西門子THDF108型燃機發電機軸電流異常升高分析

鄭州燃氣發電公司 趙剛 王帥

西門子THDF108型燃機發電機軸電流異常升高分析

鄭州燃氣發電公司 趙剛 王帥

發電機軸電流作為發電機運行的一項重要監視指標，對發電機運行狀態、軸瓦絕緣狀態有重要的參考。通過多次試驗，依托收集的數據資料，最終成功解決本次重大缺陷，本文簡述了軸電流故障產生的原因及處理，為國內其他該機組該問題的處理提供經驗。

燃機；發電機軸電流；運行狀態

1 引言

鄭州燃機安裝兩臺西門子SGT-4000F燃機，配套發電機為西門子THDF108、58型燃機發電機，2007年投產以來多次發生發電機軸電流異常升高現象。

發電機軸電流作為發電機運行的一項重要監視指標，對發電機運行狀態、軸瓦絕緣狀態有重要的參考。通過多年來與上海電氣、西門子專家的多次交流，依托積累的數據資料，最終成功解決本次重大缺陷。

2 故障現象分析

2.1 故障簡介

2017年5月4日，#2機組啟動后，#2發電機軸電流異常升高，最大值2.8A，軸電流高2值報警，軸電壓為0.5至0.8V之間，西門子設計要求正常運行時發電機軸電流應該小于0.3A。

我公司采用燃氣輪機和汽輪機共帶一個發電機的布置方式，其軸系布置見圖1。

2.2 故障原因查找

機組停運后，拆開發電機兩側小端蓋，檢查L3、L4瓦軸瓦、瓦枕、密封瓦情況，發現以下問題并處理：

a、發現勵側瓦枕與發電機本體間有一金屬絲短接[1]；

b、發現燃機側密封瓦未接線，瓦枕接線錯誤；

c、兩側軸瓦瓦震探頭金屬穿線管與發電機本體接觸，造成軸瓦對地絕緣無法測量。

將以上問題處理后，L3、L4瓦絕緣恢復正常。數據見表1。

2.2.2 短軸和集電環軸絕緣

軸瓦絕緣處理正常后，軸電流仍然存在，進一步檢查：取下L5處碳刷后，L3處軸電流表計顯示為0A；4瓦處大軸對地電壓0.99V，5瓦處大軸對地電壓0.99V，4瓦處和5瓦處之間電壓0V，電阻為0Ω，通過示波器檢查，L3、L5處軸電流波形具有一致性。

其中，k∈[0,3]，i∈[1,Q]，Q=NSmax。因此，Q=2π/θ。另外，參數為兩個在[0,1]之間的隨機變量。當排除了以上4種充電失敗情況發生的概率后，可推得基于波束成形的一對一無線充電成功的概率為：

結論：a、短路點位于發電機外部；b、短軸和集電環軸兩側存在金屬接觸；大地-L3接地碳刷-發電機轉動軸-發電機短軸-L5接地碳刷-大地共同構成導通回路，形成軸電流。經研究決定解體檢修，對短軸和集電環軸的絕緣做進一步的檢查并修復。

圖1 軸系布置圖

表1 軸瓦絕緣數據

2.2.3 勵磁短軸解體檢查

a、在短軸拆卸之前，查閱西門子圖紙：該對輪為止口配合，螺栓連接。對輪端面軸向接觸處由絕緣墊片隔離開；在止口配合徑向區域處由絕緣環隔離開；螺栓連接處由絕緣套管及螺栓端面絕緣墊片隔離開。對輪連接后凸臺與凹槽軸向端面金屬區域未直接接觸，呈中空部位，即空氣隔離[2]。測量了三個位置的跳動，如圖2所示，跳動數據見表2。

圖2 跳動測量點示意圖

表2 短軸拆開前的軸跳動數據 單位：0.01mm

b、第一輪跳動測量完成之后，短軸和集電環軸的聯軸器采用木塊支撐，同時將聚四氟乙烯絕緣材料插入短軸和L5軸瓦之間，避免測試時測試電流經L5瓦接地。使用萬用表和兆歐表在500 VAC電壓測量短軸和集電環軸之間的絕緣電阻，結果都顯示為0 Ω。聯軸器螺栓依次拆卸，每拆卸一個螺栓后，萬用表和兆歐表都測量一次短軸和集電環軸之間的絕緣電阻，結果顯示都為0 Ω。

c、解體后在勵磁短軸端部止口臺階處發現直徑3mm，高度2mm金屬屑，后經深度檢查、清理，還發現很多金屬屑殘留在集電環端面的螺紋孔中，此螺紋孔是用于集電環加工時車床萬向節連接（見圖3）。

d、所有絕緣部件，包括連接螺栓的絕緣套筒，絕緣墊片，Nomax墊片，兩軸端之間的兩個絕緣環，經視覺檢查，沒有發現變顏色，變形，磨損，油污，或爬電損壞等情況。金屬部件如連接螺栓，銷子情況良好。

結論：短軸和集電環軸之間止口以內的端面沒有絕緣材料。兩個端面的間隙為2mm(公稱尺寸)。在集電環止口發現的金屬屑尺寸直徑大約3mm，大于此間隙。如果運行時金屬屑停留在此間隙當中，它會導致短軸和集電環軸之間的電氣連接，然后，大地-汽端接地碳刷-發電機轉軸-集電環軸-金屬屑-短軸-短軸上的接地碳刷-大地形成一個電路回路，產生軸電流。

圖3 在螺紋小孔內發現的其他金屬屑

2.3 檢查處理勵磁短軸絕緣

基于拆除過程中發現的問題和根本分析，在確認故障原因后，對勵磁短軸進行了重點檢查和處理。

2.4 短軸回裝過程驗證

所有部件回裝之后，測量短軸和集電環軸之間絕緣電阻滿足規范要求，測量軸的各個位置的跳動，小于或保持檢修前水平。

2.5 勵磁短軸對輪螺栓回裝期間分步測量絕緣記錄，結果均達到優良標準。

2.6 機組啟動后驗證

6月份，#2機組啟動進入聯合循環后，軸電流為0A，軸電壓為1.96V，機組正常運行，軸電流異常升高缺陷得以徹底解決。

3 結束語

軸電流的存在，對發電機軸瓦使用壽命具有較大的破壞性，分析軸電流異常的原因，采取預防措施、加強監視和維護，保證軸承座與支架的絕緣，從而從根本上解決軸電流的危害，為機組安全經濟運行提供保證。

該故障的成功解決為該類型機組的其他單位提供了必要的參考。

[1]siemens發電機操作和維護手冊．2005．

[2]Multifunction Generator Motor and Transformer Protection Relay 7UM62 V4．12005．