Orsaker, faror och lösningar för generatoraxelspänning

Med den ökande kapaciteten hos enstaka generatorenheter har axelspänning blivit ett allvarligt problem för stora generatorer som använder statiska självexciteringssystem. Axelspänningens vågform innehåller komplexa harmoniska pulskomponenter, som är särskilt skadliga för oljefilmsisoleringen. När axelspänningen inte överstiger oljefilmens genomslagsspänning är axelströmmen mycket liten. Om axelspänningen överstiger lageroljeskiktets genombrottsspänning kommer en stor axelström att genereras i lagret, den så kallade EDM-strömmen, som kommer att bränna lagerkomponenter och orsaka betydande skada. Magnetisk kretsasymmetri, unipolär effekt, kapacitiv ström, elektrostatisk effekt, statiskt excitationssystem, permanent magnetisering av höljet, axeln, etc., kan alla potentiellt orsaka axelspänning.

Axelspänning avser spänningen som genereras mellan de två lagerändarna på en motor eller mellan motoraxeln och lagret under motordrift. Under normala omständigheter, när axelspänningen är låg, ger smörjoljefilmen mellan generatoraxeln och lagret god isolering. Men om axelspänningen stiger till ett visst värde av någon anledning kommer den att bryta ner oljefilmen och urladda, vilket bildar en krets för generering av axelström. Axelströmmen stör inte bara stabiliteten hos oljefilmen, vilket gör att smörjoljan gradvis försämras, utan också, eftersom axelströmmen passerar genom metallkontaktpunkten mellan lagret och axeln - en mycket liten kontaktpunkt med hög strömtäthet - genererar den extremt höga temperaturer omedelbart, vilket orsakar lokaliserad smältning av axeln. Den smälta lagerlegeringen, under rullningstrycket, stänker och bränner små gropar på lagrets inre yta. I slutändan kommer lagret att gå sönder på grund av accelererat mekaniskt slitage, och i svåra fall kommer lagerskålen att brinna ut, orsaka en olycka och tvinga fram en avstängning.

Generatoraxelspänningen är alltid närvarande, men den är i allmänhet inte hög, vanligtvis från några få volt till ett dussin volt. Men när de isolerande dynorna misslyckas på grund av oljefläckar, skador eller åldrande är axelspänningen tillräcklig för att bryta ner oljefilmen mellan axeln och lagret, vilket orsakar urladdning. Med tiden kommer detta gradvis att försämra kvaliteten på smörj- och kyloljan, och i svåra fall kommer det att bränna ut axeln och lagren, vilket resulterar i en avstängningsolycka.

1. Orsaker till generatoraxelspänning

(1) Axelspänning orsakad av magnetisk asymmetri
Det är en växelspänning som finns i båda ändarna av turbingeneratoraxeln. På grund av användningen av sektorformade stansade lamineringar i statorkärnan, rotorns olika excentriciteter, den olika permeabiliteten hos de sektorformade lamineringarna och axelstyrspåren som används för kylning och fastspänning etc., orsakas magnetisk asymmetri av att generatorn tillverkar och arbetar, vilket resulterar i en växelverkande axel och en slinga, vilket resulterar i en växelverkande axel och en slinga. tallrik. Detta genererar en spänningsskillnad i båda ändarna av generatoraxeln. Varje typ av magnetisk asymmetri kommer att orsaka en axelspänningskomponent med motsvarande amplitud och frekvens. De olika axelspänningskomponenterna är överlagrade, vilket gör frekvenssammansättningen av denna axelspänning mycket komplex. Grundkomponenten har den största amplituden, den 3:e och 5:e övertonen har något mindre amplituder och de högre övertonskomponenterna har mycket små amplituder. Denna AC-axelspänning är vanligtvis 1 ~ 10V, och den har en stor mängd energi. Om inga effektiva åtgärder vidtas kommer denna axelspänning att bilda en slinga genom axellager-fundamentplattan etc., vilket genererar en stor axelström. Den elektriska ljusbågen som orsakas av axelström appliceras mellan lagret och axelytan. Dess huvudsakliga konsekvens är slitage på volframkarbiden i lagret och på axelytan, och snabb försämring av smörjoljan. Detta påskyndar det mekaniska slitaget av lagret och kan i svåra fall orsaka att lagerskålen brinner ut.

(2) Axelspänning orsakad av elektrostatisk laddning
Denna likspänning, som uppträder mellan axeln och jordningsplattan, genereras av den elektrostatiska laddningen som produceras av friktionen mellan den höghastighetsströmmande våta ångan och turbinens lågtryckscylinderblad under vissa förhållanden. Denna elektrostatiska effekt inträffar endast ibland under vissa ångförhållanden och är inte frekvent. Beroende på driftsförhållandena kan denna typ av axelspänning ibland vara mycket hög och nå hundratals volt, vilket orsakar en stickande känsla vid beröring. Det är inte lätt att leda till magnetiseringssidan, men om inga åtgärder vidtas för att leda denna elektrostatiska laddning till marken, kommer den att samlas på lageroljefilmen på turbinsidan av generatorn och slutligen urladdas på oljefilmen, vilket leder till lagerskador.

(3) Axelspänning orsakad av statiskt excitationssystem
För närvarande använder stora ångturbingeneratorer i allmänhet ett statiskt excitationssystem. På grund av påverkan av tyristorbågskommutering införs en ny axelspänningskälla i det statiska excitationssystemet. Det statiska magnetiseringssystemet tillför likspänning till generatorns excitationslindning genom en statisk tyristorlikriktare, och denna likspänning är en pulserande spänning. För ett statiskt excitationssystem som använder en trefas fullt kontrollerad brygga har vågformen för dess exciteringsutgångsspänning 6 pulser inom en cykel. Denna snabbt föränderliga pulserande spänning genererar en växelspänning mellan axeln och jord genom kapacitiv koppling mellan generatorns exciteringslindning och rotorkroppen. Denna axelspänning är pulserande och spikformad, med en frekvens på 300Hz (när exciteringssystemets växelspänningsfrekvens är 50Hz). Den överlagras på axelspänningen orsakad av magnetisk asymmetri, vilket gör att oljefilmen tål en högre spikspänning. När den ökar i viss utsträckning bryter den ner oljefilmen och bildar en ström som orsakar brännskador och skador på mekaniska delar.

(4) Axelspänning orsakad av kvarvarande magnetism
När generatorn är kraftigt kortsluten eller under andra onormala driftsförhållanden, magnetiseras ofta huvudaxeln, lagren, höljet och andra komponenter och behåller en viss restmagnetism. Magnetiska linjer genererar längsgående grenar vid lagren, och när enhetens huvudaxel roterar genereras en elektromotorisk kraft, kallad en unipolär elektromotorisk kraft. Under normala förhållanden är den unipolära potentialen som genereras av svag restmagnetism endast i millivoltområdet. Men när det finns en kortslutning mellan rotorlindningsvarv eller tvåpunktsjordning kommer den unipolära potentialen att nå flera volt till tiotals volt, vilket genererar en stor axelström. Denna ström flyter axiellt genom axeln, lagren och fundamentplattan, vilket inte bara bränner ut huvudaxeln och lagerbussningarna utan även kraftigt magnetiserar dessa komponenter, vilket gör enhetens underhåll svårt.

2. Faror orsakade av generatoraxelspänning Storleken på axelspänningen varierar beroende på den specifika enheten. Generellt gäller att ju större enhetens kapacitet är, desto större är asymmetrin i dess luftgapsflöde och struktur. Ju större övertonskomponenter i magnetfältet är, desto högre är kärnmättnaden och ju större ojämnheter i statorn är, desto högre är axelspänningen. Axelspänningsvågformen har komplexa övertonskomponenter. Enheter som använder statisk styrbar likriktarexcitering har en hög pulskomponent i sin axelspänningsvågform, vilket är särskilt skadligt för oljefilmsisolering. När axelspänningen når ett visst värde, om lämpliga åtgärder inte vidtas, kommer oljefilmen att brytas ner och generera axelström.

Om axelströmmen i en ångturbingenerator är mycket hög kommer axeltapparna, lagren och andra relaterade komponenter som axelströmmen passerar att brinna ut. Drivsnäckan och snäckhjulet på turbinens huvudoljepump kommer att skadas. Den elektriska ljusbågen som orsakas av axelströmmen kommer att erodera lagerkomponenter och åldra lagersmörjoljan, vilket påskyndar lagerets mekaniska slitage. Axelströmmen kommer att kraftigt magnetisera turbinkomponenter, generatorändkåpor, lager och andra komponenter som omger axeln, vilket genererar en unipolär potential vid axeltapparna och pumphjulen.

När axelspänningen är tillräckligt hög för att bryta ner oljefilmen mellan axeln och lagren uppstår en urladdning. Urladdningskretsen är: generatoraxel—tapp—lager—lagerkonsol—generatorbas. Även om axelspänningen inte är hög (runt 6V för en 300MW generator), är kretsresistansen mycket liten. Därför kan den genererade axelströmmen vara mycket stor och ibland nå hundratals ampere. Axelströmmen kommer gradvis att försämra kvaliteten på smörj- och kyloljan, och i svåra fall kommer den att bränna ut lagren, tvinga fram en avstängning och orsaka en olycka. Under installation och drift måste därför spänningen mellan generatoraggregatets axel och lager mätas och kontrolleras.

3. Förebyggande och eliminerande åtgärder för generatoraxelspänning

Följande förebyggande åtgärder vidtas vanligtvis:

(1) Under design och installation installeras vanligtvis en isolerande dyna mellan lagerkonsolen vid generatorns magnetiseringsände och basen. Samtidigt är alla oljerör, skruvar, bultar etc. isolerade.

(2) En jordningsborste är utformad på turbinsidan av generatoraxeln för att frigöra elektrostatiska laddningar i lågtryckssektionen av turbinen, vilket säkerställer att axel- och jordpotentialen är desamma.

Förutom att eliminera axelspänningen har axelns jordningsborste även följande funktioner för att skydda motorn: a. Mätning av de positiva och negativa rotorspänningarna till jord. b. Fungerar som skydd mot enpunktsjordning av rotorn.

(3) För att minska axelspänningen orsakad av magnetisk kretsasymmetri i turbingeneratoraggregatet, övervägs åtgärder för att eliminera eller minska de tredje eller femte övertonskomponenterna i axelspänningen under generatorkonstruktionen. En helt ny generatorstruktur har antagits, och installationen följer strikt tillverkarens process- och designkrav för att förhindra rotorexcentricitet.

(4) För att förhindra axelspänning som genereras av en enpunkts jordningskortslutning i rotorlindningarna, aktiveras ett tvåpunkts jordningsskydd för magnetiseringskretsen under drift. (5) För att bryta axelströmmen, installera isolerande kuddar vid magnetiseringsänden, inklusive mellan generatorlagren, oljetätningarna på den vätekylda generatorn, inlopps- och utloppsvattenstöden och inlopps-/utloppsrörflänsarna på den vattenkylda generatorrotorn, samt baklagret och motorramens bottenplatta. Fästelementen för lagerhusen och oljerören som är anslutna till lagerhusen bör också isoleras från lagren; dubbla isoleringsmått kan användas.

(6) Undvik magnetisk kretsasymmetri under motorkonstruktionen.

(7) Undvik axiellt magnetiskt flöde under motorkonstruktion, tillverkning och drift.

(8) Isolera lagerhusen till marken.

(9) Installera jordningsborstar på axeln.

(10) Använd icke-magnetiska lagerhus eller extra spolar.

(11) Lägg till en bypass-kondensator till jord vid ankarutgången på DC-motorn.

4. Mätning av axelspänning Isoleringen av rotorns jordningsborstar och lager är avgörande för att skydda generatorn från axelspänning och för att säkerställa säker drift. I verklig drift, på grund av faktorer som installation och försämring av driftsmiljön och slitage, kan dålig rotorjordning eller minskad lagerisolering uppstå, vilket leder till ökad axelspänning och axelström, vilket i slutändan kan skada generatorn. Därför är det viktigt att regelbundet mäta axelspänningen för att förbättra generatordriften. Nedan rekommenderar vi en relativt enkel mätmetod: Som visas i diagrammet ovan, där:

U1: Spänningsskillnad mellan de två ändarna av generatorns rotoraxel. Under normala omständigheter orsakas detta främst av rotormagnetisk asymmetri. Tillverkare tillhandahåller vanligtvis empirisk data; det rekommenderas att mäta detta efter varje mindre översyn och jämföra det med historiska data.

U2: Spänning från generatorns bakre axel till jord.

U3: Spänning av metallplattan mellan isoleringsskikten på generatorns baklager till jord.

S: Ström uppmätt på jordledningen till generatorns främre jordade kolborste.

U2, U3 och A bör mätas regelbundet under drift. Ändringar i dessa data kan indikera generatorns tillstånd:

① U1 bör ligga inom det intervall som tillhandahålls av tillverkaren och bör inte ändras nämnvärt jämfört med historiska data. Annars bör tillståndet hos generatorns stator och rotor kontrolleras för att fastställa orsaken.

② U2 ≈ U3 (normalvärde). Om U2 är större än U3 (normalt värde), måste jordningen av axelns jordande kolborste kontrolleras. Under drift kan en kortvarig extern jordledning anslutas till den främre axeln för jordning och sedan kan U2 mätas och jämföras.

③ U3 ska vara nära U2. Eftersom skillnaden mellan U2 och U3 representerar spänningen som appliceras på lageroljefilmen, kan för hög spänning orsaka oljefilmsavbrott. Det rekommenderas att denna skillnad inte överstiger 4V, eller att U3 inte är mindre än 70 % av U2. I annat fall bör tillståndet för lagrets isolering mot mark kontrolleras, t.ex. ytföroreningar eller isoleringsåldring.

④ Generellt sträcker sig strömmen A som flyter genom axelns jordande kolborste från några få milliampere till flera hundra milliampere. Om detta värde ökar markant bör lagrets isolering kontrolleras i samband med axelspänningsmätningen.