Generaattorin akselijännitteen syyt, vaarat ja ratkaisut

Yksittäisten generaattoriyksiköiden kapasiteetin kasvaessa akselijännitteestä on tullut vakava ongelma suurille generaattoreille, jotka käyttävät staattisia itseherätysjärjestelmiä. Akselijännitteen aaltomuoto sisältää monimutkaisia ​​harmonisia pulssikomponentteja, jotka ovat erityisen haitallisia öljykalvoeristykselle. Kun akselin jännite ei ylitä öljykalvon läpilyöntijännitettä, akselivirta on hyvin pieni. Jos akselin jännite ylittää laakeriöljykerroksen läpilyöntijännitteen, syntyy laakerissa suuri akselivirta, ns. EDM-virta, joka polttaa laakerikomponentteja ja aiheuttaa merkittäviä vahinkoja. Magneettipiirin epäsymmetria, yksinapainen vaikutus, kapasitiivinen virta, sähköstaattinen vaikutus, staattinen herätejärjestelmä, kotelon, akselin jne. pysyvä magnetointi voivat kaikki mahdollisesti aiheuttaa akselin jännitteen.

Akselijännite tarkoittaa jännitettä, joka syntyy moottorin kahden laakeripään välillä tai moottorin akselin ja laakerin välillä moottorin käytön aikana. Normaalioloissa, kun akselin jännite on alhainen, generaattorin akselin ja laakerin välissä oleva voiteluöljykalvo tarjoaa hyvän eristyksen. Jos akselin jännite kuitenkin nousee jostain syystä tiettyyn arvoon, se rikkoo öljykalvon ja purkaa muodostaen piirin akselin virran muodostukselle. Akselivirta ei ainoastaan ​​häiritse öljykalvon vakautta aiheuttaen voiteluöljyn asteittaista huononemista, vaan myös koska akselivirta kulkee laakerin ja akselin välisen metallisen kosketuspisteen läpi – erittäin pienen kosketuspisteen, jolla on korkea virrantiheys – se synnyttää välittömästi erittäin korkeita lämpötiloja, mikä aiheuttaa laakerin paikallisen sulamisen. Sulanut laakeriseos roiskuu ja polttaa pieniä kuoppia laakerin sisäpinnalle vierintäpaineen alaisena. Lopulta laakeri hajoaa kiihtyneen mekaanisen kulumisen seurauksena, ja vaikeissa tapauksissa laakerin kuori palaa, mikä aiheuttaa onnettomuuden ja pakottaa sammuttamisen.

Generaattorin akselijännite on aina läsnä, mutta se ei yleensä ole korkea, yleensä muutamasta voltista tusinaan volttiin. Kuitenkin, kun eristystyynyt rikkoutuvat öljytahrojen, vaurioiden tai ikääntymisen vuoksi, akselin jännite riittää rikkomaan akselin ja laakerin välisen öljykalvon aiheuttaen purkauksen. Ajan myötä tämä heikentää asteittain voitelu- ja jäähdytysöljyn laatua, ja vaikeissa tapauksissa se polttaa akselin ja laakerit, mikä johtaa sammutusonnettomuuteen.

1. Generaattorin akselin jännitteen syyt

(1) Magneettisen epäsymmetrian aiheuttama akselijännite
Se on AC-jännite, joka on olemassa turbiinin generaattorin akselin molemmissa päissä. Staattorin ytimessä käytettyjen sektorimuotoisten leimattujen laminaattien, roottorin erilaisten epäkeskisyyksien, sektorimuotoisten laminointien erilaisen läpäisevyyden sekä jäähdytykseen ja kiinnitykseen käytettävien akselin ohjausurien jne. vuoksi generaattorin valmistus ja käyttö aiheuttaa magneettista epäsymmetriaa, mikä johtaa vuorottelevaan magneettivuon, joka sisältää akselin, alustan ja silmukan. Tämä synnyttää jännite-eron generaattorin akselin molemmissa päissä. Jokainen magneettisen epäsymmetrian tyyppi aiheuttaa akselin jännitekomponentin, jolla on vastaava amplitudi ja taajuus. Eri akselijännitekomponentit ovat päällekkäin, mikä tekee tämän akselijännitteen taajuuskoostumuksesta erittäin monimutkaisen. Peruskomponentilla on suurin amplitudi, 3. ja 5. harmonisella on hieman pienempi amplitudi ja korkeammilla harmonisilla komponenteilla on hyvin pienet amplitudit. Tämä AC-akselin jännite on yleensä 1 ~ 10 V, ja siinä on suuri määrä energiaa. Jos tehokkaita toimenpiteitä ei tehdä, tämä akselijännite muodostaa silmukan akselin laakeri-peruslevyn jne. läpi, jolloin syntyy suuri akselivirta. Akselivirran aiheuttama sähkökaari johdetaan laakerin ja akselin pinnan väliin. Sen pääasiallinen seuraus on laakerin ja akselin pinnan volframikarbidin kuluminen ja voiteluöljyn nopea huononeminen. Tämä nopeuttaa laakerin mekaanista kulumista ja voi vaikeissa tapauksissa aiheuttaa laakerin kuoren palamisen.

(2) Sähköstaattisen varauksen aiheuttama akselijännite
Tämä tasajännite, joka esiintyy akselin ja maadoituslevyn välissä, syntyy sähköstaattisesta varauksesta, joka syntyy nopeasti virtaavan märän höyryn ja turbiinin matalapaineisten sylinterin siipien välisestä kitkasta tietyissä olosuhteissa. Tätä sähköstaattista vaikutusta esiintyy vain satunnaisesti tietyissä höyryolosuhteissa, eikä se ole yleistä. Käyttöolosuhteista riippuen tämän tyyppinen akselijännite voi joskus olla erittäin korkea, saavuttaen satoja voltteja, mikä aiheuttaa pistelyä kosketettaessa. Se ei johda helposti virityspuolelle, mutta jos ei ryhdytä toimenpiteisiin tämän sähköstaattisen varauksen johtamiseksi maahan, se kerääntyy laakeriöljykalvolle generaattorin turbiinin puolelle ja purkautuu lopulta öljykalvolle, mikä johtaa laakerivaurioihin.

(3) Staattisen viritysjärjestelmän aiheuttama akselijännite
Tällä hetkellä suuret höyryturbiinigeneraattorit käyttävät yleensä staattista herätejärjestelmää. Tyristorikaaren kommutoinnin vaikutuksesta staattiseen viritysjärjestelmään tuodaan uusi akselijännitelähde. Staattinen viritysjärjestelmä syöttää tasajännitettä generaattorin virityskäämiin staattisen tyristoritasasuuntaajan kautta, ja tämä tasajännite on sykkivä jännite. Kolmivaiheista täysin ohjattua siltaa käyttävässä staattisessa herätejärjestelmässä sen virityksen lähtöjännitteen aaltomuodossa on 6 pulssia yhden jakson sisällä. Tämä nopeasti muuttuva sykkivä jännite synnyttää AC-jännitteen akselin ja maan välille generaattorin herätekäämin ja roottorin rungon välisen kapasitiivisen kytkennän kautta. Tämä akselijännite on sykkivä ja piikin muotoinen, taajuudella 300 Hz (kun viritysjärjestelmän vaihtojännitetaajuus on 50 Hz). Se asettuu magneettisen epäsymmetrian aiheuttaman akselijännitteen päälle, mikä saa öljykalvon kestämään korkeampaa piikkijännitettä. Kun se kasvaa tietyssä määrin, se hajottaa öljykalvon muodostaen virran, joka aiheuttaa palamista ja vaurioita mekaanisissa osissa.

(4) Jäännösmagnetismin aiheuttama akselijännite
Kun generaattori on vakavasti oikosulussa tai muissa epänormaaleissa käyttöolosuhteissa, pääakseli, laakerit, kotelo ja muut komponentit usein magnetisoituvat ja säilyttävät tietyn määrän jäännösmagnetismia. Magneettiset linjat synnyttävät pitkittäisiä haaroja laakereihin, ja kun yksikön pääakseli pyörii, syntyy sähkömotorinen voima, jota kutsutaan unipolaariseksi sähkömoottorivoimaksi. Normaalioloissa heikon jäännösmagnetismin synnyttämä unipolaarinen potentiaali on vain millivolttialueella. Kuitenkin, kun roottorin käämityskierrosten tai kaksipistemaadoituksen välillä on oikosulku, yksinapainen potentiaali saavuttaa useista volteista kymmeniin voltteihin, jolloin syntyy suuri akselivirta. Tämä virta kulkee aksiaalisesti akselin, laakereiden ja peruslevyn läpi polttaen pääakselia ja laakeriholkkeja, vaan myös magnetoimalla näitä komponentteja voimakkaasti, mikä vaikeuttaa yksikön ylläpitoa.

2. Generaattorin akselijännitteen aiheuttamat vaarat Akselijännitteen suuruus vaihtelee tietyn yksikön mukaan. Yleisesti ottaen mitä suurempi yksikön kapasiteetti on, sitä suurempi on sen ilmavälivuon ja rakenteen epäsymmetria. Mitä suurempia harmonisia komponentteja magneettikentässä on, sitä suurempi on sydämen kyllästys ja mitä suurempi staattorin epätasaisuus, sitä suurempi on akselin huippujännite. Akselin jänniteaaltomuodossa on monimutkaisia ​​harmonisia komponentteja. Staattista ohjattavaa tasasuuntaajaherätystä käyttävien yksiköiden akselijänniteaaltomuodossa on korkea pulssikomponentti, mikä on erityisen haitallista öljykalvoeristykselle. Kun akselin jännite saavuttaa tietyn arvon, jos asianmukaisia ​​toimenpiteitä ei tehdä, öljykalvo hajoaa, jolloin syntyy akselivirtaa.

Jos höyryturbiinin generaattorisarjan akselivirta on erittäin korkea, akselin virran kulkevien tapit, laakerit ja muut niihin liittyvät komponentit palavat. Turbiinin pääöljypumpun käyttömato ja kierukkapyörä vaurioituvat. Akselivirran aiheuttama sähkökaari kuluttaa laakerikomponentteja ja vanhentaa laakerin voiteluöljyä, mikä kiihdyttää laakerien mekaanista kulumista. Akselivirta magnetoi voimakkaasti turbiinin komponentteja, generaattorin päätykansia, laakereita ja muita akselia ympäröiviä komponentteja, jolloin syntyy yksinapainen potentiaali tapeissa ja juoksupyörissä.

Kun akselin jännite on tarpeeksi korkea rikkomaan akselin ja laakerien välisen öljykalvon, tapahtuu purkausta. Purkauspiiri on: generaattorin akseli - kaukosäädin - laakeri - laakerikiinnike - generaattorin alusta. Vaikka akselin jännite ei ole korkea (noin 6 V 300 MW generaattorilla), piirin vastus on hyvin pieni. Siksi tuotettu akselivirta voi olla erittäin suuri, joskus jopa satoja ampeeria. Akselivirta heikentää vähitellen voitelu- ja jäähdytysöljyn laatua ja vaikeimmissa tapauksissa se polttaa laakerit, pakottaen sammuttamiseen ja aiheuttaen onnettomuuden. Siksi asennuksen ja käytön aikana generaattorisarjan akselin ja laakereiden välinen jännite on mitattava ja tarkistettava.

3. Generaattorin akselin jännitteen ehkäisy- ja poistamistoimenpiteet

Yleensä käytetään seuraavia ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä:

(1) Suunnittelun ja asennuksen aikana generaattorin virityspäässä olevan laakeripukin ja alustan väliin asennetaan yleensä eristyspehmuste. Samanaikaisesti kaikki öljyputket, ruuvit, pultit jne. eristetään.

(2) Generaattorin akselin turbiinin puolelle on suunniteltu maadoitusharja, joka vapauttaa sähköstaattisia varauksia turbiinin matalapaineosassa varmistaen, että akseli- ja maapotentiaalit ovat samat.

Akselijännitteen poistamisen lisäksi akselin maadoitusharjalla on myös seuraavat toiminnot moottorin suojaamiseksi: a. Roottorin positiivisen ja negatiivisen jännitteen mittaaminen maahan. b. Toimii suojana roottorin yksipistemaadoitusta vastaan.

(3) Turbiinigeneraattorisarjan magneettipiirin epäsymmetrian aiheuttaman akselijännitteen vähentämiseksi generaattorin suunnittelussa harkitaan toimenpiteitä akselijännitteen kolmannen tai viidennen harmonisen komponentin eliminoimiseksi tai vähentämiseksi. Täysin uusi generaattorirakenne on otettu käyttöön, ja asennus noudattaa tarkasti valmistajan prosessi- ja suunnitteluvaatimuksia roottorin epäkeskisyyden estämiseksi.

(4) Jotta estetään yksipistemaadoitusoikosulun aiheuttama akselijännite roottorin käämeissä, kaksipisteinen maadoitussuoja aktivoituu toiminnan aikana. (5) Akselin virran katkaisemiseksi asenna eristystyynyt virityspäähän, mukaan lukien generaattorin laakerien väliin, vetyjäähdytteisen generaattorin öljytiivisteiden, vesijäähdytteisen generaattorin roottorin tulo- ja poistovesitukien ja tulo-/poistoputkien laippojen väliin sekä perälaakeriin ja moottorin rungon pohjalevyyn. Laakeripesän kiinnikkeet ja laakeripesään kytketyt öljyputket tulee myös eristää laakereista; kaksinkertaisia ​​eristystoimenpiteitä voidaan käyttää.

(6) Vältä magneettipiirin epäsymmetriaa moottorin suunnittelun aikana.

(7) Vältä aksiaalista magneettivuoa moottorin suunnittelun, valmistuksen ja käytön aikana.

(8) Eristä laakeripesät maahan.

(9) Asenna maadoitusharjat akselille.

(10) Käytä ei-magneettisia laakeripesiä tai lisäkeloja.

(11) Lisää ohituskondensaattori DC-moottorin ankkurilähtöliittimen maahan.

4. Akselijännitteen mittaus Roottorin maadoitusharjojen ja laakereiden eristys on ratkaisevan tärkeää generaattorin suojaamiseksi akselijännitteeltä ja turvallisen toiminnan varmistamiseksi. Varsinaisessa käytössä asennuksen ja käyttöympäristön heikkenemisen ja kulumisen kaltaisten tekijöiden vuoksi voi esiintyä huonoa roottorin maadoitusta tai heikentynyttä laakerien eristystä, mikä voi johtaa akselin jännitteen ja virran kasvuun, mikä voi lopulta vaurioittaa generaattoria. Siksi akselijännitteen säännöllinen mittaus on välttämätöntä generaattorin toiminnan parantamiseksi. Alla suosittelemme suhteellisen yksinkertaista mittausmenetelmää: Kuten yllä olevasta kaaviosta näkyy, jossa:

U1: Generaattorin roottorin akselin kahden pään välinen jännite-ero. Normaaleissa olosuhteissa tämä johtuu pääasiassa roottorin magneettisesta epäsymmetriasta. Valmistajat toimittavat yleensä empiirisiä tietoja; on suositeltavaa mitata tämä jokaisen pienen huollon jälkeen ja verrata sitä historiallisiin tietoihin.

U2: Generaattorin taka-akselin jännite maahan.

U3: Generaattorin takalaakerin eristekerrosten välisen metallilevyn jännite maahan.

V: Virta mitattuna generaattorin etupään maadoitushiiliharjan maadoitusjohdosta.

U2, U3 ja A tulee mitata säännöllisesti käytön aikana. Muutokset näissä tiedoissa voivat osoittaa generaattorin kunnon:

① U1:n tulee olla valmistajan toimittaman alueen sisällä, eikä se saa muuttua merkittävästi verrattuna historiallisiin tietoihin. Muussa tapauksessa generaattorin staattorin ja roottorin kunto tulee tarkistaa syyn selvittämiseksi.

② U2 ≈ U3 (normaaliarvo). Jos U2 on suurempi kuin U3 (normaaliarvo), akselin maadoitushiiliharjan maadoitus on tarkistettava. Käytön aikana lyhytaikainen ulkoinen maadoitusjohto voidaan kytkeä etuakseliin maadoitusta varten, jonka jälkeen U2 voidaan mitata ja verrata.

③ U3:n tulee olla lähellä U2:ta. Koska ero U2:n ja U3:n välillä edustaa laakerin öljykalvoon kohdistettua jännitettä, liiallinen jännite voi aiheuttaa öljykalvon rikkoutumisen. On suositeltavaa, että tämä ero ei ylitä 4 V tai että U3 on vähintään 70 % U2:sta. Muussa tapauksessa tulee tarkistaa laakerin eristyksen kunto maahan, kuten pinnan kontaminaatio tai eristeen vanheneminen.

④ Yleensä akselin maadoitushiiliharjan läpi kulkeva virta A vaihtelee muutamasta milliampeerista useisiin satoihin milliampeereihin. Jos tämä arvo kasvaa merkittävästi, laakerin eristys tulee tarkistaa akselin jännitteen mittauksen yhteydessä.