清源水電站發(fā)電機(jī)軸電流的判別和防范措施研究

呂永輝 呂項(xiàng)才 姜鐵成

（1.河南省靈寶市金達(dá)電力設(shè)備廠，河南 靈寶 472500；2. 河南省靈寶市電業(yè)局，河南 靈寶 472500；3. 河南省清源水電站，河南 靈寶 472500）

1 概 述

靈寶市清源水電站位于該市五畝鄉(xiāng)西渰村西南部，是引用宏農(nóng)澗河支流水源（麻家河和金家河）建成的一座引水式電站。引水渠首以上控制流域面積202Km2，渠道設(shè)計(jì)引用流量3m3/s，設(shè)計(jì)水頭95m，裝機(jī)1×1000+1×400kW，年發(fā)電量300萬(wàn)kWh左右。

該站的2號(hào)機(jī)組水輪機(jī)為XJ02-W-50/1×12.5型，由浙江省樂(lè)清機(jī)械廠生產(chǎn),配套的發(fā)電機(jī)為T(mén)SWN99/37-8型，為杭州發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)。水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量為0.5m3/s，機(jī)組額定出力400kW，1984年1月投運(yùn)，現(xiàn)已運(yùn)行26年時(shí)間。近年來(lái)由于河道來(lái)水量的減少，機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間大多在10-11個(gè)月之間。該機(jī)組用的是滾動(dòng)軸承，其中水輪機(jī)用228、46228型各一套，發(fā)電機(jī)用2326（或N326）、326型各一套。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的多次檢修，某些部位絕緣有損傷，發(fā)電機(jī)形成軸電流引起了發(fā)電機(jī)軸承損壞。連鎖效應(yīng)，頻繁更換軸承，最終影響了機(jī)組的正常運(yùn)行。本文對(duì)此做了分析，采取了防范措施，解決了軸承損傷問(wèn)題，減少了更換軸承的次數(shù)，同時(shí)也取得了較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2 軸承破壞原因分析及經(jīng)濟(jì)損失計(jì)算

2.1 原因分析

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，存在一定的軸電壓，但只要沒(méi)有超過(guò)油膜的破壞值，軸電流是非常小的。即正常運(yùn)行情況下，轉(zhuǎn)軸與軸承間有潤(rùn)滑油膜的存在，起到了絕緣作用。對(duì)于較低的軸電壓，這層潤(rùn)滑油膜仍能保護(hù)其絕緣，不會(huì)產(chǎn)生軸電流，但是當(dāng)軸電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，尤其在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油膜絕緣作用還未穩(wěn)定形成，軸電壓將擊穿油膜而放電，構(gòu)成回路，軸電流將從軸承和轉(zhuǎn)軸的金屬接觸點(diǎn)通過(guò)，由于該金屬接觸點(diǎn)很小，所以這些點(diǎn)的電流密度大，在瞬間產(chǎn)生高溫，使軸承局部燒熔，被燒熔的軸承合金在碾壓力的作用下飛濺，于是在軸承內(nèi)表面上燒出了小凹坑。一般情況下，由于轉(zhuǎn)軸硬度及機(jī)械強(qiáng)度比軸承燒熔合金高，通常表現(xiàn)出來(lái)的癥狀是軸承內(nèi)表面被壓出條狀電弧傷痕。發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，發(fā)出異常響聲，用手觸摸發(fā)電機(jī)軸承所在的端蓋處，溫度明顯高于其它處，若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，整套軸承都將遭到損壞。

2.2 經(jīng)濟(jì)損失計(jì)算

軸承出現(xiàn)異常聲音后，電站運(yùn)行人員及時(shí)進(jìn)行檢查，根據(jù)端蓋處的溫度和聽(tīng)到的聲音，決定更換軸承的時(shí)間。更換軸承是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作，每次需停機(jī)20多個(gè)小時(shí)，從而導(dǎo)致了機(jī)組發(fā)電量的減少，帶來(lái)直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)將該站2006-2008年更換軸承引起的經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

從上表中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，軸承損壞后，2006-2008年，更換一個(gè)新軸承平均經(jīng)濟(jì)損失為2930元左右。

表1 2006-2008年清源水電站2號(hào)機(jī)軸承損壞經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)表

3 發(fā)電機(jī)軸承損壞規(guī)律及防范措施

3.1 損壞規(guī)律

清源水電站運(yùn)營(yíng)之初就發(fā)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)推力軸承（N326型）容易損壞的問(wèn)題。發(fā)電機(jī)推力軸承使用壽命顯著縮短。

起初分析認(rèn)為是水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的聯(lián)軸器橡膠墊圈損壞，引起軸承損壞，經(jīng)過(guò)多次更換橡膠墊圈，問(wèn)題仍未得到解決。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累軸承損壞的資料，包括更換時(shí)間、新軸承的運(yùn)行時(shí)間、損壞后的癥狀、特點(diǎn)等，逐漸摸索出軸承損壞的規(guī)律：①損壞軸承大多是發(fā)電機(jī)推力軸承（N326型）；②軸承滾柱、內(nèi)套、外套均有燒傷的痕跡；③損壞軸承的部位，大多在內(nèi)套上，有約2cm寬凹凸不平的磨損痕跡，顯的粗糙不光滑，軸承滾柱上也有此種痕跡；④軸承外套比內(nèi)套磨損的輕一些；⑤在軸承損壞后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某一點(diǎn)時(shí)，發(fā)出“咯噔、咯噔”的聲響；⑥用手摸發(fā)電機(jī)端蓋，在N326軸承處溫度明顯高。軸承損壞后的照片見(jiàn)下照片一、二、三。

照片一

照片二

照片三

照片四

3.2 防范措施

通過(guò)對(duì)已損壞的多套軸承的檢測(cè)，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，并結(jié)合有關(guān)資料，本文認(rèn)為：防范發(fā)電機(jī)軸電流的有效措施是：在發(fā)電機(jī)端蓋內(nèi)側(cè)，發(fā)電機(jī)端蓋與轉(zhuǎn)子之間，裝設(shè)一套碳刷架，把兩個(gè)碳刷壓在大軸上，起到了導(dǎo)流作用。當(dāng)發(fā)電機(jī)大軸上有軸電流時(shí)，通過(guò)碳刷--碳刷架—發(fā)電機(jī)外殼，把軸電流導(dǎo)入大地，碳刷架實(shí)物照片見(jiàn)上照片四。

采取了該防范措施后，取得了較好的效果，主要體現(xiàn)在：①?gòu)?008年8月31日新?lián)Q一套N326軸承和裝上碳刷架后，至2010年5月31日，已運(yùn)行近兩年時(shí)間，約15300小時(shí)，未換過(guò)軸承；②與2006-2008年比較，在發(fā)電機(jī)上裝設(shè)碳刷架后，每年可少購(gòu)軸承4套，少停機(jī)4次，減少停機(jī)時(shí)間80個(gè)小時(shí)左右，增加了發(fā)電量，每年可為電站增加經(jīng)濟(jì)效益1.2萬(wàn)元左右；③減少了檢修次數(shù)，在減輕了電站運(yùn)行檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，還提高了電站發(fā)電運(yùn)行的可靠性。

4 結(jié) 論

水輪機(jī)發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行和多次檢修，可能會(huì)損傷轉(zhuǎn)子線圈的絕緣，引起軸電壓增加，軸電流增大，若不采取防范措施，軸電流將會(huì)引起軸承損壞，使機(jī)組不能正常發(fā)電，對(duì)電站造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

在實(shí)踐中，本文摸索出了一種在推力軸承處加裝了一套碳刷架，把軸電流導(dǎo)入大地的方法。經(jīng)過(guò)近兩年運(yùn)行的檢驗(yàn)，取得了較好的效果，充分證明該方法是提高水力發(fā)電站運(yùn)行可靠性的一項(xiàng)有效、經(jīng)濟(jì)的措施。

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[3] 李娜.軸承使用壽命試驗(yàn)計(jì)算與提高軸承壽命工藝及其可靠性鑒定實(shí)務(wù)全書(shū)[M]. 寧夏大地音像出版社, 2005.