唐紅兵　席（xí）偉

　　摘　要：軸電壓一直是水輪發電機難以消除和避免的問題（tí）。產（chǎn）生軸電流的原因有很多，基於此，主要介紹水輪（lún）發電機軸電流的形成原因，分析其危害（hài）以及處（chù）理方（fāng）法。

　　關鍵詞：感應電勢（shì）；軸電壓；軸電流；危害；處理方法
　　1.引言
　　根據水輪機軸承的種類不同，其耐受（shòu）電壓程度不同，形（xíng）成的軸電壓若超（chāo）過軸承Z大允許電壓值，會通過油膜放（fàng）電或者導電（diàn）形成軸電壓（yā），它（tā）將在軸瓦和軸承處產生（shēng）點狀（zhuàng）微孔，甚至燒壞瓦（wǎ）麵（miàn），嚴重時會造成軸頸和軸承的損壞。因此，轉子上下端各道軸（zhóu）承瓦必須加（jiā）裝絕緣墊使（shǐ）其對（duì）地絕（jué）緣（yuán），這是防止（zhǐ）水輪發電機組產生（shēng）軸電流的關鍵。
　　2.軸（zhóu）電流（liú）產生的原因
　　軸的磁化效應是轉軸由於各種原因而帶有磁性，旋轉（zhuǎn）磁場切（qiē）割導體，會在這些零件內感應起一定電位，當電位升高到足以擊穿油膜時，就（jiù）形成電流回路。這種電（diàn）流回路可能穿過整個轉子，也（yě）可能（néng）僅在軸承中或浮環（huán）密封中形（xíng）成局部的短路電（diàn）流，軸承或浮環中的短路電流又會產生新的磁場，磁化轉軸或其他（tā）零件。因此，這種磁電相互轉換，會在機組內形成很強的磁場，並出現很高的電流。由運行摩擦在大軸上產（chǎn）生的靜電（diàn）荷，使軸的電位因被充電而升高。當運轉的（de）軸接觸到旋轉體以外的任何（hé）部件時，便通過該部件進行放電，否則就要繼續積累電荷（hé），Z後（hòu）產生過（guò）高的（de）電壓。軸電流的產生如圖1-1所示
　　為了防止轉軸形成懸浮點位，一（yī）般在轉軸下端還要安裝一組接地碳刷接地。

　　發電機（jī）組軸電壓主要可分為兩部分：一是軸（zhóu）在旋轉時切割不平（píng）衡垂直軸向交鏈磁通產生的軸電壓和軸電流；二是由於存在軸向漏磁通（tōng）而在轉軸兩端產生是軸電壓。
　　3.軸電流對發電機運行的危害
　　水輪發電機軸與軸瓦采用滑動軸承，滑動軸承必（bì）須（xū）通過稀油潤滑，發（fā）電機軸承在高速轉動時，軸承與軸瓦之間會形（xíng）成油膜，以盡量減小（xiǎo）軸承與軸（zhóu）瓦之（zhī）間的摩擦，降低（dī）軸瓦的溫度（dù）。在軸電壓較低時，油膜的絕緣是不會被擊穿（chuān）的。隻有軸和（hé）軸承在旋轉過程中，造成油（yóu）膜破裂（liè）擊（jī）穿，導致軸與軸瓦形成（chéng）金屬性（xìng）接觸的瞬間，便產生相當大的（de）軸電流，這種軸電流可（kě）達到幾百安甚至上千（qiān）安，它足以把軸頸和軸瓦燒壞。由運行摩擦在軸上產（chǎn）生的（de）靜電荷，使軸的電位因被充電而升高，當旋（xuán）轉的大軸接觸到旋轉體以外的任何部件時，便通過該部件（jiàn）進（jìn）行放電，否（fǒu）則就要繼續積累電荷，Z後產生過高（gāo）的電壓。如果超過軸承油膜的絕緣（yuán）強度時，電荷在極（jí）短的時間內放電（diàn）。這種現象重複發生的結（jié）果，就能使軸和瓦麵受到損（sǔn）傷或變形，嚴重時會造成發電機運行（háng）事故。
　　在電站安裝完成以後，發（fā）電機（jī）組經過振擺測試和瓦溫考驗等（děng）機械試驗（yàn）之後，發（fā）電（diàn）機組運轉一切正常，而在進行電氣試（shì）驗過程（chéng）中，隨著（zhe）機（jī）組電壓（yā）和負荷的增（zēng）加，機組的瓦溫和振擺隨之開始上升並且較快，發現這一（yī）情（qíng）況後，立刻停機進行檢查，發現機組的上導軸瓦已損壞。
　　4.測量軸電壓的方法（fǎ）
　　測量發電機軸（zhóu）電壓時，將軸（zhóu）電壓等效成為一（yī）電勢E，將非接地端油（yóu）膜等（děng）效為等值（zhí）的可變電阻RL，接地端油膜（mó）等效為等值的可變電阻RC，軸瓦對地絕（jué）緣墊等效為絕緣（yuán）電阻（zǔ）RJ，則（zé）測量軸電壓的等效電（diàn）路如圖1-2。

　　（1）分別在發電機組（zǔ）空載和負載情況下，采用高內阻（zǔ）交流電壓表（或數字萬用表電壓檔）測量非接地端對地電壓，即為發電機（jī）空載時的電壓UO和滿負載時的電壓U1，所側電壓即為軸電壓；（2）在運行過程中（zhōng），需間隔一段時間對軸電壓（yā）進行測量，其軸電壓應小於（yú）滿負荷時的軸電壓U1；如若軸電壓（yā）大於U1，需縮短測量（liàng）間隔時（shí）間，測量值如繼續增大，建議盡快停機處（chù）理（lǐ），以免軸電（diàn）壓過大而擊穿軸承（chéng）絕緣墊，產生較大的軸電流（liú）而燒壞瓦麵。
　　5.軸電流（liú）在線監（jiān）測（cè）
　　采用測量軸電壓來判斷軸承（chéng）墊絕緣情況，比（bǐ）較危險和不方便，不能及時（shí）發現問題，因此，采（cǎi）用在線監測發電機軸電流的方式是比較安全（quán）、可靠和方便。軸電流監測保護裝置采用高性能單（dān）片機為核心控製（zhì）部件構成控製器，以及安裝在下導軸承與大軸接地碳刷之間的（de）空心環形電流互感器作為軸電流傳感器，實機監測水輪發電機組大軸產生的（de）軸電流變化（huà），經控製（zhì）器處理後，確認軸電流超（chāo）過整定值後輸出（chū）二級報警信號。
　　采用軸電流（liú）在線監測裝置監測軸電流的變化，能及時準確的發生（shēng）軸電流的變化趨勢，了解軸承（chéng）墊的絕緣變化，及（jí）時停機對軸承各絕緣進行處理，以免事態（tài）進一步擴大。采用軸電流在線監測方式的（de）優點：能及時、可靠的監（jiān）測軸電流的變化，得到及時處理，確保水輪發電機組安全可靠的（de）長期運（yùn）行。
　　6.解決方案
　　為了防止發電機軸電流的產生，必須盡量減少產生軸電壓的各種因素（sù）：1）在生產安裝發電機定轉子的時候，在規程的要求範圍內，盡（jìn）量減小定子鐵芯合縫的不平整度、減小定子矽鋼（gāng）片的接（jiē）縫間隙；2）要重視定子與轉子空氣（qì）間隙不（bú）均勻、軸（zhóu）心與磁場中心不一（yī）致、大軸擺度（dù）（振動）以及轉子繞組匝間短路（lù）的（de）問題；3）在發電機各（gè）道軸承座與地（dì）之間加裝絕緣墊的（de）方法來防止軸電流的產生，這（zhè）種方法主要是運用絕緣（yuán）墊割斷軸與軸瓦（wǎ）之間形成的回路，使軸電（diàn）流無法產生；4）對於由（yóu）靜電荷引起（qǐ）的（de）軸電壓，通常采用在發電機負荷側的軸上加一塊接地碳刷，碳刷接地必須可靠，使大軸的（de）電荷不能積累，避免大軸的電位因被充電而升高（gāo），同時避免電荷放電形成的瞬間軸電流。
　　解決軸電壓和軸電流的產生，必須重視安裝過程時對軸瓦絕緣的（de）安裝和測量，在測量軸瓦絕緣時，采用DC1000V絕緣電阻測試儀，分別對發電機各道（dào）軸瓦的每（měi）塊瓦對地之間測量絕緣，其絕緣電阻應不小於1ΜΩ，若（ruò）絕緣電阻值小於1ΜΩ，說明（míng）絕緣墊絕緣情況不良，必須處理，直至符合要求。在測量發（fā）電機軸瓦絕緣電阻時，應注意發電機的各（gè）路（lù）進出油管路法蘭連接處螺栓應配有絕（jué）緣套管及絕緣墊片，並且，絕緣良好，其（qí）絕（jué）緣電阻（zǔ）值滿足要求。
　　為了保（bǎo）證發電機在產生軸電流時的（de）安全，我（wǒ）們必須（xū）對發電（diàn）機軸電流進（jìn）行監（jiān）測，發（fā）電機軸（zhóu）瓦的破壞程度取決於軸電（diàn）流幅值的大小和作用時間的長短，及早發現和監視軸（zhóu）電流的變化趨勢就（jiù）是極為重要了。在發電機負荷側的軸上安裝一套軸電流保護裝置（zhì），當保護裝置監（jiān）測到軸電流超過設（shè）定值時，保護裝置可以聯動計（jì）算機監控係統（tǒng）事故（gù）停機，從而避免軸（zhóu）電（diàn）流造成燒瓦等重大事故。
　　7.總結
　　發電機軸電流的監測是發電機組長期正（zhèng）常運行的關鍵之（zhī）一（yī），重視軸電流的變化監測，一般情況，軸（zhóu）電流為（wéi）幾毫安到幾百毫安，而忽視它就有可能帶（dài）來嚴重的發電機運行事故，發電（diàn）機在運行中發現軸電（diàn）流（liú）隨運（yùn）行時間的增加而（ér）增大，建議盡快停機檢查處理，防止事（shì）態擴大。並且，在（zài）安裝或檢修（xiū）過程中，及時（shí）測量各軸瓦的絕緣電阻值（zhí），並更換不合格的絕緣墊片，防止在運行時發生軸電流較大而燒壞瓦麵等事故。
　　參考文獻
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來源：《江蘇商報·建築界》2013年15期