水輪發(fā)電機(jī)組軸電流保護(hù)誤報(bào)警分析與處理

蘇華利

摘要：通過一起水輪發(fā)電機(jī)軸電流保護(hù)誤報(bào)警的原因分析和處理，闡明了發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生大量勵(lì)磁碳粉是發(fā)電機(jī)軸電流保護(hù)誤報(bào)警的主要原因。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；軸電流；接地碳刷；碳粉

中圖分類號(hào)： TK730 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0引言

隨著發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的逐漸增大，軸電壓成為大型發(fā)電機(jī)采用靜止自并勵(lì)磁系統(tǒng)后的一個(gè)不容忽視的問題。軸電壓的波形具有復(fù)雜的諧波脈沖分量，對(duì)機(jī)組軸承油膜的絕緣很不利。當(dāng)軸電壓未超過軸承油膜的破壞值時(shí)，軸電流非常小；若軸電壓超過軸承油膜的擊穿電壓時(shí)，則在軸承上形成很大的軸電流，即軸電流電弧將燒蝕軸承部件并使軸承的潤(rùn)滑油老化，從而加速軸承的機(jī)械磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞軸瓦，造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。軸電壓的產(chǎn)生原因有很多，如磁路不對(duì)稱、單極效應(yīng)、電容電流、靜電效應(yīng)、靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)、外殼、軸等的永久性磁化等。因此加強(qiáng)對(duì)機(jī)組軸電壓的測(cè)量或設(shè)置軸電流保護(hù)對(duì)發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的是非常重要的。

1 軸電流保護(hù)及配置簡(jiǎn)介

某電廠水輪發(fā)電機(jī)軸電流保護(hù)原理是監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)上端軸與上導(dǎo)軸領(lǐng)之間的絕緣電阻，即在發(fā)電機(jī)軸和上導(dǎo)軸領(lǐng)之間夾著內(nèi)絕緣層、中間的銅片和外絕緣層。如果軸電壓足夠大并同時(shí)擊穿內(nèi)、外絕緣層，就會(huì)形成自發(fā)電機(jī)軸、中間的銅片、上導(dǎo)軸領(lǐng)、軸瓦、軸承支架到機(jī)組底座的軸電流回路，此時(shí)軸電流引起的電弧會(huì)燒蝕軸承部件并使軸承的潤(rùn)滑油老化從而加速軸承的機(jī)械磨損，同時(shí)軸電流會(huì)使發(fā)電機(jī)軸承等部件強(qiáng)烈磁化。因此只有內(nèi)、外絕緣層同時(shí)擊穿后才能形成軸電流回路。為了監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)軸與銅片、銅片與軸領(lǐng)的之間絕緣電阻，共設(shè)有三把供發(fā)電機(jī)軸電流保護(hù)使用的碳刷。第一把碳刷安裝在發(fā)電機(jī)滑環(huán)室內(nèi)，與上導(dǎo)軸領(lǐng)相接觸；第二把碳刷安裝在發(fā)電機(jī)滑環(huán)室內(nèi)，與上導(dǎo)軸領(lǐng)處的內(nèi)、外絕緣層間銅片相接觸；第三把碳刷即大軸接地碳刷安裝在水車室內(nèi)，與發(fā)電機(jī)大軸相接觸。

該廠軸電流保護(hù)裝置采用德國(guó)進(jìn)口SINEAX V604型可編程通用變送器檢測(cè)軸承絕緣損傷程度，間接地起到軸電流保護(hù)作用，有別于常規(guī)的軸電流保護(hù)。SINEAX V604可編程通用變送器能夠根據(jù)測(cè)量范圍自動(dòng)注入幅值為60?A至380?A自適應(yīng)的恒定電流信號(hào)，測(cè)量端口電壓來計(jì)算回路絕緣情況，實(shí)測(cè)裝置開路電壓不大于3.7V。裝置配置多個(gè)信號(hào)指示燈，當(dāng)綠燈閃動(dòng)表明測(cè)量傳感器開路，表示被測(cè)回路絕緣良好。如果測(cè)量電阻低于測(cè)量整定值，則指示燈變?yōu)槌Ａ粒甘颈粶y(cè)回路絕緣下降。當(dāng)監(jiān)測(cè)到發(fā)電機(jī)上端軸和上導(dǎo)軸領(lǐng)之間的絕緣層電阻的變化，間接反映軸電流的大小及其對(duì)軸承、軸瓦的損傷程度。當(dāng)可編程通用變送器的輸入電阻值低于其整定值2.5KΩ，且持續(xù)時(shí)間大于1秒，則表明絕緣層的絕緣情況已經(jīng)下降至一定程度，輸出接點(diǎn)就會(huì)動(dòng)作，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置外部重動(dòng)繼電器，發(fā)電機(jī)保護(hù)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，便于運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)查找原因和排除故障，從而很好地起到了軸電流的保護(hù)作用。同時(shí)可編程通用變送器輸出4～20mA的模擬量對(duì)應(yīng)其輸入量0～5KΩ的絕緣電阻值上送監(jiān)控系統(tǒng)，便于運(yùn)行人員通過監(jiān)控系統(tǒng)畫面實(shí)時(shí)監(jiān)視軸承的絕緣情況。軸電流保護(hù)采用雙套配置，兩套裝置的監(jiān)測(cè)范圍不同，其中A套可編程通用變送器所接入的是中間銅片和軸領(lǐng)碳刷的引線（監(jiān)視外絕緣層），而B套可編程通用變送器所接入的是中間銅片和大軸接地碳刷的引線（監(jiān)視內(nèi)絕緣層）。當(dāng)可編程通用變送器測(cè)量到不管是內(nèi)絕緣層電阻下降還是外絕緣層電阻下降，都會(huì)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置外部重動(dòng)繼電器，發(fā)報(bào)警信號(hào)。雙重化的配置保證了軸電流保護(hù)的安全可靠以及靈活性。此軸電流保護(hù)原理及接線較簡(jiǎn)單，變送器動(dòng)作可靠性高，維護(hù)及調(diào)試也較方便（接線如下圖）。

發(fā)電機(jī)軸電流保護(hù)原理

2 事件處理過程及原因分析

2.1事件經(jīng)過

某號(hào)發(fā)電機(jī)保護(hù)B套報(bào)軸電流報(bào)警信號(hào)，5秒鐘后報(bào)警復(fù)歸?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)電機(jī)保護(hù)B套裝置面板的故障指示燈未點(diǎn)亮，查閱發(fā)電機(jī)保護(hù)B套“異常記錄報(bào)告”項(xiàng)，內(nèi)有“外部重動(dòng)4信號(hào)、恢復(fù)正?！保礊檩S電流報(bào)警信號(hào)）信息。檢查發(fā)電機(jī)保護(hù)A套保護(hù)無故障信息。

2.2處理過程

發(fā)電機(jī)保護(hù)B套軸電流監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)的是中間銅片和發(fā)電機(jī)大軸間的內(nèi)絕緣層的絕緣電阻。檢查發(fā)電機(jī)B套軸電流監(jiān)測(cè)裝置整定值、采樣值、輸出均工作正常；檢查發(fā)電機(jī)B套軸電流監(jiān)測(cè)裝置至碳刷之間電纜的絕緣無異常；用數(shù)字兆歐表直流1000V檔位測(cè)量大軸與軸領(lǐng)之間的絕緣層中間銅片對(duì)地絕緣：初始值為80MΩ，隨后絕緣值一直下降不能穩(wěn)定，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)絕緣層中間銅片引出線上附有玻璃膠，玻璃膠表層粘滿碳粉，極易造成絕緣層中間銅片對(duì)地絕緣不合格，清除玻璃膠、碳粉后，再測(cè)量絕緣層中間銅片對(duì)地絕緣為無窮大；繼續(xù)排查發(fā)現(xiàn)水車室大軸接地碳刷接地不可靠，將大軸接地碳刷在發(fā)電機(jī)端子箱處可靠接地之后經(jīng)過觀察再也沒有出現(xiàn)B套軸電流裝置報(bào)警的現(xiàn)象。

2.3原因分析

（1）因絕緣層間銅片安裝在發(fā)電機(jī)滑環(huán)室內(nèi)，同時(shí)因發(fā)電機(jī)碳粉吸塵裝置工作效果不佳，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致大量碳粉堆積在銅片周圍，導(dǎo)致內(nèi)絕緣層的絕緣水平下降。對(duì)于碳粉吸塵裝置效果不佳的機(jī)組，應(yīng)將清掃勵(lì)磁碳粉納入日常定期工作或改造碳粉吸塵裝置，以保持勵(lì)磁滑環(huán)室良好工作環(huán)境。

（2）對(duì)于磁路和磁場(chǎng)狀況不理想的機(jī)組而言，軸電壓可能較高，所含諧波較大時(shí)，可能引起軸電流監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量誤差而誤報(bào)警。必要時(shí)可對(duì)測(cè)量回路采用濾波措施，如在測(cè)量回路上并接濾波電容，消除諧波的影響。

（3）大軸接地碳刷接地不良會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)大軸上產(chǎn)生的靜電荷無法及時(shí)消除，影響軸電流監(jiān)測(cè)裝置正常工作而誤報(bào)警。日常運(yùn)行維護(hù)工作中加強(qiáng)對(duì)大軸接地碳刷的檢查，保證碳刷在刷握中動(dòng)作靈活，彈簧應(yīng)壓在碳刷中心位置，與大軸接觸良好，同時(shí)接地可靠。

3 采取的防范措施

軸電流的存在對(duì)發(fā)電機(jī)組具有很大的危害性，它所造成的損傷如果沒有被及時(shí)檢測(cè)到，會(huì)給機(jī)組安全運(yùn)行帶來很多問題，并可能造成機(jī)組主要元件的嚴(yán)重破壞。針對(duì)此次軸電流保護(hù)報(bào)警所分析的原因，在現(xiàn)場(chǎng)采用如下防范措施：

（1）發(fā)電機(jī)大軸接地碳刷應(yīng)可靠接地，并與發(fā)電機(jī)大軸可靠良好地接觸，以釋放積累電荷。已將該項(xiàng)目列入機(jī)組定檢項(xiàng)目，保證發(fā)電機(jī)大軸可靠接地。

（2）對(duì)于碳粉吸塵裝置效果不佳的機(jī)組，因發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致大量勵(lì)磁碳粉堆積在銅片周圍，導(dǎo)致絕緣層的絕緣水平下降?，F(xiàn)已將清掃勵(lì)磁碳粉納入日常定期工作，并計(jì)劃在年度機(jī)組C修對(duì)碳粉吸塵裝置進(jìn)行改造，以保持勵(lì)磁滑環(huán)室良好工作環(huán)境。

（3）定期對(duì)軸承潤(rùn)滑油進(jìn)行化驗(yàn)，保證油膜的絕緣強(qiáng)度滿足要求，該項(xiàng)目已列入技術(shù)監(jiān)控的重點(diǎn)項(xiàng)目。

（4）因軸電流保護(hù)在最初設(shè)計(jì)時(shí)只取了接點(diǎn)信號(hào)作為保護(hù)動(dòng)作的開入，而沒有模擬量輸出至遠(yuǎn)程監(jiān)控，導(dǎo)致運(yùn)行人員無法對(duì)發(fā)電機(jī)上端軸和上導(dǎo)軸領(lǐng)之間的絕緣情況進(jìn)行在線監(jiān)視，一旦發(fā)生故障，也不利于作出準(zhǔn)確的判斷?，F(xiàn)已對(duì)此軸電流變送器進(jìn)行了專項(xiàng)改造。改造后，變送器輸出4～20mA的模擬量對(duì)應(yīng)其輸入量0～5kΩ的絕緣電阻值，運(yùn)行人員通過監(jiān)控畫面就可以實(shí)時(shí)監(jiān)視軸承的絕緣情況，一方面便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，另一方面也彌補(bǔ)了單純依靠接點(diǎn)動(dòng)作判斷軸承絕緣下降的不足。

3 結(jié)束語

本文簡(jiǎn)單介紹了發(fā)電機(jī)組軸電壓產(chǎn)生的原因及其對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的危害，詳細(xì)介紹了SINEAX V604型可編程通用變送器檢測(cè)軸承絕緣電阻的工作原理，通過一起軸電流誤報(bào)警案例介紹了該類型軸電流裝置報(bào)警檢查的工作步驟和誤報(bào)警的可能原因，針對(duì)軸電流形成的可能原因，在現(xiàn)場(chǎng)采取切實(shí)可行、行之有效的防范措施，從根本上消除軸電流形成的途徑，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保證，也為運(yùn)行維護(hù)人員在日常維護(hù)該類型軸電流裝置提供參考。

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