發電機軸電壓軸電流監測問題分析及改進

許 震

(國家能源集團諫壁發電廠，江蘇 鎮江 212006)

0 引言

近年來，我國電力工業發電機組單機容量持續增大，靜態勵磁系統被廣泛采用。對于大型發電機組來說，發電機軸電壓過高對發電機正常運行有著較大影響，有必要采取防護措施抑制軸電壓及有害軸電流的產生，因此需要安裝在線發電機軸電壓/軸電流監測裝置，以便實時監測發電機的運行狀態。

1 軸電壓電流監測方法

某電廠發電機采用上海汽輪發電機股份有限公司生產的水-氫－氫汽輪發電機，型號為THDF125/67，額定容量為1023 MW，采用靜態勵磁系統。該廠發電機的軸電壓在軸的汽端(TE)和勵端(EE)測量。接地碳刷在汽端(TE)可靠地接地。連續的軸電壓測量通過在勵端(EE)測量碳刷來實現，軸電流通過安裝在汽端(TE)接地碳刷和汽輪機接地點之間連線上的電流互感器來測量。

軸電壓和電流測量的接地電位必須一致，并統一接到汽輪機接地點上。全套裝置由一個柜體和一個穿心式軸電流互感器及主機的軸電壓、軸電流電刷組成。

監測裝置變送器轉換測量的軸電壓和軸電流為0～5 V信號，并接到工控機。在工控機中設定產生觸發報警信號的限值，能夠連續在線監測軸電壓和軸電流，可隨時調出發電機軸電壓、軸電流運行歷史資料，為確定發電機軸是否需要維修提供依據，從而有效地預防事故的發生。

2 實際軸電壓軸電流

一般所稱軸電壓為六瓦處(發電機汽端)大軸電位與七瓦處(發電機勵端)大軸電位的電位差；軸電流則是六瓦處大軸電位對地網的釋放。

發電機轉子接地保護裝置的接地線是從裝置接到六瓦大軸上的，大軸與瓦座之間由于油膜的作用，實際上是未完全與地網連接的，因此存在一定的電位，這是正常現象；同時，由于高溫高壓蒸汽對葉片的沖擊和發電機的漏磁也會在六瓦大軸上產生一定的電位。但六瓦處大軸的電位與七瓦處大軸的電位是不同的，七瓦處大軸不單是受發電機的漏磁作用，更關鍵的是發電機的出線在七瓦處，出線強磁場在大軸上產生較高的軸電壓，負荷越高磁場越強，這就是負荷越高軸電壓越高的主要原因。

對于軸電流來說，負荷越高，汽輪機蒸汽沖擊形成的電荷會有所增加，軸電流也會隨之增大，但軸電流與軸電壓并不存在固定的比例關系。

3 問題分析

正常運行時，地網相連，認為都是等電位，但當發電機發生故障時，故障電流對大地的作用則不可忽視，雖然大軸到發電機地網只有2.5 m左右，但故障電流的作用足以使這段線帶上較正常運行時高得多的電位從而影響保護裝置的正常運行，干擾保護裝置的準確判讀。這就是轉子接地保護的接地線一定要到大軸來取的主要原因。一般在轉子接地保護的碳刷接觸不良時會出現火星，這就是軸電位的作用，說明保護裝置與大軸接觸不良，導致保護裝置有時出現誤報警。軸電流的碳刷接觸良好，就不會出現火星，即便有電位也會被釋放。

4 改進方案

為防止降低發電機軸電壓，設計安裝時，通常在發電機勵磁端的軸承支架與底座之間加裝絕緣墊，將所有油管、螺桿、螺釘等采取絕緣措施；同時在發電機汽機側大軸處安裝接地電刷，用于釋放汽輪機低壓段的靜電電荷，保證軸與地的電勢相同；除消除大軸電壓外，大軸接地碳刷還起著測量轉子正負對地電壓和連接轉子一點接地保護的作用。

而發電機組運行中時常存在的接地碳刷接地不良現象，如大軸接地碳刷在運行中容易受油污的影響，日常對發電機大軸接地碳刷的維護不到位，大軸接地碳刷架因軸瓦震動、軸系不圓等原因導致松動或接觸不良等，通過借鑒兄弟單位的經驗，利用機組中修期間對轉子接軸、接地電刷裝置進行了改造，在六瓦側各加裝一組接軸、接地裝置，其接地點加裝鍍銀銅辮接地，并聯在原接地碳刷上；銅辮固定架與軸承座絕緣，目的是更好地將軸電壓引入裝置，使接地保護更好地與發電機大軸相連接。

接軸裝置采用雙壓簧，同時每只壓簧采取雙辮重疊結構從而提高了安全系數。技改后發電機轉子接地保護各采樣值穩定，轉子正負對地軸電壓平衡，軸電流小于0.1 mA。

5 結束語

運行實踐表明，發電機的軸電壓、大軸接地情況往往直接影響轉子接地保護的正常運行。改造后大軸的可靠接地對消除轉子上由葉片產生的靜電荷、穩定發電機的軸電壓分布以及防止轉子一點接地保護誤動起到了至關重要的作用。而大軸接地碳刷在運行中容易受油污的影響，日常工作中要特別注意對發電機大軸接地碳刷的維護。