660MW汽轮发电机轴电压偏高研究和治理论文_ 王海龙

摘要：本文以某电站660MW汽轮发电机轴电压偏高以及2号发电机8瓦，9瓦轴承电腐蚀损伤为例，对轴电压产生的原因进行了详细分析和研究，并且针对轴电压偏高问题，提出了相应的治理措施。

关键词：汽轮机发动机，轴电压， RC回路降轴电压试验

1、引言

轴电压问题是目前汽轮机发电机设计及制造主要问题之一。在正常情况下,轴电压较低时,汽轮发电机转轴与轴承间存在的润滑油膜能起到较好的绝缘作用。但是, 如果由于某些原因使得轴电压升高到一定数值时, 就会击穿油膜放电,使得轴电流产生回路。轴电流不但会破坏油膜的稳定性,使润滑冷却的油质逐渐劣化, 同时, 由于轴电流从轴承和转轴的金属接触点通过,金属接触点很小,电流密度很大,在瞬间会产生高温,使轴承局部烧熔。被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅 ,将在轴承内表面烧出小凹坑。最终,轴承会因机械磨损加速而破损,严重时会烧坏轴瓦,造成事故被迫停机。发电机轴电压一直是存在的，但一般不高，通常不超过10 V。

2、问题描述及检查

某电站汽轮发电机采用东方电机厂生产的QFSN-660-2C型发电机，自投产以来，一直存在电压偏高情况。1号发电机轴电压19.6V，2号发电机轴电压36V.因投运时无其它异常现象，并且鉴于电力供应的迫切需求，当时未对对这一问题进行处理，但运行一段时间后，2018年2月2号发电机负荷由460MW升至560MW时，6号轴振X/Y方向上涨至22um/40um，瓦振上涨至32um，温度93℃；7号轴振X/Y方向上涨至54um/116um，瓦振上涨至79um，温度74℃；8号轴振X/Y方向2um/86um，瓦振上涨至66um，温度上涨至104℃；9号轴承温度上涨至86℃。DCS盘面密封油压和氢压均正常，就地未检测出有漏氢现象，实测7号瓦振75um，且8号轴承处有轻微油烟现象，停机检查。处8瓦轴承对地绝缘偏低外，其它数值正常。

表1：停机后检查8#、9#瓦绝缘

在汽轮机调节级温度降至144℃后停盘车及润滑油系统，打开轴承箱进行检查。如图1及图2显示，9瓦上半瓦有明显电腐蚀现象，下半瓦钨金磨损严重，而轴挡油台磨损，轴颈放电不明显。8瓦上下半瓦有明显电腐蚀现象，下半瓦钨金磨损严重， 8号轴颈光洁度下降，在拆下的8瓦外套上半外层绝缘板检查时发现有油污和压痕。

图1：左9瓦，右9瓦轴颈

图2：左8瓦上瓦，8瓦下瓦

根据分析，造成9号瓦电腐蚀的主要原因为，2号发电机曾在首次并网投运时，由于9号瓦上的扭振保护转速探头不锈钢保护软管绝缘损坏，致使9号轴承座绝缘被跨接接地而失效，造成轴电压击穿9号瓦油膜通过保护软管放电，最终导致9号瓦大面积电腐蚀。

根据8瓦的揭瓦情况以及对8瓦层绝缘板进行绝缘泡水测试，判断造成8瓦电腐蚀的原因为油污或油中含水造成8瓦绝缘失效。

　3、轴电压偏高原因分析

　

　

　

　3.1轴电压产生的主要因素

　

　

　

　

（3）静态励磁系统由绕组通过电容耦合到转轴上的电压

（4）轴向磁通产生的单极电压。

汽轮发电机此路分布事意图

图注：1-转子；2-定子；3-机壳；4-轴；5-轴瓦；6-机座；7-护环；8-转子端部绕组。

　δ1半部分气隙长度；δ2下半部分的气隙长度；Φ1转子上半部分产生的磁通；Φ2转子下半部分产生的磁通；ΔΦ不平衡轴向磁通。

　3.2轴电压成分分析及判断

通过对2号发电机进行空载（图3）及满载（图4）轴电压及频谱测量数值（表2）分析，轴电压的直流成分为0.01V，所以静电感应和单极电压这两种原因可以忽略，轴电压中6倍频成分为0.04 V，此成分为静态励磁装置的纹波频率，而数据中轴电压中高频成分也比较低，同时轴电压以1、3、5、7倍频为主，所以可以判定，造成轴电压偏高的主要原因为定子铁芯磁路不对称。

图3：空载时轴电压及频谱测试

图4：满载时轴电压及频谱测试

表2：2号发电机轴电压列表

RC阻容电路能够起到吸收高次谐波成分，起到降低轴电压的作用。为了排除由于励磁系统高次谐波引起轴电压偏高这一原因，对2号发电机进行RC回路降轴电压试验，如图5进行试验，从所测得数据（表3）中可以看出，改变阻容值，轴电压的变化非常有限，所以可以排除励磁系统高次谐波影响

图5：RC回路降轴电压试验示意图

表3：RC回路降轴电压试验数据

4、针对轴电压偏高这一问题，进行以下措施

4.1发电机轴绝缘改进措施

对于发电机励磁端的轴承支架与底座之间绝缘垫加厚，同时将所有油管、螺杆、螺钉等都采取绝缘措施。

4.2发电机大轴接地刷编改进

发电机汽机侧大轴的接地刷编用于释放汽轮机低压段的静电电荷，保证轴与地的电势相同。此次更改大轴接地刷编安装及接地方式，以确保其有效的释放轴静电电荷。

4.3增加轴电流、轴电压在线监测装置及RC回路抑制轴电压尖峰脉冲装置

轴电流、轴电压在线监测装置可连续在线监测重要旋转电机的大轴接地电刷电流及大轴电压。能够及早发现旋转电机的运行缺陷、保护轴承不受杂散电流损害的最有效手段和工具，通过内置报警功能及远程报警继电器输出，当监测参量超过设定值时，可及时、准确的在就地或远方获知并及时采取干预措施。同时加装RC回路，抑制高次谐波。

4.4日常运行维护方面

大轴接地铜辫定期进行检查与维护，保持铜辫良好接地；

定期对轴瓦绝缘进行检查；

定期对润滑油质进行检测，同时停机期间注意检查润滑油系统水含量变化；

对稳定轴承座处绝缘定期清扫。

5、总结

发电机的轴电压过高对发电机正常运行有着很大的影响，所以有必要进行定期轴电压及瓦绝缘测量，并安装有效抑制轴电压及轴电流的设备。当然对于轴电压，目前国标中也不是一个限定性脂标，同时从机组结构来说，只要轴承等相应部件绝缘电阻满足要求，一般不会产生实质性损坏。

论文作者: 王海龙

论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 17期

论文发表时间:2020/1/9

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