發(fā)電機組軸電流故障診斷

由于轉(zhuǎn)子帶電引起軸電流最終造成機器元件損傷的情況較早出現(xiàn)在發(fā)電機組，故一般把軸電流形成的原因與電磁效應(yīng)聯(lián)系起來。隨著大型石油、化工裝置，特別是化肥裝置中蒸汽透平驅(qū)動離心壓縮機組的應(yīng)用，軸電流影響機組長周期安全運行的問題越來越突出，它在機組的推力軸承、徑向軸承、聯(lián)軸節(jié)、浮環(huán)密封以及傳動齒輪等部位產(chǎn)生電火花放電，損傷金屬表面，破壞油膜形成。如果這種損傷沒有及時檢測到，則會給機器運轉(zhuǎn)帶來很多問題，并可能造成機器主要元件的嚴(yán)重破壞。

　　有關(guān)軸電流故障的介紹資料比較少見，在此結(jié)合生產(chǎn)中遇到的實際問題做一簡單介紹。

　　一、軸電流對轉(zhuǎn)子零件的損傷及其后果

　　旋轉(zhuǎn)中的軸須采用一定的潤滑方式使轉(zhuǎn)子與軸承保持不直接接觸，即整個轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時與靜子之間有油膜絕緣。由于轉(zhuǎn)子對地存在電阻，一旦帶電，就會建立起對地電壓，當(dāng)電壓升高到某一數(shù)值，就會在電阻最小的區(qū)域擊穿，發(fā)生電火花放電。這種放電作用所帶來的主要后果如下：

　　(1)在放電區(qū)域熔化金屬粒子，在金屬表面形成極微小的電蝕凹坑;

　　(2)凹坑的積聚使表面變得粗糙，失去光澤，如果發(fā)生在軸瓦上則會產(chǎn)生純機械磨損;

　　(3)熔化的金屬微粒進入潤滑系統(tǒng)，使?jié)櫥瑒┦艿轿廴?，整個潤滑系統(tǒng)的潤滑性能變壞，而且含有大量金屬微粒的潤滑劑會降低油膜電阻，加速電火花侵蝕的進展;

　　(4)在軸承承載區(qū)產(chǎn)生局部高溫，破壞油膜，燒壞金屬，增加磨耗，最終造成嚴(yán)重的摩擦損壞。

　　在旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，最容易發(fā)生電火花放電的部位是徑向軸承和止推軸承的承載面、齒式聯(lián)軸器的工作齒面以及浮環(huán)密封面，這些部位因運行中的多種條件變化(如負(fù)荷、溫度、潤滑狀況以及轉(zhuǎn)子振動等)，均有可能會使油膜和氣隙電阻減小，在這些部位引起電火花放電現(xiàn)象。

　　對于徑向滑動軸承，軸承電蝕凹坑的發(fā)展會使巴氏合金表面受到嚴(yán)重的腐蝕，這不僅會改變軸承的原有間隙，而且表面光潔度下降還會導(dǎo)致軸承表面的擦傷和擦痕、局部高溫和燒傷。高速輕載軸承表面巴氏合金的磨耗會使一部分軸瓦瓦塊失去對轉(zhuǎn)子軸頸的預(yù)負(fù)荷作用，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時容易誘發(fā)油膜渦動，造成轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不穩(wěn)定。而不穩(wěn)定的油膜反過來又會引起軸承油膜電阻的急劇下降，使更多的軸電流通過該區(qū)域，加劇電火花作用，彼此相互激勵，最終導(dǎo)致軸承或轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的損壞。

　　止推軸承的電火花損傷是油膜過薄引起的，推力瓦塊在電火花侵蝕下很快磨耗。據(jù)國外報道，一臺渦輪發(fā)電機組的止推軸承在軸電流的充電和放電作用下，新更換的軸承使用僅十幾天就被侵蝕得無法繼續(xù)工作。對于米契爾式止推軸承，推力瓦塊的電火花侵蝕結(jié)果使瓦塊不能很好地形成油膜，從而加速純機械磨損。假如軸向推力較大，會進一步導(dǎo)致止推軸承燒瓦或嚴(yán)重?fù)p壞，造成重大設(shè)備事故。

　　二、軸電流的成因和類型

　　軸電流的形成除了外部對轉(zhuǎn)子施加一定的電位之外，大多數(shù)則是由于下面介紹的幾種因素感應(yīng)而產(chǎn)生的。

　　對于電機類轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生軸電流的原因主要有磁力線分布的不對稱效應(yīng)以及轉(zhuǎn)軸的磁化效應(yīng)。磁力線分布不對稱通常是由于疊片層的不對稱的間隙引起的。除電機類轉(zhuǎn)子外，其他設(shè)備也會因軸的磁化效應(yīng)而產(chǎn)生軸電流。

　　軸的磁化效應(yīng)是轉(zhuǎn)軸由于各種原因而帶有磁性，例如轉(zhuǎn)子存在不平衡電流繞組使轉(zhuǎn)軸磁化，焊接、摩擦、碰撞以及電渦流裝置均可能使設(shè)備帶有磁性，并建立起磁場。旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體，會在這些零件內(nèi)感應(yīng)起一定電位，當(dāng)電位升高到足以擊穿油膜時，就形成電流回路。這種電流回路可能穿過整個轉(zhuǎn)子，也可能僅在軸承中或浮環(huán)密封中形成局部的短路電流，軸承或浮環(huán)中的短路電流又會產(chǎn)生新的磁場，磁化轉(zhuǎn)軸或其他零件(圖1-1中的兩類情況)。因此，這種磁電相互轉(zhuǎn)換，會在機組內(nèi)形成很強的磁場，并出現(xiàn)很高的電流。

　　圖1-1 轉(zhuǎn)軸上局部短路電流感應(yīng)的磁場

　　現(xiàn)代大型化工裝置中蒸汽透平驅(qū)動的離心壓縮機組雖非電力設(shè)備，但有時也會形成很高的軸電流，研究證實這是一種由粒子碰撞與摩擦引起的靜電效應(yīng)。對于蒸汽透平一離心壓縮機組，多數(shù)是由于濕蒸汽粒子碰撞使轉(zhuǎn)子帶電，尤其是冷凝式蒸汽透平，末幾級的濕含量很高，水蒸氣粒子對轉(zhuǎn)子葉片的碰撞和摩擦將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生靜電效應(yīng)而帶電。因此，在冷凝式蒸汽透平中會較多地遇到軸電流問題，而在背壓式蒸汽透平中較少發(fā)生。

　　此外，離心壓縮機和蒸汽透平轉(zhuǎn)子工作時也可能因潤滑油引起帶電，當(dāng)潤滑油通過過濾器時，由于濾網(wǎng)的通路很小，通常只有幾個微米，油分子與濾網(wǎng)的碰撞與摩擦?xí)?dǎo)致分子帶電。因為潤滑油基本上是一種非導(dǎo)電介質(zhì)，即使通過相當(dāng)長的接地管線后，油分子仍能保持帶電，并把電荷轉(zhuǎn)移到被潤滑的軸頸表面而產(chǎn)生軸電位。當(dāng)電位升高到一定值時，將在油膜電阻最低處擊穿而產(chǎn)生電火花放電。