三板溪電廠立式水輪發(fā)電機(jī)軸電流超標(biāo)現(xiàn)象分析與處理

鄒科

摘 要：本文介紹了三板溪水電廠發(fā)電機(jī)運(yùn)行中軸電流過大原因及采取的相關(guān)處理對(duì)策。

關(guān)鍵詞：軸電流；超標(biāo)；軸電流互感器；屏蔽

Abstract：This paper introduced the related treatment measures reasons of Sanbanxi Hydropower Plant Generator axial current and take.

Keywords： shaft， shaft current， exceed the standard current transformer， shielding

一、軸電流的危害

機(jī)組正常運(yùn)行中，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸軸領(lǐng)與軸瓦之間有油膜存在，油膜起到潤(rùn)滑作用，在一定電壓下也能起絕緣的作用。對(duì)于較低的軸電壓，這層潤(rùn)滑油膜能滿足主軸軸領(lǐng)與軸瓦的絕緣要求，因此不會(huì)產(chǎn)生軸電流。但當(dāng)軸電壓增加到一定數(shù)值后，尤其在發(fā)電機(jī)起動(dòng)階段，軸瓦與軸領(lǐng)的潤(rùn)滑油膜還未穩(wěn)定形成，軸電壓將擊穿油膜而放電，此時(shí)軸電壓將通過主軸、軸承、機(jī)座、主軸而形成環(huán)形短路電流，從而形成軸電流。軸電流將從軸瓦和軸領(lǐng)的金屬接觸點(diǎn)通過，由于該金屬接觸面很小，同時(shí)軸電流回路阻抗很小，可在瞬間產(chǎn)生高溫，使軸瓦部燒熔，產(chǎn)生電蝕凹坑及樹枝放電痕跡等。

二、產(chǎn)生軸電壓和軸電流的主要原因

（1）、發(fā)電機(jī)制造安裝或運(yùn)行中因磁路不對(duì)稱引起的軸電壓。由于發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子不同心，即氣隙不均勻，轉(zhuǎn)子的硅鋼片厚度、位置不合理，轉(zhuǎn)子繞組匝間短路等原因，可能在轉(zhuǎn)子-軸承-外殼的環(huán)路中感應(yīng)出交流電勢(shì)。除了轉(zhuǎn)子繞組匝間短路外這種交流電勢(shì)一般不大，產(chǎn)生的軸電流也不大，但在轉(zhuǎn)子匝間短路，或發(fā)電機(jī)推力瓦承座、導(dǎo)瓦承座、油管、地腳螺栓、銷釘?shù)葘?duì)外殼之間由于某種原因絕緣損壞時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的軸電流。這種軸電壓的特點(diǎn)是有相對(duì)比較固定的頻率，可以用示波器觀察到。

（2）、轉(zhuǎn)子發(fā)生磁化而產(chǎn)生的單極電勢(shì)。當(dāng)干燥定子時(shí)采用過大的直流電、在機(jī)組附近使用電焊機(jī)或磁力起重機(jī)等設(shè)備時(shí)或發(fā)電機(jī)故障時(shí)，磁通通過機(jī)殼和轉(zhuǎn)子使轉(zhuǎn)子發(fā)生磁化，之后產(chǎn)生并保留一定的剩磁。磁力線在軸瓦處產(chǎn)生幅向支流，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)以發(fā)電機(jī)或渦流制動(dòng)的方式產(chǎn)生電勢(shì)，從而產(chǎn)生軸電流。

（3）、轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地而產(chǎn)生的軸電壓。這種軸電壓產(chǎn)生的電流通常比較大，并且伴隨著轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地信號(hào)出現(xiàn)，通常會(huì)引起發(fā)電機(jī)劇烈振動(dòng)和大軸磁化燒軸、燒軸瓦等嚴(yán)重后果。

以上各種因素若共同作用，會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)軸電壓。

三、發(fā)電機(jī)軸電流監(jiān)測(cè)手段及防范措施

由于軸電流造成的損傷危害大后果嚴(yán)重，因此大型發(fā)電機(jī)組對(duì)防止軸電流的產(chǎn)生要求更高。完全避免產(chǎn)生軸電壓是幾乎不可能的，因此減小或消除軸電流引起的損傷，主要手段就是限制軸電壓的升高和提高軸承絕緣。一般認(rèn)為，足以引起軸電流損傷的電壓在20V以上，典型的軸承損傷電壓在30～100V之間。如果把軸電壓降到10V以下，基本上就可以消除軸電流帶來的故障。而提高軸承絕緣，可阻斷軸電流回路，從而消除軸電流的損傷。

因此，根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從上述兩方面分別采取措施，即對(duì)下端軸采用限制軸電壓的升高，上端軸采用提高軸承的絕緣等兩方面采取措施。在水電廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常采用防護(hù)軸電流的主要措施有：

（1）、在發(fā)電機(jī)下端軸下部安裝接地碳刷，以降低軸電位，使接地碳刷可靠接地，并且與轉(zhuǎn)軸可靠接觸，保證轉(zhuǎn)軸電位為零電位，以此限制轉(zhuǎn)子下部軸電壓，從而消除軸電流的傷害。

（2）、對(duì)于傘式機(jī)組，則采取提高上導(dǎo)軸承絕緣水平的方法阻斷軸電流回路。對(duì)于懸式機(jī)組，除了提高上導(dǎo)軸承絕緣水平外，還在推力頭與鏡板間加一層絕緣。以切斷軸電流的回路。

三板溪水電站發(fā)電機(jī)上端軸采用哈爾濱電機(jī)廠新型結(jié)構(gòu)，即上端軸由軸身、滑轉(zhuǎn)子、絕緣材料等組成。

軸身和滑轉(zhuǎn)子在工廠分別精加工后，滑轉(zhuǎn)子熱套在軸身上，在熱套前在軸身與滑轉(zhuǎn)子接觸立面，貼上一層哈爾濱電機(jī)廠專用絕緣紙，在接觸上平面墊上絕緣環(huán)。熱套完成后用1000V絕緣測(cè)試儀測(cè)量軸身與滑轉(zhuǎn)子之間的絕緣，設(shè)計(jì)要求絕緣值大于1MΩ。三板溪水電站水輪發(fā)電機(jī)的軸電流防護(hù)，正是結(jié)合這種特殊的結(jié)構(gòu)，結(jié)合常規(guī)防護(hù)手段，共同實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的軸電流防護(hù)目的。

發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承絕緣防護(hù)與常規(guī)絕緣防護(hù)相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

A、由于不在上導(dǎo)瓦與軸承支座間加裝絕緣墊板，從而簡(jiǎn)化了上導(dǎo)瓦安裝與調(diào)整工作，且使上導(dǎo)軸承運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

B、由于下導(dǎo)瓦采用朔料瓦，從而加強(qiáng)了瓦與軸之間絕緣，減少了軸電流形成回路，從而達(dá)到減小軸電流提高下導(dǎo)軸承運(yùn)行穩(wěn)定可靠性。

C、由于滑轉(zhuǎn)子與軸身間的絕緣紙是熱套進(jìn)去后再加工，使得軸身與滑轉(zhuǎn)子結(jié)合緊密，且運(yùn)行中滑轉(zhuǎn)子只承受徑向力，從而降低了絕緣紙磨損損壞的可能，運(yùn)行可靠性得到提高。目前在我國(guó)運(yùn)行的哈爾濱電機(jī)廠機(jī)組基本上是此類結(jié)構(gòu)。

但由于結(jié)構(gòu)特殊，對(duì)機(jī)組檢修和維護(hù)也帶來新問題，主要有：

A、一旦絕緣紙故障，現(xiàn)場(chǎng)無法修復(fù)，必需返廠修復(fù)，且修復(fù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。因此，考慮正常時(shí)電廠哈爾濱電機(jī)廠特種絕緣紙作為備品考慮，絕緣損壞時(shí)，臨時(shí)用絕緣紙做軸瓦防護(hù)，待機(jī)組大修處理。

C、檢查滑轉(zhuǎn)子與軸身絕緣工作困難。由于結(jié)構(gòu)特殊，進(jìn)行絕緣檢查工作，必需將上導(dǎo)瓦、集電環(huán)碳刷拆除后，方可進(jìn)行檢查工作，帶來工作量的成倍增加。當(dāng)然如果軸電流監(jiān)測(cè)正常，此工作可以放在機(jī)組大修時(shí)進(jìn)行，一般性檢修可不檢查。

為防止一旦上端軸絕緣損壞，形成軸電流損傷上導(dǎo)軸承，三板溪水電站在上導(dǎo)軸承油箱下部裝設(shè)BZL-10B型軸電流保護(hù)裝置。該裝置能檢測(cè)軸電流一次側(cè)0.1～2.0A的軸電流。因此一旦上端軸絕緣受損產(chǎn)生軸電流，保護(hù)裝置將進(jìn)行在線檢測(cè)，并根據(jù)軸電流大小設(shè)置兩級(jí)輸出，一級(jí)軸電流達(dá)到0.5A報(bào)警，二級(jí)軸電流達(dá)到1.5A跳閘。

四、軸電流問題改造對(duì)策：

1、將軸電流互感器二次電纜采用專用屏蔽電纜，電纜一端屏蔽層可靠接地。

2、購(gòu)置、安裝一套新的軸電流互感器，將軸電流互感器安裝位置移位，從發(fā)電機(jī)風(fēng)洞移到水車室原接地碳刷處。

3、退出軸電流繼電器試驗(yàn)繞組，將其工作繞組和試驗(yàn)繞組所用軸電流CT串聯(lián)，接入繼電器的工作繞組，這樣CT變比由原來的400/1變?yōu)?00/1，相對(duì)軸電流繼電器量程由原來的0～2.55A變?yōu)?～5.1A，以達(dá)到有效監(jiān)視發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中大軸絕緣的目的。

4、BZL-10B型軸電流裝置原理框圖：

五、改造效果及總結(jié)：

改造項(xiàng)目旨在弱化電磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量的干擾，降低軸電壓，減少軸電流。此次改造極大的弱化了發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)、漏磁通、電磁渦流對(duì)測(cè)量的影響。改造完成后，機(jī)組并網(wǎng)，隨著有功負(fù)荷的不斷加大，軸電流值成正相關(guān)增長(zhǎng)趨勢(shì)，運(yùn)行機(jī)組的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均在規(guī)程要求范圍內(nèi)。機(jī)組滿負(fù)荷軸電流由原先2.70A（規(guī)程規(guī)定不超過2A）變?yōu)?.60A，軸電流大大減小。同時(shí)，消除了軸電流保護(hù)頻繁報(bào)警故障，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水輪發(fā)電機(jī)大軸軸電流和轉(zhuǎn)子絕緣水平的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

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