Penyebab, Bahaya, dan Solusi Tegangan Poros Generator

Dengan meningkatnya kapasitas unit generator tunggal, tegangan poros telah menjadi masalah serius bagi generator besar yang mengadopsi sistem eksitasi mandiri statis. Bentuk gelombang tegangan poros mengandung komponen pulsa harmonik yang kompleks, yang sangat merugikan isolasi film minyak. Ketika tegangan poros tidak melebihi tegangan rusaknya lapisan oli, arus poros menjadi sangat kecil. Jika tegangan poros melebihi tegangan tembus lapisan oli bantalan, maka akan timbul arus poros yang besar pada bantalan, yang disebut arus EDM, yang akan membakar komponen bantalan dan menyebabkan kerusakan parah. Asimetri sirkuit magnetik, efek unipolar, arus kapasitif, efek elektrostatik, sistem eksitasi statis, magnetisasi permanen pada casing, poros, dll., semuanya berpotensi menyebabkan tegangan poros.

Tegangan poros mengacu pada tegangan yang dihasilkan antara dua ujung bantalan motor atau antara poros motor dan bantalan selama pengoperasian motor. Dalam keadaan normal, ketika tegangan poros rendah, lapisan oli pelumas antara poros generator dan bantalan memberikan insulasi yang baik. Namun, jika tegangan poros naik ke nilai tertentu karena alasan tertentu, lapisan oli tersebut akan rusak dan terlepas, membentuk sirkuit untuk pembangkitan arus poros. Arus poros tidak hanya mengganggu kestabilan lapisan oli, menyebabkan kualitas oli pelumas berangsur-angsur menurun, namun juga, karena arus poros melewati titik kontak logam antara bantalan dan poros—titik kontak yang sangat kecil dengan kerapatan arus yang tinggi—hal ini menghasilkan suhu yang sangat tinggi secara instan, menyebabkan pelelehan bantalan secara lokal. Paduan bantalan yang meleleh, di bawah tekanan penggulungan, memercik dan membakar lubang-lubang kecil di permukaan bagian dalam bantalan. Pada akhirnya, bantalan akan rusak karena keausan mekanis yang dipercepat, dan dalam kasus yang parah, cangkang bantalan akan terbakar, menyebabkan kecelakaan dan memaksa penghentian.

Tegangan poros generator selalu ada, namun umumnya tidak tinggi, biasanya berkisar antara beberapa volt hingga belasan volt. Namun, ketika bantalan isolasi rusak karena noda oli, kerusakan, atau penuaan, tegangan poros cukup untuk memecah lapisan oli antara poros dan bantalan, sehingga menyebabkan pelepasan muatan. Seiring waktu, hal ini secara bertahap akan menurunkan kualitas oli pelumas dan pendingin, dan dalam kasus yang parah, poros dan bantalan akan terbakar, sehingga mengakibatkan kecelakaan penghentian.

1. Penyebab Tegangan Poros Generator

(1) Tegangan Poros Disebabkan oleh Asimetri Magnetik
Ini adalah tegangan AC yang ada di kedua ujung poros generator turbin. Karena penggunaan laminasi stempel berbentuk sektor pada inti stator, eksentrisitas rotor yang berbeda, permeabilitas laminasi berbentuk sektor yang berbeda, dan alur pemandu poros yang digunakan untuk pendinginan dan penjepitan, dll., asimetri magnetis disebabkan oleh pembuatan dan pengoperasian generator, yang mengakibatkan putaran fluks magnet bolak-balik termasuk poros, bantalan, dan pelat pondasi. Hal ini menimbulkan perbedaan tegangan pada kedua ujung poros generator. Setiap jenis asimetri magnet akan menimbulkan komponen tegangan poros dengan amplitudo dan frekuensi yang sesuai. Berbagai komponen tegangan poros ditumpangkan, membuat komposisi frekuensi tegangan poros ini menjadi sangat kompleks. Komponen fundamental memiliki amplitudo terbesar, harmonik ke-3 dan ke-5 memiliki amplitudo yang sedikit lebih kecil, dan komponen harmonik yang lebih tinggi memiliki amplitudo yang sangat kecil. Tegangan poros AC ini umumnya 1~10V, dan memiliki energi yang besar. Jika tidak ada tindakan efektif yang diambil, tegangan poros ini akan membentuk lingkaran melalui pelat pondasi bantalan poros, dll., menghasilkan arus poros yang besar. Busur listrik yang disebabkan oleh arus poros dialirkan antara bantalan dan permukaan poros. Konsekuensi utamanya adalah keausan tungsten karbida pada bantalan dan permukaan poros, serta kerusakan oli pelumas yang cepat. Hal ini mempercepat keausan mekanis pada bantalan, dan dalam kasus yang parah, dapat menyebabkan cangkang bantalan terbakar.

(2) Tegangan poros disebabkan oleh muatan elektrostatis
Tegangan DC ini, yang muncul di antara poros dan pelat pembumian, dihasilkan oleh muatan elektrostatis yang dihasilkan oleh gesekan antara uap basah yang mengalir berkecepatan tinggi dan bilah silinder turbin bertekanan rendah dalam kondisi tertentu. Efek elektrostatis ini hanya terjadi sesekali pada kondisi uap tertentu dan tidak sering terjadi. Tergantung pada kondisi pengoperasiannya, tegangan poros jenis ini terkadang bisa sangat tinggi hingga mencapai ratusan volt sehingga menimbulkan sensasi kesemutan saat disentuh. Hal ini tidak mudah dialirkan ke sisi eksitasi, namun jika tidak ada tindakan yang diambil untuk menghantarkan muatan elektrostatis ini ke tanah, maka muatan tersebut akan terakumulasi pada lapisan oli bantalan di sisi turbin generator dan akhirnya terlepas pada lapisan oli, menyebabkan kerusakan pada bantalan.

(3) Tegangan poros disebabkan oleh sistem eksitasi statis
Saat ini generator turbin uap berukuran besar umumnya menggunakan sistem eksitasi statis. Karena pengaruh pergantian busur thyristor, sumber tegangan poros baru dimasukkan ke dalam sistem eksitasi statis. Sistem eksitasi statis menyuplai tegangan DC ke belitan eksitasi generator melalui penyearah thyristor statis, dan tegangan DC ini merupakan tegangan berdenyut. Untuk sistem eksitasi statis yang menggunakan jembatan tiga fasa yang dikontrol penuh, bentuk gelombang tegangan keluaran eksitasinya memiliki 6 pulsa dalam satu siklus. Tegangan berdenyut yang berubah dengan cepat ini menghasilkan tegangan AC antara poros dan tanah melalui kopling kapasitif antara belitan eksitasi generator dan badan rotor. Tegangan poros ini berdenyut dan berbentuk paku, dengan frekuensi 300Hz (bila frekuensi tegangan AC sistem eksitasi adalah 50Hz). Hal ini ditumpangkan pada tegangan poros yang disebabkan oleh asimetri magnetik, sehingga menyebabkan lapisan oli menahan tegangan lonjakan yang lebih tinggi. Ketika meningkat sampai batas tertentu, lapisan oli akan rusak, membentuk arus yang menyebabkan pembakaran dan kerusakan pada bagian mekanis.

(4) Tegangan poros disebabkan oleh sisa magnet
Ketika generator mengalami hubungan pendek yang parah atau dalam kondisi pengoperasian tidak normal lainnya, poros utama, bantalan, selubung, dan komponen lainnya sering kali termagnetisasi dan mempertahankan sejumlah sisa magnet. Garis magnet menghasilkan cabang memanjang pada bantalan, dan ketika poros utama unit berputar, gaya gerak listrik dihasilkan, yang disebut gaya gerak listrik unipolar. Dalam keadaan normal, potensi unipolar yang dihasilkan oleh sisa magnet lemah hanya dalam kisaran milivolt. Namun bila terjadi hubungan pendek antara belitan belitan rotor atau grounding dua titik, potensial unipolar akan mencapai beberapa volt hingga puluhan volt sehingga menghasilkan arus poros yang besar. Arus ini mengalir secara aksial melalui poros, bantalan, dan pelat pondasi, tidak hanya membakar poros utama dan semak bantalan tetapi juga membuat komponen-komponen ini menjadi sangat magnetis, sehingga membuat perawatan unit menjadi sulit.

2. Bahaya Akibat Tegangan Poros Generator Besarnya tegangan poros berbeda-beda tergantung pada satuan tertentu. Umumnya, semakin besar kapasitas unit, semakin besar asimetri fluks dan struktur celah udaranya. Semakin besar komponen harmonik dalam medan magnet, semakin tinggi saturasi inti, dan semakin besar ketidakrataan stator, semakin tinggi tegangan puncak poros. Bentuk gelombang tegangan poros memiliki komponen harmonik yang kompleks. Unit yang menggunakan eksitasi penyearah statis yang dapat dikontrol memiliki komponen pulsa tinggi dalam bentuk gelombang tegangan porosnya, yang sangat berbahaya bagi isolasi film minyak. Ketika tegangan poros mencapai nilai tertentu, jika tindakan yang tepat tidak diambil, lapisan oli akan rusak, sehingga menghasilkan arus poros.

Jika arus poros generator turbin uap sangat tinggi, jurnal, bantalan, dan komponen terkait lainnya yang dilalui arus poros akan terbakar. Cacing penggerak dan roda cacing pada pompa oli utama turbin akan rusak. Busur listrik yang ditimbulkan oleh arus poros akan mengikis komponen bantalan dan membuat minyak pelumas bantalan menjadi tua, sehingga mempercepat keausan mekanis bantalan. Arus poros akan memagnetisasi komponen turbin, penutup ujung generator, bantalan, dan komponen lain di sekitar poros dengan kuat, sehingga menghasilkan potensial unipolar pada jurnal dan impeler.

Ketika tegangan poros cukup tinggi untuk memecah lapisan oli antara poros dan bantalan, terjadi pelepasan muatan listrik. Rangkaian pelepasannya adalah: poros generator—jurnal—bantalan—braket bantalan—basis generator. Meskipun tegangan poros tidak tinggi (sekitar 6V untuk generator 300MW), resistansi rangkaiannya sangat kecil. Sebab, arus poros yang dihasilkan bisa sangat besar, terkadang mencapai ratusan ampere. Arus poros secara bertahap akan menurunkan kualitas oli pelumas dan pendingin, dan dalam kasus yang parah, akan membakar bantalan, memaksa penghentian dan menyebabkan kecelakaan. Oleh karena itu, selama pemasangan dan pengoperasian, tegangan antara poros dan bantalan genset harus diukur dan diperiksa.

3. Tindakan Pencegahan dan Penghapusan Tegangan Poros Generator

Tindakan pencegahan berikut biasanya dilakukan:

(1) Selama desain dan pemasangan, bantalan insulasi biasanya dipasang di antara braket bantalan di ujung eksitasi generator dan alasnya. Secara bersamaan, semua pipa minyak, sekrup, baut, dll., diisolasi.

(2) Sikat pembumian dirancang pada sisi turbin poros generator untuk melepaskan muatan elektrostatik di bagian turbin bertekanan rendah, memastikan bahwa potensi poros dan pembumian sama.

Selain menghilangkan tegangan pada poros, sikat grounding poros juga mempunyai fungsi sebagai berikut untuk melindungi motor: a. Mengukur tegangan rotor positif dan negatif ke ground. B. Berfungsi sebagai perlindungan terhadap grounding satu titik pada rotor.

(3) Untuk mengurangi tegangan poros yang disebabkan oleh asimetri rangkaian magnet pada genset turbin, tindakan untuk menghilangkan atau mengurangi komponen harmonik ketiga atau kelima pada tegangan poros dipertimbangkan selama desain generator. Struktur generator yang benar-benar baru diadopsi, dan pemasangannya secara ketat mengikuti proses pabrikan dan persyaratan desain untuk mencegah eksentrisitas rotor.

(4) Untuk mencegah tegangan poros yang dihasilkan oleh hubung singkat pembumian satu titik pada belitan rotor, perangkat pelindung pembumian dua titik untuk sirkit eksitasi diaktifkan selama pengoperasian. (5) Untuk memutus arus poros, pasang bantalan isolasi pada ujung eksitasi, termasuk di antara bantalan generator, segel oli generator berpendingin hidrogen, penyangga air masuk dan keluar dan flensa pipa masuk/keluar dari rotor generator berpendingin air, serta bantalan ekor dan pelat dasar rangka motor. Pengencang rumah bantalan dan pipa minyak yang dihubungkan ke rumah bantalan juga harus diisolasi dari bantalan; tindakan isolasi ganda dapat digunakan.

(6) Hindari asimetri sirkuit magnetik selama desain motor.

(7) Hindari fluks magnet aksial selama desain, manufaktur, dan pengoperasian motor.

(8) Isolasi rumah bantalan ke tanah.

(9) Pasang sikat grounding pada poros.

(10) Gunakan rumah bantalan non-magnetik atau kumparan tambahan.

(11) Tambahkan kapasitor bypass ke ground pada terminal keluaran jangkar motor DC.

4. Pengukuran Tegangan Poros Insulasi sikat dan bantalan pembumian rotor sangat penting untuk melindungi generator dari tegangan poros dan memastikan pengoperasian yang aman. Dalam pengoperasian sebenarnya, karena faktor-faktor seperti pemasangan dan kerusakan lingkungan pengoperasian, serta keausan, dapat terjadi grounding rotor yang buruk atau penurunan insulasi bantalan, yang menyebabkan peningkatan tegangan poros dan arus poros, yang pada akhirnya dapat merusak generator. Oleh karena itu, pengukuran tegangan poros secara teratur sangat penting untuk meningkatkan pengoperasian generator. Di bawah ini, kami merekomendasikan metode pengukuran yang relatif sederhana: Seperti yang ditunjukkan pada diagram di atas, dimana:

U1: Perbedaan tegangan antara kedua ujung poros rotor generator. Dalam keadaan normal, hal ini terutama disebabkan oleh asimetri magnet rotor. Produsen biasanya menyediakan data empiris; disarankan untuk mengukurnya setelah setiap perbaikan kecil dan membandingkannya dengan data historis.

U2 : Tegangan poros belakang generator ke ground.

U3 : Tegangan pelat logam antara lapisan isolasi bantalan belakang generator ke tanah.

A: Arus diukur pada kabel grounding dari sikat karbon grounding bagian depan generator.

U2, U3, dan A harus diukur secara berkala selama pengoperasian. Perubahan data ini dapat menunjukkan kondisi generator:

① U1 harus berada dalam kisaran yang disediakan oleh pabrikan dan tidak boleh berubah secara signifikan dibandingkan dengan data historis. Jika tidak, kondisi stator dan rotor generator harus diperiksa untuk mengetahui penyebabnya.

② U2 ≈ U3 (nilai normal). Jika U2 lebih besar dari U3 (nilai normal), maka grounding poros carbon brush perlu diperiksa. Selama pengoperasian, kabel grounding eksternal jangka pendek dapat dihubungkan ke poros depan untuk grounding, dan kemudian U2 dapat diukur dan dibandingkan.

③ U3 harus dekat dengan U2. Karena perbedaan antara U2 dan U3 mewakili tegangan yang diterapkan pada lapisan oli bantalan, tegangan berlebih dapat menyebabkan kerusakan lapisan oli. Disarankan agar perbedaan ini tidak melebihi 4V, atau U3 tidak kurang dari 70% U2. Jika tidak, kondisi insulasi bantalan ke tanah harus diperiksa, seperti kontaminasi permukaan atau penuaan insulasi.

④ Secara umum, arus A yang mengalir melalui sikat karbon pembumian poros berkisar dari beberapa miliampere hingga beberapa ratus miliampere. Jika nilai ini meningkat secara signifikan, insulasi bantalan harus diperiksa bersamaan dengan pengukuran tegangan poros.