大型汽輪發(fā)電機組軸系接地狀況監(jiān)測

叢欣　張耀光

摘 要：本文闡述了大型汽輪發(fā)電機組軸電壓產(chǎn)生的原因和防范措施，通過對一臺660MW發(fā)電機試驗數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合以往軸電壓試驗方法，提出使用萬用表檢測軸電壓的簡便新方法，直觀有效地監(jiān)測到軸電壓水平，避免了軸瓦電腐蝕的發(fā)生。

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

中圖分類號： TK218 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）25-251-2

0 引言

汽輪發(fā)電機組發(fā)展到今天，單機容量已大幅度提高，隨之而來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)電機組的重要課題。如何簡單有效的監(jiān)測接地碳刷接地狀況，是防止汽輪機側(cè)軸瓦上軸電壓過大而產(chǎn)生軸電流的重要條件。

1 概況

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

運行時整個軸系通過油膜懸浮在這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入大地，當其累積到一定程度，就會擊穿油膜，在對地沒有絕緣的#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機組D級檢修期間，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磁路不對稱：定子疊片接縫不對稱、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)子繞組不對稱。

③靜電荷：由于蒸汽沖刷汽輪機葉片。

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

針對上述原因，發(fā)電機在生產(chǎn)設(shè)計及運行后采取了以下措施來限制軸電壓。

⑤對于磁路不對稱、軸向磁通所產(chǎn)生的軸電壓，發(fā)電機在設(shè)計時對與轉(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為了消除汽輪機側(cè)靜電荷產(chǎn)生的軸電壓，在#5、#6瓦之間，即汽輪機與發(fā)電機之間安裝了接地碳刷。

3 常用軸電壓測量方法

軸電壓測量接線如圖2和圖3所示。

測量方法：保留發(fā)電機接地碳刷，測量發(fā)電機汽、勵兩側(cè)的軸電壓U1（即圖2中的電壓表）。測量勵側(cè)對地的軸電壓U2（即圖3中的電壓表）。在測量U2的同時，如圖3所示用電流表回路將勵側(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)應該為0。事實上在軸瓦、瓦枕、密封瓦上都會有很小的軸電流流過。在測量U2的過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50mA。

為檢查接地碳刷接地狀況，在發(fā)電機汽測通過碳棒直接測量大軸的對地電流，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)測發(fā)電機側(cè)#6、#7、#8瓦對地絕緣，但是僅僅依靠測量汽側(cè)大軸對地電流，并不能證明接地碳刷接地狀況良好，更不能證明之前所測的軸電壓是否已經(jīng)對汽輪機側(cè)的軸瓦產(chǎn)生了不良影響。因為大軸對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)電機接地碳刷接地不良，并伴隨有汽輪機側(cè)軸瓦油膜擊穿，那么測量所得的對地軸電流也不是很大。因此用此方法存在監(jiān)測盲區(qū)。

4 改進后的軸電壓測量方法和效果分析

當軸電壓過大擊穿油膜的放電過程如圖4所示。

從圖4中可以看到，放電前沒有擊穿電流，此時軸瓦間只有耦合電流。放電電壓急劇升高，電流對應也急劇增大，放電持續(xù)時間極短。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是時刻變化的，不易監(jiān)測。但從生產(chǎn)實際出發(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量方法之上，提出增加使用高精度數(shù)字萬用表測量接地碳刷處大軸對地電壓。萬用表測量所得數(shù)據(jù)為電壓的有效值，雖不能直接反應電腐蝕放電特性，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。為此采用以下試驗來證明。

試驗方法：使用FLUKE 87Ⅲ型高精度數(shù)字萬用表測量#2機組接地碳刷處大軸對地電壓，調(diào)整碳刷壓力取若干個電壓值，同時使用一臺日本日置公司8846型錄波儀對#3瓦處的大軸電壓進行錄波，錄波時間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，當接地碳刷處軸電壓增大到1V時，#3瓦軸電壓個別尖波峰值超過20V，當增大到2.5V時，超過20V峰值的尖波明顯增多。②接地碳刷處大軸對地電壓值低于300mV時，#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，因此應保證接地碳刷處大軸對地電壓不要大于300mV。

5 結(jié)束語

軸瓦和油膜的放電主要受軸電壓峰值影響，通過此試驗可以證明，在日常生產(chǎn)維護時，使用高精度數(shù)字萬用表測量接地碳刷處大軸對地電壓數(shù)值的大小，可間接的反應軸電壓的變化情況。當高精度數(shù)字萬用表所測電壓值較小時，對應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)生的電荷有效導入大地。因此為保證將汽輪機側(cè)的軸電壓峰值限制在較低的水平，應確保接地碳刷處大軸對地電壓有效值在0.3V以下。通過調(diào)整碳刷壓力或者更換高導電率材料的碳刷，即可有效改善接地狀況。

參 考 文 獻

[1] 西門子公司.THDF 115/67型發(fā)電機安裝手冊.2000.

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[4] 張文濤，張建忠，岳嘯鳴，王軼斌.660MW發(fā)電機電腐蝕實例分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010（6）.