发电机组轴电流的危害及轴电流保护_精品文档.pdf

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第12卷第3期2009年9月上海电机学院学报JOURNALOFSHANGHAIDIANJIUNIVERSITYVol.12No.3Sep.2009收稿日期:

2009-08-18作者简介:

许丽娜（1982-）,女,助理工程师,专业方向为继电保护,E-mail:

xln5229549163.com文章编号1671-2730（2009）03-0256-03发电机组轴电流的危害及轴电流保护许丽娜,苏华利（龙滩水力发电厂,天峨547300）摘要:

介绍轴电压、轴电流产生的原因及对机组带来的危害,提出防范办法。

结合龙滩水电站轴电流保护的配置情况,阐述了其轴电流保护的设计及应用。

关键词:

水电站;轴电流;轴电流保护中图分类号:

TM310.7文献标识码:

ADamageoftheShaft-currenttoGeneratorUnitsandShaft-currentPreventionXULina,SUHuali（LongtanHydropowerPlant,Tiane547300,China）Abstract:

Inthispaper,thecausesofshaft-voltageandshaft-currentarebrieflyintroduced,aswellasitsdamagetothegeneratorunits.Thensomecountermeasuresareproposed.Accordingtotheconfigurationoftheshaft-currentpreventiondevicesinLongtanHydropowerPlant,thedesignprinci-pleandtheapplicationoftheshaft-currentpreventionaredescribed.Keywords:

hydropowerplant;shaft-current;shaft-currentprevention机组在正常运行时一旦出现轴承绝缘性能下降,此时在较高的轴电压作用下将会产生较大的轴电流。

当通过瓦面的轴电流密度超过0.2A/cm2,就可能对轴瓦产生电腐蚀,油膜遭到破坏1,危及机组安全运行。

为此,合理配置及装设可靠的轴电流保护装置,在大型水轮发电机组的保护中显得尤为重要。

1轴电压、轴电流的产生发电机在转动过程中,只要有不平衡的磁通交链在转轴上,则在发电机转轴的两端就会产生感应电势。

这个感应电势称为轴电压。

轴电压主要可分为2部分:

转轴在旋转时切割不平衡磁通而在轴两端产生的轴电压;由于存在轴向漏磁通而在转轴两端产生的轴电压。

造成发电机磁场不平衡,进而产生轴电压的原因有3个方面:

由于制造及安装工艺等原因造成的磁路不均衡及气隙不对称,这是无法避免的因素2。

发电机内部或外部发生不对称短路时产生轴电压。

这是因为定子绕组的短路部分有感应电流,它阻止合成磁通通过这部分绕组所在的定子区域;而此时,定子绕组的未短路部分却没有此现象,这种作用与定子磁路不对称等价,产生轴向以基频为主的交变磁通。

如果定子绕组引出线位于发电机长度方向的两侧,则不对称的外部短路也可能产生轴电压。

励磁回路接地或转子绕组匝间短路也会产生很强的轴向不平衡磁通3。

当轴电压达到一定值时,通过轴承及其底座等形成闭合回路产生电流,这个电流称为轴电流。

2轴电流的影响及防范2.1轴电流对发电机组的影响正常情况下,转轴与轴承间有润滑油膜的存在,起到绝缘的作用。

对于较低的轴电压,这层润滑油膜仍能保护其绝缘性能,不会产生轴电流。

但当轴承底座绝缘垫因油污、损坏或老化等原因失去绝缘性能,且当轴电压达到一定数值时,则轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜而发生放电;轴电流将从转轴、油膜、轴承座及基础等外部回路通过,由于该闭合回路阻抗极小,故电流密度很大,特别当轴与轴瓦形成金属性接触的瞬间,轴电流可达上千安,将严重灼伤轴瓦;当润滑油中掺入熔化的金属微粒后,油膜阻值降低,加速电火花进一步侵蚀扩展。

同时,轴电流的电解作用使润滑油炭化,熔化的金属微粒掺入润滑系统使润滑剂受到污染,二者均会造成油的润滑性能变差,使轴承温度升高4。

2.2轴电流的防范轴电流的存在对发电机组具有很大的危害性,它所造成的损伤若未被及时检测到,将影响机组的安全运行,并可能造成机组主要元件的严重破坏。

针对轴电流形成的根本原因,一般在现场采用如下防范措施:

转轴通过碳刷接地（此碳刷接地可与转子一点接地保护要求的“接地”共用为一个）,以释放积累电荷。

该接地碳刷应可靠接地,并与转轴可靠接触。

防止轴电流的重点在于防止轴电流回路的形成。

为了消除轴电压经过轴承、机座与基础等处形成的电流回路,往往在非轴伸端的轴承座和轴承支架处加绝缘隔板,以阻断轴电流的回路。

注意隔板边缘或接缝部位的表面脏污会破坏绝缘性能,应加强检查和擦拭。

对于轴与轴瓦之间的润滑绝缘介质油,必须及时检查其纯度,发现油中带水必须作过滤处理,否则油膜的绝缘强度不能满足要求,容易被低电压击穿。

定期擦拭发电机滑环、刷架,避免碳粉沉积降低正负两极绝缘;定期检查发电机转子绝缘,绝缘降低必须迅速处理5。

轴瓦测温线外皮破损导致绝缘下降的同时又触碰到转动部件,也会形成轴电流回路,由此造成的轴电流事故曾经发生过6,因此既要保证测温线等元件的绝缘合格,又要防止线头脱落与转轴搭接。

为避免轴电流所引发的重大设备事故,宜装设轴电流保护;它能监视绝缘层阻值的下降情况并发出报警信号,便于运行维护人员及时查找故障原因并予以排除,对安全生产具有积极作用。

3龙滩水电厂轴电流保护及改进3.1保护原理及配置龙滩水电厂采用哈尔滨电机厂提供的德国进口SINEAXV604型通用可编程变送器检测轴承绝缘损伤程度,间接地起到轴电流保护作用,有别于常规的轴电流保护。

该变送器可把温度、电阻、电流、电压等输入信号转换为成比例的模拟量信号,用于显示。

当变送器和热电偶、热电阻等连接使用时,传感器开始监视工作。

当测量到的输入信号高于或低于其设定值时,其附加的输出接点动作,并驱动重动继电器动作,发出报警信号。

该变送器外接24V直流电源作为其工作电源,输入变量和测量范围由PC机和相应的软件辅助编程选择和控制。

龙滩水电厂的轴电流保护功能由轴电流变送器与发电机保护装置配合实现。

通过变送器输入的发电机上端轴和上导轴领之间的绝缘层电阻的变化,间接地反映轴电流的大小及其对轴承和轴瓦的损伤程度。

当变送器的输入电阻值低于整定值2.5k,且持续时间大于1s时,则表明绝缘层的绝缘性能已经下降至一定程度,输出接点就会动作,驱动发电机保护装置RCS-985GW外部重动继电器,使RCS-985GW发出轴电流报警信号;此时,维护人员及时查找原因并排除故障,从而很好地起到了轴电流的保护作用。

龙滩水电厂轴电流保护为双套配置。

2套装置的监测范围不同,其中A套轴电流变送器所接入的是中间铜片和轴领碳刷的引线（监视外绝缘层）,而B套轴电流检测装置所接入的是中间铜片和大轴接地碳刷的引线（监视内绝缘层）。

当变送器无论检测到内绝缘层电阻下降还是外绝缘层电阻下降,都会驱动发电机保护装置RCS-985GW外部重动继电器,发出报警信号。

双重化的配置保证了轴电流保7522009年第3期许丽娜,等:

发电机组轴电流的危害及轴电流保护护的安全可靠以及灵活性。

另外,当现场出现轴电流报警信号时,还可将变送器与PC机连接,此时测量变量的变化情况就会在PC机上同步显示,便于维护人员分析实际的绝缘情况。

该变送器带有自我监视功能和不间断运行测试程序,当发生错误和设备故障时自动产生信号。

龙滩水电厂轴电流保护原理及接线较简单,变送器动作可靠性高,维护及调试也较方便。

龙滩水电厂轴电流保护配置如图1所示。

图1龙滩水电厂轴电流保护配置图Fig.1Configurationdiagramofshaft-currentpreventionatLongtanHydropowerPlant需要注意的是,此轴电流变送器所接入的大轴接地碳刷的引线一定要可靠接地,否则变送器会因轴电位的干扰而误发动作信号。

3.2保护改进龙滩水电厂的轴电流保护在最初设计时只取了接点信号作为保护动作的开入,而没有模拟量输出至远程监控,导致运行人员无法对发电机上端轴和上导轴领之间的绝缘情况进行在线监视,一旦发生故障,也不利于作出准确的判断。

为此,龙滩水电厂对此轴电流变送器进行了专项改造增加了模拟量输出信号作为辅助判断。

改造后,变送器输出420mA的模拟量对应其输入量05k的绝缘电阻值,这样,运行人员通过监控显示就能实时监视轴承的绝缘情况,既便于及时发现问题,又弥补了单纯依靠接点动作判断轴承绝缘下降的不足,消除了因接点误动或拒动所造成的影响。

4结语采用轴电流变送器对轴承的绝缘情况加以监视已成为大型发电机组轴电流保护的发展方向。

与通常采用的大轴侧装有交流互感器的轴电流保护方式比较,其最大优点是可以避免因电流互感器二次侧电流值易受电磁及负载电流变化外界干扰的影响。

该装置自2007年在龙滩水电厂投产运行至今,运行情况一直很稳定,虽然其性能还有待进一步验证,但可以肯定的是,它在维护人员及时了解轴承绝缘的变化和避免机组发生烧瓦事故等方面有着极其重大的意义。

同时,针对轴电流形成的根本原因,在现场宜采取装设大轴接地碳刷、加强轴承座与支架的绝缘以及定期检查润滑介质油等有效措施,从根本上消除了轴电流形成的途径,为机组安全稳定运行提供保证。

参考文献:

1周建为.抽水蓄能机组轴电流保护J.水电自动化与大坝监测,2003,27

（1）:

68-69.2吴培枝.琅琊山抽水蓄能电站的轴电流保护J.水电自动化与大坝监测,2008,32（5）:

42-44.3李世作,梁小冰,肖仁山,等.广西岩滩电厂机组轴电流测试研究J.广西电力,2002

（2）,2-4.4王维俭.电气主设备继电保护原理与应用M.2版.北京:

中国电力出版社,2001.5田葳,李树科.发电机轴电流的危害及防范措施J.电机技术,2004（4）,28-29.6宁屹,宁峻.发电机上导油槽油色变黑成因分析及处理J.江西电力,2007,31

（2）:

15-16.852上海电机学院学报2009年第3期