西门子THDF108型燃机发电机轴电流异常升高分析

2017-12-01郑州燃气发电公司赵刚王帅

电力设备管理 2017年10期

关键词：集电环燃机轴瓦

郑州燃气发电公司赵刚王帅

郑州燃气发电公司赵刚王帅

发电机轴电流作为发电机运行的一项重要监视指标，对发电机运行状态、轴瓦绝缘状态有重要的参考。通过多次试验，依托收集的数据资料，最终成功解决本次重大缺陷，本文简述了轴电流故障产生的原因及处理，为国内其他该机组该问题的处理提供经验。

燃机；发电机轴电流；运行状态

1 引言

郑州燃机安装两台西门子SGT-4000F燃机，配套发电机为西门子THDF108、58型燃机发电机，2007年投产以来多次发生发电机轴电流异常升高现象。

发电机轴电流作为发电机运行的一项重要监视指标，对发电机运行状态、轴瓦绝缘状态有重要的参考。通过多年来与上海电气、西门子专家的多次交流，依托积累的数据资料，最终成功解决本次重大缺陷。

2 故障现象分析

2.1 故障简介

2017年5月4日，#2机组启动后，#2发电机轴电流异常升高，最大值2.8A，轴电流高2值报警，轴电压为0.5至0.8V之间，西门子设计要求正常运行时发电机轴电流应该小于0.3A。

我公司采用燃气轮机和汽轮机共带一个发电机的布置方式，其轴系布置见图1。

2.2 故障原因查找

机组停运后，拆开发电机两侧小端盖，检查L3、L4瓦轴瓦、瓦枕、密封瓦情况，发现以下问题并处理：

a、发现励侧瓦枕与发电机本体间有一金属丝短接[1]；

b、发现燃机侧密封瓦未接线，瓦枕接线错误；

c、两侧轴瓦瓦震探头金属穿线管与发电机本体接触，造成轴瓦对地绝缘无法测量。

将以上问题处理后，L3、L4瓦绝缘恢复正常。数据见表1。

2.2.2 短轴和集电环轴绝缘

轴瓦绝缘处理正常后，轴电流仍然存在，进一步检查：取下L5处碳刷后，L3处轴电流表计显示为0A；4瓦处大轴对地电压0.99V，5瓦处大轴对地电压0.99V，4瓦处和5瓦处之间电压0V，电阻为0Ω，通过示波器检查，L3、L5处轴电流波形具有一致性。

其中，k∈[0,3]，i∈[1,Q]，Q=NSmax。因此，Q=2π/θ。另外，参数为两个在[0,1]之间的随机变量。当排除了以上4种充电失败情况发生的概率后，可推得基于波束成形的一对一无线充电成功的概率为：

结论：a、短路点位于发电机外部；b、短轴和集电环轴两侧存在金属接触；大地-L3接地碳刷-发电机转动轴-发电机短轴-L5接地碳刷-大地共同构成导通回路，形成轴电流。经研究决定解体检修，对短轴和集电环轴的绝缘做进一步的检查并修复。

图1 轴系布置图

表1 轴瓦绝缘数据

2.2.3 励磁短轴解体检查

a、在短轴拆卸之前，查阅西门子图纸：该对轮为止口配合，螺栓连接。对轮端面轴向接触处由绝缘垫片隔离开；在止口配合径向区域处由绝缘环隔离开；螺栓连接处由绝缘套管及螺栓端面绝缘垫片隔离开。对轮连接后凸台与凹槽轴向端面金属区域未直接接触，呈中空部位，即空气隔离[2]。测量了三个位置的跳动，如图2所示，跳动数据见表2。

图2 跳动测量点示意图

表2 短轴拆开前的轴跳动数据单位：0.01mm

b、第一轮跳动测量完成之后，短轴和集电环轴的联轴器采用木块支撑，同时将聚四氟乙烯绝缘材料插入短轴和L5轴瓦之间，避免测试时测试电流经L5瓦接地。使用万用表和兆欧表在500 VAC电压测量短轴和集电环轴之间的绝缘电阻，结果都显示为0 Ω。联轴器螺栓依次拆卸，每拆卸一个螺栓后，万用表和兆欧表都测量一次短轴和集电环轴之间的绝缘电阻，结果显示都为0 Ω。

c、解体后在励磁短轴端部止口台阶处发现直径3mm，高度2mm金属屑，后经深度检查、清理，还发现很多金属屑残留在集电环端面的螺纹孔中，此螺纹孔是用于集电环加工时车床万向节连接（见图3）。

d、所有绝缘部件，包括连接螺栓的绝缘套筒，绝缘垫片，Nomax垫片，两轴端之间的两个绝缘环，经视觉检查，没有发现变颜色，变形，磨损，油污，或爬电损坏等情况。金属部件如连接螺栓，销子情况良好。

结论：短轴和集电环轴之间止口以内的端面没有绝缘材料。两个端面的间隙为2mm(公称尺寸)。在集电环止口发现的金属屑尺寸直径大约3mm，大于此间隙。如果运行时金属屑停留在此间隙当中，它会导致短轴和集电环轴之间的电气连接，然后，大地-汽端接地碳刷-发电机转轴-集电环轴-金属屑-短轴-短轴上的接地碳刷-大地形成一个电路回路，产生轴电流。