電刷在集電環上運行時，在其接觸面上形成一層均勻、適度、穩定的氧化膜，這是電機運行良好的主要標誌之一。因為這層氧化膜的存在，改變了電刷與集電環的接觸特性、減少了摩擦、降低磨損、延長使用壽命。氧化膜是一種複合薄膜，其組成成分與電刷型號及集電環的材料成分有關。氧化膜的正常厚度在8－100nm的範圍內，一般為25nm.用電子顯微鏡觀察發現，電刷與集電環接觸面是由無數個點相接觸，一般接觸面只有電刷總面積的千分之幾左右。接觸面積的大小，由電機的轉速、集電環材質的硬度、加工精度、偏擺度、電刷的材質、電刷上的壓力大小等因素來決定。
有研究發現，外加電壓小時，氧化膜絕緣，當電壓升高到一定值時，氧化膜被擊穿。當擊穿後，不管電流如何增加，由於導電點的增加、導電面積的擴大，則接觸電壓保持恆定。
氧化膜具有非常好的潤滑性能，電刷與集電環接觸表面起潤滑作用的潤滑層主要是石墨膜，這層石墨膜，將電刷與集電環分開，使摩擦在石墨潤滑層間進行，降低
了摩擦係數，減少了摩擦熱的產生，減少了電刷的磨損。電刷的過熱故障，很多情況是由於氧化膜被破壞且無法重新建立導致的。
一、電刷及集電環常見故障的原因及解決辦法
電刷在運行中最常見的故障為發熱、產生火花、嚴重的燒損電刷刷握及集電環。從產生過熱故障的原因看，主要有以下幾個方面：
1、由於通風不良導致的發熱：通風不良主要是因為冷卻風道堵塞，集電環表面通風溝、通風孔堵塞、循環風扇風量下降等原因，尤其是當運行中集電環表面溫度
過高時，導致電刷磨損加劇，碳粉積聚增加，有可能會堵塞上述集電環表面的散熱通道。因此在大小修時，應對集電環表面通風溝、孔以及冷卻風道濾網進行清理，
保持通暢。對於經過多次車削的集電環，如果集電環表面的通風溝高度不到5mm，已經車削到徑向限制孔時，就應當按照說明書根據最小使用外徑進行更換，以保
證集電環的機械及散熱可靠性。
2、由於接觸電阻過大或分佈不均勻而產生的發熱：集電環和電刷是通過相互滑動接觸導通勵磁電流的，根據容量及型號的不同，每個集電環上大約分佈著數十隻
電刷，由於接觸電阻的不同，電流分配的差異，會導致發熱不均勻，有以下幾個原因：（1）電刷與滑環表面接觸電阻、電刷與刷辮接觸電阻、刷辮與刷架引線接觸
電阻過大。可通過測量單個電刷總壓降、電刷接觸壓降、刷體壓降、聯結壓降、刷辮壓降進行相互間對比來檢查。同時檢查迴路中各螺絲是否緊固。檢查電刷接觸面
的清潔程度，是否存在油汙汙染。（2）電刷壓力不均勻或不符合要求，可能有電刷過短、彈簧由於過熱變軟老化失去彈性等原因。應使用彈簧秤檢查電刷壓力。恆
壓彈簧應完整無機械損傷，壓力應符合其產品的規定，同一極上的彈簧壓力偏差不宜超過5％；非恆壓的電刷彈簧，有規定時壓力應符合其產品的規定，當無規定
時，應調整到不使電刷冒火的最低壓力，一般為140－250g/cm2，同一刷架上每個電刷的壓力應均勻。（3）集電環與轉子引線接觸電阻過大，這種情況
應對集電環與轉子引線間的緊固螺絲進行加固。（4）電刷材質不良、導電性能差、使用的型號不符合要求或者使用了不同型號的電刷。同一電機上應使用同一型號、同一製造廠的電刷，對於外觀檢查有明顯差異的電刷應更換。
3、由於機械及摩擦等原因造成的過熱：集電環與電刷過熱故障中，很大一部分是由於機械及摩擦等原因導致的過熱，如果在開機時還未加勵磁，就已經發現集電
環與電刷溫度高，或者在運行中溫度過高，拔出幾隻電刷後，溫度反而降低，那就基本可以肯定是由於機械及摩擦原因導致的。機械及摩擦導致發熱的情況很複雜，
主要有以下幾個方面：（1）電刷接觸面研磨不良或運行中一次更換過多的電刷。運行中更換電刷，在同一時間內，每個刷架上只允許更換1－2個電刷。換上的新
電刷應事先在與集電環直徑相同的模型上研磨好，且新舊牌號須一致。如果在大修時一次更換的電刷很多，應當在投運前衝轉時，為電刷表面形成氧化膜留夠充足的
時間。（2）電刷與集電環接觸面過小，接觸面積一般不應小於單個電刷截面的75％。（3）電刷在刷盒中搖擺或動作卡澀。電刷在刷握內應能上下自由移動，其
間隙應符合產品的規定，當無規定時，其間隙可為0.10－0.20mm.電刷外形要方正，上下端尺寸誤差不得大於0.05mm.（4）刷握與集電環表面間
隙過大。由於電刷材質較脆，當刷握與集電環表面間隙過大時，運行中電刷不能整體接觸集電環，與集電環呈斜面接觸，容易造成電刷崩裂的情況。刷握與集電環表
面的間隙應符合產品技術要求，當產品無規定時，其間隙可調整為2－3mm.調整間隙時，可使用一層2－3mm厚的橡膠墊附在集電環表面，將刷握抵到橡膠墊
上，然後上緊定位螺絲，取出橡膠墊。
二、幾起集電環、電刷故障的分析及建議
1、加強對電刷表面氧化膜的認識，創建其形成和正常工作的條件：近期發生的幾起故障，主要原因是因為電刷表面的氧化膜潤滑層無法形成，氧化膜的形成需要
一些條件，當條件不滿足時，氧化膜無法形成或形成不良，主要有以下幾個原因：（1）溫度過高：電刷的氧化膜一般在70℃左右較易形成，當集電環、電刷出現
過熱故障時，通常溫度都在150℃以上，此時即便換上新的電刷，氧化膜也不易形成，無法起到潤滑作用，電刷磨損將加劇，導致溫度繼續升高，成為惡性循環。
此時可採取外部強迫降溫的方法，譬如塗抹凡士林、大功率風扇通風等手段，使集電環溫度降到正常範圍內，持續一段時間，讓電刷表面氧化膜逐漸形成，使之進入
良性循環狀態。（2）冷卻空氣中有汙染性雜質：空氣中的雜質對電刷表面氧化膜的形成將帶來不利影響，這些雜質包括：硫化物或鹵族元素的腐蝕性氣體、空氣中
油氣混合物、粉塵、鐵屑、鐵鏽粉塵、碳粉等其他雜質。電刷磨損時，本身會產生碳粉的粉塵雜質，可採用在刷架罩冷卻通風循環通道上安裝過濾裝置來改善刷架罩
內的空氣質量。（3）空氣溼度太低或含氧量太低：電刷表面氧化膜的形成需要空氣中有一定的水分含量，即空氣溼度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形
成主要與空氣中的氧氣發生氧化作用而產生，當含氧量過低時也不利於氧化膜的形成。
氧化膜無法形成或形成不良除與上述因素有關外，還有電刷過度研磨、使用溶劑進行擦拭、集電環表面光潔度不良以及碳刷材質不合格等原因。
2、電刷及刷架產品在選購過程中應嚴格控制質量：目前同一品牌的電刷，都是在各個不同的地方、不同的工廠加工的。這就要求我們在進貨過程中對產品質量嚴格把關，對生產廠家的工藝和質量檢測手段及程序進行了解。
3、生產運行中加強對集電環及電刷的維護管理：加強電刷、集電環系統的專職維護制度，提高專責人的技術水平，嚴格按照《汽輪發電機運行規程》的要求對集電環、電刷進行檢查和運行維護，一次更換電刷的數量要嚴格控制。另外要積極運用紅外熱成像技術進行集電環、電刷日常的巡檢檢查以及對故障部位有懷疑時作為輔助分析的工具。
另外，本次會議還就定子絕緣引水管結垢提出分析建議：
1、當發現絕緣引水管結垢很嚴重時，或者已經影響到常規預試結果時，建議全部更換新的絕緣引水管。
2、發電機每次大修結束後，開機前定子水系統應使用除鹽水進行帶壓力反覆沖洗，直至排水清澈無顆粒，電導率合格。
3、發電機正常運行期間累積運行時間達到兩個月遇有停機機會時，對定、轉子內冷水系統進行反衝洗。
4、完善發電機整個冷卻水系統，應儘可能使其密閉循環，運行中水質含銅量高，絕緣引水管內壁髒汙結垢主要成分為銅，是因為水路不密閉，長期氧化腐蝕銅管導致。
5、加強運行中水質監控，內冷水質應嚴格按照運行規程執行。
6、對於水系統問題的解決應主要從平時運行維護抓起，各專業間應進行必要的溝通交流，對相互專業交叉知識部分應當有一定的瞭解。發電機是一個綜合設備，關係到很多的專業層面，在某一個專業看來很重要的問題，也許並不能得到其他專業的重視，這就對設備的安全運行造成了很多隱患。