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上海伊謄實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司
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發(fā)電機(jī)軸電壓的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究
2017-7-28 閱讀(269)
1.軸電壓的危害與來(lái)源
*，軸承會(huì)被流經(jīng)它們的電流所損壞。如大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備中使用的軸頸軸承，它的軸與軸承間會(huì)形成一層油膜，過(guò)高的軸電壓足以擊穿這層油膜，發(fā)生放電。其放電回路為發(fā)電機(jī)大軸-軸頸-軸瓦-軸承支架-機(jī)組底座。雖然軸電壓在數(shù)值上并不是很高，通常發(fā)電機(jī)為4~6V，但回路電阻很小，因此，產(chǎn)生的軸電流可能很大，有時(shí)達(dá)數(shù)百安。軸電流一方面會(huì)使?jié)櫥鋮s的油質(zhì)逐漸劣化；另一方面反復(fù)放電和滅弧將會(huì)導(dǎo)致軸承表面起凹點(diǎn)，并變得粗糙，zui終因機(jī)械磨損加速而破損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)由于軸瓦燒壞而被迫停機(jī)。
發(fā)電機(jī)中軸電壓主要有以下幾個(gè)來(lái)源：
1.1由于汽輪發(fā)電機(jī)的軸封不好，沿軸向有高速蒸汽泄漏或汽缸內(nèi)的高速噴射而使轉(zhuǎn)軸本身帶靜電荷。
1.2由于汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子表面的不平整，毛刺、轉(zhuǎn)軸上的螺栓、轉(zhuǎn)軸上冷卻風(fēng)扇等在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)與周圍氣體(空氣、氫氣)發(fā)生摩擦而產(chǎn)生靜電荷。
上述兩種軸電壓有時(shí)很高，可以使人感到麻電。但在運(yùn)行時(shí)已通過(guò)炭刷接地而被消除。
1.3由汽輪機(jī)zui后一級(jí)動(dòng)葉上甩出的水珠所形成的靜態(tài)電壓。如沒(méi)有提供其它更為便捷的電流通道，該電壓會(huì)逐漸增大，并通過(guò)軸承的油層放電。高溫蒸汽溫度降低時(shí)會(huì)發(fā)生正負(fù)電荷分離，隨著蒸汽沖擊葉片，電荷就聚集在葉片上。
1.4直流電壓場(chǎng)(發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓)中的交流波，會(huì)通過(guò)直流場(chǎng)的線圈和絕緣的電容在軸上形成一個(gè)相對(duì)地面的交流電壓。該電壓包括了勵(lì)磁系統(tǒng)中的二極管或半導(dǎo)體閘流管交變所產(chǎn)生的高頻電壓峰值(直流同軸勵(lì)磁機(jī)也存在脈動(dòng)分量，只不過(guò)由于整流子極數(shù)較多，顯得相對(duì)比較平緩)。
上述兩種電壓都很弱，而且如果通過(guò)接地刷等允許電流流出，該電壓將逐漸衰減。正因?yàn)檫@個(gè)原因，應(yīng)使用一個(gè)高電抗儀表測(cè)量這些相對(duì)于大地的電壓。
1.5因發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)回路的不對(duì)稱性，在發(fā)電機(jī)軸的末端會(huì)形成一個(gè)電壓。磁場(chǎng)不平衡的原因一般是因?yàn)槎ㄗ予F芯的局部磁阻較大(例如定子鐵芯銹蝕)，以及定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙不均勻所致。該電壓很強(qiáng)，如果不加以阻止，會(huì)形成一股強(qiáng)大的軸電流從軸的一端通過(guò)軸承框架流向軸的另一端。該電壓有一個(gè)頻率，主要是發(fā)電機(jī)的額定頻率。
1.6由于發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心間存在耦合電容，轉(zhuǎn)子對(duì)軸承間存在耦合電容。而由于電路、元器件、連接和回路阻抗的不平衡，發(fā)電機(jī)三相電壓不平衡實(shí)際存在，即發(fā)電機(jī)定子中有零序分量存在。三相中性點(diǎn)電壓將不可避免地產(chǎn)生位移。該電壓將在由發(fā)電機(jī)定子-大軸-軸頸-軸瓦-軸承支架-機(jī)組底座組成的系統(tǒng)中產(chǎn)生零序電流，即軸承變?yōu)榘l(fā)電機(jī)零序回路的一部分。由軸承電容產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)軸電壓，雖然在數(shù)值上很低，但定子繞組對(duì)轉(zhuǎn)子的耦合電容越大，軸電壓越高。
2.軸電壓的防治
轉(zhuǎn)子大軸接地可以消除轉(zhuǎn)子上由葉片等摩擦產(chǎn)生的靜電荷；對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行屏蔽和避免轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的誤動(dòng)。轉(zhuǎn)子大軸接地后，即將汽輪機(jī)側(cè)軸承油膜短接，使轉(zhuǎn)子軸電壓得到重新分配，勵(lì)磁機(jī)側(cè)油膜壓降增大，這時(shí)必須考慮該油膜上的電流密度的大小，保證不使油膜擊穿。為防止在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上形成一個(gè)對(duì)地電壓的方法有。
2.1使用滑動(dòng)觸點(diǎn)，如炭刷或銀刷或編織銅線。電流可以通過(guò)該觸點(diǎn)接地，因此該電壓始終保持在一個(gè)不會(huì)對(duì)軸承產(chǎn)生破壞的較低水平。接地觸點(diǎn)通常位于發(fā)電機(jī)的聯(lián)軸器上(發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)側(cè))。軸心集電器端通過(guò)集電器上的絕緣軸承或密封與地面隔絕，防止了因發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)的不對(duì)稱性所產(chǎn)生的軸電流流向軸承(另外一個(gè)作用就是供轉(zhuǎn)子接地保護(hù)用)。
2.2在位于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁端的軸承支架與底座之間加裝絕緣墊，同時(shí)將所有油管、螺桿、螺釘?shù)炔扇〗^緣措施。
只要上述兩個(gè)系統(tǒng)正常工作，就基本解決了軸電壓集結(jié)問(wèn)題。但有時(shí)會(huì)發(fā)生一些情況使滑動(dòng)觸點(diǎn)的電阻增大，從而使軸電壓增加到對(duì)軸承有害的水平，例如軸電刷的刷架或軸電刷裝配得不夠好、軸電刷的彈簧壓力不夠以及軸電刷接觸有油污等，均會(huì)引起軸電刷接觸不良。同樣也會(huì)發(fā)生異常狀況導(dǎo)致集電器端的軸承潤(rùn)滑或軸承絕緣的電阻減少，并使電流流向軸承，因?yàn)樗⒆右咽拱l(fā)電機(jī)的聯(lián)軸器端接地。因此GE公司在9F機(jī)組上裝設(shè)了發(fā)電機(jī)軸電壓監(jiān)測(cè)儀。9F機(jī)組軸電壓監(jiān)測(cè)儀通過(guò)接地電刷連續(xù)地監(jiān)測(cè)軸電壓和軸電流，并在軸電流或軸電壓過(guò)高時(shí)發(fā)出警告。這是對(duì)接地電刷或軸承絕緣的惡化發(fā)出警告，因此可以采取措施以防軸承損壞。
3.軸電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要部件
3.1組成
本系統(tǒng)的主要部件是軸電壓監(jiān)測(cè)儀、與軸電壓監(jiān)測(cè)儀相關(guān)的控制儀器。軸電壓監(jiān)測(cè)儀由MarkVI在汽輪機(jī)控制柜的軸電壓監(jiān)測(cè)電路和4個(gè)安裝在位于發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器端的特殊絕緣支架上的電刷組成。2個(gè)電刷并聯(lián)并通過(guò)一個(gè)分路電阻(低阻抗分流器，阻值為0. 005Ω)接地。通過(guò)該分路電阻的電壓與軸電流成正比(稱電流電刷)。另外2個(gè)電刷也并聯(lián)，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的對(duì)地電壓(稱接地電刷)。上述兩個(gè)輸入端子分別接到安裝在汽機(jī)控制柜的CTBA端子板上，一個(gè)測(cè)量軸電壓值，一個(gè)測(cè)量軸電流(流經(jīng)分路電阻的電壓)值。
3.2功能
3.2.1連續(xù)地監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的對(duì)地電壓和電流。
3.2.2測(cè)試電路可以監(jiān)測(cè)報(bào)警功能和電刷的接線完整性。
3.2.3報(bào)警可以通過(guò)汽輪機(jī)Mark VI控制盤的"確認(rèn)"以及"復(fù)位"按鈕進(jìn)行復(fù)位。每次當(dāng)軸電壓超過(guò)一個(gè)值(2V)時(shí)，計(jì)數(shù)器就會(huì)增加。該門限電流是在硬件中固定，并且不能改變。該計(jì)數(shù)器定期設(shè)置，因此計(jì)數(shù)器的zui大值代表了在特定一段時(shí)間內(nèi)的電壓偏移的次數(shù)。如果該計(jì)數(shù)器超過(guò)了允許值(95Hz)，軸電壓過(guò)高報(bào)警將被激活。同樣地如果軸電流超過(guò)一個(gè)預(yù)設(shè)的限定值(4A)，軸電流過(guò)高報(bào)警將被激活。電壓和電流的限定值都在CTBA輸入/輸出板中設(shè)置。
3.3兩項(xiàng)試驗(yàn)
3.3.1交流測(cè)試：輸入+5V(AC)，1kHz信號(hào)到軸電壓監(jiān)測(cè)電路中，計(jì)數(shù)器應(yīng)立即增加并發(fā)出報(bào)警。該試驗(yàn)的目的是監(jiān)測(cè)硬件的完整性。如不出現(xiàn)電壓報(bào)警或電流報(bào)警表示硬件不完整。
3.3.2直流試驗(yàn)：通過(guò)接地刷和分路電阻輸入+5V(DC)信號(hào)，通過(guò)計(jì)算和比較刷子電阻值和分路電阻值判斷該軸電壓感應(yīng)器是否有效。門限電阻的限制值是在CTBA板上進(jìn)行設(shè)定的。應(yīng)選取兩個(gè)表示分路和刷子是否正常工作邏輯信號(hào)。
進(jìn)行上述試驗(yàn)，并zui終查證軸電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否正常工作時(shí)，應(yīng)在Mark VIHMI中進(jìn)行一個(gè)動(dòng)態(tài)的試驗(yàn)。在顯示屏上有2個(gè)按鈕：Alarm Test(報(bào)警試驗(yàn))和Sensor Test(感應(yīng)器試驗(yàn))。按Alarm Test(報(bào)警試驗(yàn))按鈕，進(jìn)行交流試驗(yàn)。這時(shí)會(huì)出現(xiàn)軸電壓過(guò)高和軸電流過(guò)高報(bào)警。按Sensor Test(感應(yīng)器試驗(yàn))，進(jìn)行直流試驗(yàn)。如果感應(yīng)器硬件正常工作，會(huì)獲得電刷試驗(yàn)OK和分路試驗(yàn)OK的邏輯信號(hào)。當(dāng)這些信號(hào)為邏輯1時(shí)，試驗(yàn)字符串OK將會(huì)顯示在靜止字符串"Alarm Test in Progress"(報(bào)警試驗(yàn)進(jìn)行中)以及"Sensor Test in Progress"(感應(yīng)器試驗(yàn)進(jìn)行中)右側(cè)。
