一起水轮发电机轴电流超标故障的分析与处理.pdf

第34卷 第4期 水 电 站 机 电 技 术 201 1年 8月 MechanicalElectrical Technique of Hydropower Station V01．34 No．4 Aug．2011 57 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，500 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。 表 1 3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。 万方数据 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