發電機測溫系統電磁干擾問題分析及處理

李 琦 陳偉忠

(廣東粵電青溪發電有限責任公司，廣東 梅州 514200)

發電機測溫系統電磁干擾問題分析及處理

李 琦 陳偉忠

(廣東粵電青溪發電有限責任公司，廣東 梅州 514200)

首先對機組跳閘后保護動作情況和測溫系統損壞等異常現象進行闡述，隨后經過詳細分析得出靜電產生軸電壓導致機組跳閘這一結論，經過設備改造后消除靜電導致軸電壓過高現象，可供同類型機組在處理靜電產生的軸電壓、軸電流問題時參考。

發電機；測溫系統；電磁干擾；靜電；軸電壓；軸電流

0 引言

廣東粵電青溪發電有限責任公司(以下簡稱青溪發電公司)位于粵東梅州市大埔縣境內汀江流域，屬徑流式水電站。水庫為日調節水庫，正常蓄水位73 m，庫容5 941萬m3，裝設容量為4×36 MW的軸流轉軸式水輪發電機組，額定轉速125 r/min，飛逸轉速247 r/min。

青溪發電公司4號水輪發電機組于2014年1月20日完成水輪發電機組B級檢修工作，本次檢修主要完成推力瓦更換(塑料瓦)、水導瓦更換(烏金瓦)、機組上導、推力、水導軸承透平油更換以及機組現地監控系統(LCU)改造。其中，對機組測溫系統進行以下改造：取消原有常規溫度盤，將溫度量全部接入溫度巡檢裝置，溫度過高保護接入PLC控制，保護啟動與出口由PLC控制。另外，為確保溫度過高時保護的可靠性，裝設兩路軸承溫度過高保護出口的常規溫度表計，并采用并聯方式連接。

1 事件起因

2014年2月27日，青溪發電公司4號機組帶36 MW額定負荷運行，下午13:49，4號機組溫度過高常規保護出口動作，造成機組跳閘、停機。

2 現場檢查情況

(1) 機組軸承溫度過高常規保護的常規溫度表計數字顯示均為“0”，經檢查，兩塊溫度表記已經燒壞，且溫度巡檢裝置有一模塊燒壞。

(2) 查詢計算機監控系統歷史數據庫，發現4號機組監控系統RTD模塊及溫度巡檢裝置的溫度測量阻值不定期瞬間突變(0～600 ℃)。

(3) 通過接入示波器，監測4號發電機組和其他機組主軸電壓，發現4號機組和其他機組相比有明顯尖波出現，具體波形如圖1(4號機組軸電壓)、圖2(1號機組軸電壓)所示。

圖1 4號機組軸電壓

圖2 1號機組軸電壓

3 初步原因分析

據以上現象，結合電廠實際情況初步判斷，原因可能為以下幾點：

(1) 測溫系統受到電磁干擾，強電竄入電阻回路，造成兩塊常規溫度表計被燒毀，常規溫度保護跳閘出口接通，造成機組跳閘。

(2) 水輪發電機組在運行過程中存在軸電壓，并且形成軸電流回路。

4 初步處理方案

(1) 更換所有推力測溫電纜，對接入監控系統的測溫回路進行全面屏蔽處理。

(2) 將常規軸承溫度過高保護出口的兩塊常規溫度表計由并聯連接方式更改為串聯連接方式，降低機組由于表計損壞而跳閘的概率。

(3) 更換已燒壞的溫度巡檢裝置模塊。

(4) 優化監控系統測溫流程，當電阻出現突變(>5 ℃)時自動屏蔽出口，溫度滿足動作條件后，延時10 s出口。

對4號發電機組進行上述處理后，仍存在強電竄入電阻回路的現象，溫度巡檢裝置模塊再次被燒壞，由此判斷干擾源主要來自軸電壓。

5 水輪發電機組軸電壓產生原因

(1) 定子鐵芯合縫、定子硅鋼片接縫、定子和轉子空氣間隙不均勻、軸心與磁場中心不一致等制造、安裝工藝因素都可能引起不對稱磁場，發電機轉子在不對稱磁場中旋轉，機組大軸被不對稱磁場中的交變磁通所交鏈，從而在大軸中感應出軸電壓。

(2) 發電機轉子發生一點接地故障時也會出現軸電壓。

(3) 靜電荷產生的軸電壓。水輪發電機組運行時，各導軸承中透平油與軸瓦相互摩擦，會產生靜電荷，由于透平油絕緣水平相對較高，這些靜電荷往往不能及時消除，也會產生軸電壓。

(4) 靜止勵磁系統脈沖分量引起的軸電壓。靜止可控整流勵磁系統中晶閘管點燃，在勵磁電流中出現峰值脈沖，在磁路不平衡的情況下，這些峰值脈沖也會產生軸電壓。

(5) 轉子發生磁化而產生的單極電勢。

6 具體原因查找

(1) 實測4號發電機組軸電流的主要頻率均非轉頻和工頻，且實測機組推力、上導、水導軸承擺度也均在正常范圍內，排除發電機工藝原因和轉子磁化的可能。

(2) 轉子一點接地時會出現發電機組的劇烈振動，而實際機組未出現劇烈振動，因此排除轉子一點接地的可能。

(3) 通過多次用示波器實測4號發電機組的軸電壓，發現4號機組軸電壓相對穩定，偶爾出現尖波，其中300 Hz的分量也不明顯。因此排除靜止勵磁系統脈沖分量引起軸電壓的可能。

(4) 考慮到4號機組檢修后推力瓦更換及推力軸承透平油更換等因素，增大發電機組鏡板間的絕緣水平，由于摩擦產生靜電，使鏡板電壓不斷升高造成放電，因此判斷為靜電荷產生的軸電壓。

7 軸電壓處理方法

在初步處理的基礎上對大軸和鏡板進行均壓處理，在鏡板與大軸間(圖3)連接一個電阻(因為推力瓦為塑料瓦，瓦座也有絕緣，所以電阻即使短接也不會產生軸電流回路)，使摩擦產生的電荷通過該電阻不斷釋放掉。

圖3 推力結構示意圖

具體處理方法如下：進入發電機內部推力軸承位置，打開任意一塊推力斜蓋板；測量推力頭與鏡板之間的絕緣電阻；用0.5 mm厚的紫銅片制作連接排，將鏡板與推力頭短接。經過上述處理后對4號機組進行軸電壓監測，未發現明顯尖波，4號機組測溫系統電磁干擾現象消失。

8 結語

水輪發電機組軸電壓的產生是無法避免的，近些年來軸電壓引起的設備故障也屢見不鮮，相比其他引起軸電壓的原因，靜電產生軸電壓的情況相對較少，但這種軸電壓對設備的危害同樣不容小覷。隨著機組運行時間的增加和靜電荷的不斷積累，由此產生的軸電壓有時可達到幾千伏，如不及時釋放掉這些電荷，就會在發電機主軸與軸瓦間產生軸電流。軸電流將在軸頸和軸瓦之間產生小電弧的侵蝕作用，破壞油膜使軸承合金逐漸粘吸到軸頸上，導致瓦面損壞和透平油變質，進而引起軸承過熱，縮短軸承使用壽命。同時，靜電產生的軸電壓也會對測溫系統等輔助設備產生影響，影響設備的安全穩定運行。

[1]金華峰，伏虹潤，謝卓健.一起水輪發電機軸電流超標故障的分析與處理[J].水電站機電技術，2011(4)

[2]蘇黎鋒.水輪發電機組軸電壓產生的原因分析[J].電力學報，2007(1)

[3]周羅香.周寧水電站機組軸電流信號異常分析與處理[J].陜西水利，2013(6)

2014-06-03

李琦(1985—)，男，甘肅張掖人，助理工程師，從事水電廠運行工作。