發(fā)電機測溫系統(tǒng)電磁干擾問題分析及處理

李 琦 陳偉忠

(廣東粵電青溪發(fā)電有限責任公司，廣東 梅州 514200)

發(fā)電機測溫系統(tǒng)電磁干擾問題分析及處理

李 琦 陳偉忠

(廣東粵電青溪發(fā)電有限責任公司，廣東 梅州 514200)

首先對機組跳閘后保護動作情況和測溫系統(tǒng)損壞等異常現(xiàn)象進行闡述，隨后經(jīng)過詳細分析得出靜電產(chǎn)生軸電壓導致機組跳閘這一結(jié)論，經(jīng)過設備改造后消除靜電導致軸電壓過高現(xiàn)象，可供同類型機組在處理靜電產(chǎn)生的軸電壓、軸電流問題時參考。

發(fā)電機；測溫系統(tǒng)；電磁干擾；靜電；軸電壓；軸電流

0 引言

廣東粵電青溪發(fā)電有限責任公司(以下簡稱青溪發(fā)電公司)位于粵東梅州市大埔縣境內(nèi)汀江流域，屬徑流式水電站。水庫為日調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位73 m，庫容5 941萬m3，裝設容量為4×36 MW的軸流轉(zhuǎn)軸式水輪發(fā)電機組，額定轉(zhuǎn)速125 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速247 r/min。

青溪發(fā)電公司4號水輪發(fā)電機組于2014年1月20日完成水輪發(fā)電機組B級檢修工作，本次檢修主要完成推力瓦更換(塑料瓦)、水導瓦更換(烏金瓦)、機組上導、推力、水導軸承透平油更換以及機組現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)(LCU)改造。其中，對機組測溫系統(tǒng)進行以下改造：取消原有常規(guī)溫度盤，將溫度量全部接入溫度巡檢裝置，溫度過高保護接入PLC控制，保護啟動與出口由PLC控制。另外，為確保溫度過高時保護的可靠性，裝設兩路軸承溫度過高保護出口的常規(guī)溫度表計，并采用并聯(lián)方式連接。

1 事件起因

2014年2月27日，青溪發(fā)電公司4號機組帶36 MW額定負荷運行，下午13:49，4號機組溫度過高常規(guī)保護出口動作，造成機組跳閘、停機。

2 現(xiàn)場檢查情況

(1) 機組軸承溫度過高常規(guī)保護的常規(guī)溫度表計數(shù)字顯示均為“0”，經(jīng)檢查，兩塊溫度表記已經(jīng)燒壞，且溫度巡檢裝置有一模塊燒壞。

(2) 查詢計算機監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)4號機組監(jiān)控系統(tǒng)RTD模塊及溫度巡檢裝置的溫度測量阻值不定期瞬間突變(0～600 ℃)。

(3) 通過接入示波器，監(jiān)測4號發(fā)電機組和其他機組主軸電壓，發(fā)現(xiàn)4號機組和其他機組相比有明顯尖波出現(xiàn)，具體波形如圖1(4號機組軸電壓)、圖2(1號機組軸電壓)所示。

圖1 4號機組軸電壓

圖2 1號機組軸電壓

3 初步原因分析

據(jù)以上現(xiàn)象，結(jié)合電廠實際情況初步判斷，原因可能為以下幾點：

(1) 測溫系統(tǒng)受到電磁干擾，強電竄入電阻回路，造成兩塊常規(guī)溫度表計被燒毀，常規(guī)溫度保護跳閘出口接通，造成機組跳閘。

(2) 水輪發(fā)電機組在運行過程中存在軸電壓，并且形成軸電流回路。

4 初步處理方案

(1) 更換所有推力測溫電纜，對接入監(jiān)控系統(tǒng)的測溫回路進行全面屏蔽處理。

(2) 將常規(guī)軸承溫度過高保護出口的兩塊常規(guī)溫度表計由并聯(lián)連接方式更改為串聯(lián)連接方式，降低機組由于表計損壞而跳閘的概率。

(3) 更換已燒壞的溫度巡檢裝置模塊。

(4) 優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)測溫流程，當電阻出現(xiàn)突變(>5 ℃)時自動屏蔽出口，溫度滿足動作條件后，延時10 s出口。

對4號發(fā)電機組進行上述處理后，仍存在強電竄入電阻回路的現(xiàn)象，溫度巡檢裝置模塊再次被燒壞，由此判斷干擾源主要來自軸電壓。

5 水輪發(fā)電機組軸電壓產(chǎn)生原因

(1) 定子鐵芯合縫、定子硅鋼片接縫、定子和轉(zhuǎn)子空氣間隙不均勻、軸心與磁場中心不一致等制造、安裝工藝因素都可能引起不對稱磁場，發(fā)電機轉(zhuǎn)子在不對稱磁場中旋轉(zhuǎn)，機組大軸被不對稱磁場中的交變磁通所交鏈，從而在大軸中感應出軸電壓。

(2) 發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生一點接地故障時也會出現(xiàn)軸電壓。

(3) 靜電荷產(chǎn)生的軸電壓。水輪發(fā)電機組運行時，各導軸承中透平油與軸瓦相互摩擦，會產(chǎn)生靜電荷，由于透平油絕緣水平相對較高，這些靜電荷往往不能及時消除，也會產(chǎn)生軸電壓。

(4) 靜止勵磁系統(tǒng)脈沖分量引起的軸電壓。靜止可控整流勵磁系統(tǒng)中晶閘管點燃，在勵磁電流中出現(xiàn)峰值脈沖，在磁路不平衡的情況下，這些峰值脈沖也會產(chǎn)生軸電壓。

(5) 轉(zhuǎn)子發(fā)生磁化而產(chǎn)生的單極電勢。

6 具體原因查找

(1) 實測4號發(fā)電機組軸電流的主要頻率均非轉(zhuǎn)頻和工頻，且實測機組推力、上導、水導軸承擺度也均在正常范圍內(nèi)，排除發(fā)電機工藝原因和轉(zhuǎn)子磁化的可能。

(2) 轉(zhuǎn)子一點接地時會出現(xiàn)發(fā)電機組的劇烈振動，而實際機組未出現(xiàn)劇烈振動，因此排除轉(zhuǎn)子一點接地的可能。

(3) 通過多次用示波器實測4號發(fā)電機組的軸電壓，發(fā)現(xiàn)4號機組軸電壓相對穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)尖波，其中300 Hz的分量也不明顯。因此排除靜止勵磁系統(tǒng)脈沖分量引起軸電壓的可能。

(4) 考慮到4號機組檢修后推力瓦更換及推力軸承透平油更換等因素，增大發(fā)電機組鏡板間的絕緣水平，由于摩擦產(chǎn)生靜電，使鏡板電壓不斷升高造成放電，因此判斷為靜電荷產(chǎn)生的軸電壓。

7 軸電壓處理方法

在初步處理的基礎上對大軸和鏡板進行均壓處理，在鏡板與大軸間(圖3)連接一個電阻(因為推力瓦為塑料瓦，瓦座也有絕緣，所以電阻即使短接也不會產(chǎn)生軸電流回路)，使摩擦產(chǎn)生的電荷通過該電阻不斷釋放掉。

圖3 推力結(jié)構(gòu)示意圖

具體處理方法如下：進入發(fā)電機內(nèi)部推力軸承位置，打開任意一塊推力斜蓋板；測量推力頭與鏡板之間的絕緣電阻；用0.5 mm厚的紫銅片制作連接排，將鏡板與推力頭短接。經(jīng)過上述處理后對4號機組進行軸電壓監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)明顯尖波，4號機組測溫系統(tǒng)電磁干擾現(xiàn)象消失。

8 結(jié)語

水輪發(fā)電機組軸電壓的產(chǎn)生是無法避免的，近些年來軸電壓引起的設備故障也屢見不鮮，相比其他引起軸電壓的原因，靜電產(chǎn)生軸電壓的情況相對較少，但這種軸電壓對設備的危害同樣不容小覷。隨著機組運行時間的增加和靜電荷的不斷積累，由此產(chǎn)生的軸電壓有時可達到幾千伏，如不及時釋放掉這些電荷，就會在發(fā)電機主軸與軸瓦間產(chǎn)生軸電流。軸電流將在軸頸和軸瓦之間產(chǎn)生小電弧的侵蝕作用，破壞油膜使軸承合金逐漸粘吸到軸頸上，導致瓦面損壞和透平油變質(zhì)，進而引起軸承過熱，縮短軸承使用壽命。同時，靜電產(chǎn)生的軸電壓也會對測溫系統(tǒng)等輔助設備產(chǎn)生影響，影響設備的安全穩(wěn)定運行。

[1]金華峰，伏虹潤，謝卓健.一起水輪發(fā)電機軸電流超標故障的分析與處理[J].水電站機電技術(shù)，2011(4)

[2]蘇黎鋒.水輪發(fā)電機組軸電壓產(chǎn)生的原因分析[J].電力學報，2007(1)

[3]周羅香.周寧水電站機組軸電流信號異常分析與處理[J].陜西水利，2013(6)

2014-06-03

李琦(1985—)，男，甘肅張掖人，助理工程師，從事水電廠運行工作。