一起水轮发电机轴电流超标故障的分析与处理

大型水轮发 电机组在运行过程 中， 由于结构、 运 行环境 的影响 ，不可避免的将在发 电机主轴上产生 轴电压 ， 如不采取相应措施 ， 就会在发电机主轴与轴 瓦间产生轴 电流。 轴电流的长期存在 ， 将侵蚀轴领与 轴瓦 ， 缩短轴承使用寿命 ， 轻微的可运行上千小时 ， 严 重 的甚 至只 能运行 几小 时 ，严重 威胁 机 组 的安全
中图分类号 ：Ｍ３ ２ Ｔ １ 文献标识码 ： Ｂ 文章编 号：６ ２ ５ ８ （０ １０ — ０ ７ ０ １７ — ３ ７ ２ ｌ ）４ ０ ５ － ４
乌 江彭水水 电站水 轮发 电机组单 机容 量 ３０ ５
Ｍ Ｗ，采用天津阿尔斯通水 电设备有 限公司生产 的 三相立轴双导半伞式、单路径向密闭 自循环无风扇 空冷同步发 电机。发 电机转子轴分为三段 ，即上端 轴、 转子 中心体 、 下端轴 ， 上端轴 由轴身 、 滑转子组 成， 下端轴为三段焊接而成。 由于发电机上端轴采用 阿尔斯通新型滑转子结构 ， 有别于常见的轴领结构 ， 运行 ， 由此带来的直接和间接经济损失巨大。 从 而对 发 电机 轴 电流 的防护 提 出 了新 的课 题 。 产生轴电流的前提是要产生轴 电压 ，而产生轴 电压 的原 因主要 有 以下几 种 ： １ 电机轴 电流情况描述 发 （ ） 电荷产生的轴 电压。发 电机转动时 ， １静 润滑 彭水水 电站 自２ ０ 年 ２ ０８ 月机组陆续投产 以来 ， 油与轴瓦相互摩擦 ， 产生静 电荷 ， 对转子充 电， 产生 ３ 号和 ５ 号发电机在运行期间均有不同程度的轴 电 轴 电压 ， 当电势逐渐增大时 ， 油膜被击穿 ， 形成轴 电 流存在 。经观察 ， 空载工况下 即有轴 电流存在 ， 且电 流 。 种轴 电流 的特 点是 随机性 较 强 ， 这 没有 固定 的频 流大小随发 电机输出功率的增加而增大。在输出功 率。对于水轮发电机来说 ， 这种 电荷积累不会太大 ，
第３ ４卷 第 ４期
２ １ 年 ８月 ０ １
水
电 站 机 电 技 术
Ｖ０．４ Ｎｏ４ １ ． ３
Ｍｅｈｎｃｌ Ｅｅｔｃ ｅｈ ｉｕ ｙ ｒ ｏ ｅ ｔｉｎ ｃａ ｉ ＆ ｌｃ ｉ Ｔ ｃ ｎ ｅ ｆ ｄｏ ｗ ｒ ａｏ ａ ｒａ ｌ ｑ ｏＨ ｐ Ｓｔ
Ａ ｇ２ １ ｕ ．０ １
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电 站 机
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术
第３ ４卷
子时采用过大的直流电、在机组附近使用电焊机或 磁力起重机等设备时或发电机故障时 ，磁通通过机 壳和转子使转子发生磁化 ，之后产生并保留一定 的 剩磁 。磁 力线 在轴 瓦处 产生 幅 向支 流 ，当机 组转 动 时， 就会以发电机或涡流制动的方式产生电势 ， 从而 产 生轴 电流 。这些 电势 和 电流 的大 小取 决于 剩磁 的 大小 、 气隙、 回路的绝缘等因素。 正常时， 微弱的剩磁 所 生产 的单极 电势 仅为 毫伏 级 ，不会 产 生大 的轴 电 流。 但在转子发生转子绕组匝间短路时， 就可能产生 很 大 的轴 电流 。这 种 电流一 部分 以转子 一轴 承 一外 壳为回路 ， 轴电流传感器可以反映出来 ， 另一部分在 轴瓦上以涡流的形式产生， 轴电流传感器检测不到 ， 但对轴瓦的破坏也 比较大。检修时可以用精密的高 斯计来检测转子或大轴的剩磁 ，如转子或大轴被磁 化严 重 ， 进行 退磁 处理 。 应 （） ５转子绕组一点接地而产生的轴电压。 这种轴 电压产生的电流通常比较大 ，并且伴 随着转子一点 接地信号出现 ，通常会引起发 电机剧烈振动和大轴 磁化烧轴 、 烧轴瓦等严重后果。 但转子绕组接地常常 为不 稳定 性接 地 ，即接地 的 出现 与发 电机 的转 速 和 负荷状态等因素有关 （ 如由于制造或检修时转子未 清理干净遗留的金属屑）接地呈现为一下子通一下 ， 子又 断开 ， 接通 的 时间很 短 ， 子一 点接 地信 号不 出 转 现， 产生的轴电流为随机的瞬时脉冲，因此 比较隐 蔽， 可以通过轴电流信号来检测这种潜在故障。 （） ６ 自动化元件故障产生轴电压 。 大型水轮发电 机组 自动化元件较多 ， 运行现场接线繁杂 ， 元件故障 造成 带 电线头搭 接 在转轴 上 ， 产生轴 电压 。 以上因素若共同作用 ， 会进一步增强轴电压。 对于彭水的机组 ， 理论上说只有上端轴或旋转 补气管接地才会形成回路 ， 电流才可能存在 。 轴 基于上述理论查找 ３ 号发 电机上端轴或旋转补 气管是否有接地点。 从结构上看， 有以下三处具有接
率保持不变时 ，未发现轴电流的太小 随发电机运行 时间的增加而增大的现象。对 ３ 号发 电机进行现场 测试 ，发现 ３ 号发电机轴电流与发电机定子磁场关 系密切 ， 定子电流越大轴 电流越大 ， 查看机组状态监 测数据发现 ， ３号发 电机 上导摆度超标 ，达到 ０ ５ ． ３ ｍｎ 以上两因素表 明 ３号发电机存在定转子磁场旋 ｌ， 转中心严重偏移缺陷，并且 ３ 号发电机投产 以来转 子绝缘一直偏低 ，０ ５０ Ｖ绝缘测试 仪测试绝缘值接 近０ ，因此需进一步采取综合措施 限制轴 电流的上 升， 保证 机组 的安 全运 行 。
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一
起水轮发 电机轴 电流超标故 障的分 析与处理
金 华峰 ， 伏虹 润 ， 卓健 谢
（ 重庆大唐国际彭水水电开发有 限公 司， 重庆 ４ ９ ０ ） ０６ ０
摘 要： 观察分析 了彭水水 电站 ３号发 电机轴电流 的变化特 点， 推断出故障原 因后 ， 经返厂处理消除缺 陷。供 同类型 机组在处 理轴电压 、 电流 问题时参考 。 轴 关键词 ： 水轮发 电机 ；轴 电流 ；超标 ；处理 ；彭水水 电站
轴电压和轴电流的特点是有固定的频率 ，其 中 ３０ ０ Ｈ 的分 量较 为 明显 。 ｚ （） ４转子发生磁化而产生的单极电势。 当干燥定
收稿 日期 ：０ １ ０ —１ ２ １＿４ １
２ 产 生轴 电压和轴 电流的源自文库 因
作者简介 ： 金华峰 （９ ３ ， １８ 一）工程 师 ， 工程硕 士研 究生 ， 从事大 型水 电厂电气设备 管理工作。
表１ ３号发 电机轴电流记录
并且能量较小 ，因此它对地放 电而产生的轴电流也 很小 ， 仅为几个毫安。 （ ）发电机制造安装或运行 中因磁路不对称引 ２ 起的轴电压。 由于发电机定子与转子不同心 ， 即气隙 不均匀 ， 转子的硅钢片厚度 、 位置不合理 ， 转子绕组 匝间短路等原 因，可能在转子 一轴承 一 外壳的环路 中感应出交流 电势。除 了转子绕组 匝间短路外这种 交流 电势一般不大 ， 产生的轴 电流也不大 ， 但在转子 匝间短路 ， 或发电机推力瓦承座、 导瓦承座 、 油管、 地 脚螺栓、销钉等对外壳之间由于某种原因绝缘损坏 时， 就会产生很大的轴电流。 这种轴 电压的特点是有 相对 比较固定的频率 ， 可以用示波器观察到。 （） ３静止励磁系统脉动分量引起的轴 电压。 这种