清源水电站发电机轴电流的判别和防范措施研究

2010-07-12吕永辉吕项才姜铁成

中国水能及电气化 2010年7期

吕永辉吕项才姜铁成

（1.河南省灵宝市金达电力设备厂，河南灵宝 472500；2. 河南省灵宝市电业局，河南灵宝 472500；3. 河南省清源水电站，河南灵宝 472500）

1 概述

灵宝市清源水电站位于该市五亩乡西渰村西南部，是引用宏农涧河支流水源（麻家河和金家河）建成的一座引水式电站。引水渠首以上控制流域面积202Km2，渠道设计引用流量3m3/s，设计水头95m，装机1×1000+1×400kW，年发电量300万kWh左右。

该站的2号机组水轮机为XJ02-W-50/1×12.5型，由浙江省乐清机械厂生产,配套的发电机为TSWN99/37-8型，为杭州发电设备厂生产。水轮机设计流量为0.5m3/s，机组额定出力400kW，1984年1月投运，现已运行26年时间。近年来由于河道来水量的减少，机组年运行时间大多在10-11个月之间。该机组用的是滚动轴承，其中水轮机用228、46228型各一套，发电机用2326（或N326）、326型各一套。由于发电机转子的多次检修，某些部位绝缘有损伤，发电机形成轴电流引起了发电机轴承损坏。连锁效应，频繁更换轴承，最终影响了机组的正常运行。本文对此做了分析，采取了防范措施，解决了轴承损伤问题，减少了更换轴承的次数，同时也取得了较明显的经济效益。

2 轴承破坏原因分析及经济损失计算

2.1 原因分析

发电机在运行时，存在一定的轴电压，但只要没有超过油膜的破坏值，轴电流是非常小的。即正常运行情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，起到了绝缘作用。对于较低的轴电压，这层润滑油膜仍能保护其绝缘，不会产生轴电流，但是当轴电压增加到一定数值时，尤其在机组启动时，轴承内的润滑油膜绝缘作用还未稳定形成，轴电压将击穿油膜而放电，构成回路，轴电流将从轴承和转轴的金属接触点通过，由于该金属接触点很小，所以这些点的电流密度大，在瞬间产生高温，使轴承局部烧熔，被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅，于是在轴承内表面上烧出了小凹坑。一般情况下，由于转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金高，通常表现出来的症状是轴承内表面被压出条状电弧伤痕。发电机在运行时，发出异常响声，用手触摸发电机轴承所在的端盖处，温度明显高于其它处，若未及时发现，整套轴承都将遭到损坏。

2.2 经济损失计算

轴承出现异常声音后，电站运行人员及时进行检查，根据端盖处的温度和听到的声音，决定更换轴承的时间。更换轴承是一项费时费力的工作，每次需停机20多个小时，从而导致了机组发电量的减少，带来直接和间接的经济损失。现将该站2006-2008年更换轴承引起的经济损失统计见表1。

从上表中的统计结果可以看出，轴承损坏后，2006-2008年，更换一个新轴承平均经济损失为2930元左右。

表1 2006-2008年清源水电站2号机轴承损坏经济损失统计表

3 发电机轴承损坏规律及防范措施

3.1 损坏规律

清源水电站运营之初就发现了发电机推力轴承（N326型）容易损坏的问题。发电机推力轴承使用寿命显著缩短。

起初分析认为是水轮机与发电机之间的联轴器橡胶垫圈损坏，引起轴承损坏，经过多次更换橡胶垫圈，问题仍未得到解决。经过长期积累轴承损坏的资料，包括更换时间、新轴承的运行时间、损坏后的症状、特点等，逐渐摸索出轴承损坏的规律：①损坏轴承大多是发电机推力轴承（N326型）；②轴承滚柱、内套、外套均有烧伤的痕迹；③损坏轴承的部位，大多在内套上，有约2cm宽凹凸不平的磨损痕迹，显的粗糙不光滑，轴承滚柱上也有此种痕迹；④轴承外套比内套磨损的轻一些；⑤在轴承损坏后，发电机转子转到某一点时，发出“咯噔、咯噔”的声响；⑥用手摸发电机端盖，在N326轴承处温度明显高。轴承损坏后的照片见下照片一、二、三。

照片一

照片二

照片三

照片四

3.2 防范措施

通过对已损坏的多套轴承的检测，对有关数据的详细分析，并结合有关资料，本文认为：防范发电机轴电流的有效措施是：在发电机端盖内侧，发电机端盖与转子之间，装设一套碳刷架，把两个碳刷压在大轴上，起到了导流作用。当发电机大轴上有轴电流时，通过碳刷--碳刷架—发电机外壳，把轴电流导入大地，碳刷架实物照片见上照片四。

采取了该防范措施后，取得了较好的效果，主要体现在：①从2008年8月31日新换一套N326轴承和装上碳刷架后，至2010年5月31日，已运行近两年时间，约15300小时，未换过轴承；②与2006-2008年比较，在发电机上装设碳刷架后，每年可少购轴承4套，少停机4次，减少停机时间80个小时左右，增加了发电量，每年可为电站增加经济效益1.2万元左右；③减少了检修次数，在减轻了电站运行检修人员的劳动强度的同时，还提高了电站发电运行的可靠性。