【word】 一起水轮发电机轴电流超标故障的分析与处理

【word】一起水轮发电机轴电流超标故障的分析与处理一起水轮发电机轴电流超标故障的分析与

处理

第34卷第4期水电站机电技术

2011年8月Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation V01.34No.4

Aug.201157

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,谢卓健

(重庆大唐国际彭水水电开发有限公司,重庆409600)

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,轴电流问题时参考.

关键词:水轮发电机;轴电流;超标;处理;彭水水电站

中图分类号:TM312文献标识码:B文章编号:1672—5387(20l1)04—0057-04 乌江彭水水电站水轮发电机组单机容量350

MW,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,

从而对发电机轴电流的防护提出了新的课题.

1发电机轴电流情况描述

彭水水电站自2008年2月机组陆续投产以来,

3号和5号发电机在运行期间均有不同程度的轴电流存在.经观察,空载工况下即有轴电流存在,且电流大小随发电机输出功率的增加而增大.在输出功率保持不变时,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0.35 mln,以上两因素表明3号发电机存在定转子磁场旋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,500V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.

表13号发电机轴电流记录

2产生轴电压和轴电流的原因

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

运行,由此带来的直接和间接经济损失巨大.

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)静电荷产生的轴电压.发电机转动时,润滑

油与轴瓦相互摩擦,产生静电荷,对转子充电,产生轴电压,当电势逐渐增大时,油膜被击穿,形成轴电流.这种轴电流的特点是随机性较强,没有固定的频率.对于水轮发电机来说,这种电荷积累不会太大, 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.

(2)发电机制造安装或运行中因磁路不对称引

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

轴电压和轴电流的特点是有固定的频率,其中300 Hz的分量较为明显.

(4)转子发生磁化而产生的单极电势.当干燥定

收稿日期:2011_04—11

作者简介:金华峰(1983一),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.

58水电站机电技术第34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,应进行退磁处理.

(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,转子一点接地信号不出现,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,轴电流才可能存在. 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,有以下三处具有接地可能性:

(1)上端轴与挡油板接触,通过上机架接地(见

图1所示?,?处);

(2)上端轴与滑转子短路,通过滑转子,导瓦,上

机架接地(见图1所示?,?,?处);

(3)旋转补气管与集水槽接触,通过管路接地

(见图1所示?处).

3轴电流的危害

机组正常运行中,在发电机转子主轴轴领与轴

瓦之间有油膜存在,油膜起到润滑作用,在一定电压下也能起绝缘的作用.对于较低的轴电压,这层润滑