蘇華利

摘要：通過一起水輪發(fā)電機(jī)軸電流保護(hù)誤報(bào)警的原因分析和處理，闡明了發(fā)電機(jī)長時間運(yùn)行產(chǎn)生大量勵磁碳粉是發(fā)電機(jī)軸電流保護(hù)誤報(bào)警的主要原因。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；軸電流；接地碳刷；碳粉

中圖分類號： TK730 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0引言

隨著發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的逐漸增大，軸電壓成為大型發(fā)電機(jī)采用靜止自并勵磁系統(tǒng)后的一個不容忽視的問題。軸電壓的波形具有復(fù)雜的諧波脈沖分量，對機(jī)組軸承油膜的絕緣很不利。當(dāng)軸電壓未超過軸承油膜的破壞值時，軸電流非常??；若軸電壓超過軸承油膜的擊穿電壓時，則在軸承上形成很大的軸電流，即軸電流電弧將燒蝕軸承部件并使軸承的潤滑油老化，從而加速軸承的機(jī)械磨損，嚴(yán)重時會燒壞軸瓦，造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。軸電壓的產(chǎn)生原因有很多，如磁路不對稱、單極效應(yīng)、電容電流、靜電效應(yīng)、靜態(tài)勵磁系統(tǒng)、外殼、軸等的永久性磁化等。因此加強(qiáng)對機(jī)組軸電壓的測量或設(shè)置軸電流保護(hù)對發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的是非常重要的。

1 軸電流保護(hù)及配置簡介

某電廠水輪發(fā)電機(jī)軸電流保護(hù)原理是監(jiān)測發(fā)電機(jī)上端軸與上導(dǎo)軸領(lǐng)之間的絕緣電阻，即在發(fā)電機(jī)軸和上導(dǎo)軸領(lǐng)之間夾著內(nèi)絕緣層、中間的銅片和外絕緣層。如果軸電壓足夠大并同時擊穿內(nèi)、外絕緣層，就會形成自發(fā)電機(jī)軸、中間的銅片、上導(dǎo)軸領(lǐng)、軸瓦、軸承支架到機(jī)組底座的軸電流回路，此時軸電流引起的電弧會燒蝕軸承部件并使軸承的潤滑油老化從而加速軸承的機(jī)械磨損，同時軸電流會使發(fā)電機(jī)軸承等部件強(qiáng)烈磁化。因此只有內(nèi)、外絕緣層同時擊穿后才能形成軸電流回路。為了監(jiān)測發(fā)電機(jī)軸與銅片、銅片與軸領(lǐng)的之間絕緣電阻，共設(shè)有三把供發(fā)電機(jī)軸電流保護(hù)使用的碳刷。第一把碳刷安裝在發(fā)電機(jī)滑環(huán)室內(nèi)，與上導(dǎo)軸領(lǐng)相接觸；第二把碳刷安裝在發(fā)電機(jī)滑環(huán)室內(nèi)，與上導(dǎo)軸領(lǐng)處的內(nèi)、外絕緣層間銅片相接觸；第三把碳刷即大軸接地碳刷安裝在水車室內(nèi)，與發(fā)電機(jī)大軸相接觸。

該廠軸電流保護(hù)裝置采用德國進(jìn)口SINEAX V604型可編程通用變送器檢測軸承絕緣損傷程度，間接地起到軸電流保護(hù)作用，有別于常規(guī)的軸電流保護(hù)。SINEAX V604可編程通用變送器能夠根據(jù)測量范圍自動注入幅值為60?A至380?A自適應(yīng)的恒定電流信號，測量端口電壓來計(jì)算回路絕緣情況，實(shí)測裝置開路電壓不大于3.7V。裝置配置多個信號指示燈，當(dāng)綠燈閃動表明測量傳感器開路，表示被測回路絕緣良好。如果測量電阻低于測量整定值，則指示燈變?yōu)槌Ａ粒甘颈粶y回路絕緣下降。當(dāng)監(jiān)測到發(fā)電機(jī)上端軸和上導(dǎo)軸領(lǐng)之間的絕緣層電阻的變化，間接反映軸電流的大小及其對軸承、軸瓦的損傷程度。當(dāng)可編程通用變送器的輸入電阻值低于其整定值2.5KΩ，且持續(xù)時間大于1秒，則表明絕緣層的絕緣情況已經(jīng)下降至一定程度，輸出接點(diǎn)就會動作，并驅(qū)動發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置外部重動繼電器，發(fā)電機(jī)保護(hù)就會發(fā)出報(bào)警信號，便于運(yùn)行維護(hù)人員及時查找原因和排除故障，從而很好地起到了軸電流的保護(hù)作用。同時可編程通用變送器輸出4～20mA的模擬量對應(yīng)其輸入量0～5KΩ的絕緣電阻值上送監(jiān)控系統(tǒng)，便于運(yùn)行人員通過監(jiān)控系統(tǒng)畫面實(shí)時監(jiān)視軸承的絕緣情況。軸電流保護(hù)采用雙套配置，兩套裝置的監(jiān)測范圍不同，其中A套可編程通用變送器所接入的是中間銅片和軸領(lǐng)碳刷的引線（監(jiān)視外絕緣層），而B套可編程通用變送器所接入的是中間銅片和大軸接地碳刷的引線（監(jiān)視內(nèi)絕緣層）。當(dāng)可編程通用變送器測量到不管是內(nèi)絕緣層電阻下降還是外絕緣層電阻下降，都會驅(qū)動發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置外部重動繼電器，發(fā)報(bào)警信號。雙重化的配置保證了軸電流保護(hù)的安全可靠以及靈活性。此軸電流保護(hù)原理及接線較簡單，變送器動作可靠性高，維護(hù)及調(diào)試也較方便（接線如下圖）。

發(fā)電機(jī)軸電流保護(hù)原理

2 事件處理過程及原因分析

2.1事件經(jīng)過

某號發(fā)電機(jī)保護(hù)B套報(bào)軸電流報(bào)警信號，5秒鐘后報(bào)警復(fù)歸?，F(xiàn)場檢查發(fā)電機(jī)保護(hù)B套裝置面板的故障指示燈未點(diǎn)亮，查閱發(fā)電機(jī)保護(hù)B套“異常記錄報(bào)告”項(xiàng)，內(nèi)有“外部重動4信號、恢復(fù)正?！保礊檩S電流報(bào)警信號）信息。檢查發(fā)電機(jī)保護(hù)A套保護(hù)無故障信息。

2.2處理過程

發(fā)電機(jī)保護(hù)B套軸電流監(jiān)測裝置監(jiān)測的是中間銅片和發(fā)電機(jī)大軸間的內(nèi)絕緣層的絕緣電阻。檢查發(fā)電機(jī)B套軸電流監(jiān)測裝置整定值、采樣值、輸出均工作正常；檢查發(fā)電機(jī)B套軸電流監(jiān)測裝置至碳刷之間電纜的絕緣無異常；用數(shù)字兆歐表直流1000V檔位測量大軸與軸領(lǐng)之間的絕緣層中間銅片對地絕緣：初始值為80MΩ，隨后絕緣值一直下降不能穩(wěn)定，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)絕緣層中間銅片引出線上附有玻璃膠，玻璃膠表層粘滿碳粉，極易造成絕緣層中間銅片對地絕緣不合格，清除玻璃膠、碳粉后，再測量絕緣層中間銅片對地絕緣為無窮大；繼續(xù)排查發(fā)現(xiàn)水車室大軸接地碳刷接地不可靠，將大軸接地碳刷在發(fā)電機(jī)端子箱處可靠接地之后經(jīng)過觀察再也沒有出現(xiàn)B套軸電流裝置報(bào)警的現(xiàn)象。

2.3原因分析

（1）因絕緣層間銅片安裝在發(fā)電機(jī)滑環(huán)室內(nèi)，同時因發(fā)電機(jī)碳粉吸塵裝置工作效果不佳，長時間運(yùn)行導(dǎo)致大量碳粉堆積在銅片周圍，導(dǎo)致內(nèi)絕緣層的絕緣水平下降。對于碳粉吸塵裝置效果不佳的機(jī)組，應(yīng)將清掃勵磁碳粉納入日常定期工作或改造碳粉吸塵裝置，以保持勵磁滑環(huán)室良好工作環(huán)境。

（2）對于磁路和磁場狀況不理想的機(jī)組而言，軸電壓可能較高，所含諧波較大時，可能引起軸電流監(jiān)測裝置測量誤差而誤報(bào)警。必要時可對測量回路采用濾波措施，如在測量回路上并接濾波電容，消除諧波的影響。

（3）大軸接地碳刷接地不良會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)大軸上產(chǎn)生的靜電荷無法及時消除，影響軸電流監(jiān)測裝置正常工作而誤報(bào)警。日常運(yùn)行維護(hù)工作中加強(qiáng)對大軸接地碳刷的檢查，保證碳刷在刷握中動作靈活，彈簧應(yīng)壓在碳刷中心位置，與大軸接觸良好，同時接地可靠。

3 采取的防范措施

軸電流的存在對發(fā)電機(jī)組具有很大的危害性，它所造成的損傷如果沒有被及時檢測到，會給機(jī)組安全運(yùn)行帶來很多問題，并可能造成機(jī)組主要元件的嚴(yán)重破壞。針對此次軸電流保護(hù)報(bào)警所分析的原因，在現(xiàn)場采用如下防范措施：

（1）發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷應(yīng)可靠接地，并與發(fā)電機(jī)大軸可靠良好地接觸，以釋放積累電荷。已將該項(xiàng)目列入機(jī)組定檢項(xiàng)目，保證發(fā)電機(jī)大軸可靠接地。

（2）對于碳粉吸塵裝置效果不佳的機(jī)組，因發(fā)電機(jī)組長時間運(yùn)行導(dǎo)致大量勵磁碳粉堆積在銅片周圍，導(dǎo)致絕緣層的絕緣水平下降。現(xiàn)已將清掃勵磁碳粉納入日常定期工作，并計(jì)劃在年度機(jī)組C修對碳粉吸塵裝置進(jìn)行改造，以保持勵磁滑環(huán)室良好工作環(huán)境。

（3）定期對軸承潤滑油進(jìn)行化驗(yàn)，保證油膜的絕緣強(qiáng)度滿足要求，該項(xiàng)目已列入技術(shù)監(jiān)控的重點(diǎn)項(xiàng)目。

（4）因軸電流保護(hù)在最初設(shè)計(jì)時只取了接點(diǎn)信號作為保護(hù)動作的開入，而沒有模擬量輸出至遠(yuǎn)程監(jiān)控，導(dǎo)致運(yùn)行人員無法對發(fā)電機(jī)上端軸和上導(dǎo)軸領(lǐng)之間的絕緣情況進(jìn)行在線監(jiān)視，一旦發(fā)生故障，也不利于作出準(zhǔn)確的判斷?，F(xiàn)已對此軸電流變送器進(jìn)行了專項(xiàng)改造。改造后，變送器輸出4～20mA的模擬量對應(yīng)其輸入量0～5kΩ的絕緣電阻值，運(yùn)行人員通過監(jiān)控畫面就可以實(shí)時監(jiān)視軸承的絕緣情況，一方面便于及時發(fā)現(xiàn)問題，另一方面也彌補(bǔ)了單純依靠接點(diǎn)動作判斷軸承絕緣下降的不足。

3 結(jié)束語

本文簡單介紹了發(fā)電機(jī)組軸電壓產(chǎn)生的原因及其對發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的危害，詳細(xì)介紹了SINEAX V604型可編程通用變送器檢測軸承絕緣電阻的工作原理，通過一起軸電流誤報(bào)警案例介紹了該類型軸電流裝置報(bào)警檢查的工作步驟和誤報(bào)警的可能原因，針對軸電流形成的可能原因，在現(xiàn)場采取切實(shí)可行、行之有效的防范措施，從根本上消除軸電流形成的途徑，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保證，也為運(yùn)行維護(hù)人員在日常維護(hù)該類型軸電流裝置提供參考。

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