另一面发送至远方服务器或控制中心。控制主机是HMI(人机界面)或工作站，负责现场碳刷数据的显示和设置，后者可运行“数据综合管理系统”，进行数据统计、管理、分析、记录等，功能更强大。

传感器优势

优势一：

·数字式高精度温度传感器；

·线性数字测量技术检测碳刷磨损度；

·射频免申请频段；

优势二：

·数据传输实时性

系统可以全天候24小时不间断监测碳刷运行状态，出现异常时及时报警，便于用户准确及时排除碳刷故障隐患，大量减少人工巡检强度。

·参数采集多样性

系统可以精确采集碳刷磨损量、工作温度、内置电池电压等主要参数。准确反映每个碳刷的工作状态，便于用户及时了解现场情况。

·安全及稳定性

安装支架采用高绝缘度环氧树脂板加工制造，与刷架绝缘；壳体采用优质PVC工程塑料制造，不会有漏电、放电等电气安全问题，更不会将碳刷上的高电压引出。系统采用了规模IC电路方案，使得整套装置集成度高，可靠性、稳定性都有保证。

·免维护性

采用内置高能耐高温电池供电和超低功耗的工作方式，保证在一个检修周期内免维护传感器本体。内置电池可反复充电使用300次以上，更加环保节能。

三、应用案例

某水电站4#机组采用了碳刷检测装置方案，已经安全、稳定、准确地运行1年多时间，标志着该技术在水电行业应用成熟，可以在国内各水电站大规模推广应用。