下载文档原格式
汽轮机轴系监测系统概述汽轮机轴系监测系统作为热工保护内容的一部分，是实现汽轮机组运行自动化的机组运行自动化的基础，是保证汽轮机组安全经济运行的必备装置。
汽轮机轴系监视保护项目主要包括：汽轮机振动的监测、转子轴向位移监测、转速监测、缸胀及胀差监测、偏心监测等。
由于各个汽轮机机组的形式、结构以及组成不尽相同，因而不同形式的汽轮机所配置的监视和保护装置，其项目和要求也不尽相同。
汽轮机轴系监测（TSI）系统基本参数（一）、动态运行（振动）参数1.振幅振幅是表示机组振动严重程度的一个重要指标，它可以用位移、速度或加速度表示。
根据振幅的监测，可以判断“机器是否平稳运转”。
以前对机组振动的检测，只能测得机壳振幅，虽然机壳振幅能表明某些机械故障，但由于机械结构、安装、运行条件以及机壳的位置等，转轴与机壳之间存在着阻抗，所以机壳的振动并不能直接反映转轴的振动情况，因为机壳振动不足以作为机械保护的合适参数，但是机壳振动通常作为定期监测的参数，能及早发现叶片共振等高频振动的故障现象。
由于接近式传感器能够直接测量转轴的振动状态，所以能够提供机组振动保护的重要参数，把接近式电涡流传感器永久的安装在轴承架上，便能随时观测到转轴相对于轴承座的振幅。
振动幅值一般以峰—峰密耳位移值或峰—峰微米位移值表示。
一台运行正常的机组的振幅值都是稳定在一个允许的限定值。
一般来说，振幅值的任何变化都表明机械状态有了改变。
机组的振幅无论增加或减少，操作和维修人员均应对机组作进一步调查分析。
2.频率汽轮发电机组等旋转机械的振动频率(每分钟周期数)，一般用机械转速的倍数来表示，因为机械振动频率多以机械转速的整数倍和分数倍形式出现的。
这是表示振动频率的一种简单的方法，只把振动频率表示为转速的一倍、二倍或1/2倍等，而不用把振动频率分别表示为每分钟周期数或赫兹。
在汽缸测量中，振幅和频率是可供测量和分析的惟一主要参数，所以频率分析在汽缸振幅测量中是很重要的。
一起发电机转子一点接地故障的原因分析及处理摘要:运行中发电机发生一点接地故障不会对发电机造成危害，但必须及时处理。
结合某电厂1号机组发电机转子一点接地实际案例，从故障表象并结合电气试验、仿真分析，分析转子一点接地报警原因，给出现场检查处理的方法，提出预控措施。
关键词：发电机、转子一点接地前言发电机转子接地分为一点接地和两点接地。
转子接地有瞬时接地、断续接地、永久接地之分，也有内部接地和外部接地，金属性接地和电阻性接地之分。
发电机转子发生一点接地对发电机不会造成危害，若发展为两点接地后，会使一部分绕组短路，由于电阻减小，所以另一部分绕组电流增加，破坏了发电机气隙磁场的对称性，引起发电机剧烈震动，同时无功出力降低；如果电流较大，可能烧坏转子和汽轮机轴系、叶片等部件被磁化；由于转子本体局部通过电流，引起局部发热，使转子缓慢变形而偏心，进一步加剧振动。
下面结合某发电公司1号机组转子接地报警故障为例，对转子接地保护装置的原理、发生报警的原因及故障查找处理方法、预控措施进行分析介绍。
1机组运行概况1号汽轮发电机为WX18Z-054LLT型三相交流同步汽轮发电机，冷却方式为水氢氢，即定子绕组水内冷，定子铁芯及端部结构件氢气表面冷却，转子绕组气隙取气氢内冷冷却方式。
励磁调节器型号为WBF8-5G。
发电机转子接地保护装置为7UM6X型双端注入式发电机转子接地保护装置。
2事件概况某发电公司60MW无刷励磁机组，其励磁机电枢绕组通过二极管整流桥全波整流为发电机提供励磁电流。
励磁机励磁回路处于静止状态，其励磁电源由励磁调节器输出，励磁系统可控硅的交流电源由厂用电提供。
励磁机输出旋转二极管整流桥为三相全波整流，每组5个整流二极管，二极管正负并联阻容吸收回路。
3 事件经过某发电公司1号汽机发电机在带负荷运行后，发电机转子一点接地保护动作于报警，经现场检查，保护装置运行正常，复位后，报警依然存在。
保护装置显示的转子绕组对地泄漏电流为68mA~73mA，远大于机组报警设定值10mA。
大型发电机状态监测和故障诊断专家系统本文转载自湘电集团/一、概述电力行业是关系国计民生的基础产业，电力系统运作的好坏，直接影响到国民经济的发展和人民生活。
随着当代发电设备向高参数、大容量、超高压远距离输电的发展，其对安全性的要求越来越高。
同时，随着电力体制改革的进行，发电厂将实行竞价上网。
在发电厂的运营上，如何保证安全并降低发电成本，对设备实行更先进、更科学的管理、运行和检修体制，无论从发电厂的自身利益还是从社会的要求出发，都势在必行。
为提高设备的安全可靠性，降低检修成本，解决以往计划检修模式下存在的欠修、过修、缺乏成本核算的问题，状态检修/优化检修作为一种先进的检修模式，正逐步得到电力企业的认可和推广。
一般来说，设备状态检修/优化检修由设备状态监测系统、对监测数据进行分析、诊断的专家系统和决策系统三大部分组成，目前绝大多数的发电厂都具有一套比较完整的监测系统，但能够根据监测数据对设备状况做出诊断的专家系统，相对而言，则比较难于实现。
因此对电力设备故障诊断专家系统的研究工作已引起国内、外诸多专家的关注。
发电机是发电厂的重要设备之一，对电力系统的安全生产起着至关重要的作用。
多年来的事故统计结果表明，发电机事故的发生往往是由于对故障的早期先兆缺乏认识或没有给予足够的重视，未能及时处理，消灭故障于萌芽阶段；有时甚至会因故障的发展而导致恶性事故的发生，给电力生产乃至国民经济带来巨大的损失。
因此，提高发电机的安全运行水平、实现发电机的状态检修/优化检修具有十分重要的意义。
但由于发电机故障特有的复杂性，给发电机故障诊断专家系统的研究工作带来较大的困难，目前国内尚多属理论研究及论证的阶段。
基于这样一个背景，鉴于生产的迫切需要，北京伏安基业电气技术有限公司研究、开发了以“发电机故障诊断专家系统”为技术核心的系列软件,其中包括水氢氢冷却方式、双水内冷冷却方式、全氢冷冷却方式及空冷冷却方式的汽轮发电机故障诊断专家系统和定子水内冷和其它冷却方式的水轮发电机故障诊断专家系统。
浅谈大型机组加装次同步功率振荡监测装置的必要性及难点摘要：处于风火集中打捆送出地区的大型机组，周边风电、直流、串补等电力电子设备及其控制系统对发电机组轴系安全运行有很大影响，需安装次同步功率振荡监测设备。
汽轮机发电机组轴系扭振保护装置（TSR）解决了次同步振荡引发的轴系扭振问题，避免造成轴系某些部件或联轴器断裂或疲劳损坏，保证机组和电网的安全运行。
关键词：大型机组；次同步振荡；保护引言电力系统次同步振荡是由于系统中机械设备和电气设备动态特性耦合作用引发的一种特殊动态行为。
当电力系统发生次同步振荡时，会在机械系统的轴系和电气系统的相关变量中产生持续的，甚至增幅的扭振和振荡。
严重的电力系统次同步振荡和轴系扭振会直接导致大型汽轮发电机转子轴系的严重破坏，同时也对电力系统安全运行构成严重威胁。
大容量机组、长距离输电需要电网采用可控串补（TCSC）技术提高输电能力。
输电线路的串联电容补偿、直流输电、电力系统稳定器的加装，发电机励磁系统、可控硅控制系统、电液调节系统的反馈作用等，均有可能诱发、导致次同步功率振荡现象。
在交直流混合输电系统中，靠近直流换流站的发电机组可能产生次同步功率振荡现象。
由于汽轮机和发电机转子惯性较大，对轴系本身的低阶扭转模态十分敏感，呈低周高应力的受力状态，这种机电共振直接严重威胁机组的安全可靠运行。
大型汽轮发电机的轴系扭振是大电网大机组中存在的一个必须解决的问题，它不仅发生在国外的电力工业界，从上世纪八十年代开始，在我国电力系统中也不断有由于轴系扭振导致事故发生的报道。
1988年12月，陕西秦岭电厂5号机组的轴系在运行中发生强烈的振荡，随即轴系断为15段，5处出现裂痕。
1984年3月神头电厂3号机组在进行快关汽门的短暂快控和持续快控试验时，发现机组异常振动并听到金属碰撞声，停机检查，发现高中压缸对轮12根直径为40 mm的螺栓都受到不同程度的破坏，其中断裂7根，其余5根被打弯。
1985年10月，山西大同第二电厂的2号机组在发电机电气故障甩负荷的过程中，由于超速而造成机组严重损坏，轴系断为5截。
数据采集；数据处理；诊断。
（根据数据处理的结果，报告设附图 监测系统的原理框图数据采集数据处理诊断决策诊断软件传感装置发电机运行技术措施【电力监控专辑】备的状态）。
在有些情况下可能要依靠人来完成。
传感器仪表的读数是系统中某些部位的某些测试量的反映，例如来自电流互感器、电压互感器和加速度互感器的读数。
通常的发电机上监测用的传感器还包括传递温度、转速、振动、力矩、电磁、磨损和碎片等量的传感器。
数据采集工作为记录各个表计监测量的读数，并按时间、地点、负荷条件等汇总。
数据采集部分通常包含相互串联的三个部分：多路转换器，采样保持和模数转换器。
采样保持单元基本上是一个高速放大器，在模数转换周期内存储各输入量，并把数值大小不变的信号送给模数转换器。
模数转换器是数据采集系统的核心，要注意的是必须同时满足转换速度及精度这两方面的要求。
数据处理模块为采用一些科学的方法对采集量进行分析处理，如小波分析、频谱分析、时间平均、自相关和互相关等方法的应用问题。
诊断的功能包括，依据数据处理的结果，提出改善设备的运行状态与性能的措施，以及改进维修的计划。
当前世界一些国家采用和正在研制的发电机在线检测和诊断系统内容包括定子绕组、铁心、转子、氢（冷却）油水系统及机组轴系等各个方面。
结合我国电力工业发展现状、电机制造水平以及若干年大型发电机运行多发性事故的特点，对容量２００～３００ ＭＷ及以上的汽轮和水轮发电机，应对以下方面进行监测和诊断：定子绕组绝缘监测，主要是监测其局部放电状况；发电机内过热监测与诊断；定子绕组端部振动监测；转子绕组匝间短路监测；氢冷发电机氢气湿度及漏氢监测；汽轮发电机扭振监测与诊断。
电机的故障诊断故障诊断可以使系统在一定工作环境下根据状态监测系统提供的信息来查明导致系统某种功能失调的原因或性质，判断劣化发生的部位或部件，以及预测状态劣化的发展趋势等。
１．电机故障诊断的基本方法（１）电气分析法 通过频谱等信号分析方法对负载电流的波形进行检测从而诊断出电机设备故障的原因和程度；检测局部放电信号；对比外部施加脉冲信号的响应和标准响应等；（２）绝缘诊断法 利用各种电气试验装置和诊断技术对电机设备的绝缘结构和参数及工作性能是否存在缺陷做出判断，并对绝缘寿命做出预测；（３）温度检测方法 采用各种温度测量方法对电机设备各个部位的温升进行监测， 电机的温升与各种故障现象相关；（４）振动与噪声诊断法 通过对电机设备振动与噪声的检测， 并对获取的信号进行处理， 诊断出电机产生故障的原因和部位， 尤其是对机械上的损坏诊断特别有效。
应用科技汽轮发电机转子一点接地保护动作的分析与处理杜成文(天津石化热电厂，天津市300270)?。
蠡要】辜石化股豢暑蒜刍≥津≥公司热电部二号发电机组容量为25wM ，薅额定电压为；9曲：‘大』拓启机运行后发出转享二羔：9，接她操护信号且不能复归，通过检查分析，准确的判断出接地点发生在动磁积．输出电缆与花环连接的线路匕’处理后转子回路绝缘恢复正，f，常，并总结指出转子一点接她保护工作詹检查处理过程中须注意的几个问题。
：j ，哄键斌】转予接地；分j 酐接地最；注意事项+，’__J ．口j k j ÷…j j j 。
j ．f ¨m “‰■m }Le ‰j h …|I ‰味、i j it 一ii ／／一?r ?|l j 【jj ，i j l ?／a 。
|…一：讯t ／?-4i 、j }j ?…。
÷／tj 、t -／”j ……i l l 砩I1异常现象二号发电机组2008年3月9日一4月25曰开始大修，6月14日依据计划启动舟2发电机组，启动前测量#2发电机定子绝缘为100M O ，励磁系统绝缘为Q 1M 0，转子绝缘为1M O 。
励磁系统绝缘不合格，查看大修交接试验合格，外观检查并未发现异常，考虑发电机组刚刚大修后较长时间未启动目正值雨季，可能是勖磁回路受潮引起，经研究发电机零起升压观察情况，于是继续启机并网：6月14日6：15成功并网，运行情况良好，无异常现象；7月29月21：34舞2发电机发出转子一点接地信号，并且自动投入转子两点接地保护，闭锁横羞。
2保护动作后的分析和处理21确定励磁回路的绝缘状况利用高内阻直流电压表测量转子正滑环对地电压u1=一0．6V ，转子负滑环对地电压U 2=一”1，正负滑环之间的电压U =112：由图1可知，励磁回路完好时，U l --U 2=O V ；正极接地U 1=0v ，l U 21=u ；若接地点靠近正极接地I ul l <1／2u ，I U 21>1／2U ，I U l I+IU 21=U ,负极接地U 1=U ，l U 2l =O ，由此可判断：静2发电肌徂励磁回路接地，且非常靠近转子的滑环的正极。
大型发电机状态监测和故障诊断方法研究随着发电机的不断发展，发电机的功率越来越大，状态监测和故障诊
断也变得尤为重要。
为了提高发电机的效率和可靠性，必须实施有效的状
态监测和故障诊断。
本文介绍了大型发电机的状态监测和故障诊断方法。
首先，大型发电机的状态监测方法可以概括为三类：1.传感器监测法；
2.故障诊断系统；
3.电子监测法。
传感器监测法指的是利用各种传感器，
如温度、压力、动态数据等来监测发电机的运行状态。
故障诊断系统是一
种自动化的监测和诊断方法，它能够根据大型发电机的运行数据和故障数据，快速准确的发现故障，从而进行更有效的故障处理。
最后，电子监测
法可以看做是一种综合的监测和诊断方法，它包括了传感器监测、故障诊
断系统和计算机技术等多种手段。
其次，大型发电机的故障诊断方法也分为三类：1.基于历史数据的故
障诊断；2.基于模型的故障诊断；3.基于模糊推理的故障诊断。
基于历史
数据的故障诊断是利用发电机运行历史记录，如日志、故障记录等，通过
分析得出发电机故障的原因。
基于模型的故障诊断指的是建立发电机的动
力学模型，并利用实时监测的发电机运行参数，进行模型仿真分析，从而
进行发电机故障诊断。
发电机（汽轮机）转子接地现象、危害与处理方法及措施一、总则：1、发电机在长期运行过程中，由于转子内部受潮、冷却介质泄漏、绝缘老化以及机械振动等诸多方面的原因，容易造成转子对地绝缘水平的降低进而引发转子接地故障。
2、当转子发生一点接地故障时，虽然不会对发电机本身造成直接的危害，但若再相继发生两点接地，则将严重威胁发电机的安全。
二、转子一点接地的危害：发电机转子一点接地故障是常见的故障形式之一，发生一点接地故障时励磁绕组与地之间尚未形成电气回路，转子的励磁电压和流过转子的转子电流受到的影响很小，所以并不对发电机造成危害，此时可通过转移负荷，平稳停机后再检查故障。
三、转子两点接地的危害：1、破坏发电机气隙磁场的对称性，使气隙磁场发生畸变，气隙磁通失去平衡，引起发电机剧烈振动，使电机损坏、无功出力降低。
2、汽轮发电机励磁回路两点接地还可引起轴系和汽机磁化，后果严重。
3、若装有横差保护，还会引起其误动，因此，转子一点接地保护动作后要将横差保护加上一个短的延时，防止误动。
4、两点接地造成非短路的绕组电流增大，如果流过转子本体的短路电流大(通常以1500A为界限)，热效应烧损转子的同时还会使转子发生缓慢变形，造成偏心增大，加剧振动。
5、可能损坏其他励磁装置，导致失磁故障，危及发电机和系统的安全。
6、为确保发电机的安全运行，当发电机转子绕组发生一点接地时，应发出信号，运行人员立刻进行处理；7、若发生两点接地应立即停止发电机的运行。
因此，发电机装设转子一点和两点接地保护是非常必要的。
四、转子一点接地的现象及处理：1、发电机发生转子一点接地时，中央信号警铃响，“发电机转子一点接地”光字牌亮，表计指示无异常。
2、转子回路一点接地时，因一点接地不形成电流回路，故障点无电流通过，励磁系统仍保持正常状态，故不影响机组的正常运行。
此时，应检查“转子一点接地”保护信号是否能够复归。
3、若能复归，则为瞬时接地；若不能复归，应检查转子一点接地保护是否正常，若正常，则可利用转子电压表通过切换开关测量正、负极对地电压，鉴定是否发生了接地。
大型汽轮发电机组轴系接地状况监测
本文阐述了大型汽轮发电机组轴电压产生的原因和防范措施，通过对一台660MW发电机试验数据的分析，结合以往轴电压试验方法，提出使用万用表检测轴电压的简便新方法，直观有效地监测到轴电压水平，避免了轴瓦电腐蚀的发生。
标签：发电机轴电压；接地效果监测新方法；轴瓦电腐蚀
0 引言
汽轮发电机组发展到今天，单机容量已大幅度提高，随之而来的是轴电流的危害加剧。
轴电流的防治是现在大型汽轮发电机组的重要课题。
如何简单有效的监测接地碳刷接地状况，是防止汽轮机侧轴瓦上轴电压过大而产生轴电流的重要条件。
1 概况
本单位汽轮机为西门子生产的单轴四缸四排汽、凝汽式反动汽轮机。
发电机为西门子生产的THDF 115/67型660MW氢冷发电机。
该汽轮发电机组轴系从汽轮机至发电机励磁轴共有8块轴瓦。
汽轮机和发电机联轴器在#5、#6瓦之间，接地碳刷也安装在此处。
发电机的#6、#7瓦对地有双层绝缘，励磁轴的#8瓦对地有单层绝缘，这3块轴瓦的润滑油连接管路对地也有绝缘。
汽轮机侧的#1～#5轴瓦对地没有绝缘。
运行时整个轴系通过油膜悬浮在这8块轴瓦上，形成悬浮电位。
如果接地碳刷不能有效地将轴系上的电荷导入大地，当其累积到一定程度，就会击穿油膜，在对地没有绝缘的#1～#5轴瓦上产生轴电流，烧灼轴瓦并使润滑油脂劣化。
2009年初在#1机组D级检修期间，发现#2、#4瓦存在电腐蚀现象，如图1所示。
2 轴电压产生原因及目前所采取的措施
轴电压产生的原因有以下几种：
①磁路不对称：定子叠片接缝不对称、转子偏心、转子或定子下垂产生变化的磁通。
②轴向磁通：剩磁、转子偏心、饱和、转子绕组不对称。
③静电荷：由于蒸汽冲刷汽轮机叶片。
④转子绕组上的外加电压：静态励磁设备、电压源或者转子绕组绝缘不对称、有源的转子绕组保护。
针对上述原因，发电机在生产设计及运行后采取了以下措施来限制轴电压。
⑤对于磁路不对称、轴向磁通所产生的轴电压，发电机在设计时对与转轴有接触的部件全部采取绝缘措施，其绝缘不低于20MΩ，且#6、#7瓦采用了双层绝缘，该措施有效阻断了形成轴电流的回路。
⑥为了消除汽轮机侧静电荷产生的轴电压，在#5、#6瓦之间，即汽轮机与发电机之间安装了接地碳刷。
3 常用轴电压测量方法
轴电压测量接线如图2和图3所示。
测量方法：保留发电机接地碳刷，测量发电机汽、励两侧的轴电压U1（即图2中的电压表）。
测量励侧对地的轴电压U2（即图3中的电压表）。
在测量U2的同时，如图3所示用电流表回路将励侧油膜短路。
理论上如果轴瓦、瓦枕、密封瓦的绝缘垫良好，电流表读数应该为0。
事实上在轴瓦、瓦枕、密封瓦上都会有很小的轴电流流过。
在测量U2的过程中在毫安电流表上分别读出轴瓦、瓦枕、密封瓦上的轴电流读数，轴电流不能超过50mA。
为检查接地碳刷接地状况，在发电机汽测通过碳棒直接测量大轴的对地电流，如果电流较小，可以表明接地碳刷接地良好。
不足之处：用此方法可以很好地监测发电机侧#6、#7、#8瓦对地绝缘，但是仅仅依靠测量汽侧大轴对地电流，并不能证明接地碳刷接地状况良好，更不能证明之前所测的轴电压是否已经对汽轮机侧的轴瓦产生了不良影响。
因为大轴对地电流的大小受到轴系接地状况和高次谐波的影响，如果发电机接地碳刷接地不良，并伴随有汽轮机侧轴瓦油膜击穿，那么测量所得的对地轴电流也不是很大。
因此用此方法存在监测盲区。
4 改进后的轴电压测量方法和效果分析
当轴电压过大击穿油膜的放电过程如图4所示。
从图4中可以看到，放电前没有击穿电流，此时轴瓦间只有耦合电流。
放电电压急剧升高，电流对应也急剧增大，放电持续时间极短。
轴系上各轴瓦所承受的轴电压为第二节中各种因素产生的轴电压的向量和，用公式表示如下：
电压V是时刻变化的，不易监测。
但从生产实际出发，又需要掌控轴电压V 变化情况，确保其被限定在较低的水平；因此在保留上文所述测量方法之上，提出增加使用高精度数字万用表测量接地碳刷处大轴对地电压。
万用表测量所得数据为电压的有效值，虽不能直接反应电腐蚀放电特性，但其读数的大小和公式（1）中电压V必然存在某种联系。
为此采用以下试验来证明。
试验方法：使用FLUKE 87Ⅲ型高精度数字万用表测量#2机组接地碳刷处大轴对地电压，调整碳刷压力取若干个电压值，同时使用一台日本日置公司8846型录波仪对#3瓦处的大轴电压进行录波，录波时间20秒。
接线如图5所示：
从以上四组录波图可明确得到如下结论：
①随着接地碳刷处大轴对地电压有效值的增大，#3轴瓦处的大轴电压也明显的随之增大，当接地碳刷处轴电压增大到1V时，#3瓦轴电压个别尖波峰值超过20V，当增大到2.5V时，超过20V峰值的尖波明显增多。
②接地碳刷处大轴对地电压值低于300mV时，#3瓦处轴电压最大峰值约为10V。
相关研究表明，油膜的击穿电压一般为20V以上，因此应保证接地碳刷处大轴对地电压不要大于300mV。
5 结束语
轴瓦和油膜的放电主要受轴电压峰值影响，通过此试验可以证明，在日常生产维护时，使用高精度数字万用表测量接地碳刷处大轴对地电压数值的大小，可间接的反应轴电压的变化情况。
当高精度数字万用表所测电压值较小时，对应的轴系上的轴电压峰值较低。
即证明了接地碳刷接地状况良好，将大轴上由各种因素所产生的电荷有效导入大地。
因此为保证将汽轮机侧的轴电压峰值限制在较低的水平，应确保接地碳刷处大轴对地电压有效值在0.3V以下。
通过调整碳刷压力或者更换高导电率材料的碳刷，即可有效改善接地状况。
参考文献
[1] 西门子公司.THDF 115/67型发电机安装手册.2000.
[2] Ammann C.静止励磁的发电机中产生的轴电压——问题和解决方案[J].国外大电机，2005（3）.
[3] 倪勤.汽轮发电机组的大轴接地与轴电压[J].安徽电力，2006（6）.
[4] 张文涛，张建忠，岳啸鸣，王轶斌.660MW发电机电腐蚀实例分析[J].电网技术，2010（6）.。
