大型水轮发电机轴电流保护
浅谈水轮发电机轴电流的产生和对轴承的保护
浅谈水轮发电机轴电流的产生和对轴承的保护发布时间：2021-12-07T03:12:42.901Z 来源：《当代电力文化》2021年25期作者：王勋勇[导读] 水轮发电机组在运行时难免地造成轴压，并造成径向电流量王勋勇贵州蒙江流域开发有限公司贵州 561108摘要：水轮发电机组在运行时难免地造成轴压，并造成径向电流量，如发电机组避免轴流式对策不合理，轴流式将穿透浮油，因为滚动轴承接地装置，导致润滑脂电蚀，油变质差，比较严重的时候会烧蚀活塞销，产生安全事故，立即危害发电机组的安全性。
概述了水轮发电机组轴压，轴电流造成的缘故，轴流式检测基本原理及防范措施。
关键词：水力发电机；电磁场；轴压；电流量轴；滚动轴承绝缘层前言：带功率运作的水轮发电机组在电机转子的前后两边都是会造成磁感应轴工作电压，尽管轴压上的标值并不算太大，仅有几伏，可是因为主轴轴承电阻器不大，依据相关参考文献，当滚动轴承浮油被破坏时，在主轴轴承与曲轴中间会造成比较大的滚动轴承控制回路电流量，依据相关参考文献报导，滚动轴承电密做到或超出0.2A/cm2，机浮油炭化，使润滑脂润化实际效果降低，导致活塞销溫度上升，危害发电机组发电机组安全性运作，比较严重的时候会导致发电机组重要运作安全事故。
当今，针对轴流式难题仍欠缺合理的测算和剖析方式。
一般状况下，生产厂家依据自身的工作经验设定较大轴流式警报系统，一旦发觉轴流式出现异常扩大或轴流式出现异常，应该马上停止运行。
为了更好地减少轴流式，避免滚动轴承烧蚀，一般制造业企业在设计方案时都是会采用一些防范措施，如安裝绝缘层，安裝轴流式检验设备，可避免滚动轴承烧蚀，确保发电机组安全性平稳运作。
一、径向电流量的制造以及伤害在不一样负荷情况下，发电机组的励磁电通常随发电机组负荷的转变而更改。
轴流式造成的前提条件是主轴轴承两边存有轴压，轴工作电压的造成，一般觉得关键缘故如下所示。
电机定子铁芯一般是选用片状提排铁氧体磁芯，在片间存有接缝处，与此同时电机定子，电机转子中间难以避免地会出现一定的轴力，我国有关规范对这一轴力规定是不可以满足需要的，这一轴力规定是不可以满足需要的。
轴电流保护动作的原因查找和防范措施
陈建 新
（广 东省 飞来 峡水利枢 纽 管理局 广 东 清远 ５１ １８２５）
［摘 要 ］介 绍飞来 峡 水 电厂 水轮 发 电机 轴 电流 的 产生 原 因，结 合机组 投运 以来 不 同故 障类 型 的发 电机 轴 电流 保护 动作 的查 找和 处 理，并提 出防范措 施 。
１ 轴 电压 轴 电流 发电机在 转动 过程 中，由于发 电机 中的磁 力不 平衡，在发 电机 转轴 的两端 就会 产生 感应 电势，这个 感应 电势 也称 为轴 电压 。造 成发 电机磁 场 不平衡 ，进 而产 生轴 电压 的原 因 以下几 方 面 ：由于制 造 、安装及 检 修工 艺等 原 因造 成 的 磁路 不均衡 及气 隙不对 称 ：定 子或 转子 回路 的接地 、短路 等故 障情况 ：机组运 行在振 动区或 如机组故 障 的振 动造 成的转子 和定 子不能完 全同心运 行 ：其他 如 静 电荷的积 累 以及测温 元件 绝缘 破损等 因 素都可 能导 致轴 电压 的产生 。从 以 上描述 可 以看 出，运 行中 的机 组产 生轴 电压 是 不可避 免 的，只 是大 小 的问题 。 当轴 电压 达到 一定值 时，通过轴 承及 其底座 等 形成 闭合回路 产生 电流，这 个 电流称 为轴 电流 。 如果 水轮 发 电机 在运 行过 程 中轴 承通 过较 大 的轴 电流 ， 在 轴颈和 轴瓦之 间产生 电弧侵蚀，如不 及时处 理，可能会 出现破坏 油膜，轴承温 度 升高 ，润 滑油 碳化 变质，甚 至烧 瓦等严 重 的后果 。一般 的水轮 发 电机都 设置 有 轴 电流 保护 或 限制 措施 ，以保 证机 组 的 安全运 行 。
［关键词 ］水轮 发 电机 轴 电流保 护 动作 原 因 查 找和防 范
大型水轮发电机轴电流保护
大型水轮发电机轴电流保护发表时间：2018-04-13T16:53:11.020Z 来源：《电力设备》2017年第33期作者：张伟[导读] 摘要：本文介绍轴电压、轴电流形成的原因及影响，主要对型轴电流保护装置和型通用可编程变送器绝缘监测装置的原理展开探究。
（大唐观音岩水电开发有限公司四川攀枝花 617000）摘要：本文介绍轴电压、轴电流形成的原因及影响，主要对型轴电流保护装置和型通用可编程变送器绝缘监测装置的原理展开探究。
其次探讨了大型水轮发电机组运行时两种原理轴电流保护存在的问题，并提出相应的处理措施。
关键词：水轮发电机组；转子；轴电流；轴电流保护引言随着水电事业的发展，现在我国投产的水电站机组的单机容量越来越大，发电机组的运行稳定对整个电力系统的安全运行起着越来越大的影响。
大型水轮发电机组在正常运行过程中，由于安装结构、运行环境等原因，将在发电机主轴上产生轴电压，所产生的轴电压一般都比较小，但当轴电流回路的绝缘被破坏后，其回路电阻很小，如不采取相应措施，就会在发电机主轴与轴瓦间产生轴电流，轴电流的长期存在，将侵蚀轴领与轴瓦，甚至会造成发电机大轴与轴瓦被烧坏。
所以说科学安装和配置有效的轴电流保护装置，对于水轮发电机安全、稳定运行而言具有非常重大的现实价值。
1 轴电压、轴电流的产生及影响发电机组在运行过程中，由于定子磁场存在不平衡，使得水轮发电机的转子上产生与轴相交的交变磁通和轴向的感应电势，称为轴电压。
造成发电机产生轴电压的原因主要有以下几种：1、由于制造及安装工艺等原因，机组在运行中主轴又存在一定的摆动，发电机不可避免地会出现转子和定子不能完全同心运行，使发电机定、转子之间的空气间隙不均匀，造成磁阻不一致从而磁路不对称。
2、发电机异常工况下，电机中环绕轴的各种闭合回路，会使转轴、轴瓦等部件磁化并保留一定的剩磁，磁力线在轴瓦处产生纵向支路，存在纵向磁通。
当机组大轴转动时，就会产生电势，称为单极电势。
水轮发电机组轴电流异常原因分析及处理
水轮发电机组轴电流异常原因分析及处理摘要：本文简要介绍了轴电流保护的功用和原理；通过采用排除法找到了轴电流异常超标的原因，得出了机组一次轴电流并无异常，而其以转频为主的二次轴电流异常问题与机组励磁电流和机组转速有关，其产生原因系转子上部的励磁空间磁场在轴CT中产生电磁感应所致；提出了行之有效的处理对策解决了机组轴电流异常超标问题。
关键词：水轮发电机组轴电流空间磁场原因分析处理对策引言闽东水电开发公司周宁水电站位于福建省周宁县境内，是穆阳溪梯级开发的第二级电站，装有2台设计水头为400m的混流式水轮发电机组，其单机容量为125MW，额定转速为428.6r/min。
其发电机型号为SF125-14/5380，采用具有上下两个导轴承的立轴悬式结构，其推力轴承位于转子上方并布置在上机架中心体上部，上导轴承布置在上机架中心体内。
轴CT采用哈尔滨市华新电力电子设备厂生产的专用穿心式轴电流互感器，其变比为2/0.005，饱和倍数为10倍，二次输出绕组共有2组，分别为工作绕组和试验绕组。
轴CT安装在上机架中心体下部，亦即转子和上机架中心体之间。
据发电机组厂家推荐，轴电流二次输出报警整定值为5mA，即对应一次轴电流为2A。
轴电流保护作为水轮发电机的一套后备保护，对机组的安全运行起着不可或缺的作用。
周宁水电站两台机组自2005年4月投产以来，一直存在轴电流严重超标问题。
轴电流保护装置一直在误发报警信号，根本无法起到轴电流保护作用。
1 轴电流保护的原理由于定、转子之间的气隙不均匀以及定子铁芯的局部磁阻较大、磁路不对称等原因，导致发电机的定子磁场存在不平衡，这会使得水轮发电机的转子上产生与轴相交的交变磁通和轴向的感应电势即轴电压。
在轴承绝缘良好时，轴电流是相当小的，而当轴承某一部位绝缘不良或轴电压大于油膜的击穿值时，轴电流将明显增大，该轴电流将使轴瓦发生电蚀而损伤甚至毁坏，并加速轴承润滑油的变质老化。
轴电流保护装置由轴CT和轴电流信号装置组成，主要用于监测轴电流中的工频基波50Hz 分量及其三次谐波150Hz分量。
水电厂发电机组轴电流的危害及防范措施
水电厂发电机组轴电流的危害及防范措施摘要：机组在正常运行时一旦出现轴承绝缘性能下降,此时在较高的轴电压作用下将会产生较大的轴电流。
当通过瓦面的轴电流密度超过0.2A/cm2,就可能对轴瓦产生电腐蚀,油膜遭到破坏,危及机组安全运行。
为此,合理配置及装设可靠的轴电流保护装置,在大型水轮发电机组的保护中显得尤为重要。
基于此，本文主要对水电厂发电机组轴电流的危害及防范措施进行分析探讨。
关键词：水电厂；发电机组；轴电流；危害；防范措施前言同步发电机的磁路往往不对称，这种不对称通常是由于定子铁心组合缝、定子硅钢片接缝、定子与转子空气间隙不均匀造成的。
发电机主轴在这种不对称磁场中旋转，会在其两端产生交流电压即轴电压，如果电机主轴两端轴承没有绝缘垫，这个电压就会通过电机两端轴承支架形成电流回路，这个电流叫轴电流。
在发电机运行过程中，如果在电机两轴承端或转轴与轴承间存在轴电流时，将会大大缩短电机轴承的使用寿命严重时只能运行几小时。
1、案例事件经过某水电站1号机组，始建于2012年，经过几年的运行，到2018年机组在一次检修后手动起励升压过程中，监控反复报出轴电流告警动作，立即派出运行人员到现场进行检查，检查结果显示轴电流示数一直处于跳变的状态，跳变范围在0.24～4A之间，机端电压达额定电压10500V的80%时，轴电流示数维持在3A以上，已超过机组轴电流监测告警设定值0.8A的4倍，由于是手动操作，机组并未达到跳闸设定值。
根据以往经验，判定是1号水轮发电机产生轴电流故障，为避免轴电流继续上升，需要找出轴电流发生的根源，并采取防范措施，才能确保机组运行的稳定性和安全性。
2、轴电流异常原因分析灯泡贯流式水轮发电机的转子在转动过程中，四周带有磁场，受到多重因素的影响，轴在运行中旋转不平衡，会做切割磁感线的运动，根据物理学磁生电的原理，就会导致一些零件带有一定的电位。
随着电位的不断升高，就会击穿轴的油膜，从而形成电流回路。
水轮发电机轴电流保护装置调试报告
四川华能太平驿有限责任公司发电机轴电流保护装置安装调试竣工报告一、概述四川华能太平驿水电站4#水轮发电机组单机容量65MW，水轮机为混流式，发电机为悬吊式。
发电机由天津发电设备厂制造，发电机大轴直径725mm，其主要技术参数分别为：发电机型号：SF65—24/6440；额定容量：76.47MVA额定电压：10500V；额定电流：4205A；励磁电压：198V；励磁电流：1021A；功率因素：cosΦ=0.85；额定频率：f=50HZ；相数：3；定子接法：2Y；绝缘等级：B（后改造为F级）；励磁方式：可控硅励磁；电机重量：457T。
二、工程概况本工程于2012年12月至2013年3月，利用1、2、4号机组检修停电进行了发电机轴电流监测装置的安装及调试，3号机组由于检修时装置尚未到货，该机组另行找停电机会安装。
从1、2、4号机组安装的情况来看，该装置工作状态稳定，测量数据准确，报警信号灵敏，且厂家承诺在3号机组安装时如有任何安装及设备本身问题，无偿提供服务，故本项目提前竣工。
1、ZDL-M轴电流监测装置功能装置采用高性能单片机为核心控制部件构成控制器，采用空心环形互感器做为轴电流传感器，监测发电机大轴电流变化，以判断发电机轴瓦绝缘、以及定子是否电流平衡等状况。
单片机实时监测轴电流传感器的变化值，该值与大轴电流呈线性变化关系，经滤波、数值变换处理后，确认轴电流超过整定值后，输出报警或跳闸信号。
2、技术参数型号ZDL-M 测量精度1％测量范围0～5A 外形尺寸160×80×250mm数显方式LED显示输出信号：继电器接点输出2组报警方式：上限报警接点容量：7A/AC250V 5A/DC30V三、安装工艺1.仪表安装：仪表安装于各机组自动制柜上方。
A1、A2、B1、B2分别对应传感器1、3、2、4，报警接点接入监控系统。
设置报警值0.5A，未设置跳闸出口。
2.传感器安装：轴电流传感器安装在能反应大轴电流的静止部分，即发电机大轴接地碳刷上方，经外部支架与发电机机架固定，将分半传感器合抱在大轴上，连接合缝处（用塞尺测量对接间隙小于0.1mm），用螺栓将传感器与支架固定牢靠。
龙滩水电站机组轴电流保护
龙滩水电站机组轴电流保护龙滩水电站机组轴电流保护尹熬1,2,朱麟2(1.广西大学电气工程学院,广西壮族自治区南宁市530004;2.龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西壮族自治区天峨县547300)摘要:介绍了水轮发电机组轴电流产生的原因和危害,以及常规轴电流保护和龙滩水电站机组轴电流保护的原理,可以看出龙滩水电站机组轴电流保护在设计原理上更为先进可靠,其轴电流保护不仅可以避免因电流互感器二次侧输出而受外界电磁或负荷电流变化干扰,而且可以在轴电流产生前报警,防止事故发生。
另外,龙滩水电站轴电流保护在运输、安装、维护和数据采集等方面比常规轴电流保护更具优势。
针对龙滩水电站机组轴电流保护在运行期间出现的异常情况,简要总结了运行维护中需要注意的事项。
关键词:水轮发电机组;转子;轴电流;保护收稿日期:2009205227;修回日期:2009208211。
0 引言广西龙滩水电站是国内目前在建的第三大水电站,已投产的第二大水电站,装机容量6300MW (单机容量700MW ,一期装机容量4900MW ),是目前南方电网装机容量最大的水电站。
2001年7月1日正式开工建设,2003年11月6日实现截流,2007年5月21日第1台机组正式投入商业运行,2008年12月23日一期工程完工。
作为南方电网最大的调峰、调频、事故备用水电站,对电网的安全稳定运行起着重要作用,但机组长期运行在水头变化大、调峰深度大、开/停机频繁等恶劣条件下,因此,避免轴电流的产生及预防轴电流产生后对机组的影响成为电站的一项重要任务。
大型水轮发电机组,由于磁路的不对称,或者定、转子气隙的不对称,转子上、下两端大轴会感应出轴向电势,称为轴电压。
轴电压含有基波分量、三次谐波分量和直流分量,对地轴电压沿着转子自上而下减小。
正常运行时,由于大轴与轴瓦之间有油膜绝缘,轴承与支架间亦由绝缘材料连接,故轴电流没有流通路径,不会产生轴电流。
当绝缘油膜遭到破坏或轴承有接地时,轴电流将流过轴瓦,由于大轴的内阻很小,尽管轴电压不高,但产生的轴电流仍可达几百安培甚至更大。
大机组轴电流保护试验
２ ．轴 电 流互感器 试验 ：
可整定为毫安（１） ｎＡ 。我厂轴电流保护定值 由厂
在开 机状 态下 ， 试验绕 组 通人 电流 ， 从 监 在工作绕组间接人一毫安表 ， 试验绕组间接 家给定 ， 视装置 面板信号 灯亮 ， 测得 实 际动作值 如下 人一 电流表 ， 步 升 高通 人试 验 绕组 的 电 流 ， 逐 测 量 工作 绕组的 感应 电流 ， 结果 如下 ：
漫湾 电 厂 装 机容 量 １５ＭＷ， 相 容 量 磁场 的不平 衡 磁 通与 轴 切 割 产生 的 。但 由上 表 ２０ 单 试 输 ２０ ｖ 共 ５台机 ， ５ＭＶ－ ， 我们 对 相 应 的 ５ 装置 均进 数据 可看 出 ， 验绕 组 与工 作绕 组 的输 入 、 出 套 见 。 行 了试验 ， 由于配置 相 同 ， 试验结 果基 本一 致 ， 还是存 在一 定的线性 关 系 ， 图 ３ 下
序号
１
整Ａ
动作值实测
报警
Ｏ． Ａ ５
试验 绕组 电流（ ） Ｉ 工作绕组电流（ ） Ａ ｎ
０． １ ０． ８ １
停机
４ Ａ
停 机
３． ５ ９ Ａ
试 验 数 据 满 足 保 护 整 定 要 求 ， 测 值 校 准 实
３ ４ ５ ６ ７ ０． ３ ０． ４ ０． ５ １０ ． １５ ． ｔ １ ．３ １６ ．０ ２ ０ ．９ ４．０ ３ ６．６ ５
一
并 驱 的信 号 ， 而有 效 地 防止 轴 电流 的破 坏 ， 护 轴 指 示灯亮 ， 同 时 发 出一 开关 量信 号 ， 动 有 关 从 保 承 。所 以大 中 型水 轮 发 电机 都 应 装设 轴 电流 保 装 置 。
护 装置 。
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大型水轮发电机轴电流保护
摘要：本文介绍轴电压、轴电流形成的原因及影响，主要对型轴电流保护装置
和型通用可编程变送器绝缘监测装置的原理展开探究。
其次探讨了大型水轮发电
机组运行时两种原理轴电流保护存在的问题，并提出相应的处理措施。
关键词：水轮发电机组；转子；轴电流；轴电流保护
引言
随着水电事业的发展，现在我国投产的水电站机组的单机容量越来越大，发
电机组的运行稳定对整个电力系统的安全运行起着越来越大的影响。
大型水轮发
电机组在正常运行过程中，由于安装结构、运行环境等原因，将在发电机主轴上
产生轴电压，所产生的轴电压一般都比较小，但当轴电流回路的绝缘被破坏后，
其回路电阻很小，如不采取相应措施，就会在发电机主轴与轴瓦间产生轴电流，
轴电流的长期存在，将侵蚀轴领与轴瓦，甚至会造成发电机大轴与轴瓦被烧坏。
所以说科学安装和配置有效的轴电流保护装置，对于水轮发电机安全、稳定运行
而言具有非常重大的现实价值。
1 轴电压、轴电流的产生及影响
发电机组在运行过程中，由于定子磁场存在不平衡，使得水轮发电机的转子
上产生与轴相交的交变磁通和轴向的感应电势，称为轴电压。
造成发电机产生轴
电压的原因主要有以下几种：1、由于制造及安装工艺等原因，机组在运行中主
轴又存在一定的摆动，发电机不可避免地会出现转子和定子不能完全同心运行，
使发电机定、转子之间的空气间隙不均匀，造成磁阻不一致从而磁路不对称。
2、发电机异常工况下，电机中环绕轴的各种闭合回路，会使转轴、轴瓦等部件磁化
并保留一定的剩磁，磁力线在轴瓦处产生纵向支路，存在纵向磁通。
当机组大轴
转动时，就会产生电势，称为单极电势。
3、励磁回路接地或转子绕组匝间短路
也会产生很强的轴向不平衡磁通[1]。
当轴电压达到一定值时，通过大轴、轴承和
基座组成的回路中产生电流，这个电流称为轴电流。
正常运行时，转轴与轴承间依靠润滑油膜进行绝缘。
轴电压较小，那么该润
滑油膜可以起到较好的绝缘效果，无法形成轴电流。
如果轴系绝缘破坏、油膜被
轴电压击穿，轴电压将沿轴承和基座形成闭合回路产生轴电流，当通过瓦面的轴
电流密度超过0．2 A／cm2，就可能对轴瓦产生电腐蚀，油膜遭到破坏。
由于该
闭合回路阻抗极小，一旦故障电流密度很大，特别当轴与轴瓦形成金属性接触的
瞬间，轴电流可达上千安，将严重灼伤轴瓦；当润滑油中掺人熔化的金属微粒后，油膜阻值降低，加速电火花进一步侵蚀扩展。
同时，轴电流的电解作用使润滑油
炭化，熔化的金属微粒掺人润滑系统使润滑剂受到污染，二者均会造成油的润滑
性能变差，使轴承温度升高[2]。
2 轴电流保护的原理
2.1 轴电流监测型轴电流保护
图1轴电流 CT 安装图
2.2 轴绝缘监测型轴电流保护
图2 轴绝缘监测型接线图
3轴电流保护存在的问题
3.1 轴电流监测型轴电流保护二次侧输出受外界电磁或负荷电流变化干扰
①轴电流安装位置对轴电流测量而言至关重要，主要影响到测量的准确性。
如果在上机架下面布置轴电流将可能存在磁场干扰，而下机架安装轴电流则外界电磁产生的干扰相对较小。
②在现实运行过程中，轴电流测试值基波分量随发电机定子和励磁电流的提高逐渐上升，同时与定子电流具有线性关系。
发电机轴向磁通受到定子、转子的磁场干扰，这会影响到轴
电流测量值的精确度[3]。
3.2 轴绝缘监测型轴电流保护绝缘测量受碳刷接触不良或励磁碳粉堆积影响
①机组运行过程中，轴电流保护装置使用的铜片碳刷、轴领碳刷及大轴接地碳刷均与大
轴接触，保证碳刷架紧固不晃动，碳刷架拐臂角度调整合适使各碳刷在刷握中不卡顿，弹簧
能正常按压住碳刷，与大轴接触良好，同时接地可靠，否则变送器会因轴电位的干扰而误发
动作信号[4]。
②按日常定期工作对滑环室清扫励磁碳粉，如果是碳粉吸尘装置效果不佳的机组，需要改造碳粉吸尘装置，以保持励磁滑环室良好工作环境。
防止大量碳粉堆积在铜片周围，导致内绝缘层的绝缘水平下降，引起轴电流保护误报警。
结论
轴电流监测型轴电流保护较为广泛应用于大型水轮发电机组，尽管轴绝缘监测型要比轴
电流监测型受外部因素干扰较低，但是两种不同原理的轴电流保护在实际运行中均出现过误
报警的情况，可靠性尚待进一步优化，因此轴电流保护装置发现故障时只设置成发出报警，
不投入跳闸停机。
轴电流保护是用于保护发电机的重要装置，在确保机组稳定运行方面发挥
至关重要的效用。
虽然轴电流保护的可靠性还需要得到深入加强，但对于快速获悉轴承绝缘
状况及防止机组出现烧瓦等起到非常重要的作用，为全面确保机组可持续运行打下坚实的基础。
参考文献：
[1] 李世作，梁小冰，肖仁山，等．广西岩滩电厂机组轴电流测试研究[J]．广西电力，2002（2），2-4．
[2] 王维俭．电气主设备继电保护原理与应用[M]．2版．北京：中国电力出版社，2001．
[3] 石培肖启露. 锦屏二级水电站轴电流报警分析及处理. 科技展望，2016（30）：99.
[4] 苏华利 . 水轮发电机组轴电流保护误报警分析与处理. 科技咨询，2015（2）：30-31.。