الأسباب والمخاطر والحلول لجهد عمود المولد

مع زيادة قدرة وحدات المولدات الفردية، أصبح جهد العمود يمثل مشكلة خطيرة للمولدات الكبيرة التي تعتمد أنظمة الإثارة الذاتية الثابتة. يحتوي الشكل الموجي لجهد العمود على مكونات نبض توافقية معقدة، والتي تضر بشكل خاص بعزل طبقة الزيت. عندما لا يتجاوز جهد العمود جهد انهيار طبقة الزيت، يكون تيار العمود صغيرًا جدًا. إذا تجاوز جهد العمود جهد انهيار طبقة زيت المحمل، فسيتم توليد تيار عمود كبير في المحمل، ما يسمى بتيار EDM، والذي سيحرق مكونات المحمل ويسبب أضرارًا كبيرة. يمكن أن يؤدي عدم تناسق الدائرة المغناطيسية، والتأثير أحادي القطب، والتيار السعوي، والتأثير الكهروستاتيكي، ونظام الإثارة الساكنة، والمغناطيس الدائم للغلاف، والعمود، وما إلى ذلك، إلى حدوث جهد للعمود.

يشير جهد العمود إلى الجهد المتولد بين طرفي محمل المحرك أو بين عمود المحرك والمحمل أثناء تشغيل المحرك. في ظل الظروف العادية، عندما يكون جهد العمود منخفضًا، فإن طبقة زيت التشحيم الموجودة بين عمود المولد والمحمل توفر عزلًا جيدًا. ومع ذلك، إذا ارتفع جهد العمود إلى قيمة معينة لسبب ما، فسوف يؤدي ذلك إلى تكسير طبقة الزيت والتفريغ، وتشكيل دائرة لتوليد تيار العمود. تيار العمود لا يعطل فقط استقرار طبقة الزيت، مما يتسبب في تدهور زيت التشحيم تدريجيًا، ولكن أيضًا، نظرًا لأن تيار العمود يمر عبر نقطة الاتصال المعدنية بين المحمل والعمود - نقطة اتصال صغيرة جدًا ذات كثافة تيار عالية - فإنه يولد درجات حرارة عالية للغاية على الفور، مما يتسبب في ذوبان موضعي للمحمل. سبيكة المحمل المنصهرة، تحت ضغط التدحرج، تتناثر وتحرق حفرًا صغيرة على السطح الداخلي للمحمل. في النهاية، سوف ينكسر المحمل بسبب التآكل الميكانيكي المتسارع، وفي الحالات الشديدة، سوف يحترق غلاف المحمل، مما يتسبب في وقوع حادث وإجبار على إيقاف التشغيل.

يكون جهد عمود المولد موجودًا دائمًا، ولكنه ليس مرتفعًا بشكل عام، وعادةً ما يتراوح من بضعة فولتات إلى اثني عشر فولتًا. ومع ذلك، عندما تفشل الوسادات العازلة بسبب بقع الزيت أو التلف أو الشيخوخة، يكون جهد العمود كافيًا لتكسير طبقة الزيت بين العمود والمحمل، مما يتسبب في التفريغ. بمرور الوقت، سيؤدي ذلك إلى تدهور جودة زيت التشحيم والتبريد تدريجيًا، وفي الحالات الشديدة، سيحرق العمود والمحامل، مما يؤدي إلى حادث إيقاف التشغيل.

1. أسباب جهد عمود المولد

(1) جهد العمود الناتج عن عدم التماثل المغناطيسي
إنه جهد تيار متردد موجود على طرفي عمود مولد التوربين. نظرًا لاستخدام الصفائح المختومة على شكل قطاع في قلب الجزء الثابت، والاختلافات المركزية للدوار، والنفاذية المختلفة للصفائح على شكل قطاع، وأخاديد دليل العمود المستخدمة للتبريد والتثبيت، وما إلى ذلك، فإن عدم التماثل المغناطيسي يحدث بسبب تصنيع المولد وتشغيله، مما يؤدي إلى حلقة تدفق مغناطيسي متناوبة بما في ذلك العمود والمحامل ولوحة الأساس. يؤدي هذا إلى توليد فرق الجهد عند طرفي عمود المولد. كل نوع من عدم التماثل المغناطيسي سوف يتسبب في مكون جهد عمود ذو سعة وتردد مطابقين. يتم تركيب مكونات جهد العمود المختلفة، مما يجعل تكوين تردد جهد العمود هذا معقدًا للغاية. المكون الأساسي لديه أكبر سعة، والتوافقيات الثالثة والخامسة لها سعة أصغر قليلاً، والمكونات التوافقية الأعلى لها سعة صغيرة جدًا. يبلغ جهد عمود التيار المتردد بشكل عام 1 ~ 10 فولت، ويحتوي على كمية كبيرة من الطاقة. إذا لم يتم اتخاذ تدابير فعالة، فإن جهد العمود هذا سيشكل حلقة من خلال لوحة الأساس لمحمل العمود، وما إلى ذلك، مما يولد تيارًا كبيرًا للعمود. يتم تطبيق القوس الكهربائي الناتج عن تيار العمود بين المحمل وسطح العمود. والنتيجة الرئيسية هي تآكل كربيد التنغستن في المحمل وعلى سطح العمود، والتدهور السريع لزيت التشحيم. يؤدي هذا إلى تسريع التآكل الميكانيكي للمحمل، وفي الحالات الشديدة، يمكن أن يتسبب في احتراق غلاف المحمل.

(2) جهد العمود الناتج عن الشحنة الكهروستاتيكية
يتم إنشاء جهد التيار المستمر هذا، الذي يظهر بين العمود ولوحة التأريض، بواسطة الشحنة الكهروستاتيكية الناتجة عن الاحتكاك بين البخار الرطب المتدفق عالي السرعة وشفرات أسطوانة التوربين ذات الضغط المنخفض في ظل ظروف معينة. يحدث هذا التأثير الكهروستاتيكي أحيانًا فقط في ظل ظروف بخار معينة وهو غير متكرر. اعتمادًا على ظروف التشغيل، يمكن أن يكون هذا النوع من جهد العمود مرتفعًا جدًا في بعض الأحيان، حيث يصل إلى مئات الفولتات، مما يسبب إحساسًا بالوخز عند لمسه. لا يتم توصيلها بسهولة إلى جانب المثير، ولكن إذا لم يتم اتخاذ أي تدابير لتوصيل هذه الشحنة الكهروستاتيكية إلى الأرض، فسوف تتراكم على طبقة زيت المحمل على جانب التوربين من المولد ويتم تفريغها في النهاية على طبقة الزيت، مما يؤدي إلى تلف المحمل.

(3) جهد العمود الناتج عن نظام الإثارة الساكنة
في الوقت الحالي، تستخدم مجموعات مولدات التوربينات البخارية الكبيرة بشكل عام نظام الإثارة الساكنة. بسبب تأثير تخفيف قوس الثايرستور، يتم إدخال مصدر جهد عمود جديد في نظام الإثارة الساكنة. يقوم نظام الإثارة الساكنة بتزويد جهد التيار المستمر إلى ملف إثارة المولد من خلال مقوم الثايرستور الثابت، وهذا الجهد DC هو جهد نابض. بالنسبة لنظام الإثارة الساكن الذي يستخدم جسرًا ثلاثي الطور يتم التحكم فيه بالكامل، فإن الشكل الموجي لجهد خرج الإثارة الخاص به يحتوي على 6 نبضات خلال دورة واحدة. هذا الجهد النابض المتغير بسرعة يولد جهد تيار متردد بين العمود والأرض من خلال اقتران سعوي بين ملف إثارة المولد وجسم الدوار. يكون جهد العمود هذا نابضًا وعلى شكل مسمار، بتردد 300 هرتز (عندما يكون تردد جهد التيار المتردد لنظام الإثارة 50 هرتز). يتم فرضه على جهد العمود الناتج عن عدم التماثل المغناطيسي، مما يجعل طبقة الزيت تتحمل الجهد العالي. وعندما تزيد إلى حد ما، فإنها تكسر طبقة الزيت، مكونة تيارًا يسبب حرقًا وتلف الأجزاء الميكانيكية.

(4) جهد العمود الناتج عن المغناطيسية المتبقية
عندما يكون المولد شديد القصر أو في ظل ظروف تشغيل غير طبيعية أخرى، فإن العمود الرئيسي والمحامل والغلاف والمكونات الأخرى غالبًا ما تكون ممغنطة وتحتفظ بقدر معين من المغناطيسية المتبقية. تولد الخطوط المغناطيسية فروعا طولية عند المحامل، وعندما يدور العمود الرئيسي للوحدة تتولد قوة دافعة كهربائية تسمى القوة الدافعة الكهربائية أحادية القطب. في ظل الظروف العادية، فإن الإمكانات أحادية القطب الناتجة عن المغناطيسية المتبقية الضعيفة تكون فقط في نطاق الميلي فولت. ومع ذلك، عندما يكون هناك ماس كهربائى بين لفات الدوار أو نقطة التأريض ذات النقطتين، فإن الجهد أحادي القطب سيصل من عدة فولت إلى عشرات الفولتات، مما يولد تيار عمود كبير. يتدفق هذا التيار بشكل محوري عبر العمود والمحامل ولوحة الأساس، ولا يؤدي فقط إلى حرق العمود الرئيسي وشجيرات المحمل ولكن أيضًا مغنطة هذه المكونات بشدة، مما يجعل صيانة الوحدة صعبة.

2. المخاطر الناجمة عن جهد عمود المولد يختلف حجم جهد العمود اعتمادًا على الوحدة المحددة. بشكل عام، كلما زادت سعة الوحدة، زاد عدم التناسق في تدفق الفجوة الهوائية وبنيتها. كلما زادت المكونات التوافقية في المجال المغناطيسي، زاد تشبع النواة، وكلما زاد تفاوت الجزء الثابت، زاد جهد ذروة العمود. يحتوي شكل موجة جهد العمود على مكونات توافقية معقدة. تحتوي الوحدات التي تستخدم إثارة مقوم ثابت يمكن التحكم فيه على مكون نبضي عالي في شكل موجة جهد عمودها، وهو ما يضر بشكل خاص بعزل الطبقة الزيتية. عندما يصل جهد العمود إلى قيمة معينة، إذا لم يتم اتخاذ التدابير المناسبة، فسوف ينهار فيلم الزيت، مما يولد تيار العمود.

إذا كان تيار العمود لمجموعة مولدات التوربينات البخارية مرتفعًا جدًا، فسوف تحترق المجلات والمحامل والمكونات الأخرى ذات الصلة التي يمر من خلالها تيار العمود. سوف تتضرر دودة القيادة والعجلة الدودية لمضخة الزيت الرئيسية للتوربين. القوس الكهربائي الناتج عن تيار العمود سوف يؤدي إلى تآكل مكونات المحمل وتقادم زيت تشحيم المحمل، وبالتالي تسريع التآكل الميكانيكي للمحمل. سوف يقوم تيار العمود بمغنطة مكونات التوربين، وأغطية نهاية المولد، والمحامل، والمكونات الأخرى المحيطة بالعمود بقوة، مما يولد إمكانات أحادية القطب في المجلات والدفاعات.

عندما يكون جهد العمود مرتفعًا بدرجة كافية لتكسير طبقة الزيت بين العمود والمحامل، يحدث التفريغ. دائرة التفريغ هي: عمود المولد – المجلة – المحمل – قوس المحمل – قاعدة المولد. على الرغم من أن جهد العمود ليس مرتفعًا (حوالي 6 فولت لمولد بقدرة 300 ميجاوات)، إلا أن مقاومة الدائرة صغيرة جدًا. لذلك، يمكن أن يكون تيار العمود الناتج كبيرًا جدًا، حيث يصل أحيانًا إلى مئات الأمبيرات. سيؤدي تيار العمود إلى تدهور جودة زيت التشحيم والتبريد تدريجيًا، وفي الحالات الشديدة، سوف يحرق المحامل، مما يؤدي إلى إيقاف التشغيل والتسبب في وقوع حادث. ولذلك، أثناء التثبيت والتشغيل، يجب قياس وفحص الجهد بين عمود مجموعة المولدات والمحامل.

3. تدابير الوقاية والقضاء على جهد عمود المولد

عادة ما يتم اعتماد التدابير الوقائية التالية:

(1) أثناء التصميم والتركيب، عادة ما يتم تركيب وسادة عازلة بين حامل المحمل عند نهاية إثارة المولد والقاعدة. في نفس الوقت، يتم عزل جميع أنابيب النفط، والمسامير، والمسامير، وما إلى ذلك.

(2) تم تصميم فرشاة التأريض على جانب التوربين من عمود المولد لتحرير الشحنات الكهروستاتيكية في قسم الضغط المنخفض من التوربين، مما يضمن أن العمود وإمكانات الأرض هي نفسها.

بالإضافة إلى التخلص من جهد العمود، فإن فرشاة تأريض العمود تؤدي أيضًا الوظائف التالية لحماية المحرك: أ. قياس الفولتية الإيجابية والسلبية للدوار على الأرض. ب. يعمل كحماية ضد التأريض أحادي النقطة للدوار.

(3) لتقليل جهد العمود الناتج عن عدم تناسق الدائرة المغناطيسية في مجموعة المولدات التوربينية، يتم أخذ التدابير اللازمة لإزالة أو تقليل المكونات التوافقية الثالثة أو الخامسة في جهد العمود في الاعتبار أثناء تصميم المولد. تم اعتماد هيكل مولد جديد تمامًا، والتركيب يتبع بدقة عملية الشركة المصنعة ومتطلبات التصميم لمنع انحراف الدوار.

(4) لمنع جهد العمود الناتج عن دائرة قصر التأريض ذات النقطة الواحدة في ملفات الدوار، يتم تنشيط جهاز حماية التأريض ذو النقطتين لدائرة الإثارة أثناء التشغيل. (5) لقطع تيار العمود، قم بتركيب منصات عازلة في نهاية الإثارة، بما في ذلك بين محامل المولد، وأختام الزيت للمولد المبرد بالهيدروجين، ودعامات المياه الداخلة والمخرجة وحواف أنابيب الدخول/المخرج لدوار المولد المبرد بالماء، ومحمل الذيل واللوحة الأساسية لإطار المحرك. يجب أيضًا عزل مثبتات علب المحامل وأنابيب الزيت المتصلة بعلب المحامل عن المحامل؛ يمكن استخدام تدابير العزل المزدوجة.

(6) تجنب عدم تناسق الدائرة المغناطيسية أثناء تصميم المحرك.

(7) تجنب التدفق المغناطيسي المحوري أثناء تصميم المحرك وتصنيعه وتشغيله.

(8) عزل العلب تحمل على الأرض.

(9) قم بتركيب فرش التأريض على العمود.

(10) استخدم مبيتات تحمل غير مغناطيسية أو ملفات إضافية.

(11) أضف مكثفًا جانبيًا إلى الأرض عند طرف خرج عضو الإنتاج لمحرك التيار المستمر.

4. قياس جهد العمود يعد عزل فرش ومحامل تأريض الدوار أمرًا ضروريًا لحماية المولد من جهد العمود وضمان التشغيل الآمن. في التشغيل الفعلي، بسبب عوامل مثل التركيب وتدهور بيئة التشغيل، والتآكل، يمكن أن يحدث تأريض ضعيف للدوار أو انخفاض عزل المحمل، مما يؤدي إلى زيادة جهد العمود وتيار العمود، مما قد يؤدي في النهاية إلى تلف المولد. لذلك، يعد قياس جهد العمود بانتظام أمرًا ضروريًا لتحسين تشغيل المولد. أدناه، نوصي باستخدام طريقة قياس بسيطة نسبيًا: كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه، حيث:

U1: فرق الجهد بين طرفي عمود دوار المولد. في ظل الظروف العادية، يحدث هذا بشكل رئيسي بسبب عدم التماثل المغناطيسي للدوار. عادةً ما يقدم المصنعون بيانات تجريبية؛ يوصى بقياس ذلك بعد كل إصلاح بسيط ومقارنته بالبيانات التاريخية.

U2: جهد العمود الخلفي للمولد على الأرض.

U3: جهد اللوحة المعدنية بين الطبقات العازلة للمحمل الخلفي للمولد على الأرض.

ج: يتم قياس التيار على سلك التأريض الخاص بفرشاة الكربون المؤرضة الأمامية للمولد.

يجب قياس U2 وU3 وA بشكل دوري أثناء التشغيل. يمكن أن تشير التغييرات في هذه البيانات إلى حالة المولد:

① يجب أن يكون U1 ضمن النطاق الذي توفره الشركة المصنعة ويجب ألا يتغير بشكل ملحوظ مقارنة بالبيانات التاريخية. بخلاف ذلك، يجب فحص حالة الجزء الثابت والدوار للمولد لتحديد السبب.

② U2 ≈ U3 (القيمة العادية). إذا كانت U2 أكبر من U3 (القيمة العادية)، فيجب فحص تأريض فرشاة الكربون المؤرضة للعمود. أثناء التشغيل، يمكن توصيل سلك التأريض الخارجي قصير المدى بالعمود الأمامي للتأريض، ومن ثم يمكن قياس ومقارنة U2.

③ يجب أن تكون U3 قريبة من U2. نظرًا لأن الفرق بين U2 وU3 يمثل الجهد المطبق على طبقة الزيت الحاملة، فإن الجهد الزائد قد يتسبب في انهيار طبقة الزيت. من المستحسن ألا يتجاوز هذا الاختلاف 4 فولت، أو ألا يقل U3 عن 70% من U2. بخلاف ذلك، يجب التحقق من حالة عزل المحمل للأرض، مثل تلوث السطح أو تقادم العزل.

④ بشكل عام، يتراوح التيار A الذي يتدفق عبر فرشاة الكربون المؤرضة من بضعة ملي أمبير إلى عدة مئات من المللي أمبير. إذا زادت هذه القيمة بشكل ملحوظ، فيجب فحص عزل المحمل بالتزامن مع قياس جهد العمود.