[發明專利]一種多頻段無源濾波回路軸電壓診斷和抑制裝置及方法

在審

• 申請號: 202010817101.3
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111856279A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 楊玉磊;張樹銘;陳延云;趙淼;楊慶賀;周梓菲;張二龍;李飛
• 申請（專利權）人: 中國大唐集團科學技術研究院有限公司華東電力試驗研究院;大唐鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34;H02H9/02;H02H9/04
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

一種多頻段無源濾波回路軸電壓診斷和抑制裝置及方法，涉及電氣設備狀態檢測和診斷技術領域，解決如何對大型發電機運行時不同工況下軸電壓異常進行測量和抑制；靜電效應放電開關一端與多個濾波頻率選擇開關一端并聯，靜電效應放電開關另一端與限流電阻一端連接，限流電阻另一端接地；熔斷器一端與發電機勵端大軸連接，熔斷器另一端連接于靜電效應放電開關與多個濾波頻率選擇開關并聯公共點；多個濾波頻率選擇開關另一端分別對應與多個無源帶通濾波器輸入端連接，多個無源帶通濾波器輸出端分別接在靜電效應放電開關與限流電阻連接公共點；電壓表并聯在限流電阻兩端；電路結構簡單，測量范圍廣，便于查明軸電壓異常原因，實現對軸電壓有效治理。

技術領域

本發明涉及電氣設備狀態檢測和診斷技術領域，具體來說是一種多頻段無源濾波回路軸電壓診斷和抑制裝置及方法。

背景技術

高速旋轉的電機設備的轉子軸在正常運行時會產生一定的軸電壓，如果軸電壓的抑制和防護措施不得當，一旦形成回路，就會產生軸電流。較強的軸電流會產生電弧，使潤滑迅速劣化，并引起軸頸和軸瓦合金的電腐蝕，造成故障，同時較強的軸電流還會帶來嚴重的設備磁化，引起振動等故障，導致停機事故。

在機組運行過程中，可能產生軸電壓的原因主要包括以下3個方面：

1、由于靜電效應產生的軸電壓及危害

靜電效應產生的軸電壓以靜電荷積累導致轉子大軸存在高電位的情形為主，當汽端接地碳刷接觸良好時，靜電荷可通過汽端接地碳刷將電位轉移至地電位；由于碳刷磨損后緊力不足、油污或其他雜質干擾，可能導致汽端大軸無法良好接地，因此會造成轉子大軸軸電壓大幅上升。

由于大型汽輪發電機組汽輪機低壓缸內的干蒸汽與汽輪機葉片摩擦，高速蒸汽在汽輪機轉子上產生靜電電荷，或由于與發電機同軸相連的汽輪機的軸封不好，沿軸的高速蒸汽泄漏或蒸汽在汽缸內高速噴射等原因使軸帶靜電電荷，該靜電電荷對接地狀況有關的軸電容充電，從而產生軸電壓。由于靜電荷積累誘發的軸電壓。汽輪發電機組的大軸往往是由許多段轉軸組合而成的，如汽輪機的高壓轉子、中壓轉子、低壓轉子、發電機轉子、勵磁機轉子、副勵磁機轉子等。這些轉子連接成一個整體，稱為軸系，整個軸系由若干個徑向軸(瓦)承和軸向軸承(推力瓦)來支撐，軸上的支撐點稱為軸頸，當汽輪發電機在全速運行時，整個大軸是懸浮在所有軸頸與軸瓦之間的油膜之上，因此大軸的電位是懸浮電位。

根據電工學基本理論，當電位懸浮狀態的金屬與其它介質相摩擦時就會積累正或負的靜電荷；當電位懸浮狀態的金屬產生電荷而又難以釋放時(因軸瓦的油膜具有較高的絕緣電阻)就可能積累產生高電位。汽輪發電機組的大軸正好符合這兩個條件。因為汽輪機葉片的高速轉動與蒸汽相摩擦、其末1～2級葉片與空氣相摩擦、汽輪機的主油泵葉輪與潤滑油相摩擦、發電機轉子上的風扇與氫氣或空氣相摩擦等，都會使大軸上積累靜電，所積累的靜電荷不論是正的還是負的都集中密集在汽輪機的葉片尖端，隨著汽輪機轉子而高速旋轉。又根據電工學基本理論，高速旋轉的靜電荷會在汽輪機的汽缸壁產生渦流。因為汽輪機的汽缸壁是很厚的金屬，渦流是很大的，很大的渦流不但引起能量損耗，而且會使汽缸的上下結合面和結合面的緊固螺栓燒毛，損壞了設備。另外大軸上積累靜電荷所產生的高電壓最容易在油膜上產生放電，因為油膜的間隙尺寸最小，從而使軸瓦燒毛，也會使潤滑油質逐漸劣化。

解決上述問題的方法是將大軸接地，接地后的大軸就不再是懸浮電位的金屬體了，電荷通過接地點釋放到大地，從而使大軸無法積累電荷。大軸接地點一般安裝在汽輪機低壓缸與發電機之間的軸段上，因為一般汽輪發電機組這一段是唯一外露的軸段。

2、發電機磁路不對稱引起的軸電壓及危害

發電機磁路不對稱引起的軸電壓以50Hz即基頻電壓分量為主，伴有部分3次諧波即150Hz分量和5次諧波即250Hz分量。

由于發電機磁路不對稱引起的軸電壓，按照引起磁路不對稱的原因又可以分為以下3種：