1000MW超超臨界汽輪發(fā)電機軸電壓高的分析及處理

【摘 要】本文以某電廠1000MW發(fā)電機因軸電壓引起的軸承損傷為例，對軸電壓產生的過程進行了闡述，分析了問題產生的原因，作者認為軸電壓的形成主要是由磁路不對稱引起，同時自并勵勵磁系統可加劇對諧波分量的影響，機組正常監(jiān)控軸承等部件的絕緣值滿足要求即可安全運行。

【關鍵詞】軸電壓；發(fā)電機；交流分量

一、引言

作為世界上單機容量最大的超超臨界發(fā)電機，1000MW級超超臨界汽輪發(fā)電機具有結構復雜、技術含量高的特點。隨著中國社會經濟的發(fā)展，1000MW級大容量發(fā)電機也成為電力發(fā)展的優(yōu)先選擇。

本文介紹了某電廠一起1000MW發(fā)電機軸電壓偏高的情況，對具體現象、形成原因、處理結果進行了闡述。對處理后的設備運行進行跟蹤表明，本文中的處理方法對同類型問題處理具有較大的參考價值。

二、問題描述及檢查情況

某電廠1#機，是東方與日立聯合設計、自主制造的QFSN-1000超超臨界發(fā)電機，具有技術含量高、結構復雜的特點[1]。

機組啟動時運行人員發(fā)現，發(fā)電機連續(xù)多次出現了勵端外擋油蓋冒白煙的現象。運行人員檢查勵端潤滑油回油視察窗，發(fā)現回油量極小并且油質不好，檢查發(fā)現勵端及穩(wěn)定軸承擋油蓋磨損嚴重。之后發(fā)電機在盤車狀態(tài)下，打開勵端上半外油擋，并檢查穩(wěn)定軸承擋油蓋。通過檢查端蓋內及潤滑油回油觀察窗發(fā)現發(fā)電機勵端潤滑油回油暢通，油質良好（此時使用的為啟動油泵）。勵端外油擋油齒有明顯磨損痕跡，大軸與軸瓦之間出現了一些銀色小異物，勵端軸承擋油蓋也有一定量的磨損（圖1）。

測量勵端軸瓦絕緣，500搖表僅有0.01M，按廠家要求軸瓦絕緣電阻應大于1M。絕緣不合格。

將勵端下半軸瓦翻出，發(fā)現下半軸瓦有明顯磨損及電腐蝕現象，頂軸油孔已完全被鎢金堵塞，測量下半軸承套絕緣為零。

將勵端下半軸承套吊出，現場清理并測絕緣，絕緣值恢復，500V搖表測量絕緣電阻為550MΩ，懷疑鎢金磨損產生的雜質形成對地通路。

發(fā)電機停機后，通過詳細檢查發(fā)現勵端下半軸瓦嚴重磨損，出現了嚴重的電腐蝕現象，且有成片鎢金脫落，頂軸油孔被鎢金完全堵塞，中間油槽有大量鎢金殘留（圖2）。

翻出穩(wěn)定軸瓦，下半軸瓦有明顯磨損情況，進油孔基本被鎢金封堵，情況與下半軸瓦情況類似（圖3）。

根據現有的研究，認為軸電壓偏高的主要原因有[2]：磁通脈動；單極效應；電容電流；靜止勵磁機；外殼、軸和軸承座的永久性磁化引起的軸電壓。

現場對損壞的軸瓦、擋油蓋及穩(wěn)定軸瓦進行了更換后再次啟動，為了驗證軸電壓的影響，技術人員分階段對軸電壓進行了測量。

在額定電壓、額定轉速下空栽運行。測量示意圖如圖（圖4），用高內阻交流電壓表先測定軸電壓U 1 ，然后將轉軸一端與其軸承座短接，測另一端對軸承座對地的電壓U 2 （即油膜電壓），再測該軸承座對地的電壓U 3 。測點表面與電壓表引線應接觸良好，試驗前分別檢查軸承座與金屬墊片、金屬墊片與金屬底座之間的絕緣電阻。

通過測量數據（表1）發(fā)現，當通入勵磁電壓，軸電壓隨之明顯增大。測量勵磁電壓的交流分量時，發(fā)現存在頻率為300Hz，大小在351V的交流分量?？紤]到勵磁系統六脈沖可控硅橋會引起的諧波，懷疑勵磁電壓中包含的六倍頻交流分量可能會引起發(fā)電機軸電壓高。

為了確認勵磁電壓六倍頻交流分量對軸電壓的影響，廠家專業(yè)人員在現場針對機組不同負荷下的勵磁電壓300Hz交流分量進行了測量，并在機組沖轉及并網過程中進行了發(fā)電機勵磁自并勵后，降勵磁電壓（觀察勵磁電壓300Hz諧波分量變化情況）與軸電壓大小關系試驗?？偨Y了上述測量結果，勵磁點電壓中300Mhz交流分量對軸電壓的影響見表（表2）。

根據測量結果分析，當勵磁電壓中300Hz交流分量達到353V時，隨著勵磁電壓上升，該交流分量將不再隨之上升，對應軸電壓值在42V左右。降低勵磁電壓時，當勵磁電壓中300Hz交流分量降至260V時軸電壓降為21.11V。當勵磁電壓中300Hz交流分量降為213.6V時軸電壓降為2.112V。

三、問題分析及處理

根據檢查情況分析，推斷出現此次問題的機理應為：絕緣電阻低→軸電壓高引起油膜擊穿造成電腐蝕→電腐蝕逐漸擴大，軸瓦磨損，軸瓦溫度高→軸中心偏移→振動變大，擋油蓋、穩(wěn)定軸瓦等隨之磨損導致振動進一步加大[3]。

根據翻瓦情況，軸承套出現大量銹跡，軸瓦進油口側上下半軸瓦有大面積的電灼傷痕跡。由此懷疑潤滑油內水氣含量超標導致軸承套產生大量銹跡。被磨軸瓦產生的金屬雜質與油混合加之潤滑油水氣含量偏高，從而導致軸承絕緣降低。在軸電壓過高的情況下擊穿油膜，灼傷軸瓦。

隨著軸瓦灼傷，軸瓦逐步被磨損后導致大軸中心偏移，軸振10X探頭間隙超標，無法測量相應軸振數據。當大軸與勵端外擋油蓋發(fā)生摩擦后，振動進一步增大。

根據現場試驗結果，當勵磁電壓中300Hz交流分量為353V左右時，隨著負荷變化該交流分量幅值不再發(fā)生變化。所對應的軸電壓為42V左右，其值也不再發(fā)生改變。而在起勵后降低勵磁電壓，其300Hz交流分量逐步降至260V時軸電壓降為21.11V。當勵磁電壓中300Hz交流分量降為213.6V時軸電壓降至2.112V。由此認為正常起勵后勵磁電壓中300Hz交流分量幅值過大是造成軸電壓過大的主要原因。

為了降低軸電壓，采取如下辦法：

1.鑒于軸電壓已經高于40V，并且已經造成軸瓦等設備的損壞，在無其他成熟經驗及可借鑒的條件下，在現場通過增加RC回路實驗找到降低軸電壓的可行措施[4]。

2.根據在現場近幾次的測量情況，在一個時間點測得軸電壓為46.6V，其中基波含量約33V，三次諧波分量約23V。為降低軸電壓同時需控制軸電流于有限范圍內，防止擊穿油膜造成對大軸的電腐蝕損傷，參考相關論文，決定在現場利用已安裝勵磁端接地碳刷，加裝RC臨時試驗回路。

3.根據廠家建議軸電流不能超過0.2A的要求，回路中串入熔斷器，保證過流時可靠斷開。RC回路中C取10μF，R取500Ω。R1取可變滑阻器，滿量程取2kΩ（5A）。

4.試驗方法：從R1最大值開始往下調節(jié)，緩慢降低電阻值，通過頻譜分析儀和電壓表觀察軸電壓的幅值變化，通過電流表觀察軸電流的幅值變化，嚴格控制軸電流在0.2A之內，跟蹤觀察軸電壓變化情況（運行中試驗）。

5.注意事項：增加熔斷器（1A）保證回路電流過大時可靠斷開；增強回路絕緣，防止誤碰，誤接地；R1調節(jié)時由高到低緩慢調節(jié)，防止大軸兩點接地，嚴格控制電流在0.2A以內；密切關注軸電壓水平，堤防不可預知的諧振電壓出現；運行人員密切注意瓦溫、瓦振、油溫、回油量等工況，做好應急預案。

四、總結

加裝RC回路后，發(fā)電機軸電壓降至15～18V水平，較之前的40V大大降低。進過1年多的跟蹤運行觀察，軸電壓水平穩(wěn)定，未再出現軸瓦、擋油蓋因軸電壓高造成的損傷。

參考相關資料文獻，作者認為軸電壓的形成主要是由磁路不對稱引起，同時自并勵勵磁系統可加劇對諧波分量的影響。GB/T 7064-2008標準對軸電壓并不是一個限制性指標，對于軸電壓引起軸瓦、擋油蓋燒損的問題，從機組結構上講，只要軸承等相應部件絕緣電阻滿足要求，就不會造成實質性損壞。

參考文獻：

[1]黃學剛. 1000MW超超臨界汽輪發(fā)電機制造工藝創(chuàng)新點 [Z]. 《東方電機》，2008.2.

[2]王宇. 大型汽輪發(fā)電機軸電壓及軸瓦電腐蝕研究 [J]. 《東方電機》，2008.2.

[3]胡高舉，鄭才剛，韋云隆. 大電機軸電壓研究 [J]. 《機械》， 2001， 28（3）：63-65.

[4]姜彤，周春陽，徐永金，張志富. 汽輪發(fā)電機中靜止勵磁軸電壓的分析與抑制 [J]. 《電力系統保護與控制》， 2012， 40（06）：142-146.

作者簡介：

張建紅（1982-），四川綿陽人，長期在東方電機有限公司從事發(fā)電機的安裝、運行、維護工作。