Årsager, farer og løsninger til generatorakselspænding

Med den stigende kapacitet af enkeltgeneratorenheder er akselspænding blevet et alvorligt problem for store generatorer, der anvender statiske selvmagnetiseringssystemer. Akselspændingens bølgeform indeholder komplekse harmoniske pulskomponenter, som er særligt skadelige for oliefilmisolering. Når akselspændingen ikke overstiger oliefilmens nedbrydningsspænding, er akselstrømmen meget lille. Hvis akselspændingen overstiger lejeolielagets gennemslagsspænding, vil der blive genereret en stor akselstrøm i lejet, den såkaldte EDM-strøm, som vil brænde lejekomponenter og forårsage betydelig skade. Magnetisk kredsløbsasymmetri, unipolær effekt, kapacitiv strøm, elektrostatisk effekt, statisk excitationssystem, permanent magnetisering af huset, akslen osv., kan alle potentielt forårsage akselspænding.

Akselspænding refererer til den spænding, der genereres mellem de to lejeender af en motor eller mellem motorakslen og lejet under motordrift. Under normale omstændigheder, når akselspændingen er lav, giver smøreoliefilmen mellem generatorakslen og lejet god isolering. Men hvis akselspændingen stiger til en vis værdi af en eller anden grund, vil den nedbryde oliefilmen og udlede og danne et kredsløb til generering af akselstrøm. Akselstrøm forstyrrer ikke kun stabiliteten af ​​oliefilmen, hvilket får smøreolien til gradvist at forringes, men også fordi akselstrømmen passerer gennem metalkontaktpunktet mellem lejet og akslen - et meget lille kontaktpunkt med en høj strømtæthed - genererer den ekstremt høje temperaturer øjeblikkeligt, hvilket forårsager lokaliseret smeltning af akslen. Den smeltede lejelegering sprøjter og brænder små huller på lejets indvendige overflade under tryk fra rullende. I sidste ende vil lejet gå i stykker på grund af accelereret mekanisk slid, og i alvorlige tilfælde vil lejeskålen brænde ud, hvilket forårsager en ulykke og tvinger en nedlukning.

Generatorakselspændingen er altid til stede, men den er generelt ikke høj, normalt fra et par volt til et dusin volt. Men når de isolerende puder svigter på grund af oliepletter, beskadigelse eller ældning, er akselspændingen tilstrækkelig til at nedbryde oliefilmen mellem akslen og lejet, hvilket forårsager en afladning. Over tid vil dette gradvist forringe kvaliteten af ​​smøre- og køleolien, og i alvorlige tilfælde vil det brænde akslen og lejerne ud, hvilket resulterer i en nedlukningsulykke.

1. Årsager til generatorakselspænding

(1) Akselspænding forårsaget af magnetisk asymmetri
Det er en vekselspænding, der findes i begge ender af turbinegeneratorakslen. På grund af brugen af sektorformede prægede lamineringer i statorkernen, rotorens forskellige excentriciteter, de sektorformede lamineringers forskellige permeabilitet og akselføringsrillerne, der bruges til afkøling og fastspænding osv., er magnetisk asymmetri forårsaget af generatorens fremstilling og drift, hvilket resulterer i en vekselstrøms- og akselsløjfe. plade. Dette genererer en spændingsforskel i begge ender af generatorakslen. Hver type magnetisk asymmetri vil forårsage en akselspændingskomponent med tilsvarende amplitude og frekvens. De forskellige akselspændingskomponenter er overlejret, hvilket gør frekvenssammensætningen af ​​denne akselspænding meget kompleks. Grundkomponenten har den største amplitude, 3. og 5. harmoniske har lidt mindre amplituder, og de højere harmoniske komponenter har meget små amplituder. Denne AC-akselspænding er generelt 1 ~ 10V, og den har en stor mængde energi. Hvis der ikke træffes effektive foranstaltninger, vil denne akselspænding danne en sløjfe gennem akselleje-fundamentpladen osv., hvilket genererer en stor akselstrøm. Den elektriske lysbue forårsaget af akselstrøm påføres mellem lejet og akseloverfladen. Dens vigtigste konsekvens er slid på wolframcarbiden i lejet og på akseloverfladen og hurtig nedbrydning af smøreolien. Dette fremskynder det mekaniske slid på lejet og kan i alvorlige tilfælde få lejeskålen til at brænde ud.

(2) Akselspænding forårsaget af elektrostatisk ladning
Denne jævnspænding, der optræder mellem akslen og jordingspladen, genereres af den elektrostatiske ladning, der frembringes af friktionen mellem højhastighedsstrømmende våde damp og turbinens lavtrykscylinderblade under visse forhold. Denne elektrostatiske effekt forekommer kun lejlighedsvis under visse dampforhold og er ikke hyppig. Afhængigt af driftsforholdene kan denne type akselspænding nogle gange være meget høj og nå hundredvis af volt, hvilket forårsager en prikkende fornemmelse ved berøring. Det er ikke let at føre til exciter-siden, men hvis der ikke træffes foranstaltninger for at lede denne elektrostatiske ladning til jorden, vil det samle sig på lejets oliefilm på turbinesiden af ​​generatoren og til sidst udlades på oliefilmen, hvilket fører til lejeskade.

(3) Akselspænding forårsaget af statisk excitationssystem
I øjeblikket bruger store dampturbinegeneratorsæt generelt et statisk excitationssystem. På grund af påvirkningen af ​​tyristorbuekommutering indføres en ny akselspændingskilde i det statiske excitationssystem. Det statiske excitationssystem leverer DC-spænding til generatorens excitationsvikling gennem en statisk tyristor-ensretter, og denne DC-spænding er en pulserende spænding. For et statisk excitationssystem, der bruger en trefaset fuldt styret bro, har bølgeformen af ​​dets excitationsudgangsspænding 6 impulser inden for en cyklus. Denne hurtigt skiftende pulserende spænding genererer en AC-spænding mellem akslen og jorden gennem kapacitiv kobling mellem generatorens excitationsvikling og rotorlegemet. Denne akselspænding er pulserende og spidsformet med en frekvens på 300Hz (når excitationssystemets AC-spændingsfrekvens er 50Hz). Det er overlejret på akselspændingen forårsaget af magnetisk asymmetri, hvilket får oliefilmen til at modstå en højere spidsspænding. Når den øges til en vis grad, nedbryder den oliefilmen og danner en strøm, der forårsager forbrænding og beskadigelse af mekaniske dele.

(4) Akselspænding forårsaget af resterende magnetisme
Når generatoren er alvorligt kortsluttet eller under andre unormale driftsforhold, magnetiseres hovedakslen, lejerne, huset og andre komponenter ofte og bevarer en vis mængde resterende magnetisme. Magnetiske linjer genererer langsgående grene ved lejerne, og når enhedens hovedaksel roterer, genereres en elektromotorisk kraft, kaldet en unipolær elektromotorisk kraft. Under normale omstændigheder er det unipolære potentiale, der genereres af svag restmagnetisme, kun i millivoltområdet. Men når der er en kortslutning mellem rotorviklingen eller to-punkts jording, vil det unipolære potentiale nå adskillige volt til titusinder af volt, hvilket genererer en stor akselstrøm. Denne strøm løber aksialt gennem akslen, lejerne og fundamentpladen, og brænder ikke kun hovedakslen og lejebøsningerne ud, men magnetiserer også disse komponenter alvorligt, hvilket gør vedligeholdelse af enheden vanskelig.

2. Farer forårsaget af generatorakselspænding Størrelsen af ​​akselspændingen varierer afhængigt af den specifikke enhed. Generelt gælder det, at jo større enhedens kapacitet er, desto større er asymmetrien i dens luftspalteflux og struktur. Jo større harmoniske komponenter i magnetfeltet er, jo højere er kernemætning, og jo større ujævnhed i statoren er, jo højere er spidsakselspændingen. Akselspændingsbølgeformen har komplekse harmoniske komponenter. Enheder, der anvender statisk kontrollerbar ensretterexcitation, har en høj pulskomponent i deres akselspændingsbølgeform, hvilket er særligt skadeligt for oliefilmisolering. Når akselspændingen når en vis værdi, hvis der ikke træffes passende foranstaltninger, vil oliefilmen bryde ned og generere akselstrøm.

Hvis akselstrømmen i et dampturbinegeneratorsæt er meget høj, vil tapperne, lejerne og andre relaterede komponenter, som akselstrømmen passerer igennem, brænde ud. Drivsnekken og snekkehjulet på turbinens hovedoliepumpe vil blive beskadiget. Den elektriske lysbue forårsaget af akselstrømmen vil erodere lejekomponenter og ælde lejesmøreolien og dermed accelerere lejernes mekaniske slid. Akselstrømmen vil kraftigt magnetisere turbinekomponenter, generatorendedæksler, lejer og andre komponenter, der omgiver akslen, hvilket genererer et unipolært potentiale ved akslen og løbehjulene.

Når akselspændingen er høj nok til at nedbryde oliefilmen mellem akslen og lejerne, opstår der en udladning. Afladningskredsløbet er: generatoraksel—tappe—leje—lejekonsol—generatorbase. Selvom akselspændingen ikke er høj (omkring 6V for en 300MW generator), er kredsløbsmodstanden meget lille. Derfor kan den genererede akselstrøm være meget stor og nogle gange nå hundredvis af ampere. Akselstrømmen vil gradvist forringe kvaliteten af ​​smøre- og køleolien, og i alvorlige tilfælde vil den brænde lejerne ud, tvinge en nedlukning og forårsage en ulykke. Derfor skal spændingen mellem generatorsættets aksel og lejer under installation og drift måles og kontrolleres.

3. Forebyggelse og elimineringsforanstaltninger for generatorakselspænding

Følgende forebyggende foranstaltninger er typisk vedtaget:

(1) Under design og installation installeres en isolerende pude normalt mellem lejekonsollen ved generatorens magnetiseringsende og basen. Samtidig er alle olierør, skruer, bolte mv., isoleret.

(2) En jordingsbørste er designet på turbinesiden af ​​generatorakslen til at frigive elektrostatiske ladninger i lavtrykssektionen af ​​turbinen, hvilket sikrer, at aksel- og jordpotentialerne er de samme.

Ud over at eliminere akselspænding tjener akseljordingsbørsten også følgende funktioner til at beskytte motoren: a. Måling af de positive og negative rotorspændinger til jord. b. Fungerer som beskyttelse mod enkeltpunktsjording af rotoren.

(3) For at reducere akselspændingen forårsaget af magnetisk kredsløbsasymmetri i turbinegeneratorsættet, overvejes foranstaltninger til at eliminere eller reducere de tredje eller femte harmoniske komponenter i akselspændingen under generatordesign. En helt ny generatorstruktur er vedtaget, og installationen følger nøje producentens proces- og designkrav for at forhindre rotorexcentricitet.

(4) For at forhindre akselspænding genereret af en enkeltpunkts jordingskortslutning i rotorviklingerne aktiveres en topunktsjordingsbeskyttelsesanordning til magnetiseringskredsløbet under drift. (5) For at afbryde akselstrømmen skal du installere isoleringspuder ved magnetiseringsenden, inklusive mellem generatorlejerne, olietætningerne på den hydrogenkølede generator, indløbs- og udløbsvandstøtterne og indløbs-/udløbsrørflanger på den vandkølede generatorrotor og halelejet og motorrammens bundplade. Befæstelserne til lejehusene og olierørene forbundet med lejehusene skal også isoleres fra lejerne; dobbelte isoleringsforanstaltninger kan anvendes.

(6) Undgå magnetisk kredsløbsasymmetri under motordesign.

(7) Undgå aksial magnetisk flux under motordesign, fremstilling og drift.

(8) Isoler lejehusene til jorden.

(9) Installer jordingsbørster på akslen.

(10) Brug ikke-magnetiske lejehuse eller ekstra spoler.

(11) Tilføj en bypass-kondensator til jord ved ankerudgangsterminalen på DC-motoren.

4. Måling af akselspænding Isoleringen af ​​rotorjordingsbørster og lejer er afgørende for at beskytte generatoren mod akselspænding og sikre sikker drift. I faktisk drift kan der på grund af faktorer som installation og forringelse af driftsmiljøet og slitage opstå dårlig rotorjording eller nedsat lejeisolering, hvilket fører til øget akselspænding og akselstrøm, hvilket i sidste ende kan beskadige generatoren. Derfor er regelmæssig måling af akselspændingen afgørende for at forbedre generatordriften. Nedenfor anbefaler vi en forholdsvis simpel målemetode: Som vist i diagrammet ovenfor, hvor:

U1: Spændingsforskel mellem de to ender af generatorrotorakslen. Under normale omstændigheder er dette hovedsageligt forårsaget af rotormagnetisk asymmetri. Producenter leverer normalt empiriske data; det anbefales at måle dette efter hvert mindre eftersyn og sammenligne det med historiske data.

U2: Spænding fra generatorens bagaksel til jord.

U3: Spænding af metalpladen mellem isoleringslagene på generatorens bageste leje til jord.

A: Strøm målt på jordledningen til generatorens frontende jordingskulbørste.

U2, U3 og A skal måles periodisk under drift. Ændringer i disse data kan indikere generatorens tilstand:

① U1 skal være inden for det område, som producenten angiver, og bør ikke ændre sig væsentligt i forhold til historiske data. Ellers bør tilstanden af ​​generatorens stator og rotor kontrolleres for at fastslå årsagen.

② U2 ≈ U3 (normal værdi). Hvis U2 er større end U3 (normal værdi), skal jordforbindelsen af ​​akseljordingskulbørsten kontrolleres. Under drift kan en kortvarig ekstern jordledning tilsluttes den forreste aksel til jording, og derefter kan U2 måles og sammenlignes.

③ U3 skal være tæt på U2. Da forskellen mellem U2 og U3 repræsenterer den spænding, der påføres den lejede oliefilm, kan for høj spænding forårsage oliefilmnedbrud. Det anbefales, at denne forskel ikke overstiger 4V, eller at U3 ikke er mindre end 70 % af U2. Ellers bør tilstanden af ​​lejets isolering til jord kontrolleres, såsom overfladeforurening eller ældning af isoleringen.

④ Generelt varierer strømmen A, der strømmer gennem akseljordingskulbørsten fra nogle få milliampere til flere hundrede milliampere. Hvis denne værdi stiger væsentligt, bør lejeisoleringen kontrolleres i forbindelse med akselspændingsmålingen.