劉 歡 錢厚軍 陳子明 易非凡 陳啟豪

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

1 發(fā)電機軸電壓產(chǎn)生的原因及其對發(fā)電機的危害

1.1 發(fā)電機軸電壓產(chǎn)生的原因

發(fā)電機軸電壓產(chǎn)生的原因大致有：同軸汽輪機的直流靜電電壓、勵磁系統(tǒng)在發(fā)電機軸上產(chǎn)生的交流耦合電容電壓、不平衡磁通在大軸兩端產(chǎn)生的軸電壓、發(fā)電機本身故障如轉子匝間短路等使磁場產(chǎn)生畸變在大軸兩端產(chǎn)生軸電壓、因各類故障和非正常工況使發(fā)電機機殼、大軸、軸承等部位被磁化后存在剩磁，軸向磁通引發(fā)運行時出現(xiàn)軸電壓等。

1.2 軸電壓的存在對發(fā)電機的危害

當軸電壓達到一定值時，如果沒有適當措施處理，軸電壓會把大軸與軸承之間的油膜擊穿產(chǎn)生軸電流，大軸與軸承之間的油膜承擔著潤滑的作用，油膜部分被擊穿會在油膜上產(chǎn)生薄弱點，導致軸與軸承之間的摩擦增大，加劇機械磨損。當軸電流流過軸承時，造成軸承溝道和鋼球電腐蝕，從而導致軸承失效。

2 國家標準對軸電壓的規(guī)定和對國家標準的理解

2.1 現(xiàn)行國家標準對測量軸電壓的規(guī)定

現(xiàn)行國家標準GB/T 1029—2021《三相同步電機試驗方法》中，第4.3條中對于軸電壓測量與判定的描述如下：“被試電機應在額定電壓、額定轉速下空載運行。用高內阻交流電壓表先測定U1，然后將轉軸沒有絕緣的一端與其軸承座短接（雙側絕緣的轉軸短接任意一側），測另一端對軸承座的電壓U2（即油膜電壓），再測該軸承座對地的電壓U3”[1]，對應的測量示意圖如圖1。

圖1 軸電壓測量示意圖

在電力行業(yè)標準DL/T 1768—2017《旋轉電機預防性試驗規(guī)程》中，第5章第25條關于軸電壓測試的條文如下：“汽輪發(fā)電機大軸接地端（汽端）的軸承油膜被短路時，大軸非接地端（勵端）軸承與機座間的電壓應接近等于軸對機座的電壓，汽輪發(fā)電機大軸非接地端對地電壓一般應小于20 V”[2]。

2.2 對標準的理解

以上兩份標準文件中，GB/T 1029—2021《三相同步電機試驗方法》描述了U1、U2、U3的測量方法，但沒有提到軸電壓的合格范圍。DL/T1768—2017《旋轉電機預防性試驗規(guī)程》中僅有關于U2+U3的合格范圍（小于20 V），沒有U2、U3各自的合格范圍。

對于軸電壓測試方法和驗收標準，結合秦山核電廠雙水內冷發(fā)電機，解讀如下：

（1）目前運行的大型汽輪發(fā)電機組采用的方式多是在汽輪機側安裝接地電刷，在勵磁側的軸承座下方安裝絕緣墊片，在發(fā)電機運行的過程中，汽輪機側的接地電刷應該一直是處于接地的狀態(tài)，汽輪機側的軸承座是接地狀態(tài)。通過這個接地電刷裝置將汽輪機葉片累積的靜電釋放到大地，實現(xiàn)保護軸瓦的作用。

In order to obtain a trajectory satisfying the requirement of the IKPI,the evaluation function of thealgorithm is improved by taking the IKPI values of grids into account.The improved evaluation function is shown as

（2）汽側大軸接地良好的情況下，即圖1中U4接近為0，應該有U1≈U2+U3。

（3）DL/T1768中關于軸電壓的大小還是比較寬松的，秦山核電廠雙水內冷發(fā)電機自1991年投運時測得軸電壓為7～8 V，因此規(guī)程中對軸電壓的控制標準是U1≤10 V，且U2+U3≤U1≤1.1（U2+U3）。

（4）軸電壓U1是發(fā)電機的固有特性，不會因為汽輪機側大軸是否接地產(chǎn)生變化。在國標GB/T 1029—2021中，進行U1測試時，要求測量勵側與汽側兩端的電壓，但是沒有對汽側大軸是否接地進行要求，所以測量U1時汽側大軸是否接地均可。

（5）在國標GB/T 1029—2021中，進行U2、U3測試時，要求汽側大軸與地軸承座短接（因汽側軸承座不墊絕緣墊，直接與發(fā)電機基座連接，可以理解是要求將汽側大軸接地），再測量勵側油膜電壓U2和軸承座對地電壓U3。實際情況是有時汽側大軸接地裝置不可靠（圖1中U4較大），導致各項測試數(shù)據(jù)失真。

3 現(xiàn)場實測軸電壓過程中出現(xiàn)的問題

2020年之前，秦山核電廠針對雙水內冷發(fā)電機，僅在發(fā)電機解體檢修（拆裝軸承座及抽轉子等）后，才在機組啟動后并網(wǎng)前實施發(fā)電機軸電壓測量，并網(wǎng)運行期間不測軸電壓。2020年某核電廠出現(xiàn)軸瓦因軸電壓超標而受損的事件后，根據(jù)此外部經(jīng)驗反饋，秦山核電廠對發(fā)電機軸電壓情況進行排查，排查中發(fā)現(xiàn)秦山核電廠雙水內冷發(fā)電機軸電壓存在幾個問題：

（1）在測量軸電壓時，汽勵兩端電壓U1為7.61 V，與歷史數(shù)據(jù)基本一致；勵側大軸對地的電壓U2+U3為9.20 V偏高，不滿足規(guī)程驗收要求。測量數(shù)據(jù)見表1中第一次數(shù)據(jù)。經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)汽側大軸對地電壓（未拔出接地碳刷的情況下）達到了12.64 V，測試數(shù)據(jù)明顯異常并引起工作人員重視，由實測數(shù)據(jù)判斷出汽側接地碳刷接地不良，導致大軸的軸電壓電位偏高。檢查發(fā)現(xiàn)汽側接地碳刷與刷握之間配合較緊且存在碳粉與油污的混合物，恒壓彈簧克服不了摩擦力導致碳刷與大軸脫離，汽側大軸接地不良，經(jīng)過針對性的處理后重新測量汽側大軸對地電壓U4低于1 V，重新測量數(shù)據(jù)見表1中第二次數(shù)據(jù)。

表1 軸電壓測量數(shù)據(jù)

（2）分析第二次測量數(shù)據(jù)，能夠滿足U1≤10 V，且U2+U3≤U1≤1.1（U2+U3）的驗收要求。鑒于外部經(jīng)驗反饋的教訓，工作人員繼續(xù)深入研究，認為U2應該越低越好，U2越低油膜越不容易擊穿。但U2應該多少合適？經(jīng)過查詢相關資料，分析大軸與軸瓦間隙即油膜厚度，以及潤滑油擊穿電壓，粗略推算認為U2應小于2 V。第二次數(shù)據(jù)中U2=7.44-5.77=1.67 V，能夠滿足推算的要求。同時繼續(xù)分析油膜的電阻與軸承座底部絕緣墊片的實際絕緣電阻值，絕緣墊片的絕緣電阻應遠大于油膜電阻，認為U3/U1≈90%較為合理。而第二組數(shù)據(jù)中U3/U1≈76%。

（3）本著鉆研的精神，工作人員仔細觀察發(fā)現(xiàn)勵側軸承座與基座之間有液體存在，兩層絕緣片和一層金屬墊片之間浸滿了液體，經(jīng)過化學分析主要成分是水和潤滑油。同時還發(fā)現(xiàn)金屬墊片安裝在兩層絕緣墊片下方，而國家標準及發(fā)電機廠要求金屬墊片應在兩層絕緣墊片中間。討論認為墊片疊放次序弄錯不應是U3偏低的原因，油水的存在可能導致U3偏低。

（4）2020年8月秦山核電廠結合雙水內冷發(fā)電機解體檢修，清理了勵側軸承座下部油水，同時按照正確的疊放次序安裝墊片。在機組啟動后并網(wǎng)前進行了軸電壓測試，數(shù)據(jù)見表1中第三次測量數(shù)據(jù)，從該次數(shù)據(jù)來看，油膜電壓U2=7.65-6.38=1.27 V有所降低，U3/U1≈81%。再次討論認為，決定U3/U1分壓比的因素，除了絕緣電阻以外，還應該考慮大軸與軸瓦之間電容、軸承座與基座之間電容的存在。

4 軸電壓管理策略、驗收標準與測量方法的改進

4.1 對軸電壓的管理策略與驗收標準的改進

鑒于外部經(jīng)驗反饋，以及現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)的汽側大軸接地不可靠問題，秦山核電廠制定的改進措施為：

（1）每周檢查汽側大軸接地情況，測量U4電壓，結合每周進行的發(fā)電機周檢查工作實施。驗收標準為U4≤1V。如果不滿足，及時處理碳刷，確?？煽拷拥?。

（2）每周檢查勵側軸承座底部是否有液體存在。

（3）每季度測量一次軸電壓，驗收標準仍為U1≤10 V，且U2+U3≤U1≤1.1（U2+U3），同時關注U3的變化，出現(xiàn)變化要及時分析原因，保持跟蹤。

4.2 軸電壓測量方法的改進

在軸電壓測量規(guī)程中，對測量順序與方法進行改進，首先測量U4，U4滿足要求后再進行U1、U2、U3的測量。

4.3 軸電壓在線監(jiān)測的改進

通過外部調研，后續(xù)將進一步開展的改進工作如下：

（1）汽側接地裝置的改進。

目前國際國內大型發(fā)電機汽側大軸采用碳刷+金屬絲編制帶組合電刷，可以有效解決上述單獨使用碳刷帶來的問題，大大提高接地可靠性，減少人員維護工作量，是機組后續(xù)改進的方向。

（2）裝設軸電壓、軸電流在線監(jiān)測裝置。

目前國際國內大型發(fā)電機大多數(shù)配置在線式軸電壓、軸電流實時監(jiān)測裝置，智能化設備的投入使用可及時、準確的發(fā)出異常報警，減少人工工作量。秦山核電廠雙水內冷發(fā)電機雖是運行30年的老機組，經(jīng)增容改造仍將繼續(xù)運行20年，針對老機組設計、定制在線式軸電壓、軸電流實時監(jiān)測裝置，仍然非常必要。

5 總結與展望

定期檢查發(fā)電機軸電壓，確保軸電壓處于允許范圍內，對于汽輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行非常重要。本文結合秦山核電廠雙水內冷發(fā)電機軸電壓檢查維護的具體案例，描述了軸電壓測量過程中發(fā)現(xiàn)的問題及管理改進，論述了軸電壓的測量方法與驗收標準，可供同行參考。針對老機組，工程技術人員仍應及時了解經(jīng)驗反饋及外部先進管理理念，同時還需保持對技術發(fā)展的關注，增設先進在線監(jiān)測設備，減輕人員巡檢與維護工作量，提高電廠設備運行可靠性和運行自動化水平。