GE发电机轴电压在线监测装置电压高报警分析

GE发电机轴电压在线监测装置电压高报警分析

刘立中

(浙江浙能镇海发电有限责任公司浙江宁波315000)

摘要：发电机组正常运行中，由于湿蒸汽阶段的电荷分离可在轴和静止部件之间产生静电电压、发电机磁路不对称及静态励磁系统输出不是纯直流等原因，在发电机励端产生轴电压是不可避免的，为了消除大轴静电电压，防止过高的轴电压破坏油膜和轴瓦，引入了大轴接地系统。GE发电机轴电压在线监测装置在实际运行当中，由于各种原因会产生误报警，本文着重阐述自身处理“轴电压大”报警的分析过程及处理方法，希望对分析解决国内同类型机组轴电压在线监测装置报警问题起到一定的借鉴意义。

关键字：GE轴电压监测装置

1.GE发电机轴电压在线监测装置原理

GE轴电压监测碳刷装置由4个碳刷组成，安装在一个的碳刷支撑上，位于发电机机侧靠背轮端部。此装置的监测功能由燃机MKVI控制系统实现，并通过监测到的电压、电流信号，给出报警信号。报警分为轴电压报警及轴电流报警两个部分。图1为该装置原理接线图：

图1GE轴电压在线监测装置原理接线图

1.1轴电流监测装置

碳刷2、4并联后通过低阻抗分流器使大轴接地，该分流器接地电阻为0.005欧姆[1]，接地电阻两侧压降信号通过就地端子排送入GE燃机MKVI控制系统，控制系统通过计算得到监测轴电流数字：I轴电流=UMKVI测量/R接地

其中，R接地=0.005欧姆

机组正常运行中，此电流一般是（几个）毫安。但是，如果电流超过监测装置的预设值，GE公司推荐报警值预设为4A，会发出轴电流高报警。

1.2轴电压监测装置

碳刷1、3并联后用于测量大轴与地之间的电压，并通过就地端子排，将轴电压信号送入GE燃机MKVI控制系统。

GE公司轴电压监测装置报警判据是一个频率，当轴电压峰值超过10V，且频率超过15Hz将会触发一个“HIGHSHAFTVOLTAGE”报警。

1.3轴电压监测系统的等效电路图

根据轴电压监测装置原理，绘制等效电路图2：

图2GE轴电压在线监测装置等效原理图

2.轴电压监测系统“轴电压高”报警的分析及处理

浙江某电厂GE公司9FA型号燃机联合循环发电机组自投产以来，轴电压监测装置频繁发出“HIGHSHAFTVOLTAGE”报警，在机组正常运行时，MKVI上显示轴电压可达2500Hz，分析报警原因，可能是励磁系统自身原因产生报警，可能是发电机内部故障引起的报警，也可能是发电机轴电压监测回路自身原因引起的误报警。下图为当时机组运行过程中MKVI控制器上显示的轴电压情况：

图3GE轴电压在线监测装置改造前MKVI显示轴电压曲线

2.1现场检查

2.1.1测量机组实际轴电压：

发电机工况：有功功率228.53MW、无功功率46.64MVar、定子电压15.52kV，使用仪表：DT930万用表，经实际测量轴电压如下：

U1=0.54V

U2=0.53V

U1——发电机两侧大轴之间电压。

U2——短路发电机两侧轴承油膜后发电机励侧轴承对地电压。

结论：实测轴电压合格，说明问题出在轴电压在线监测装置处。

2.1.2对轴电压在线监测装置进行检查

1)外观检查。经现场检查，监测装置硬件正常，碳刷、电缆及端子排等均无破损、脏污、烧蚀、放电等痕迹，大轴表面清洁，无油污和脏物等。

2)碳刷检查。逐一检查碳刷，碳刷在刷握中活动灵活，无卡涩现象，但在大轴3000rpm转动过程中，4只碳刷均有小幅振动，但无跳动现象。停机后逐一检查碳刷接触面，发现碳刷接触面光滑，氧化膜完好，碳刷与大轴接触良好，利用停机时间，对碳刷和刷握进行了清洁，保证碳刷能够在刷握内自由移动，对碳刷和刷握的清洁后，通过实际观测，“轴电压高”报警并无明显改善。

3)回路检查。现场检查电缆松紧度正常，未发现电缆有破损现象，螺丝紧固良好，经测量电缆导通性良好，没有接触不良现象，接地回路导通性良好，测量接地电阻，电阻值为0.005欧姆，电阻值正常。

4)MKVI在线监测系统检查。经仪控对MKVI后台控制系统进行检查，未发现卡件诊断报警。

2.2原因分析

经现场实测轴电压，轴电压的数据完全正常，且轴电压报警时，轴电流值为0，此时，对励磁系统各项数据进行检查，均正常，经过以上排查分析，该机组“轴电压高”报警属于轴电压在线监测系统自身配置不合理引起。

通过对轴电压在线监测系统的检查，接地碳刷、大轴、电缆及MKVI系统均无明显异常，大轴表面清洁无脏污，电缆导通性完好，4只碳刷与大轴接触良好，除碳刷在大轴3000rpm时，稳定性有所欠缺，且碳刷弹簧弹力略低之外，均无其他异常。因轴电压误报警一般是由于轴电压监测系统各元件（碳刷、电缆等）特性阻抗引起，所以具体的改进方案还是从增加系统导通性方面想办法。

2.3具体措施

经过上述原因分析，我们决定对该机组轴电压在线监测装置进行改进。

2.3.1碳刷改型

该机组原碳刷使用的美尔森LFC554型，改型为美尔森M9426型。相较于LFC554型碳刷，M9426型碳刷材质中增加了“银”的成分，LFC554型碳刷接触压降VL范围为2.3—3V，而M9426型碳刷接触压降VL降低为0.5—1.4V，接触压降大大降低的同时，大大增加了碳刷的导通性，因为轴电压本身就是很小的，而且需要将大轴上积累的电荷引入大地，所以选择导通性更好的M9426型碳刷显然是更适合的。

2.3.2刷架改型

原刷架为弹簧式楼梯型刷架，在机组运行中，碳刷有一定振动，此次改进为直插衡压式，增加碳刷在运行当中的稳定性，更换的时候，保持刷握与大轴之间的间隙，间隙一般调整至0.12至0.25英寸（3.0至6.4毫米）之间。

2.3.3电缆改型

原接地电缆为横截面积为16平方毫米，此次改型为25平方毫米，提高电缆导通性，降低电缆特性阻抗。

2.4成效

经过对监测系统进行以上改进之后，监测了该机组历次运行中轴电压情况，轴电压误报情况大大改观。燃机控制系统MKVI上显示的轴电压数据从2500Hz降低为正常为0—10Hz之间，但仍偶尔会轴电压会大于10Hz，产生误报警，改进后轴电压曲线如图4：

图4轴电压在线监测装置改进改进后MKVI轴电压曲线

此次对轴电压在线监测装置的改进说明，通过降低轴电压监测系统的特性阻抗，增加系统的导通性，从而降低轴电压误报警的思路是正确的，燃机控制系统MKVI上轴电压显示值已大幅下降，但是仍会偶尔产生误报警。下一步，我们仍会继续向着降低监测系统的特性阻抗着手，直至彻底消除轴电压误报警，只有在保证轴电压在线监测装置正常运行的情况下，才能在故障真正来临是起到真正的预警作用。

3轴电压监测装置日常检查与维护

3.1检查轴电压监测画面显示应正常，定期进行报警试验及传感器试验。

3.2碳刷的检查与维护

每班次应对碳刷进行可视检查，检查大轴接地碳刷及其刷握各部件是否干净、松动及损坏，检查碳刷磨损情况，碳刷与大轴接触应良好，与碳刷接触的轴表面是否光滑清洁，无油污和脏物，轴电压、轴电流在规定范围内。大轴应干净，用松软的刷子去除过多的残余物，工作时应特别小心，遵守有关规定。每周使用吸尘器清除一次轴电压监测装置碳粉及其他灰尘等。

当机组运行一段时间后，接地碳刷摩擦变短，可以考虑更换碳刷，若在机组运行中更换碳刷，应一次更换一个，防止接地系统开路，更换新的碳刷前，应将新的碳刷研磨良好，保证碳刷与大轴充分接触。在更换新碳刷后，由于碳刷未形成氧化膜，且因未经磨合，与大轴接触面积下降导致接触电阻增大，所以轴电压数值反而会阶段性上升，属于正常现象。

3.3电压警告和报警表明轴和接地碳刷之间接触电阻由于碳刷磨损或轴上的污染物而增大，而导致轴上电压的建立。如果问题不解决的话，将导致轴和轴承的损坏。出现电压报警时，可以通过对相关回路的检查和处理予以消除，如清扫轴和接地碳刷，对碳刷进行维护等。

3.4燃气机组一般为日开夜停的运行状态，应加强对刷架在线加热装置的检查，防止在机组停运时大轴受潮，滑环氧化生锈。

3.5MKVI在后台HMI上设置有轴电压和轴电流试验按钮，通过在轴电压、轴电流监测回路中模拟故障信号（该信号刚好超过报警值），以检验装置报警能力，该试验应每月进行一次[2]。

4结语

GE发电机轴电压在线监测装置用来实时监测轴电压和大轴泄漏电流，能够帮助运行维护人员及时发现励磁系统的初期故障及发电机大轴绝缘损坏，防止大轴电荷积聚，损坏油膜和轴瓦，但是，在实际运行当中，也会发生轴电压在线监测装置本身原则引起的误报警，在处理该误报警方面，运行维护人员也在逐渐摸索，积累经验，使该装置能够正常运行，起到应有的早起预警作用。

参考文献:

1.吴书泉周屹民GE发电机轴电压在线监测装置原理与应用

2.卢嘉华卢洪坤半山电厂#2燃机轴电压异常报警调查报告