汽輪發(fā)電機組軸電壓異常原因分析

趙峰++劉建+崔旭東

摘 要：本文闡述了汽輪發(fā)電機組軸電壓異常的原因、預(yù)防措施、處理方法。同時介紹了現(xiàn)場工作中遇到的轉(zhuǎn)子軸電壓測量數(shù)據(jù)異常及處理的過程。

關(guān)鍵詞：軸電壓；軸電流；軸承絕緣；預(yù)防措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.143

1 引言

燃煤汽輪發(fā)電機組由于在安裝或運行期間采取的防范措施不足或不當(dāng)，沒能有效地將由電磁、蒸汽靜電等多種因素形成的軸電壓進(jìn)行釋放。當(dāng)該電壓升高到一定值時就會擊穿大軸與軸承間的潤滑油膜，發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象，使?jié)櫥唾|(zhì)逐漸劣化，嚴(yán)重者會使軸瓦燒壞，造成被迫停機事故的發(fā)生。

2 產(chǎn)生軸電壓的原因

軸電壓是指發(fā)電機在全速旋轉(zhuǎn)時在其轉(zhuǎn)子大軸兩端期間之間或轉(zhuǎn)軸與軸承座之間所產(chǎn)生的電壓。產(chǎn)生軸電壓大致有以下原因：

（1）由于發(fā)電機的定子鐵芯材質(zhì)導(dǎo)磁率及安裝工藝、轉(zhuǎn)子同心度等方面原因致使磁路不平衡，在轉(zhuǎn)子大軸上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，并在轉(zhuǎn)子汽勵兩側(cè)大軸端產(chǎn)生電壓差，形成軸電壓。該電壓一般為十伏以下，如果沒有采取響應(yīng)的有效措施，就會使大軸、軸承和基礎(chǔ)臺板之間中形成的交變電磁鏈通路且產(chǎn)生較大的軸電流。這個軸電流會造成潤滑油質(zhì)迅速劣化，導(dǎo)致設(shè)備轉(zhuǎn)軸表面的電蝕以及軸承鎢金的磨損，進(jìn)而會加速軸承的機械磨損、嚴(yán)重的會造成軸瓦燒損的重大設(shè)備損壞事故。

（2）高速蒸汽產(chǎn)生的靜電。高溫高壓的水蒸氣從管道高速噴射出時，汽流中往往帶有大量的靜電荷，靜電荷在轉(zhuǎn)軸上聚集產(chǎn)生感應(yīng)電勢形成軸電壓。這種軸電壓如不采取措施將該靜電電荷導(dǎo)入大地，它在汽機側(cè)油膜上聚集也有可能發(fā)生放電現(xiàn)象破壞油膜和軸瓦。

（3）靜態(tài)勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的軸電壓。由于勵磁裝置電壓源或轉(zhuǎn)子繞組不對稱等因素作用在轉(zhuǎn)子繞組上的外部電壓使軸產(chǎn)生電動勢。

（4）剩磁引起的軸電壓。當(dāng)發(fā)電機運行中發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組不對稱匝間短路時，造成磁路不對稱，使得在轉(zhuǎn)軸上剩磁形成的單極電勢急劇增大、大軸上的軸電壓升高，形成很大的軸電流，造成大軸、軸瓦的燒損和轉(zhuǎn)子等部件的嚴(yán)重磁化。

3 軸電壓的危害

（1）接地電刷接觸不良時，不能有效地抑制或消除軸電壓及軸電流危害，進(jìn)而會導(dǎo)致潤滑油質(zhì)老化、軸頸表面電蝕和軸瓦磨損現(xiàn)象的發(fā)生。（2）軸電壓直接影響轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的正常工作，由于大軸接地不良產(chǎn)生感應(yīng)電勢、引發(fā)轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)誤動。

4 預(yù)防措施

（1）發(fā)電機轉(zhuǎn)子大軸接地電刷裝置接觸良好。在發(fā)電機汽側(cè)的大軸上安裝接地電刷，將靜電荷導(dǎo)入大地。大軸接地電刷在運行中容易受到油污和灰塵的污染，會降低接地電刷的接地效果，進(jìn)一步會影響轉(zhuǎn)子軸電壓的分布和轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)的正常工作。因此需定期開展大軸接地電刷的檢查、清掃和維護(hù)工作，保證大軸接地可靠。

（2）保證軸承絕緣強度（軸承座對地、油管路法蘭盤之間的絕緣墊片）。汽輪發(fā)電機組在設(shè)計安裝中通常采用在發(fā)電機勵磁機側(cè)軸承座下加墊絕緣板、軸承座的定位銷釘和地腳螺栓應(yīng)加裝絕緣套管、與軸承系統(tǒng)連接的各油管路、水管路的法蘭盤等部位應(yīng)加裝絕緣墊片（要求必須要做到完全隔離），用以防止在大軸、軸承座、基礎(chǔ)臺板間形成電流通道。

（3）定期開展軸電壓測量工作。發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地電刷是用來將轉(zhuǎn)軸本體良好接地，是能夠有效抑制或消除軸電壓及軸電流危害的專門裝置。在實際運行中，該裝置往往出現(xiàn)由于安裝工藝不良、或運行環(huán)境的惡化、磨損等原因造成轉(zhuǎn)子接地不好、軸電壓上升、軸電流增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸和軸承的機械磨損、嚴(yán)重的會造成軸瓦燒損的重大設(shè)備事故。因此，定期開展軸電壓檢查測量工作對改善發(fā)電機運行情況是十分必要的。

軸電壓測量時通常采用高內(nèi)阻的交流電壓表，用來消除測量儀器造成的誤差。

首先測量發(fā)電機轉(zhuǎn)子汽勵兩端之間的電壓（U1）。然后將發(fā)電機軸瓦與大軸經(jīng)碳刷短路，來消除軸瓦與大軸間潤滑油膜上的電壓降，再測量勵端軸承與大地間的電壓（U2）。最后通過U1和U2數(shù)值的大小來分析判斷勵端軸承對地絕緣的是否正常。若U1≈U2，說明絕緣墊絕緣情況良好；U1>U2，說明絕緣套管或絕緣墊板絕緣被破壞；U1

5 故障處理實例

某發(fā)電公司2號發(fā)電機，運行中測量軸電壓數(shù)據(jù)為U1=8.3V，U2=0.7V。

從測量結(jié)果分析：U1>U2，說明勵側(cè)軸瓦絕緣不良，存在絕緣套管或絕緣墊板臟污或損壞情況，導(dǎo)致軸電壓完全作用在了軸承潤滑油膜上，并形成了很大的軸電流?，F(xiàn)場通過對勵側(cè)軸瓦各部絕緣測試（用500V絕緣電阻表），發(fā)現(xiàn)絕緣墊板絕緣測試數(shù)據(jù)小于0.5MΩ，說明絕緣墊板絕緣異常情況。同時還檢查發(fā)現(xiàn)汽側(cè)密封瓦存在漏油嚴(yán)重的情況，轉(zhuǎn)軸上油污較多，影響到接地電刷的正常接地。在2號機組停運檢修期間發(fā)現(xiàn)勵側(cè)軸承座絕緣板臟污形成接地通道，使絕緣板失去作用。清理絕緣板復(fù)裝后測試絕緣電阻大于100MΩ。

缺陷處理全部處理完畢機組啟動后在同等負(fù)荷下測試軸電壓數(shù)據(jù)為U1=，4.7V，U2=4.6V，明顯看出U1≈U2，說明絕緣已恢復(fù)。

6 結(jié)束語

軸電壓過高對發(fā)電機正常運行有著很大的影響，機組運行中應(yīng)加強對發(fā)電機接地電刷的日常檢查維護(hù)工作，保證大軸接地碳刷處無油污、且與接地可靠。同時還要加強發(fā)電機設(shè)備檢修過程質(zhì)量控制，做好密封瓦間隙調(diào)整及各部位絕緣墊片（絕緣套管）安裝的清潔工作。

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作者簡介：趙峰（1971-），男，天津人，本科，高級工程師，從事火力發(fā)電廠電氣一次設(shè)備技術(shù)管理工作。