宋峰++王鐵軍

摘要：汽輪發(fā)電機(jī)組軸電壓引起的軸電流會(huì)造成很大的危害，自準(zhǔn)電三、四號(hào)發(fā)電機(jī)投入商業(yè)運(yùn)行以來，近幾年的檢修過程中均發(fā)現(xiàn)因軸電壓引起的汽輪機(jī)軸頸、軸瓦接觸點(diǎn)電燒傷的事件。如果不加以處理，嚴(yán)重的甚至燒毀軸瓦，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。準(zhǔn)電汽輪機(jī)軸瓦電腐蝕的根本原因是，由于靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁，而產(chǎn)生的高頻電壓，且軸電壓較高，根據(jù)可能產(chǎn)生軸電壓的原因逐項(xiàng)排查分析，并采用無源RC吸收回路限制軸電壓的措施，取得了理想的效果，這種對(duì)策在準(zhǔn)電三、四號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)上試驗(yàn)成功，優(yōu)點(diǎn)如下：所有的軸電勢(shì)，甚至高頻峰值，都降到了無害的范圍。在勵(lì)磁機(jī)端的接地RC電路通用性好，維護(hù)費(fèi)用低且電刷壽命長。無論發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)端有無接地電刷都可以正常運(yùn)行且易于監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】：電腐蝕；軸電壓；無源RC吸收回路；

中圖分類號(hào)： TK263. 6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

準(zhǔn)電三、四號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組是北京重型電機(jī)廠生產(chǎn)的單軸、三缸、亞臨界、中間一次再熱、雙排氣式汽輪機(jī)和北京重型電機(jī)廠引進(jìn)阿爾斯通技術(shù)生產(chǎn)的T225.460型發(fā)電機(jī)采用靜止半導(dǎo)體勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。三、四號(hào)汽輪機(jī)在近年來的檢修中均發(fā)現(xiàn)軸瓦不同程度的電腐蝕現(xiàn)象。

經(jīng)測(cè)量準(zhǔn)電三、四號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸電壓較高，是引起汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦出現(xiàn)電腐蝕的故障的主要原因。軸瓦出現(xiàn)電腐蝕給機(jī)組檢修增加了工作量及檢修費(fèi)用，并且給機(jī)組運(yùn)行帶來了較大的隱患。由于發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)端轉(zhuǎn)軸表面旋轉(zhuǎn)的速度很高，使得現(xiàn)有的接地電刷經(jīng)常失效。經(jīng)驗(yàn)表明：傳統(tǒng)的接地裝置不能消除高頻軸電壓峰值。根據(jù)軸電壓產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)，在發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁端通過接地電刷對(duì)地接人一個(gè)新型無源RC電路的防范措施。這套新的防范措施顯示出以下優(yōu)點(diǎn)：軸電壓降到了無害的水平；通用性好；維護(hù)費(fèi)用低；電刷壽命長；不管發(fā)電機(jī)的汽輪機(jī)端有無接地電刷都可正常運(yùn)行，易于監(jiān)控。采用新的接地裝置后，三、四號(hào)發(fā)電機(jī)的軸電壓穩(wěn)定在10V以內(nèi)。

1 軸電壓產(chǎn)生的原因及危害

汽輪發(fā)電機(jī)組軸電壓引起的軸電流會(huì)造成很大的危害，自準(zhǔn)電三、四號(hào)發(fā)電機(jī)投入商業(yè)運(yùn)行以來，近幾年的檢修過程中均發(fā)現(xiàn)因軸電壓引起的汽輪機(jī)軸頸、軸瓦接觸點(diǎn)電燒傷的事件。如果不加以處理，嚴(yán)重的甚至燒毀軸瓦，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。準(zhǔn)電四號(hào)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸電壓較高，根據(jù)可能產(chǎn)生軸電壓的原因逐項(xiàng)排查分析.

1.1 靜電效應(yīng)產(chǎn)生的軸電壓

由于大型汽輪發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)低壓缸內(nèi)的干蒸汽與汽輪機(jī)葉片摩擦，高速蒸汽在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生靜電電荷，或由于與發(fā)電機(jī)同軸相連的汽輪機(jī)的軸封不好，沿軸的高速蒸汽泄漏或蒸汽在汽缸內(nèi)高速噴射等原因使軸帶靜電電荷，該靜電電荷對(duì)接地狀況有關(guān)的軸電容充電，從而產(chǎn)生軸電壓。

1.2 發(fā)電機(jī)磁路不對(duì)稱引起的軸電壓

1.2.1 磁通不對(duì)稱引起的軸電壓

發(fā)電機(jī)的制造不可能保證其磁路絕對(duì)對(duì)稱。由此，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中大軸、軸承、臺(tái)板所構(gòu)成的回路交鏈的磁通發(fā)生交替變化，在大軸上會(huì)產(chǎn)生交變電勢(shì)，且該電勢(shì)具有基波特性。當(dāng)大軸、軸頸、軸瓦、軸承座和臺(tái)板所構(gòu)成的回路因某種原因接通時(shí)，由于回路電阻很低，就會(huì)產(chǎn)生很大的軸電流，引起相關(guān)軸電流回路部件的損壞。

1.2.2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈匝間短路產(chǎn)生的軸電壓

若發(fā)生匝間短路，則由兩組線圈產(chǎn)生的軸向磁通不能全部抵消，而產(chǎn)生軸向不平衡磁通，短路匝數(shù)越多，則不平衡軸向磁通也越大。當(dāng)這個(gè)磁通和軸向磁通疊加到一起或軸向磁通本身數(shù)值達(dá)到一定程度后，將會(huì)在軸頸對(duì)油膜之間產(chǎn)生較高的單極電壓，一旦擊穿油膜，很有可能造成軸瓦燒損。

1.2.3 電機(jī)大軸被磁化產(chǎn)生的軸電壓

汽輪發(fā)電機(jī)組因某種原因被磁化后，存在著周向和軸向剩磁，由剩磁在轉(zhuǎn)子和軸承部件中感應(yīng)產(chǎn)生單極電壓。同上所述，該感應(yīng)電壓將在軸承和軸密封中，即從輪葉經(jīng)過隔板、隔板套、汽缸、油膜破壞的軸承、大軸回到輪葉，由此大電流可引起相應(yīng)的部件損壞，該電流引起的磁通還可能使汽輪機(jī)周向磁化。

1.3外部電壓引起的軸電壓及危害

1.3.1 靜止勵(lì)磁裝置的影響

自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的晶閘管換相時(shí)產(chǎn)生的高頻電壓脈沖會(huì)在軸瓦、軸頸的油膜之間產(chǎn)生高頻電壓脈沖，一旦擊穿油膜，很有可能造成相應(yīng)軸電流流經(jīng)部位燒損。

1.3.2 有源轉(zhuǎn)子繞組保護(hù)裝置產(chǎn)生的軸電壓

在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子保護(hù)裝置中，采用迭加直流式一點(diǎn)接地保護(hù)、迭加交流電壓式導(dǎo)納原理一點(diǎn)接地勵(lì)磁保護(hù)以及迭加方波電壓式勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)等轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，在原理設(shè)計(jì)上會(huì)通過與接地狀況有關(guān)的絕緣電容和電阻的耦合在軸瓦、軸頸油膜之間產(chǎn)生軸電壓，一旦擊穿油膜，很有可能造成相應(yīng)軸電流流經(jīng)部位燒損。

軸電壓出現(xiàn)在軸承和地之間，是由于靜電荷（轉(zhuǎn)子繞組）、絕緣不對(duì)稱或靜止勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的。它雖然不會(huì)產(chǎn)生很大的低頻電流，但是它的值達(dá)到很高。從而，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行幾周到幾月后，引起的電腐蝕會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷軸承，使得必須提前對(duì)軸承進(jìn)行檢修。

2、軸電壓的防范措施

大部分減小軸電壓的對(duì)策都是針對(duì)軸電壓的出現(xiàn)。對(duì)于前兩種軸電壓，必須防止感應(yīng)電路短路產(chǎn)生的大電流，即這些電路的電阻至少要有30—50 Q。在所有可能產(chǎn)生軸電流的路徑上采用高電阻絕緣設(shè)計(jì)就可實(shí)現(xiàn)。由靜電荷或靜止勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的，通過油膜、軸密封等的軸電壓必須其電壓過高，不得超過20V。這是能防止電腐蝕發(fā)生的唯一途徑。薄的絕緣層不能提供絕對(duì)的保護(hù)，它只能作為容性分壓器。靜電荷能夠被小于lkQ的接地電阻有效消除。解決由靜止勵(lì)磁系統(tǒng)所產(chǎn)生的軸電壓最有效的方法是增加軸對(duì)地電容至10μF左右。這可以減小（軸對(duì)地）電容電壓的比值，減小高頻電壓峰值的頻率，且?guī)缀蹩膳月犯哳l的軸電壓。因?yàn)樵诎l(fā)電機(jī)汽輪機(jī)端使用接地電刷遇到過許多難題，根據(jù)上述研究的成果，現(xiàn)在提出一些針對(duì)采用靜止勵(lì)磁的大型汽輪機(jī)組產(chǎn)生軸電壓的防范措施， 必須保留能對(duì)感應(yīng)軸電壓所產(chǎn)生軸電流進(jìn)行有效防護(hù)的勵(lì)磁機(jī)端軸承絕緣；如果需要，只要汽輪機(jī)端的接地電刷功能正常，可以保留； 勵(lì)磁機(jī)端通過接地電刷接入一種新型無源RC電路。即使汽輪機(jī)端沒有接地電刷或電刷沒有正常工作，500Q的電阻已經(jīng)高到足夠?qū)㈦娏飨拗圃跓o害的mA 范圍內(nèi)，且建立的直流電勢(shì)也被限制在足夠低的數(shù)值內(nèi)。10μF的并聯(lián)電容可以有效地防止所有由靜止勵(lì)磁產(chǎn)生的軸電壓；

2.1加裝接地裝置

2.1.1、接地碳刷裝在四號(hào)汽機(jī)#9瓦靠近發(fā)電機(jī)側(cè)。

2.2.2、在9瓦軸頸中心兩側(cè)相對(duì)180°安裝兩組刷架與電刷。

2.2.3、為使刷握對(duì)地絕緣，刷握通過10㎜環(huán)氧樹脂板固定在刷架上，刷架安裝完畢后用500V搖表測(cè)量刷握絕緣電阻應(yīng)該值≥0.5MΩ。

2.2.4、通過加裝無源RC阻容吸收回路來消除靜止可控硅勵(lì)磁引起的三次高頻諧波分量以及其他運(yùn)行因素引起的軸電壓。阻容吸收回路接地端接地可靠。

2.2.5、刷架安裝后調(diào)整刷握與轉(zhuǎn)軸之間的間隙為5mm，保證電刷在刷握內(nèi)自由移動(dòng)。

2.2.6、測(cè)試接地電刷彈簧壓力，保證電刷與轉(zhuǎn)軸接觸良好。

2.2.7、接地電刷與阻容吸收裝置控制柜之間通過絕緣接地線進(jìn)行連接。

加裝完接地裝置后，定期跟蹤測(cè)量軸電壓情況，一直保持在10V以內(nèi)，運(yùn)行平穩(wěn)。

3 結(jié)論

由靜止勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的軸電壓是一個(gè)3倍于基頻的矩形波并疊加了高頻電壓峰值。這些電壓來源于整流器的共模電壓和在整流過程中陡峭的電壓跳躍。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果能夠很好地吻合。結(jié)果證明發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)端傳統(tǒng)的接地裝置（即使正常工作）也不能消除軸電壓的高頻峰值。由于軸對(duì)地電容對(duì)軸電壓的頻率和幅值有非常大的影響，因此減小由靜止勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生軸電壓的最好方法就是再加上一個(gè)10μF的軸對(duì)地電容。20V以上的軸電壓就可能在軸承和軸密封系統(tǒng)產(chǎn)生電腐蝕。隨著電壓幅值的增大，腐蝕體積會(huì)顯著增大。為了保護(hù)使用靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的大型汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)不受所有類型軸電壓的影響，提出各種對(duì)策，主要是在發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)端通過接地電刷接入一個(gè)無源RC電路。這種對(duì)策在準(zhǔn)電三、四號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)上試驗(yàn)成功，優(yōu)點(diǎn)如下：所有的軸電勢(shì)，甚至高頻峰值，都降到了無害的范圍。在勵(lì)磁機(jī)端的接地RC電路通用性好，維護(hù)費(fèi)用低且電刷壽命長。無論發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)端有無接地電刷都可以正常運(yùn)行且易于監(jiān)控。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 靜止勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的軸電壓問題和解決方法（瑞士） C.Ammanl

[2] 虞永斌.125MW 發(fā)電機(jī)組的軸電壓與轉(zhuǎn)子接地保護(hù).華東電力[J].2002，（2）：5O一51.

[3]李延軍.連續(xù)羹整裝置3ZOOKW 壓縮機(jī)組電氣系統(tǒng)完善.·電機(jī)技術(shù)