大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系接地狀況監(jiān)測(cè)

叢欣　張耀光

摘 要：本文闡述了大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸電壓產(chǎn)生的原因和防范措施，通過(guò)對(duì)一臺(tái)660MW發(fā)電機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合以往軸電壓試驗(yàn)方法，提出使用萬(wàn)用表檢測(cè)軸電壓的簡(jiǎn)便新方法，直觀有效地監(jiān)測(cè)到軸電壓水平，避免了軸瓦電腐蝕的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)軸電壓；接地效果監(jiān)測(cè)新方法；軸瓦電腐蝕

中圖分類號(hào)： TK218 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）25-251-2

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)展到今天，單機(jī)容量已大幅度提高，隨之而來(lái)的是軸電流的危害加劇。軸電流的防治是現(xiàn)在大型汽輪發(fā)電機(jī)組的重要課題。如何簡(jiǎn)單有效的監(jiān)測(cè)接地碳刷接地狀況，是防止汽輪機(jī)側(cè)軸瓦上軸電壓過(guò)大而產(chǎn)生軸電流的重要條件。

1 概況

本單位汽輪機(jī)為西門子生產(chǎn)的單軸四缸四排汽、凝汽式反動(dòng)汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)為西門子生產(chǎn)的THDF 115/67型660MW氫冷發(fā)電機(jī)。該汽輪發(fā)電機(jī)組軸系從汽輪機(jī)至發(fā)電機(jī)勵(lì)磁軸共有8塊軸瓦。汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器在#5、#6瓦之間，接地碳刷也安裝在此處。發(fā)電機(jī)的#6、#7瓦對(duì)地有雙層絕緣，勵(lì)磁軸的#8瓦對(duì)地有單層絕緣，這3塊軸瓦的潤(rùn)滑油連接管路對(duì)地也有絕緣。汽輪機(jī)側(cè)的#1～#5軸瓦對(duì)地沒有絕緣。

運(yùn)行時(shí)整個(gè)軸系通過(guò)油膜懸浮在這8塊軸瓦上，形成懸浮電位。如果接地碳刷不能有效地將軸系上的電荷導(dǎo)入大地，當(dāng)其累積到一定程度，就會(huì)擊穿油膜，在對(duì)地沒有絕緣的#1～#5軸瓦上產(chǎn)生軸電流，燒灼軸瓦并使?jié)櫥椭踊?009年初在#1機(jī)組D級(jí)檢修期間，發(fā)現(xiàn)#2、#4瓦存在電腐蝕現(xiàn)象，如圖1所示。

2 軸電壓產(chǎn)生原因及目前所采取的措施

軸電壓產(chǎn)生的原因有以下幾種：

①磁路不對(duì)稱：定子疊片接縫不對(duì)稱、轉(zhuǎn)子偏心、轉(zhuǎn)子或定子下垂產(chǎn)生變化的磁通。

②軸向磁通：剩磁、轉(zhuǎn)子偏心、飽和、轉(zhuǎn)子繞組不對(duì)稱。

③靜電荷：由于蒸汽沖刷汽輪機(jī)葉片。

④轉(zhuǎn)子繞組上的外加電壓：靜態(tài)勵(lì)磁設(shè)備、電壓源或者轉(zhuǎn)子繞組絕緣不對(duì)稱、有源的轉(zhuǎn)子繞組保護(hù)。

針對(duì)上述原因，發(fā)電機(jī)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)及運(yùn)行后采取了以下措施來(lái)限制軸電壓。

⑤對(duì)于磁路不對(duì)稱、軸向磁通所產(chǎn)生的軸電壓，發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)與轉(zhuǎn)軸有接觸的部件全部采取絕緣措施，其絕緣不低于20MΩ，且#6、#7瓦采用了雙層絕緣，該措施有效阻斷了形成軸電流的回路。

⑥為了消除汽輪機(jī)側(cè)靜電荷產(chǎn)生的軸電壓，在#5、#6瓦之間，即汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)之間安裝了接地碳刷。

3 常用軸電壓測(cè)量方法

軸電壓測(cè)量接線如圖2和圖3所示。

測(cè)量方法：保留發(fā)電機(jī)接地碳刷，測(cè)量發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)兩側(cè)的軸電壓U1（即圖2中的電壓表）。測(cè)量勵(lì)側(cè)對(duì)地的軸電壓U2（即圖3中的電壓表）。在測(cè)量U2的同時(shí)，如圖3所示用電流表回路將勵(lì)側(cè)油膜短路。理論上如果軸瓦、瓦枕、密封瓦的絕緣墊良好，電流表讀數(shù)應(yīng)該為0。事實(shí)上在軸瓦、瓦枕、密封瓦上都會(huì)有很小的軸電流流過(guò)。在測(cè)量U2的過(guò)程中在毫安電流表上分別讀出軸瓦、瓦枕、密封瓦上的軸電流讀數(shù)，軸電流不能超過(guò)50mA。

為檢查接地碳刷接地狀況，在發(fā)電機(jī)汽測(cè)通過(guò)碳棒直接測(cè)量大軸的對(duì)地電流，如果電流較小，可以表明接地碳刷接地良好。

不足之處：用此方法可以很好地監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)側(cè)#6、#7、#8瓦對(duì)地絕緣，但是僅僅依靠測(cè)量汽側(cè)大軸對(duì)地電流，并不能證明接地碳刷接地狀況良好，更不能證明之前所測(cè)的軸電壓是否已經(jīng)對(duì)汽輪機(jī)側(cè)的軸瓦產(chǎn)生了不良影響。因?yàn)榇筝S對(duì)地電流的大小受到軸系接地狀況和高次諧波的影響，如果發(fā)電機(jī)接地碳刷接地不良，并伴隨有汽輪機(jī)側(cè)軸瓦油膜擊穿，那么測(cè)量所得的對(duì)地軸電流也不是很大。因此用此方法存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)。

4 改進(jìn)后的軸電壓測(cè)量方法和效果分析

當(dāng)軸電壓過(guò)大擊穿油膜的放電過(guò)程如圖4所示。

從圖4中可以看到，放電前沒有擊穿電流，此時(shí)軸瓦間只有耦合電流。放電電壓急劇升高，電流對(duì)應(yīng)也急劇增大，放電持續(xù)時(shí)間極短。軸系上各軸瓦所承受的軸電壓為第二節(jié)中各種因素產(chǎn)生的軸電壓的向量和，用公式表示如下：

電壓V是時(shí)刻變化的，不易監(jiān)測(cè)。但從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，又需要掌控軸電壓V變化情況，確保其被限定在較低的水平；因此在保留上文所述測(cè)量方法之上，提出增加使用高精度數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量接地碳刷處大軸對(duì)地電壓。萬(wàn)用表測(cè)量所得數(shù)據(jù)為電壓的有效值，雖不能直接反應(yīng)電腐蝕放電特性，但其讀數(shù)的大小和公式（1）中電壓V必然存在某種聯(lián)系。為此采用以下試驗(yàn)來(lái)證明。

試驗(yàn)方法：使用FLUKE 87Ⅲ型高精度數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量#2機(jī)組接地碳刷處大軸對(duì)地電壓，調(diào)整碳刷壓力取若干個(gè)電壓值，同時(shí)使用一臺(tái)日本日置公司8846型錄波儀對(duì)#3瓦處的大軸電壓進(jìn)行錄波，錄波時(shí)間20秒。接線如圖5所示：

從以上四組錄波圖可明確得到如下結(jié)論：

①隨著接地碳刷處大軸對(duì)地電壓有效值的增大，#3軸瓦處的大軸電壓也明顯的隨之增大，當(dāng)接地碳刷處軸電壓增大到1V時(shí)，#3瓦軸電壓個(gè)別尖波峰值超過(guò)20V，當(dāng)增大到2.5V時(shí)，超過(guò)20V峰值的尖波明顯增多。②接地碳刷處大軸對(duì)地電壓值低于300mV時(shí)，#3瓦處軸電壓最大峰值約為10V。相關(guān)研究表明，油膜的擊穿電壓一般為20V以上，因此應(yīng)保證接地碳刷處大軸對(duì)地電壓不要大于300mV。

5 結(jié)束語(yǔ)

軸瓦和油膜的放電主要受軸電壓峰值影響，通過(guò)此試驗(yàn)可以證明，在日常生產(chǎn)維護(hù)時(shí)，使用高精度數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量接地碳刷處大軸對(duì)地電壓數(shù)值的大小，可間接的反應(yīng)軸電壓的變化情況。當(dāng)高精度數(shù)字萬(wàn)用表所測(cè)電壓值較小時(shí)，對(duì)應(yīng)的軸系上的軸電壓峰值較低。即證明了接地碳刷接地狀況良好，將大軸上由各種因素所產(chǎn)生的電荷有效導(dǎo)入大地。因此為保證將汽輪機(jī)側(cè)的軸電壓峰值限制在較低的水平，應(yīng)確保接地碳刷處大軸對(duì)地電壓有效值在0.3V以下。通過(guò)調(diào)整碳刷壓力或者更換高導(dǎo)電率材料的碳刷，即可有效改善接地狀況。

參 考 文 獻(xiàn)

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