轴电压和轴电流.doc

轴电压和轴电流连续测量华能上海燃机发电有限责任公司2007 年7 月目 次1 介绍 32 技术方面 42.1 一般介绍 42.2 轴电压的形成 42.2.1 交流轴电压 42.2.2 单极电压 42.2.3 静电荷 52.2.4 电容性轴电压 52.3 轴电压的影响 52.4 与设计有关的问题 52.5 针对轴电流的保护性手段 62.5.1 轴系的绝缘 62.5.2 轴系的接地 73 实施 73.1 测量原理 73.2 碳刷监测 73.2.1 轴接地故障监测 (励磁端) 不连接 73.2.2 轴接地 (燃机端) 不连接 84 控制和报警 84.1 传感器 84.1.1 轴电压的测量 94.1.2 轴电流的测量 94.1.3 仪表范围 94.2 试验 94.3 报警 104.3.1 轴电流范围 104.3.2 轴电压范围 115 实施 125.1 控制 125.2 报警 125.3 传感器的电源 126 供货范围 126.1 发电机制造厂提供的范围 126.2 发电机制造厂不提供的范围 127 部件和管道仪表图(P&ID) 的说明 121 介绍 1.1 本任务的定义可在相关的说明中进行参照阅读。1.2 电厂最终的设计已在有关的管道仪表图(P & ID) 系统手册中做了详细说明。1.3 列在任务定义中的数据 (如时间等) 仅作为例子，最终的数据专门列在电厂的仪表清册中。 1.4 若有任何修改, 应完整写在当前修改索引(Idex) 栏内, 此修改索引栏就在页面的边上。在以前的版本中，若有修改变化会标注空栏中, 对那些修改索引不要删除。而且，在本资料(任务定义)的封面中也包含了一张修改变化的摘要。1.5 ES680 功能图表仅适用于 50 赫兹的发电机，对于其他频率，需采用相应速度的折算系数 ( 举例来说：用于 60Hz 时, 该系数为: 60Hz/50Hz= 1.2 )。 1.6 ES680 功能图表仅适用于配套汽轮机的发电机，若配用燃气轮机，则须作相应的修正。1.7 在 ES680 功能图表中规定的设定值是典型值，它对专门的订货可能是适用的。1.8 用于本任务定义中的 O & M 显示已包括在一个独立的 “O & M 显示 ”的任务定义中。 2 技术方面2.1 一般介绍 按轴电压的来源, 因不同的影响，产生在发电机中的轴电压可能会超过 100 V。为了避免轴电压引起电流, 故发电机的轴承必须隔离起来。如果该隔离的绝缘被破坏了，可以流动的电势流就能够摧毁发电机的轴承。轴电流的连续测量可帮助你判断绝缘故障和对轴承的某种潜在的威胁。轴电压是由下列各因素引起的: 在旋转电气设备中的磁场不对称(Asymmetric) 汽机轴系上的静电荷的积累 轴的单向或交变的磁通量穿过该轴 在静态励磁系统的应用中出现的电压容性耦合 2.2 轴电压形成 有不同的类型的轴电压，它们由不同的类型的故障所引起。2.2.1 交流轴电压轴交流电压的引起是由: 在转子 - 气隙 铁心 壳体/ 轴承中的磁回路不对称 叠层铁心中使用的叠片(Laminatio)不平整均匀。 在转子绕组的匝间有毛病 转子在气隙中偏离中心 在转子中阻尼回路不对称 在定子中的相线联接装置的不对称 由於谐波与局部槽契间绕组的磁场结合而在定子轭架中出现了磁场环流。 根据他们的来源, 交流轴电压可能包含一些在基本频率下，和/或奇数整数倍的多倍谐波电压成份，他们与定子电压和/或定子电流有关。2.2.2 单极(Unipolar)电压轴磁通流过转子处而诱起轴电压时, 可能是单极电压，这个磁通是由励磁引起的。根据励磁是变化的或是恒定的, 单极电压可能是变化的, 或可能是恒定的。2.2.3 静电荷由于二媒体之间的摩擦感应, 故在汽机高速旋转的金属叶片和过热蒸气的传递层间会拾取出感应静电荷。如果轴被隔绝在零电位上, 例如被一层油膜隔离, 而电荷是不可能直接呈现中性的, 因此它就会散布在整个汽机转子的潜在表面上，当然也包括发电机的转子。这种电荷能堆积到几百伏特之高,并能破坏只有薄薄油膜的那些小小轴承。2.2.4 电容性轴电压电容性交流轴电压是由中性点电压的容性传输引起的， 它（指容性传输）来自相位控制的晶闸管（Thyristor）, 再送到转轴上，在那里通过滑环将磁场电流传输下去。这一电压可能大于100 V。2.3 轴电压的影响 按他们的效应, 这四种类型的轴电压可分成下列情况, 交流轴电压和单极电压可归类为: 感应轴电压 静电荷性和电容性交变电压可归类为: 容性轴电压感应式轴电压是能量的稳定来源。例如；若轴承, 框(构)架, 基础和转轴形成了闭环回路，轴电压就能驱动轴电流，轴电流的大小取决于轴电压以及外部电阻和接触电阻的大小。 经验表明； 在这个回路中，轴承中的油膜（或轴密封环）不能给出足够的绝缘保护，故而不能充分对抗轴电流。因此, 轴承往往配上某种形式的能阻止大电流的绝缘垫。 电容性轴电压不能够维持住大能量, 也就是说他们不能产生大的轴电流，然而，静电的能量却足以形成火花侵蚀，使轴承表面腐蚀破坏。2.4 与设计有关的问题因为设计上的特征，可能会出现轴电压，并由此产生出轴电流，例如 : 相线联接装置的不对称 局部槽契间绕组 在静态励磁系统配给的电压中出现的电容性偶合不过, 轴电压和轴电流还会由其他不定因素或副作用而引起，例如 : 叠层铁心中使用的叠片不平整均匀 转子偏心 转子绕组匝间短路 蒸汽和汽机叶片间摩擦，使轴系产生静电荷在这种情况下，我们只能估计出轴电压和轴电流的大小, 也就是说，对他们不能确切地预知。举例来说: 在 Boxberg 电厂的发电机上产生了3.06 V 的轴电压，而在 Niederau6em 电厂的同型号发电机上却产生了7.85 V 的轴电压，换句话说，这个轴电压比 Boxberg 电厂测得的高出 2.5 倍之多。在 Neckarwestheim 第 2 发电厂的发电机上，带负荷运行时，有一局部槽契绕组产生出的轴电压竟达 56 V，轴电流为 0.2安, 这是一个很大的数值。 关於潜在的轴电流，在轴承绝缘被击穿的事故下, 感应式轴电压可产生出非常大的轴电流, 而由容性轴电压产生的轴电流典型的仅不过几毫安罢了。原则上, 轴电压是在发电机做试验时于额定电压下空载工况时测量得的数值作为已知值。 在带负荷情况下，还需考虑：应将其它因定子电流和励磁成份引起的现象包括进去。这些与负荷有关的情况得结合这3个设计独立的部件来研讨，不能预知他们在在带负荷的情况下是否会使轴电压发生变化，换句话说，是否各别部件的影响会加到一起，还是会相互抵消掉，尚须关注。一台发电机明确配用的轴电压和轴电流的测量范围和极限对某些发电机来说真是太需要了。2.5 针对轴电流的保护性手段 仅靠设计手段来完全消除轴电压是不可能的。2.5.1 轴的绝缘若将轴承，密封环固定装置，密封带和其它感应式连接件绝缘起来，便可使轴系与接地电位充份地隔离开来。在有水冷却转子的发电机中, 带导电度的水流过那些加绝缘垫层的水管， 以致使励磁侧（EE）轴端对地电位呈高阻连接。只要汽机侧（TE）的接地功能起作用，这里便允许有一个对机器不会产生危害的小小轴电流流过。2.5.2 轴系接地为了消除因静电荷引起的轴电压, 可使用接地刷将转子接地，接地刷位于燃机和发电机之间，电容性的轴电压在励磁侧引出，经过装在轴和地之间的一个特别电路而排除掉。这里有一只限流电阻，只使无害的几个毫安的轴电流流过。3 实施3.1 测量原则轴电压在机务端和励磁端之间的轴上测出，而接地刷必须装在机务端，以确保大轴能充分接地。轴电压的连续测量是通过励磁侧的一个测量刷和一个传感器之间进行的，传感器担任对地高阻抗测量，在测量回路中还须安装一只熔丝。 轴电流通过一只互感器来测量，互感器接在燃机侧接地刷和燃机接地之间，电压和电流接地电位的测量必须一致，并与燃机接地电位相应。传感器将测得的电压和电流转换成4-20毫安的信号，再将它传送到热控处，到达极限后热控系统就会触发控制室中的报警信号。3.2 碳刷的监测因为轴接地的方法和轴接地刷的接触电阻决定了轴电流的大小， 同时，轴电流也能在机务端轴系的其他位置上泄放（Bleed off）入地，所以有必要对发电机的燃机侧轴接地的质量和功能进行监测。因此，热控方面就安装了一个自动试验回路，每天它插入数次（至少每天一次），此试验只有在发电机接到电网中超过 15 分钟后才生效。3.2.1 轴接地故障监测励磁端的碳刷首先用作接地故障保护的监测，但也用作测量轴电压。 燃机侧. 励磁侧. 如果碳刷与轴没有接触好，测得的轴电压就会为零，测得的轴电流仍会流过没有故障的轴接地刷，并且只有能流经电压传感器内部电阻Ri上的电流变化，Ri上的读数就会变高。3.2.2 轴接地 (燃机侧)没有连接燃机侧. 励磁侧. 因为这时拾取的轴电流不成闭合电流回路, 故测得的轴电流跌到零, 对于这种轴电压, 不可能给出确切的指示, 若不能通过闭合回路至地，想测量在整个发电机的轴长上感应出的电压也就不再有可能。现在接地呈电容性，也就是说通过轴承绝缘和轴系其它对汽缸等的容性，会对一些轴电压部件产生不利影响。由于缺乏接地，汽机上的部件便有可能出现报警。4 控制和警报4.1 传感器下表列出了传感器的类型和他们的功能。 定义设计叙述在订货 - 规定的仪表清册中。 KKS 代码 型 式 功 能 MKA40CE011 轴电流在控制室中作轴电流测量, 显示和记录 4 - 20 mA = 0 - 1 A， 5 - 1000 Hz，通过棒式互感器 1 0 A1 AMKA40CE021 轴电压在控制室中作轴电压测量, 显示和记录 4 - 20 mA = 0 - 30 V50 - 1000 HzMKA40GS001 二进制传感器在轴电压通路中的主开关上(MCB)；指示主开关 (MCB) 的跳闸4.1.1 轴电压测量在许多型号的发电机试验中, 基本的轴电压测量可选用 0 - 30 V 的测量量程, 不过, 某些型号的发电机可要求有更高的量程。目的是: 测量低压起动时的各量值( 接地刷没有接触 ), 在发电机运行期间和紧急事故时通过的故障电压。万一某处发生故障, 轴电压可能会超过 30 V 。4.1.2 轴电流的测量在紧急的故障情况下, 为达到某一目的，轴电流的测量可选在 0 - 1 O A 的量程上。但是在正常运行时，轴电流是很低的，此时传感器若选用0 - 1 O A 的量程对眼下的精度就不合适。在事故情况下，轴电流能超过报警阈值（0.1 A 和 1A）。故障严重时甚至会出现更高的电流。4.1.3 仪表极限某些型号的发电机, 有必要采用轴电压和轴电流的测量量程和极限。4.2 试验轴电压测量装置必须经过定期试验，以检查接地的质量良好否，为了达到此目的，这里将一个2 秒的脉冲送到试验回路中，每12小时一次。该试验回路将一个限流电阻并联搭接到励磁端的测量刷/接地电位上。 这个试验只有在发电机并入电网中才进行。 试验电阻 RB 并联连接到内部电阻 Ri 上，这等于给发电机感应的轴电压并上了一只闭合的低阻电流回路。不管如何, 引起轴电压的部件，例如来自滑环电容性干扰必须加以抑制。万一那些地方也因感应性部件产生了轴电压, 轴电流就有可能升高到可评估程度之上。限流电阻RB上的电流应作限定以使电流在 0.1 - 0.5 安内。并且，我们建议，可使用一试验用可变细调电阻。( 按TLRI 115/52 型的试验 )一个轴电压例如为 2.7 V 和负载电阻RB = 10 欧时，即使轴电压有小幅度的减低，也会产生出约 0.2 安的电流来！4.3 报警下表列出了报警的范围和类型: KKS 代码 取样值和设定功 能 MKA40GS001 XG51 轴电压回路中的主开关(MCB)跳闸了 MKA40CE011 XH02 0.1 A高轴电流，报警，OM (15分钟滞后)MKA40CE011 XH01 1.O A高轴电流，报警，OM ( 3秒滞后)MKA40CE021 ZV01 15 V 高轴电压，报警，OM (15分钟滞后) MKA40CE021 ZV02 0.5 V低轴电压 = 测量故障, 报警, OM ,注意: 各电流值对应于电流互感器的一次侧电流。4.3.1 轴电流的范围为了观察紧急故障的探测情况,轴电流传感器必需放在 0 - 10 安的定额范围上, 但是它对很小轴电流和甚至没有轴电流的情况，对其可靠判断的合适与否就会产生疑问。因此，对一个转子接地故障，可通过一个测试回路，在其中RB 并联到Ri上，用这个方法判别出来。如果想作一成功试验，还应注意下列事项： - 带负荷情况下轴电压可能会降低。 - 当 RB 加载时轴电压会降低。因此，此范围应该放置在预期电流 0.2 安的50% 处 (见上述说明)，例如放在 0.1 A上。在测试期间，如果轴电流小于0.1 A，故障情况就是真实的，而且经由刷子的回路是开路的。 只有在试验接地刷和将RB 并联到Ri上时，才可以触发出“转子接地故障，轴电流小于0.1 安” 的信号。正常运行时，轴电流为 10 毫安，或甚至小于隔离系统无缺陷的情况时的数值，如果指示增加到 0.1安，那就说明有故障了。这时就会给出二个范围的(0.1 和 1.0 安)交错报警。 (滞后时间分别为15分钟 和3秒)。 这个范围须和发电机并入电网时的标准相联锁，以这种观念，可确保一个够高的轴电压发电机的并入电网并在低负荷和满负荷之间时的工作情况。如果发电机不并入电网，选择的监测观念就无助于一合适的轴电流和接地刷功能的监测。4.3.2 轴电压的范围 带负荷功况下的轴电压曲线是不知道的，甚至小于空负荷工况下的轴电压值。因此推荐；在转子接地故障的测量中，取其小于已知的空负荷工况下的轴电压值的10%作为故障指示值。为了指示这个量值，传感器的范围取 0 - 30 V 便可以了。 轴电压的变化，加之负荷变化引起的感应变化将表明；影响轴电压变化的变量一定已经发生，或是增加，或是减少。但是，这不会影响到对监测轴电压范围的需要。 关于表计的测量范围，规定为 15 V 。在调试的时候，上述各范围的详细情况必须按电厂规定的条件加以检查，哪里有必要就要加以调整。发电机轴电流测量 轴电压测