汽輪發(fā)電機(jī)軸電壓產(chǎn)生原因

汽輪發(fā)電機(jī)軸電壓產(chǎn)生原因摘要：為最大限度抑制軸電壓的產(chǎn)生和危害。本文在概述軸電壓以及軸電壓的危害的基礎(chǔ)上，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)軸電壓產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處理方法，以供相關(guān)的工作人員參考借鑒，關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)；軸電壓；原因；處理方法1軸電壓軸電壓是指由于發(fā)電機(jī)磁場不對(duì)稱，發(fā)電機(jī)大軸被磁化，靜電充電等原因在發(fā)電機(jī)軸上感應(yīng)出的電壓。為了監(jiān)視軸絕緣的完好與否，需定期測量軸兩端的電壓和軸與機(jī)身之間的電壓。2軸電壓危害軸電壓是發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中在轉(zhuǎn)軸兩端、轉(zhuǎn)軸局部以及轉(zhuǎn)軸對(duì)地的電位差。軸電壓是發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中普遍存在的一種電氣現(xiàn)象，大型、高速發(fā)電機(jī)尤為嚴(yán)重。軸電壓較低時(shí)，由于油膜的絕緣作用，放電是不容易發(fā)生的。然而，當(dāng)軸電壓較高，軸瓦表面有缺陷，潤滑油油質(zhì)或流量不達(dá)標(biāo)以及發(fā)電機(jī)異常振動(dòng)等可能會(huì)造成油膜擊穿，導(dǎo)致軸與軸瓦形成金屬性接觸，形成相當(dāng)大的軸電流，可達(dá)到幾百安甚至上千安，它足以燒損軸頸和軸瓦。軸電壓造成軸承腐蝕是一個(gè)加速過程，一次放電就可能使軸瓦表面金屬局部融化，在油膜內(nèi)形成金屬顆粒并破壞油膜絕緣，使得放電更易發(fā)生，形成連鎖反應(yīng)，引發(fā)機(jī)組振動(dòng)加劇，直至被迫退出運(yùn)行，給現(xiàn)場安全生產(chǎn)帶來隱患。軸承損壞帶來的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失十分嚴(yán)重。例如在20世紀(jì)70年代，我國一臺(tái)QFSS-200-2型200MW汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)生一起勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地故障，造成軸承絕緣擊穿產(chǎn)生強(qiáng)大的軸電流、引起軸系和汽輪機(jī)磁化事故，使發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)子、隔板、缸體、曲瓦等部件發(fā)生了嚴(yán)重磁化，并導(dǎo)致部分軸瓦燒壞，30級(jí)隔板與隔板套摩擦和燒傷。揭缸檢查發(fā)現(xiàn)許多部位剩磁達(dá)幾十至幾百高斯，需要停機(jī)檢修一個(gè)月左右，對(duì)整個(gè)機(jī)組進(jìn)行退磁和修理。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于軸承破壞而造成的發(fā)電機(jī)故障約為故障總數(shù)的20%，而其中由軸電流引起的軸承故障又占30%，是發(fā)電機(jī)損壞的重要原因。3汽輪發(fā)電機(jī)軸電壓產(chǎn)生原因3.1靜止勵(lì)磁系統(tǒng)引發(fā)軸電壓大部分汽輪發(fā)電機(jī)是用靜止勵(lì)磁系統(tǒng)作為勵(lì)磁方式，但靜止勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部的晶閘管會(huì)因換孤而產(chǎn)生軸電壓。該電壓由轉(zhuǎn)子軸與勵(lì)磁繞組間的電容和轉(zhuǎn)子軸與地間的電容耦合形成。該電壓由兩部分組成：一部分是幅值為10-60V的3倍頻矩形波；另一部分是峰值為30V、每個(gè)周期的矩形波中含有6個(gè)高頻分量的諧波。靜止勵(lì)磁系統(tǒng)引發(fā)的軸電壓可表示為：C為勵(lì)側(cè)繞組對(duì)轉(zhuǎn)子電容;C為整流變壓器對(duì)地電容;C為轉(zhuǎn)子軸對(duì)地電容;Uw t s c為整流器輸出端對(duì)中性點(diǎn)所得申壓的共模電壓。3.2靜電荷引發(fā)軸電壓懸浮的金屬和其他介質(zhì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電荷，當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子與油膜間、主油泵的葉輪和潤滑油間、汽輪機(jī)葉片與蒸汽間、汽輪機(jī)末級(jí)葉片和空氣間，都會(huì)產(chǎn)生靜電荷。這些靜電荷能在軸系上累計(jì)產(chǎn)生上百伏的電壓峰值。3.3軸向磁通引發(fā)軸電壓隨著電力系統(tǒng)具備越來越多樣化的負(fù)荷，越來越多的電廠參與調(diào)頻工作，這就增加了轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生不對(duì)稱匝間短路的風(fēng)險(xiǎn)。轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生不對(duì)稱匝間短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱的軸向磁通和徑向磁通，即剩磁。它會(huì)在發(fā)電機(jī)機(jī)殼產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，從而會(huì)在機(jī)殼一軸承一絕緣油一轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生軸電壓。轉(zhuǎn)子極間連接線也易發(fā)生軸向磁化，引發(fā)剩磁，產(chǎn)生軸電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)匝間短路時(shí)，轉(zhuǎn)子極間連接線更易在油膜和軸徑間引發(fā)單極性電壓。這種現(xiàn)象會(huì)加速絕緣油的老化，甚至擊穿油膜、破壞軸徑。3.4磁不對(duì)稱引發(fā)軸電壓發(fā)電機(jī)因制作工藝的固有局限，難免會(huì)產(chǎn)生磁阻和磁通不對(duì)稱現(xiàn)象，因而發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生交變磁場，形成軸電壓回路。正常情況下，這樣的電壓不會(huì)超過10V。但在這樣的軸電壓回路中，發(fā)電機(jī)的軸承、軸系和本體的電阻很小，軸電流就會(huì)很大，能引發(fā)電弧放電，在軸承上造成蝕點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)磨損甚至燒毀軸承和軸瓦。磁阻、磁通不對(duì)稱的原因主要為：發(fā)電機(jī)定子的硅鋼片間存在間隙；發(fā)電機(jī)制造缺陷或安裝不當(dāng)，造成定轉(zhuǎn)子不同心；在定子中，每塊扇形沖壓片的磁導(dǎo)率存在誤差；定子的扇形沖壓片安裝不當(dāng)，使得它們間的接縫不一致；長期運(yùn)行的發(fā)電機(jī)未得到有效護(hù)理，定子局部生銹。4汽輪發(fā)電機(jī)軸電壓處理方法4.1在勵(lì)磁側(cè)加裝抑制裝置應(yīng)減小整流變壓器對(duì)地電容、勵(lì)磁輸出的共模電壓、勵(lì)磁側(cè)繞組對(duì)轉(zhuǎn)子電容，增加軸對(duì)地電容。靜止勵(lì)磁系統(tǒng)引發(fā)的軸電壓具有高頻尖峰分量，可通過RC接地回路得到有效改善。RC并聯(lián)回路中的電阻可限制電流的大小，電容可過濾高頻脈沖分量。4.2汽端大軸接地對(duì)于靜電荷引發(fā)的軸電壓，可在汽端軸系上裝設(shè)一個(gè)碳刷，碳刷的尾部通過接地線和接地裝置連接。使用該方法需要注意以下要點(diǎn)。（1）應(yīng)選擇汽端軸系上直徑小的位置安裝碳刷，這樣不但能減小碳刷和軸的接觸電阻，還能減少碳刷和軸系的磨損，但是對(duì)于靜止勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)，不能離勵(lì)磁側(cè)太遠(yuǎn)，否則不能有效釋放靜止勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的軸電壓。（2）定期清潔碳刷和軸的接觸面，并保證其周圍環(huán)境清潔，避免油污粉塵等污染物附著，造成接觸不良、接地效果差。4.3增加勵(lì)端軸承的絕緣軸電壓通過軸系、軸瓦、油膜和基座構(gòu)成通路。該通路中的絕緣介質(zhì)只有一層絕緣油?？刹捎媒^緣阻斷電氣的方法加強(qiáng)軸電壓通路的絕緣，從而抑制軸電流。在軸瓦和發(fā)電機(jī)基座間任何可導(dǎo)通的接觸面都應(yīng)加裝絕緣片，比如密封座與中間環(huán)間、中間環(huán)與端蓋間、端蓋與與外擋油蓋間、軸承頂塊與端蓋間、軸瓦與端蓋間、基座與地面間、端蓋與軸間，都應(yīng)加裝絕緣片。中間環(huán)、軸承頂塊、軸瓦制動(dòng)銷、軸瓦絕緣墊塊、擋油蓋應(yīng)分別有導(dǎo)線引至端子箱，方便隨時(shí)測量其對(duì)地絕緣。另外，連接部件的螺栓必須使用絕緣墊片和套筒，保證軸電流無法通過螺栓在金屬部件間傳遞。絕緣片的材料一般選用環(huán)氧酚醛或環(huán)氧樹脂。以上絕緣層安裝完畢后，在發(fā)電機(jī)未通油時(shí)，其絕緣電阻應(yīng)大于10MQ；在發(fā)電機(jī)通油后，其絕緣電阻應(yīng)不低于1MQ。絕緣電阻的測量工作可通過兆歐表完成。4.4優(yōu)化發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)在發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。（1）完善汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)方案，防止低壓段的水霧出現(xiàn)，有效釋放靜電電荷。（2）氫冷發(fā)電機(jī)應(yīng)加裝氫氣干燥系統(tǒng)，避免濕度過高而降低氫氣對(duì)發(fā)電機(jī)的冷卻能力。（3）配備一系列發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測設(shè)備來綜合判定發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況，為問題的預(yù)警和處理提供依據(jù)，比如匝間短路監(jiān)測、局部放電監(jiān)測、絕緣過熱監(jiān)測、軸電流軸電壓監(jiān)測。若大軸出現(xiàn)故障，發(fā)生磁化現(xiàn)象，則應(yīng)采取退磁措施后，方可重新投入生產(chǎn)。4.5優(yōu)化制造、安裝工藝在發(fā)電機(jī)制造過程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。（1）提高定子鐵心沖壓片的制作工藝，減少鐵心沖壓缺陷產(chǎn)生的軸電壓3次和5次諧波分量。（2）安裝定轉(zhuǎn)子時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制定、轉(zhuǎn)子的同心度，減少定、轉(zhuǎn)子偏心引發(fā)的磁通不對(duì)稱現(xiàn)象。（3）運(yùn)輸、安裝和大修轉(zhuǎn)子時(shí)，執(zhí)行嚴(yán)格的防異物措施，避免風(fēng)孔內(nèi)出現(xiàn)金屬異物導(dǎo)致短路，避免油污進(jìn)入風(fēng)孔。若發(fā)電機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)內(nèi)部漏油現(xiàn)象，且油已漏到轉(zhuǎn)子內(nèi)，則可用干燥的壓縮空氣吹掃轉(zhuǎn)子風(fēng)孔，用帶電清洗劑清理定子內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子外表面。5結(jié)束語汽輪發(fā)電機(jī)的軸電壓普遍存在，若得不到有效處理，則會(huì)在軸承上造成電蝕，或加速絕緣油老化，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龎妮S瓦及主軸，引起停機(jī)事故或造成不必要的檢修和發(fā)電損失。而