分析水輪發電機組軸電流異常原因及應急處理

【摘要】在水輪發電機運轉過程中，如果磁通失去平衡狀態，將會產生軸電壓以及軸電流，軸電流的不斷增大，繼而引發油料發生質變、軸瓦燒損以及軸承振動等現象，對發電機的安全運行造成嚴重影響。本文通過對水輪發電機實際工作進行檢測、分析，對造成發電機軸電流產生故障的原因進行探究，最終得出電流故障正確處理的方法，以供其他同行類似問題的解決參考借鑒。

【關鍵詞】水輪發電機；軸電流；故障原因；處理策略

在發電機安全運行中軸電流的產生是對軸電流給予保護的一種反映。軸電流的保護是以所測電流值為根據發出信號，可使軸承以及軸瓦受到電機軸電流的破壞降到最低。本文采取排除法對軸電流出現異常原因進行查找，發現一次軸電流沒有異常現象，但是發現二次軸電流異常現象的出現和機組轉速以及勵磁電流有很大關系。仔細分析發現，軸CT中，轉子上部勵磁空間的磁場電磁感應的生成是電流異常的主要原因，然后通過系列措施使軸電流異常現象得到有效解決。

1、實施軸電流保護的重要意義

在發電機組運轉中，轉子與定子之間存有不均勻的氣隙，以及定子鐵芯局部存在較大的電阻或者不對稱的磁路等等，致使定子磁場出現失衡狀態。此時，在發動機轉子會有和軸相交的軸向感應電勢和交變磁通產生。軸承的絕緣性能較好時，所產生的軸電流較小，假如軸承某部位絕緣性能差或者軸電壓比油膜擊穿值較大時，軸電流會顯著增大，較大的軸電流會對軸瓦造成損傷、電蝕或者毀壞。同時軸承潤滑油老化變質的速度加快。因此采取必要手段，實施軸電流保護措施，是確保水輪發電機組安全運轉的關鍵。

2、檢測分析軸電流異常的常用方法

2.1 常規檢測

檢測發動機主軸的對地電阻。接地碳刷的接線端子位置可用萬能表進行主軸對地電阻實施檢測。機組處于停機狀態，主軸的對地電阻趨于零；機組處于運行狀態，主軸的對地電阻不小于1MΩ。鑒于未有對機組下的軸承采取隔離絕緣措施，機組處于停機狀態時下導瓦與主軸之間直接接觸，致使電阻值趨近于零；在機組運轉中，軸承瓦面形成油膜，所以此時電阻值超過1MΩ。另外，檢測機組時可用500V的搖表，推力軸承與上導軸承也達到了絕緣要求。機組轉軸的對地絕緣情況并沒有出現異常。

檢測軸承透平油和軸承瓦面。機組經過多年的投入運轉，對各部軸承透平油和軸承瓦面進行檢測，均無出現異常檢測結果。

檢測電磁干擾。為了實現對電磁感應產生的原因，需要對軸CT二次端子與軸電流二次接線的回路部分的電磁干擾進行檢測。將CT二次端子與備用軸CT的二次回路直接連接造成短路，機組在運行狀態下，回路的開路電壓可在就地端子箱的位置測得，此時的電阻數值為零，所以可將軸電路的二次回路所產生的電磁干擾因素排除掉。

檢測性能參數。在針對機組進行檢修時，測量軸CT飽和的倍數以及變化發現變比沒有出現錯誤，并且在40A一次電流出現時，二次電流仍然保持良好的線性度。

檢測轉軸剩磁。機組停機狀態下，可用懸吊回形針的方法對1、2號機組的上下導軸的剩磁狀況進行檢測。在主軸上均發現有回形針被輕微吸附的現象。鑒于兩機組的主軸所產生的磁化現象比較微小，可以認為軸電流的一次現象并不是磁化因素造成的。

2.2 電壓電流波形檢測

為了對引起軸電流異常的原因進行深入分析，曾經實測錄波1、2號機組的軸電流一、二次回路產生的信號，并觀察錄波器所記錄的機組電壓、轉速、調節負荷時二次軸電流產生的波形發現，二次電流的頻率、大小都與機組的轉頻成正比，并且勵磁電流增加其值隨之增大，但是與機組負荷沒有多大關系。有檢測結果分析可知，當2號機組空轉時，一次軸電流與軸電壓值均為零，二次軸電流為12.5mA，遠遠超過了報警值5mA，系統出現報警。當2號機組空載時，一次軸電壓與軸電流的數值比較小，工頻50Hz的主頻二次軸電流與電壓值分別為20mA和5.2V，主頻轉頻為7.13Hz，兩頻率的大小相差較大。由此可得，一次軸電流沒有出現異常，二次軸電流出現異常的原因與一次軸電流沒有關系，與機組轉速和勵磁電流關系密切，其頻率和機組的頻率保持一致。

2.3 磁場檢測

為了實現轉子的上下部空間存在磁場情況的檢測，將三個空心線圈加裝在1號機組的上機架下部的軸CT支架上，并將兩個空心線圈加裝在轉子的下導位置。由上部空間與下部空間的磁場檢測的結果可知，在機組處于停機狀態時，加裝的五個線圈所產生的感應電壓基本為零；當機組處于空載狀態時，軸CT位置的線圈產生的感應壓頻率和機組的轉頻保持一致，產生的感應電壓值與線圈的匝數為正比關系；當機組處于空載狀態時，下導處線圈產生的感應電壓較小，主頻率也不明顯，沒有發現轉頻成分。

3、異常原因處理對策以及應急措施

3.1 加裝信號過濾設備

鑒于導致電流異常的信號不是工頻而是機組變頻，所以將低阻通的信號過濾設備安裝在發電機的保護柜里面，對發電機組的軸CT二次回路所產生的信息進行過濾，濾除低頻信號，保證高頻信號能夠順利進入信號裝置，可以解決軸電流的異常問題。

3.2 改變軸CT位置

由于在發動機的下導空間沒有干擾磁場，如果把位于發電機的轉子上面的軸CT安裝在發電機的下部與接地碳刷的中間，希望能夠使電流異常問題得到解決。

3.3 更新保護方式

用軸電壓檢測或者直接通過檢測軸絕緣的電阻對電阻的絕緣情況精進行檢測來取代傳統的軸電流保護形式，實現對軸電流的保護，也可以使電流異常現象得到解決。

3.3 強化預防磁場干擾

對于大容量、高轉速的發電機組來說，在對軸CT實施軸電流保護措施時，應充分考慮磁場干擾的預防措施；由于工頻為50Hz及其以上的高頻分量監測是通過軸電流的保護設備實施，可在其設備中配置具有高通低阻濾波功能裝置，有效避免低速轉頻產生的干擾。

結束語

綜上所述，發電機的結構復雜多樣，引發機組故障的因素較多且故障位置難以確定，特別是反復、瞬時軸電流異常現象是當前水利發電工作亟待解決的重要難題。所以需要相關工作人員不斷加強對業務知識了解掌握，強化專業技能的培訓學習，在軸電流出現異常情況時確保在思路清晰的情況下，能夠及時采取有效措施，將安全隱患及故障迅速排除，為發電機組的安全運行提供可靠保障。

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