(国电宁夏石嘴山发电有限责任公司 753202)
摘要：330MW汽轮发电机组运行时由于各种原因会导致轴电压过高，从而造成汽轮机轴瓦存在不同程度的电腐蚀现象，严重时会引发设备损坏或停机事故。本文针对国电宁夏石嘴山发电有限责任公司6台330MW发电汽轮机组轴电压引起的轴瓦电腐蚀及轴瓦振动等原因进行了分析并提出了相应的解决办法，有效的降低了轴电压，使汽轮机组能够安全稳定的运行，同时也节省了大量的费用，经济适用，值得推广。
关键词：发电机、轴电压、轴瓦、电腐蚀、降低、消除
一、问题的提出
国电宁夏石嘴山发电有限责任公司（以下简称公司）6台330MW机组在正常运行时发电机和汽轮机大轴上均有较高的轴电压,幅值最高的能达到110V。2014年11月份#4机组C修解体后发现汽轮机#1瓦偏磨严重，轴瓦以及轴颈均存在不同程度的电蚀现象。经现场测量发现其他机组各瓦处均有电压，尤其是发电机#7、8瓦处较高，经过反复测量发现，励磁碳刷安装正常时，轴电压为50V左右，拆除励磁碳刷测量时，轴电压为115V左右，根据规程规定，汽轮机正常运行时大轴轴电压应≤20V，否则轴电压就容易击穿轴瓦油膜产生大电流，造成大轴电腐蚀，使轴瓦偏磨，从而引起轴瓦振动。
二、分析研究
经过分析，发现公司6台机组产生轴电压的原因主要有以下几种：
(1)机组运行时摩擦产生的静电荷积累较多，最终诱发的轴电压；
(2)由于北京重型汽轮发电机制造公司所制造设备时制造工艺问题，使磁通、磁路不对称，当机组运行时就会产生轴电压；
(3)当发电机运行时，由于轴向磁通大、大轴被磁化等原因，也会产生轴电压；
实际上，在现场实地测量的数据发现，大轴上的产生的轴电压均为这几种轴电压的叠加，而不是某种单一的原因所造成，所以在消除轴电压时，只针对某一种情况进行消除是不能解决问题的。
为了彻底降低和消除轴电压，我们进行了认真的分析研究，发现大型汽轮发电机产生的轴电压大多与定子、转子、励磁系统以及汽轮机转子的排汽段有关。大多汽轮机侧都没有轴承绝缘，运行中轴承油膜是唯一的绝缘，因此，对汽轮机密封和润滑油系统的油质量应严格控制其含水量和其它有害杂质，否则，一旦大轴产生电压，就会击穿油膜接地，造成大轴电蚀，影响机组的稳定运行。要消除轴电流及轴电压，采用良好的接地系统是最好的方法。运行中不仅要保证接地碳刷接触良好，而且要保证轴瓦处要干净，无油污、炭粉，防止出现接触不良，造成大轴上集聚的电荷过多，从而形成对大轴的电蚀。
三、解决方案
经过反复研究和对比，我们决定采用“改进机组轴系统接地方式”来消除轴电压，使一点多刷接地，从而使碳刷采用不同方式的接地。也就是在发电机、汽轮机各轴上增加接地碳刷。但公司6台机组，大轴上能够加装碳刷的位置很少，其中1-6瓦大轴外露较少，没有空间能够加装。而且这几个瓦加装碳刷后会引起大轴振动的升高，2013年公司#2机组曾在汽轮机3瓦位置加装接地碳刷后,因汽轮机振动变化较大而拆除，发电机9瓦处因安装了转速探头，也有没有合适位置安装，只有在7、8瓦能够增加。而7、8瓦因在发电机两侧，接地碳刷不能直接接地，否则会将发电机转子通过大地形成电流回路，在发电机大轴上产生较大的电流，因此必须在一侧安装消除基波电压和电流的阻容回路，即安装RC模块，但安装RC模块后轴电压虽有所下降，效果不是很好。以#1、2机组为例：＃1机组加装RC接地模块后接地电压降至1.67V；＃2机组加装RC接地模块后接地电压降至2.5V。
2014年11月份#4机组C修时为了节约维修费用，我们在#4发电机7瓦汽轮机与发电机连接的对轮上增加两个碳刷，成180度对称布置（为避免单侧碳刷压力对轴中心的影响），同时保留7瓦原有的接地碳刷和保护接地碳刷；在发电机励磁小室内8瓦后（励磁滑环与励磁小室中间）的位置增加一套碳刷，通过RC模块接地，总费用不超过1万元。因通过RC模块接地后效果不明显，经过改进，我们又在汽轮机与发电机的连接对轮上加装两个接地碳刷，为了防止碳刷压力引起大轴偏移，将2个碳刷呈180度水平对称安装，为消除大轴在高速旋转时，接触面悬浮现象，产生油污隔膜而增加接触电阻的问题，我们用软铜辫子代替碳刷与大轴接触，不仅增加了接触面积，而且网状的辫子消除了高速悬浮问题和油膜，使碳刷和大轴能够良好接触。安装初期，运行后发现铜辫子磨损太快，使用寿命不到一周，而且中间磨断，整根铜辫报废，造成很大的浪费，同时还会产生大量的碎铜丝污染环境。为解决磨损快、浪费大的问题，经过反复研究和实验，最终制作了铜碳刷。铜碳刷的制做和使用，不但解决了了节约了费用和维护的次数，而且使汽轮机大轴各轴瓦位置的轴电压由之前的100V左右降到了0.05V，超过了预期的效果。之后，我们又将碳刷的压簧进行反向弯曲，减小弹簧压力，解决了接触面发热的问题。实验成功后，经公司领导同意，我们充分利用报废碳刷将公司6台机组的接地碳刷全部更换为铜碳刷，所有机组的轴电压均降到了1V以下。
下面是加装接地铜线辫后轴电压对比情况
截至2016年5月份，所有发电机接地碳刷刷体温度正常，符合刷体温度不大于80℃的规定，刷辫与大轴接触面温度正常，接地电压均未有所上升。
四、效果评价
该项技术创新，不仅解决了公司长期威胁主机安全运行的轴电压高的隐患，而且在国内消除轴电压问题上都开创了一个简单易行的解决办法。而且该项创新只需要几元钱的费用采购铜辫子，再利用废旧碳刷进行简单的制作安装即可完成，其推广性极高，可迅速解决发电机轴电压高的问题。为攻克轴电压消除，防止轴瓦电腐蚀的技术难题做出了巨大贡献。同时该项技术创新也得到了公司技术部门的认可，不仅彻底的消除公司＃1－6机组上的轴电压过高问题，也为公司节约费用180万元而且得到总经理30000元的嘉奖。
五、结论
本文通过现场的实际经验，分析了轴电压产生的原因，提出了降低和消除轴电压的方法，节约了大量的生产费用，降低了生产成本，在实际生产中经济适用，为机组的安全、稳定运行提供了保障。
主要参考文献：
1、《大型汽轮发电机常见故障的检查及处理方法》作者：李伟清，刘双宝，2000年
2、《国产300MW发电机转子线圈短路及大轴磁化故障分析》作者：冯慈璋，华北电力技术，1993年
3、《汽轮发电机组的大轴接地与轴电压》作者：倪勤．安徽电力，2006年6月
4、《汽轮发电机轴电压分析及一例故障处理》作者：高志强，河北电力技术，2004年6月
5、北京重型汽轮发电机组制造厂家技术资料
论文作者:李振华,陈泽华
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/20
标签：碳刷论文; 电压论文; 机组论文; 汽轮机论文; 轴瓦论文; 发电机论文; 汽轮发电机论文; 《电力设备》2017年第25期论文;