下载北极星学社滑环和碳刷架部件的维护要领【文摘】在水轮发电机组的检修中，发现转子滑环、碳刷架部件是故障常发的设备器件，这与检修工作和日常维护不无关系，本文通过滑环、碳刷架部件的检修，给出滑环、碳刷架部件的日常维护要领。【主题词】设备维修 水轮发电机 检修 滑环 碳刷架 维护１前言现在，广东粤电集团所属的７个水力发电公司的机组检修都实行定期检修（状态检修除外，状态检修即是故障状态下的检修，也即是抢修），小修１年１次，大修６年～８年１次，检修周期都已相对延长，经过实践证明是可行的。但是，由于检修时间的延长，某些故障有了进一步加深和加重的情况，给检修工作增加了难度，也给检修质量的提高设置了障碍。这一点在水轮发电机组的转子滑环（集电环）、碳刷架部件上体现尤其明显，这要求我们除提高检修质量外，还需要加强日常维护。通过多年对滑环及碳刷架部件的检修，提出对滑环及碳刷架部件加强日常维护的有关对策。２滑环及碳刷架部件的绝缘缺陷检修１）每次检修，我们都要对机组及其部件和附属设备进行预防性试验，具体到滑环和碳刷架部件主要是绝缘电阻检查（小修时做）和交流耐压试验（大修时做），通过试验发现滑环和碳刷架部件是否存在绝缘缺陷。２）在检修工作中，发现碳刷架部件是绝缘缺陷的主要部件，缺陷产生的原因：长期运行过程中受到污染。对转浆式机组转子滑环上部的受油器漏油是主要污染源；对其它发电机组上导油槽的油汽是主要的污染源，另外，由于碳刷在转动过程中磨擦，产生的碳粉是造成绝缘下降的最根本污染源，这些在检修工作中多次出现，当油和碳粉交织在一起时很难清除且极具破坏性。①在２００１年１０月某水力发电公司３号混流式机组大修时，转子回路绝缘检查为零值，初步认为可能是转子一点保护没退出，与发电公司交涉后排除了这种情况，根据他们反映，在运行过程中转子一点保护已经发讯，由于没有进一步检查，不能断定故障点。经过分解检查后，是碳刷架部件绝缘电阻为零值，再经仔细检查发现，碳刷架部件被碳粉严重污染，清洁干净后，用１０００Ｖ摇表检查绝缘为１０００ＭΩ。②在２００２年９月某水力发电公司２号轴流转浆式机组大修时，试验时发现碳刷架绝缘电阻偏低，测量值为２ＭΩ，经检查发现，油和碳粉污染严重，有些碳刷受油泥的影响，已经在刷握内串动不灵活，且滑环表面开始出现麻点，幸好到了检修期限，才阻止了故障的发展，检修时把碳刷架部件拆下，用酒精对绝缘垫块、刷握、碳刷逐个清洗干净，安装好后用１０００Ｖ摇表检查绝缘为１０００ＭΩ。３）对于混流式发电机组，滑环的绝缘下降主要是受碳粉的污染，而轴流转浆式发电机组，由于机组最上面的受油器，经过长时间的运行，受油器盘根不可避免存在老化情况，使受油器产生不同程度的渗漏，从而污染了滑环，加上碳粉的交织污染是滑环绝缘下降的主要原因。处理这种绝缘缺陷，需要清洗滑环和解体清洗滑环绝缘垫块，才能彻底清除绝缘下降的缺陷。３滑环的故障损坏检修１）在２０００年１０月某水力发电公司３号混流式机组小修时，上滑环表面已严重烧损，根据发电公司反映，在离小修１个月前，个别碳刷已存在打火现象，待到离小修前１个星期，碳刷出现环火，滑环表面已烧损严重（注：发电机在枯水期为调峰运行，不是连续运行），由于临近小修，发电公司没有引起足够重视，任其发展，待小修时，滑环表面已经氧化，严重凹凸不平，４个人用油石、砂纸打磨，再用金相砂纸抛光，在发电机空转时再用金相砂纸抛光，直到用白布贴住滑环运转一段时间不脏污才合格，大概用了４天才完成工作，占了小修时间的一半多（小修工期为７天）。在检修碳刷架时发现，上滑环碳刷架里的２个碳刷有卡阻现象，经检查分析，刷握和碳刷不是很匹配，碳刷在刷握里没有足够的间隙，造成直接卡阻（排除碳刷架脏污卡阻），初步分析就是这些卡阻碳刷在圆度不理想的滑环运行时跳动打火，先损坏滑环表面光洁度，光洁度损坏到一定程度时，全部碳刷才出现打火现象（即环火）。２）在２００３年３月某水力发电公司１号轴流转浆式发电机组小修时，处理过上、下滑环同时烧损的情况，一共累计用了６人３天时间进行打磨、抛光才处理好。原因是：在机组小修的３个月前，出现过受油器压力油表管路爆裂的漏油事故，大量的油污染了滑环和碳刷架，增加了滑环与碳刷的接触电阻，再经过一段时间的运行，碳粉和油污交织在一起，使滑环表面进一步脏污，接触电阻同步增大，有些还粘附在刷握里面造成碳刷出现卡阻（检修时发现上、下滑环碳刷共有１０多个出现卡阻的情况），这种滑环表面严重脏污及碳刷出现卡阻的现象，是造成碳刷打火、滑环严重电化腐蚀、滑环表面凹凸不平的根源。４碳刷架部件的检修１）各水力发电公司的碳刷刷握都采用自跟踪恒压弹簧刷握，运行过程中的维护和大、小修时已省去了弹簧调整这一环节，但是随着运行时间的延长，还是会出现弹簧疲劳的现象，在大、小修时常常会发现这些疲劳弹簧的情况。而在运行过程中这些疲劳弹簧会造成碳刷压力的减小，当压力小到一定程度时，使接触不稳定，容易产生打火现象，从而使滑环产生电化腐蚀，造成滑环表面损坏，因此对疲劳弹簧在检修时都采取更换处理。２）刷握在长期运行过程中总是受到单侧力作用，有些刷握还受运行中振动的影响，使紧固螺丝松动，从而使这些刷握偏离了原来的垂直方向，这种不垂直的刷握会使碳刷侧面边沿处出现卡阻，一定程度上增大接触电阻，从而使发热增加，因此在检修时发现不垂直的刷握都进行了校正。另外，有些机组的碳刷架在检修时要拆装，在安装时需要调整刷握边沿到滑环的间隙，间隙不能太小，防止运行时滑环被碳刷架碰伤，间隙也不能太大，避免运行时碳刷侧面边沿处出现卡阻，通常情况下间隙调整为２ｍｍ～３ｍｍ。
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五、 防范措施</br>1、每天都应对碳刷和滑环进行检查，主要检查项目有：</br>（1）碳刷的磨损长度不超过2/3。当碳刷的磨损长度超过2/3(即碳刷的顶部与刷握的顶部在同一平面)时，必须将其更换。</br>（2）碳刷无冒火花情况。碳刷刚开始打火花时，就要查找原因，及时消除。</br>（3）碳刷无偏移滑环外侧现象，碳刷的边缘无崩裂情况。</br>（4）碳刷刷辫与刷架和碳刷的连接良好，无发热及碰触刷握的情况。</br>（5）碳刷在刷握内无跳动、摇动或卡涩的情况。</br>（6）定期用直流钳型表测量各碳刷的电流分担均匀，用红外线测温仪测量碳刷有无过热现象，如有异常应及时更换。</br>（7）弹簧压力正常，无变形和断裂现象。正常时各碳刷所受压力应均匀稳定，其单位压力通常在１．１ｋｇ～２．５ｋｇ之间，各碳刷之间的不均压力差应在５％以内。</br>（8）刷握与滑环的距离符合规定值。发电机刷握与滑环的距离：2.5～3 mm，主励刷握与滑环的距离：2～4 mm。</br>（9）滑环表面应无变色、过热及磨损不均现象，滑环表面温度应不大于120℃。</br>（10）刷握和刷架上有无积垢。若积垢较多，应用刷子扫除或用压缩空气吹扫。</br>2、 碳刷定期清洁、调整和更换。主要做好以下工作：</br>（1）值班人员应站在绝缘垫上，使用绝缘良好的工具并应采取防止短路及接地的措施。</br>（2）工作时应穿工作服，严格按规定着装，做到三紧（领口紧、袖口紧、下摆紧）。</br>（3）在同一时间内，每个刷架上只许换1到2个碳刷。换上的电刷应先要粗磨工作面，在与集电环直径相等的模型上研磨好，且新旧碳刷型号须一致，因新碳刷未经磨合，其接触面积小于原来的旧碳刷，在工作中电流密度增大过多，这样会引起碳刷过热。</br>（4）新碳刷放入刷握内后，应上下拉动一下，检查碳刷是否能上下轻松移动，若有卡涩现象，应将碳刷四面用砂纸打磨，直至符合要求。</br>（5）经常清扫滑环表面与刷握内的碳粉。用干净的白布，蘸酒精或汽油擦拭滑环表面，使其保持清洁光滑。</br>（6）若碳刷强烈打火时，在检查其接触情况或更换此碳刷时，应先确认同极其它碳刷接触良好才能进行。</br>（7）做好碳刷更换纪录。</br>六、 结束语</br>通过对两起发电机主励磁碳刷打火及振动的处理，总结了一整套碳刷和滑环检修维护的方法，提高突发事件处理的的能力，保证机组的稳定运行，避免了机组的非计划停运。此次碳刷打火及振动的处理思路、方法和经验都值得我们去深思和学习。 同时希望这些经验能对今后的工作起到指导作用。面对运行各种各样的情况，我们还要不断去思考总结，目的只就是确保设备安全健康稳定运行。 展开
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两起发电机主励磁碳刷打火及振动原因分析</br>一、 概述</br>大唐长春第二热电有限责任公司一期1、2号发电机为90年11月相继投产的哈尔滨电机厂生产的200MW机组，为三级励磁系统。发电机型号为QFSN-200-2，主励磁机型号为JL-1150-4，副励磁机型号为JFY-46-500。</br>二、 事故发生经过</br>2005年11月7日晚21时55分,一单控室电气运行值班员通知1号发电机主励磁机碳刷打火且有异音，值班人员立即对1号发电机主励磁机碳刷滑环进行检查，发现主励磁机碳刷打火有焦糊味，并且振动并发出“嗡嗡”声，用红外线测温仪测量主励磁机两极滑环温度为130℃，滑环侧面温度为180℃，滑环表面颜色改变，并不时有碳刷的碎块从刷架上脱落，判断为1号发电机主励磁机碳刷滑环有异常，立即通知电气运行值班人员将励磁系统倒为备用励磁机运行。对主励磁机碳刷进行仔细检查，发现两极碳刷有7块不同程度的损坏，对全部碳刷进行更换和处理。</br>在对2号发电机主励磁机滑环进行对比检查时，发现2号发电机主励磁机滑环温度达到100℃且不断上升，随后重复发生了1号发电机主励磁机滑环异常的现象，滑环温度达到196℃，立即对2号发电机主励磁机碳刷进行检查和处理，发现两极碳刷有4块损坏，立即进行了更换，滑环碳刷振动消除，温度下降至55℃，异常消除，恢复了正常。</br>三、 事故原因分析</br>1、对换下来的碳刷进行检查，发现碳刷头部有油漆（10月中旬1、2号发电机本体相继进行喷油工作），有的碳刷表面有一层薄膜，这层薄膜就是油漆脱落进入碳刷和滑环表面形成的。</br>2、滑环表面及刷握内常有碳刷磨损的碳粉，滑环工作面与碳刷表面常有油污杂质。这样就使碳刷与滑环运行时接触不良和散热条件变差，引起滑环过热。</br>3、碳刷磨损过多未及时更换，造成碳刷压力不足，使碳刷与滑环之间发生打火，滑环打出熔点，加剧发热。</br>4、由于在运行中未及时注意碳刷与滑环的技术状态使滑环拉毛、烧蚀和产生麻点，滑环产生高温它会造成碳刷与滑环表面接触不良，容易打火，使滑环过热，甚至烧蚀滑环，使之出现熔点。轻微时滑环表面产生轻微的划痕，严重时滑环磨损和烧蚀。</br>5、当滑环表面达到120℃左右时，就会使碳刷与滑环的摩擦力增大，加剧碳刷与滑环的不正常磨损，使滑环产生较多的热量，同时引起碳刷剧烈振动，碳刷由于振动而破碎。</br>四、 处理方法</br>1、对损坏的碳刷进行更换，换上的碳刷应先研磨工作面，使其与集电环直径相等。</br>2、选用同型号的碳刷。</br>3、对有划痕的滑环用专用砂布进行轻微的研磨，进行滑环表面磨光处理。用干净的白布，擦拭滑环表面，使其保持清洁。</br>4、测量每个碳刷所分担的电流大小，对电流偏差大的碳刷进行检查，检查其与滑环的接触面积，重新研磨，直至接触面积达90%以上，电流分担均匀。</br>5、测量每个碳刷的温度，对温度偏高的碳刷进行上述处理，直至温度正常，一般在50度以下。</br>6、调整碳刷压力均匀。</br>7、坚强维护与保养，定期清理碳和油污等杂质。</br>7、加强设备的跟踪检查，发现异常情况及时处理。</br>8、建立健全发电机及主励磁机碳刷的维护制度，培训碳刷更换的检修工艺。 展开
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5 关于2号恒压励磁碳刷事故</br>2000年6月，2号机组大修时将刷架改为恒压励磁刷架，主励磁机每极碳刷由10组“V”架组成，每个“V”架装3条碳刷，“V”架与集电环靠一根销钉转动90。卡接，“V”架两侧面与集电环面接触通过电流。</br>5.1 “V”架销钉磨蚀</br>V”架销钉磨蚀有2种，一种是电流流经销钉产生腐蚀，另一种是销钉与“V”套径向线接触，“V”架与“V”套接触紧力使销钉产生应力磨损。</br>5.2 “V”架与集电环接触不好</br>“V”架与集电环“V”套配合差，虽然装配要求接触面大于80%，实际上达不到要求，“V”架装上后前后左右可晃动，造成“V”架两侧面很多烧伤弧坑。</br>5.3 弹簧压力不足</br>恒压弹簧压力不足，用手拉动励磁弹簧，可明显感觉不同弹簧的压力差异，且弹力比其它机组非恒压弹簧小很多，由于弹簧压力不足，刷握和碳刷加长增加了碳刷侧面磨擦阻力，碳刷被阻在握内。</br>上述缺陷增加了2号机碳刷事故的几率，而2号机事故当时取出1组碳刷更换则加剧了碳刷弱平衡的破坏。</br>6 改进维护处理措施</br>(1) 将消除碳刷火花的被动管理形式改为控制</br>碳刷电流分配和温度的主动管理形式。在生产现场配备直流钳表和测温表，每班测量和掌握每个碳刷电流和温度，碳刷电流控制在10～90 A，刷体温度控制在不大于80℃，及时消除电流不平衡、气膜、氧化膜、卡阻等因素，保证碳刷在强平衡状态工作。有条件时，专人负责碳刷的维护更换工作跟踪，效果会更好。</br>(2) 出现个别碳刷断辫，可先减小励磁电流；出现环火，则大量减小励磁电流，调整碳刷电流平衡后再换碳刷。</br>(3) 规定碳刷磨损掉1/3，必须更换，每月更换碳刷不少于20条，月更换量达到30%，消除碳刷太短、电阻值变大、卡阻、阶梯形四面体等现象。</br>(4) 在“V”架导电两侧面涂导电脂，消除紧力不足引起的导电不良。定期检查“V”架销钉和紧力，定期检查弹簧压力。</br></br>7 结 论</br>采取上述措施以后，3台机组励磁碳刷实现了无火花、刷辫无变色、无断辫运行，先后及时消除了个别碳刷小电流(卡阻)以及3号主励磁碳刷正极一周8只碳刷无电流(机端盖渗油引起)问题。从一段时间的运行情况看，不论是变压弹簧还是恒压弹簧，碳刷维护管理从控制碳刷无火花改为碳刷状态平衡控制，较好地实现了强平衡状态运行目的，避免了人为因素的影响。2号机由于设备先天不足，虽然个别碳刷小电流现象经常出现，电流平衡问题仍得到较好控制。 展开
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发电机励磁碳刷事故分析和对策</br></br>摘 要〕 分析了沙角A电厂200MW汽轮发电机碳刷烧损事故的原因，介绍了改进碳刷维护管理的措施。</br></br>关键词〕 碳刷事故；发热；电流平衡；措施</br></br>沙角A电厂1，2号机曾因励磁碳刷环火造成2次停机事故。机组容量200 MW，发电机的励磁形式为它励，额定励磁电流1 765 A，励磁碳刷采用非恒压形式，主励每极32条碳刷，碳刷型号为：</br>D172HT-25×32×65，2000年6月2号机组大修增容改造时，励磁碳刷改为恒压形式，每极30条碳刷，碳刷形号为D172HT-25×32×100。D172碳刷主要参数见表1。</br></br>1 事故经过</br>(1) 2001-06-29T08:00交接班检查 1号机组碳刷无火花机，14:45检查发现主励磁机负极滑环碳刷环火，减负荷和减励磁电流、调整处理无效，碳刷刷辫相继发红烧断，并伴有弧光，14:55，值长令解列停机，事故过程约10 min，结果造成20个碳刷刷辫烧断，4个刷握孔熔化。当时机房内温度35～40℃，有功负荷200 MW，无功负荷90 Mvar，励磁电流1 650 A。</br>(2) 2001-09-18，机房内温度35～40℃，2号机组有功负荷210 MW，无功负荷87 Mvar，励磁电流1 550 A，班中检查发现励磁负极的其中一条碳刷断辫，滑环碳刷火花大，取出该组(3条)碳刷更换，滑环环火，并发现其它碳刷相继发红断辫，减励磁电流，有功减至140 MW调整处理无效，解列停机。整个过程约15 min，结果造成10只碳刷刷辫烧断，部分采集电环及销钉固定孔烧化，“V”架部分销钉烧断。</br></br>2 引起碳刷发热的因素</br>碳刷发热由3部分组成：碳刷自身电阻发热，碳刷接触压降发热和磨擦发热。</br>碳刷自身电阻发热功率：W1=I2R</br>碳刷接触压降发热功率：W2=I△E</br>磨擦发热功率：W3=Fv</br>其中：I－流过碳刷的电流；</br>R-碳刷电阻；</br>△E-接触压降；</br>F-碳刷压紧力；</br>v-碳刷与滑环的相对运动速度。</br></br>3 碳刷发热的原因</br>3.1 碳刷使用过程中电阻值逐渐增大</br>将购买的500条D172HT-25×32×100碳刷，用电桥法测量其电阻值为0.0012～0.0020 剑缱璺稚⑿圆淮螅灰徊糠痔妓⒃?号机组使用一段时间后更换下来，测得电阻值为0.0012～0.01 剑床糠痔妓⒌牡缱柙龃罅耍?号机碳刷事故停机后，拆下的碳刷测得电阻值为0.0012～0.3 剑缱璺稚⑿院艽螅缱枰泊罅诵矶啵缱柚档脑龃笫固妓⒌牡缱璺⑷仍黾印?</br>3.2 碳刷卡阻</br>碳刷通过电流后发热，刷体膨胀，易卡在刷握，这时拉动刷辫感觉很紧；部分碳刷由于振动、刷握不垂直等原因，会在刷握一侧的上沿和另一侧下沿产生明显卡阻，这几种形式卡阻，用钳表仍可测得电流，容易被误导(刷辫 处磁场较强，测量方法不同，钳表测得数值误差大，测量值只作定性分析)，碳刷却已经失效，致使其它碳刷分配的电流增加，电阻发热增加。</br>3.3 碳刷压力减小</br>非恒压碳刷，压紧弹簧后碳刷接触压降小，发热少，在碳刷磨短后，弹簧压力明显减少，压力小到一定程度，接触不稳定，接触压降增大，接触压降发热明显增加。</br>3.4 碳刷接触面形成气膜</br>D172碳刷最大圆周速度为70 m/s，发电机励磁滑环直径为445 mm，折算后滑环表面园周速度为69.9 m/s，碳刷在允许最大速度下运行，很容易在碳刷接触面产生气膜和跳动，流过碳刷的电流不稳定。在滑环表面开凹槽和磨花碳刷接触面可破坏气膜。但开凹槽使碳刷实际的接触面积减小。</br>3.5 滑环氧化膜的形成</br>滑环氧化膜太厚，使碳刷接触电阻大大增加，励磁电流分流到其它回路电阻小的碳刷上。</br>3.6 电流平衡的破坏</br>一般情况下，非恒压弹簧碳刷新换上和压紧弹簧，碳刷与滑环接触面的接触紧力较大，即接触压降小，所有32条碳刷工况相近，每条碳刷的电流接近相等，刷体的平均温度较低，碳刷间电流相对稳定平衡(称作强平衡)。运行一段时间后，碳刷的磨损量相近，但出现了氧化膜、气膜、卡阻等因素，碳刷磨短了或弹簧压力降低了，碳刷接触面的接触紧力减小，碳刷间电流二次再分配，每条碳刷的电流差别增大，处于不稳定平衡(称作弱平衡)。这个阶段时间长，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，随时可造成弱平衡破坏。</br></br>4 碳刷事故原因</br>滑环表面形成了一定厚度的氧化膜，增大了碳刷的接触压降，加上个别碳刷卡阻失效，碳刷处于弱平衡状态，事故时室内气温高，机组负荷加满，励磁电流增加，碳刷间弱平衡破坏，个别碳刷电流迅速增大，严重过热，刷体发红膨胀卡死，大电流转移到其它碳刷，并相继出现膨胀卡死，滑环环火恶性发展，使得短时间内大量碳刷刷辫烧断。 展开
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３）碳刷在长期运行过程中总是要磨损的，当碳刷磨损到一定程度时，刷握的自跟踪恒压弹簧压力也会有所减小，再加上长期运行中有些弹簧的适度疲劳，使碳刷对滑环的压力不能达到要求，通常的允许磨损长度为１／３碳刷长度，当碳刷磨损至１／３碳刷长度时，则需要更换碳刷。在安装新碳刷时，要对碳刷进行预装，检查碳刷在刷握里的松紧度（左右间隙为０．１５ｍｍ～０．４５ｍｍ，上下间隙为０．０５ｍｍ～０．３０ｍｍ），当碳刷过紧时需要打磨，过松的则不采用。这些都是检修工作中遵循的工艺要求，也是保证检修质量的具体做法。</br>５滑环及碳刷架部件的维护</br>通过对滑环及碳刷架部件产生的缺陷与故障的检修，可以明显地感到，没有缺陷时，机组才能安全运行，故障的产生需要一个过程，只要在缺陷产生时抓住时机，消除缺陷，才能阻止滑环故障的发生。因此，日常维护工作是重要的，也是必不可少的，其具体的工作如下。</br>１）由于水轮发电机组工作的水头和流量的不同，所以机组的装机容量和转速是不同的，而碳刷的多少和每个碳刷的电流载流量以及碳刷圆周速度也不尽相同，因此碳刷的磨擦发热和电流发热对于不同的水轮发电机组也是不同的，如某水力发电公司的水轮发电机组的单机额定容量为１２ＭＷ，额定转速为５００ｒ／ｍｉｎ，额定励磁电流为４１０Ａ，上、下环碳刷各为１２个，在正常运行时，机组的滑环温度在７０°～７８°之间；再如另一水力发电公司的水轮发电机组的单机额定容量为９０ＭＷ，额定转速为１３６ｒ／ｍｉｎ，额定励磁电流为１２００Ａ，上、下环碳刷各为３２个，在正常运行时，机组的滑环温度在５０°～６０°之间。不同类型的机组在正常运行时滑环温度一般维持在一个正常范围，在滑环温度超出这个正常范围时，反映出滑环、碳刷架部件存在缺陷，因此运行维护人员应该定时巡检，及时发现异常温度的滑环，进行消缺维护。</br>２）在机组运行过程中，应该组织相关人员定期巡检，细致观察滑环和每个碳刷，把出现打火现象的碳刷记录下来，在停机时对刷握及碳刷进行检查处理，必要时更换新刷握和碳刷，以消除缺陷。</br>３）定期检查碳刷在刷握内是否有卡阻现象，刷握的自跟踪恒压弹簧是否疲劳，滑环及碳刷架部件是否脏污，存在这些缺陷时都要进行消除，才能保证滑环及碳刷架部件的安全运行，从而保证机组的安全运行。 展开
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