Подстуловая изоляция подшипников генератора
Описание
Для предотвращения образования замкнутой цепи тока через вал и подшипники, в соответствии с требованиями Правила устройства электроустановок (ПУЭ), турбогенераторы должны иметь электрическую изоляцию одного из подшипников от фундаментной плиты. При этом у синхронных машин должны быть изолированы подшипник и водородное уплотнение со стороны контактных колец и все подшипники возбудителя.
Конструкция изолированного подшипника и водородных уплотнений
должна обеспечивать проведение периодического контроля их изоляции во время работы агрегата. У синхронного компенсатора подшипники должны быть электрически изолированы от корпуса компенсатора и маслопроводов. У гидрогенераторов подпятники и подшипники, расположенные над ротором, должны быть электрически изолированы от корпуса.
В качестве изоляционного материла должен применяться только стеклотекстолит, т.к. он обладает высокой механической прочностью, не расслаивается и не впитывает масло. Гетинакс и текстолит под действием нагрузок в процессе эксплуатации расслаивается и может впитывать масло в изоляционный слой, что приводит к снижению сопротивления изоляции подшипника.
Подстуловая изоляция подшипника
выполняется из двух листов стеклотекстолита с металлическим листом (прокладкой) посередине для обеспечения возможности контроля мегомметром каждого изоляционного листа. При этом каждый нижний лист должен быть шире верхнего на 15-20 мм по всему периметру для предотвращения образования токопроводящих мостиков из грязи и масла. Сверху этот «пирог» необходимо покрыть изоляционным лаком для защиты от грязи и влаги.
Кроме основной изоляции (между стулом и фундаментной плитой) осуществляют изоляцию болтов, крепящих стояки к плите, и конических контрольных штифтов. Фундаментные болты подшипника должны иметь изоляционные шайбы и втулки для предупреждения соприкосновения болта и корпуса подшипника.
Для предотвращения протекания подшипниковых токов так же изолируют маслопроводы. На каждом маслопроводе изолированного подшипника и водородного уплотнения следует устанавливать два последовательно электрически изолированных фланцевых соединения.
Изолированная часть трубы не должна иметь металлического соединения с фундаментной плитой. Для этого между фланцами вставляют изолирующую кольцевую прокладку с некоторым припуском по диаметру. На фото показана изоляция фланцев маслопровода, она состоит из стеклотекстолитовых втулок (2), и шайб (1) и кольцевой изоляционной прокладки (3), установленной между фланцами.В качестве изоляторов должны применяться специально изготовленные шайбы, прокладки и втулки, а не обрезки резины, текстолита или поранита.
При водяном охлаждении подшипников трубопровод, подводящий воду к изолированному подшипниковому стояку, должен иметь вставку из резиновой трубки того же сечения, длиной не менее 100 мм. Часть трубопровода, присоединенная к стояку, также не должна иметь металлического соединения с фундаментной плитой.
Корпус водородного уплотнения
со стороны возбудителя должен иметь изоляцию относительно торцевого щита генератора, состоящей из: прокладки, шайб и втулок крепежных болтов.
Изоляция датчиков вибрации на корпус изолированного подшипника
Металлорукава от контрольных датчиков по всему пути следования на корпусе подшипника должны иметь изоляцию с внешней стороны, что бы не шунтировать подшипник на землю.
Подстуловая изоляция генератора что это
Чем опасны паразитные токи в валах и подшипниках генераторов? Какие принимаются меры для их устранения?
Из-за неравномерности зазора между ротором и статором, зазоров в стыках между пакетами активной стали и другим причинам магнитная система машины в какой-то мере несимметрична. Если эту несимметричность условно изобразить в виде зазора л правой половине сердечника (рис. 1), то при повороте ротора на 90° магнитные сопротивления потокам Ф1 и Ф2 сравняются, а при дальнейшем вращении сопротивление для потока Ф1 станет меньше, чем для потока Ф2. потом вновь сравняется, затем станет меньше для потока Ф2 и т. д. Это приводит к изменению величины магнитных потоков и вызывает появление в теле ротора токов, которые, если не принять мер, будут протекать не по пути с большим
Рис. 1. Схема протекания токов, вызванных несимметрией магнитной системы.
а—поперечный разрез; б—продольный разрез; 1 — путь тока с большим индуктивным сопротивлением; 2—путь тока с малым индуктивным сопротивлением.
индуктивным сопротивлением, а по пути 2 (через подшипники и станину), имеющему значительно меньшее индуктивное сопротивление. Из-за малого сопротивления, даже при малых значениях наведеной э.д.с. токи по валу и подшипникам могут достигнуть нескольких тысяч ампер. Этот ток даже при меньших значениях вызвал бы повреждение червячных пар и подшипников турбины, а также подшипников и вкладышей уплотнений генераторов. Поэтому у машин с горизонтальным валом под стул подшипника со стороны возбудителя и под подшипники возбудителя, а у вертикальных гидрогенераторов под лапы верхней крестовины устанавливаются изоляционные прокладки. Кроме того, подшипники изолируются от маслопроводов с установкой коротких участков труб с двумя изолированными фланцами, позволяющими контролировать состояние изоляции каждого маслопровода на работающей машине. В машинах с водородным охлаждением изолируется от торцевого щита и от маслопроводов корпус уплотнения со стороны возбудителя.
Сопротивление изоляции стула подшипника, измеренное перед сборкой подшипника, должно быть не менее 1 МОм. При работе генератора не реже чем 1 раз в месяц следует проверять по схеме рис. 2, не нарушилась ли эта изоляция. При этом измеряется напряжение U1 на концах вала и U2 между изолированным стулом и плитой. При замере напряжения U2 сопротивление изоляции масляных пленок на подшипнике со стороны турбины и
Рис. 2. Измерение напряжения для проверки состояния изоляции стула подшипника.
на том подшипнике, на котором производится измерение, шунтируют, как показано на рис. 2. Если напряжения U1 и U2 равны, то изоляция стула подшипника исправна. Если же напряжение U2 равно нулю, то изоляция нарушилась.
При работе паровой турбины вследствие трения лопаток последних ступеней ротора о влажный пар происходит заряд ротора электричеством. Величина напряжения, которое может сообщить подобный заряд ротору, зависит от сопротивления изоляции масляной пленки подшипников и доходит до 800 В и выше. Напряжение, создаваемое зарядом ротора от пара, затрудняет обслуживание турбины, так как при прикосновении к валу, например при измерении частоты вращения ручным тахометром или при протирке деталей вблизи вала, персонал “бьет током”. Искровые разряды электричества через масляную пленку повреждают поверхности червячных пар и выводят их из строя. Поэтому для отвода заряда с ротора турбины на его валу в доступном месте, a при отсутствии такой возможности и внутри корпуса подшипника устанавливается электрощетка, скользящая по валу и отводящая заряд. Обеспечение надежного контакта этой щетки с валом турбины не менее важно, чем поддержание в исправном состоянии изоляции подшипников.
Паразитные токи в подшипниках электрических машин могут быть вызваны различными причинами. С этим явлением приходится встречаться главным образом в крупных синхронных машинах, реже — в асинхронных двигателях и машинах постоянного тока.
Токи в подшипниках опасны тем, что образующиеся в масляном слое между шейками вала и вкладышами маленькие электрические дуги разъедают поверхности шеек и вкладышей, перенося баббит на шейки вала, что вызывает чрезмерный нагрев подшипников и даже расплавление заливки вкладышей. Кроме этого, электрическое действие тока портит масло, вызывая его почернение. Это также увеличивает нагревание подшипников.
Такие же повреждения шеек валов и вкладышей могут быть и от других причин, неэлектрического характера; к ним следует отнести недоброкачественность баббитовой заливки, наличие воды в масле, кислотность масла, ненормальные условия работы вкладышей и т. д. Поэтому для установления действительной причины повреждений приходится часто применять метод последовательного исключения отдельных причин.
Ниже приводятся основные причины появления паразитных токов в валу и подшипниках.
1. Несимметрия магнитного поля машин. Из-за несимметрии магнитного поля может иметь место при вращении ротора пульсирующий поток в замкнутом контуре, образованном валом ротора / (рис. 3), подшипниками 2, фундаментной плитой 3 и масляными зазорами подшипников. Так как сопротивление этой цепи незначительно, то возникающая даже небольшая ЭДС вызывает в ней циркуляцию значительных токов. Индуктированная ЭДС может достичь нескольких десятых долей вольта, а иногда нескольких вольт. Если электрическая машина соединена с другой машиной, то вызванный указанной ЭДС ток может повредить подшипники или другие части второй машины.
Рис. 3. Путь прохождения токов в подшипниках Рис. 4. Магнитные линии при наличии стыков
в стали статора.
Рис. 5. Стыки в сегментах статорной стали.
Рис. 6. Путь магнитных линии при неравномерном зазоре между ротором и статором.
Асимметрия магнитного потока имеет место из-за чисто конструктивных недостатков или по причинам эксплуатационного характера. К конструктивным причинам относятся, например, наличие стыков в активной стали при разъемном статоре или наличие в последнем осевых вентиляционных каналов. При наличии стыков (рис. 4) число магнитных линий, замыкающихся через стыки (линии 2 и 4), может оказаться меньшим, чем число магнитных линий, замыкающихся через другие части системы (линии / и 3). Наличие стыков в сегментах статорной стали (рис. 5) может также служить причиной появления токов в подшипниках.
Причинами эксплуатационного характера являются, например, неравномерный зазор между ротором и статором или короткие замыкания в катушках полюсов, создающие магнитную асимметрию. При неравномерном зазоре (рис. 6) магнитные линии стремятся замкнуться по пути наименьшего сопротивления, охватывая вал ротора. При вращении ротора контур “вал — подшипники — плита” пронизывается переменным магнитным потоком и в нем индуктируется ЭДС.
2. Униполярная индукция. Токи в подшипниках могут возникнуть от продольного намагничивания вала синхронной машины при коротком замыкании части витков в одном из полюсов, вследствие чего часть магнитного потока замыкается через шей-
Рис. 7. Местный ток в шейке вала и подшипнике от униполярной индукции.
Рис. 8. Короткое замыкание в обмотке ротора турбогенератора вследствие одновременного замыкания обмотки на корпус и заземления цепи возбуждения: / — возбудитель; 2 и 3 — подшипники турбогенератора; 4 — изоляция подшипника.
ки вала, подшипники и фундаментную плиту. При вращении вала машины в результате униполярной индукции возникает местный постоянный ток, замыкающийся через шейку вала в подшипниках (рис. 7). Продольное намагничивание вала может произойти и от намагничивающего действия токоотводов, находящихся вблизи вала.
Мера, принимаемая обычно против подшипниковых токов,— изоляция подшипниковых стояков от фундаментной плиты — не препятствует протеканию местных токов от униполярной индукции.
Для устранения или уменьшения токов от униполярной индукции следует размагнитить вал либо изменить расположение токоотводов.
3. Короткое замыкание в обмотке ротора (якоря) через подшипники. Это имеет место в случае замыкания обмотки ротора (якоря) на вал при одновременном заземлении во внешней цепи ротора. На рис. 8 показан такой случай для ротора турбогенератора. В результате замыкания обмотки ротора на его бочку в точке а и заземления цепи возбудителя / в точке б ток протекает через неизолированный подшипник 2 (путь тока показан стрелками).
Рис. 9. Размещение изолирующих подкладок для предотвращения токов в подшипниках.
В подобных случаях повреждение шеек вала и подшипниковых вкладышей может быть весьма значительным, что потребует немедленного ремонта.
4. Электрический заряд роторов турбогенераторов от действия пара на ротор турбины. При зарядке ротора турбины паром на валу роторов агрегата появляется высокое напряжение. Значение его зависит от состояния масляной пленки, через которую заряд стекает в землю. Между валом и подшипниками иногда наблюдается проскакивание искры. Измерение сопротивления изоляции подшипника показывает полную ее исправность. Напряжение же между валом и корпусом машины, если измерить его магнитоэлектрическим вольтметром с большим внутренним сопротивлением (200 кОм и больше), оказывается больше напряжения между кольцами ротора. Пики напряжения по осциллограммам достигают 400 В и более. Результаты измерения сильно зависят от внутреннего сопротивления вольтметра, которым производится измерение. При измерении вольтметром с меньшим сопротивлением напряжение понижается, а при включении лампы накаливания между валом и корпусом генератора показания вольтметра падают до нуля; лампа при этом не загорается. Несмотря на значительные напряжения от электростатических зарядов, вызываемый ими ток обычно не представляет опасности вследствие незначительной мощности источника.
Чтобы обслуживающий персонал не испытывал неприятного ощущения при соприкосновении с валом агрегата, рекомендуется установить на валу со стороны турбины щеточку, заземляемую через сопротивление порядка 100 Ом.
Из всех рассмотренных паразитных токов наибольшую опасность представляют токи вследствие несимметрии магнитного поля машины.
Одним из основных методов устранения паразитных подшипниковых токов, вызываемых пульсирующим магнитным потоком в контуре “вал — подшипники — фундаментная плита”, является изоляция подшипниковых стояков от фундаментной плиты, чем прерывается цепь тока. Обычное размещение изолирующих подкладок под подшипниковыми стояками различных машин и агрегатов показано на рис. 9, где буквой Т обозначены машины переменного тока, а буквой П — машины постоянного тока; изолирующие подкладки показаны жирными линиями.
При соединении одной машины с первичным двигателем или с приводной машиной (рис. 9, а) изолируют передний подшипник (со стороны, противоположной приводу) независимо от
того, установлены ли машины на одной общей фундаментной плите или на разных плитах. Изоляция стоек подшипников агрегатов, состоящих из нескольких машин, установленных на одной общей плите, в зависимости от их взаимного расположения показана на рис. 9, б, в и г. В синхронных машинах, соединенных непосредственно с другими машинами и имеющих возбудитель на общей фундаментной плите с основной машиной (причем возбудитель также непосредственно соединен с основной машиной), изолируют подшипник основной машины и подшипники возбудителя (рис. 9, д.). В синхронных компенсаторах, работающих без соединения с другими машинами и находящихся на общей фундаментной плите с возбудителем, изолируют подшипник со стороны, противоположной возбудителю (рис. 9, е).
Изоляция подшипников двигателя переменного тока, при установке его на общей фундаментной плите с двумя приводимыми им машинами М, показана на рис. 9, ж. Для изоляции подшипниковых стояков применяют гетинакс или текстолит толщиной 2—5 мм. Изоляционные подкладки должны вы ступать за пределы стояков на 5—10 мм от краев по всему контуру.
Рис. 10. Изоляция подшипникового стояка.
Наряду с главной изоляцией (изоляционные подкладки между стояками и фундаментной плитой) осуществляют изоляцию еще и болтов, крепящих стояки к плите, и конических контрольных штифтов.
На рис. 10 показана главная изоляция и изоляция болтов подшипникового стояка. Между фундаментной плитой / и стояком 3 проложен лист гетинакса 2, болт изолирован бакелитовой трубкой 6 толщиной 2 мм. Изолирующую шайбу 4 из гетинакса надевают на трубку 6; внутренний диаметр шайбы должен равняться внешнему диаметру трубки; внешний диаметр изолирующей шайбы должен быть несколько больше диаметра металлической шайбы 5; трубка 6 должна быть установлена заподлицо с металлической шайбой, причем трубка должна выступать за пределы стенки стояка.
Рис.11. Изоляция контрольного штифта
Изоляция контрольного штифта (рис. 11) состоит из спрессованного на штифте электрокартона / и текстолитовой шайбы 2. Так как штифты должны быть плотно пригнаны к их гнездам, то, кроме изолированных штифтов, поставляются штифты и без изоляции, под полный размер конического отверстия; этими штифтами производят временную заштифтовку, после чего вспомогательные штифты заменяют изолированными.
Для предотвращения протекания подшипниковых токов по другому пути (кроме прерванного изоляционными подкладками под подшипники) изолируют также маслопровод (рис. 12). Для этого между фланцами вставляют изолирующую кольцевую прокладку из гетинакса с некоторым припуском по диаметру. Изолированная часть трубы не должна иметь металлического соединения с фундаментной плитой. На рис. 13 показана изоляция фланцев маслопровода; она состоит из бумажно-бакелитовых трубок / и гетинаксовых шайб 2; между фланцами проложена кольцевая прокладка 3 также из гетинакса.
Рис. 12. Изоляция маслопровода подшипникового стояка
Рис. 13. Изоляция фланцев маслопровода
Существуют также конструкции фланцевых соединений маслопровода, не требующие изоляции болтов трубками и шайбами.
При водяном охлаждении подшипников трубопровод, подводящий воду к изолированному подшипниковому стояку, должен иметь вставку из резиновой трубки того же сечения, длиной не менее 100 мм. Часть трубопровода, присоединенная к стояку, также не должна иметь металлического соединения с фундаментной плитой.
Изоляция подшипников генератора
Для защиты вкладышей подшипников и шеек роторов от электроэрозионного износа, вызванного контурными токами, корпуса подшипников турбогенераторов изолируют от земли.
В соответствии с требованиями Правила устройства электроустановок (ПУЭ), турбогенераторы мощностью более 3 МВт должны иметь электрическую изоляцию одного из подшипников от фундаментной плиты для предотвращения образования замкнутой цепи тока через вал и подшипники. При этом у синхронных машин должны быть изолированы подшипник со стороны контактных колец, водородное уплотнение и все подшипники возбудителя. На каждом маслопроводе изолированного подшипника и водородного уплотнения следует устанавливать два последовательно электрически изолированных фланцевых соединения.
Конструкция изолированного подшипника
и водородных уплотнений должна обеспечивать проведение периодического контроля их изоляции во время работы турбогенератора. Контроль состояния изоляции корпусов подшипников в процессе эксплуатации выполнятся не реже одного раза в месяц. Изоляционные свойства масла подшипников не оцениваются, однако можно измерить сопротивление масляной пленки в изолированном подшипнике.
Контроль изоляции подшипников
На основании Сборника распорядительных материалов по эксплуатации энергосистем, РАО «ЕЭС России» часть 1, п.6.3, для безаварийной эксплуатации турбогенераторов необходимо:
— Контролировать изоляцию корпусов подшипников генератора, возбудителя и подвозбудителя относительно «земли».
— Проводить измерение изоляционных свойств масляной пленки в подшипниковых узлах и водородных уплотнениях вала генератора.
Контроль изоляции подшипника в период ремонта
выполняют при каждой сборке подшипника. Контроль осуществляется с помощью мегаомметра на напряжение 1000 В путем измерения сопротивления следующих узлов подшипника:
— каждого из двух изоляционных листов, установленных под корпусом подшипника (подстуловой изоляции);
— каждой изоляционной вставки маслопровода;
— каждого изолированного болта крепления корпуса подшипника к закладной плите (фундаменту);
В период эксплуатации контроль состояния изоляции подшипников
генераторов и их масляных пленок осуществляется не реже одного раза в месяц. Контроль выполняют в соответствии с методикой, изложенной в эксплуатационном циркуляре Ц-05-88 (Э). При этом измеренной сопротивление изоляции корпуса подшипника должно быть не менее 2 кОм, масляной пленки — не менее 1 кОм.
Измерение сопротивления торцевых щитов/диффузоров, имеющих металлические уплотнения вала, и изолированных фланцев маслопроводов в период эксплуатации требует специальных знаний у персонала станции или применение готовых схем контроля, например устройства серии JUVTEK К40.
Устройство контроля изоляции подшипников
— контроль сопротивления подшипника осуществляется независимо от наличия/отсутствия заземления ротора турбогенератора;
— методика измерения изоляции полностью соответствует действующим руководящим документам – Эксплуатационный циркуляр Ц-05-88(Э);
— контроля отскока релейных щеток;
— автоматическое измерение всех контролируемых параметров;
— передача измеренных данных в АСУ в цифровом (Modbus RTU) или аналоговом виде (4-20мА).
Борьба с подшипниковыми токами генераторов
5. Борьба с подшипниковыми токами генераторов
Подшипниковые токи в генераторах образуются из-за несимметрии магнитного сопротивления магнитной цепи генератора, которая приводит к возникновению в генераторе пульсирующего с оборотной частотой магнитного потока. На рис.28 несимметрия указана условно в виде дополнительного воздушного зазора в правой части сердечника статора. Естественно, что в таком случае магнитный поток в правой части Ф1 меньше потока в левой части Ф2. При вращении ротора в нем возникает пульсирующий магнитный поток, наводящий в роторе, в осевом направлении, пульсирующую ЭДС. Возникающая ЭДС создает ток 1-2 (рио.28,6), замыкающийся через концы вала подшипники и станину генератора.
Рис.28.Схема протекания токов, вызванных несимметрией магнитной системы
Подшипниковая ЭДС равна всего нескольким вольтам, но из-за малого сопротивления цепи подшипниковые токи могут достигать тысяч ампер. Основная опасность подшипниковых токов в том, что они проходят через подшипники, прожигают масляную пленку и выводят подшипник из строя.
Борьба с возникновением подшипниковых токов заключается в создании изоляционного промежутка, на их пути. Для этого (рис.29) один подшипник вала генератора изолируется от станины и корпуса генератора изоляционными прокладками. Кроме того, изоляционными вставками должны быть снабжены все трубопроводы, подходящие к данному подшипнику, а экраны кабелей должны быть изолированы от подшипника.
Рис.29. Измерение напряжений для проверки состояния изоляции стула подшипника