水轮发电机轴电流的形成和分析处理

一
轴 上产生 的静 电荷 ，使 轴的 电位 因被充 电而升高 ，当旋 转的大 轴接触到 小定子铁 芯合缝的不平整度、减小定子硅钢片 的接缝 间隙： （ ２ ） 要重视定 振动 ） 旋转 体 以外 的任何 部件 时，便通过 该部件进 行放 电，否则就要 继续积 累 子 与转 子空气 间隙不 均匀、轴 心与磁 场 中心不一 致、大轴 摆度 （ ３ ） 在发 电机各道轴承座 与地 之间加装绝 电荷，最后 产生过 高的 电压 。如 果超过轴承 油膜 的绝 缘强度 时， 电荷在 以及 转子绕组匝间短路的 问题 ；（ 极短 的时 间 内放 电。这 种现象 重复发生 的结果，就能 使轴和 瓦面受到损 缘垫 的方法 来防止 轴 电流 的产 生，这种 方法主要 是运用绝 缘垫割 断轴与 轴 瓦之间形成的回路 ，使轴 电流无法产生 ；（ ４ ） 对 于由静 电荷 引起的轴 电 伤或变 形，严重时会造 成发电机运行事故 。
危 害 以及 处 理 方 法 。
危 害；处理方法 【 关键 词 Ｉ 感应 电势 ；轴 电压 ；轴 电流；
中 图分类 号 ：Ｔ Ｂ ８ ５ ７ ＋ ． ３ 文献 标识 号 ： Ａ 文章编 号 ：２ ３ ０ ６ — １ ４ ９ ９（ ２ ０ １ ３ ）１ ５ － ０ １ ４ ４ — ２
１ ． 引 言 在 电站安装完 成以后 ，发 电机组经过振 摆测试 和瓦温考验 等机械 试 根据 水轮机轴承 的种类不 同，其耐受 电压程度不 同，形成 的轴 电压 验之 后，发 电机 组运转 一切正常 ，而在进行 电气试验 过程 中，随着机 组 若超 过轴承 最大允许 电压值 ，会 通过油膜放 电或者 导电形成轴 电压 ，它 电压和负荷 的增加 ，机 组的瓦温 和振摆 随之开始 上升并且 较快 ，发现 这 将在 轴瓦和 轴承处产生 点状微孔 机进行检查 ，发现机组 的上 导轴 瓦己损坏 。 轴承 的损坏 。 因此， 转子上 下端各道轴承 瓦必须加装绝缘垫使其对地绝缘 ， ４ ． 测量轴 电压的方法 这是 防止水轮 发电机组产生轴 电流 的关键 。 测量发 电机轴 电压时 ，将轴 电压等 效成为 一电势 Ｅ ，将 非接 地端 油膜 ２ ． 轴电流产生的原因 等效为 等值的可变 电阻 Ｒ Ｌ ，接地 端油膜等效为 等值的可变 电阻 Ｒ ｃ ，轴瓦 轴 的磁化效应是转轴 由于各种原因而带有磁性，旋转磁场切割导体 ， 对地绝缘垫等效为绝缘 电阻 Ｒ Ｊ ，则测量轴 电压 的等效 电路如 图 １ － ２ 会在 这些零 件内感应起 一定 电位，当 电位升 高到足 以击 穿油膜 时，就形 成 电流 回路 。这种 电流 回路可 能穿过整个转 子，也可 能仅在轴承 中或浮 环密 封 中形 成局部 的短 路 电流 ，轴承 或浮环 中的短路 电流又会产 生新 的 磁场 ，磁化转 轴或其他 零件 。因此，这种磁 电相互转换 ，会在机组 内形 成很 强的磁场 ，并 出现很高的 电流 。由运行摩擦在大轴上产生 的静 电荷 ， 使 轴 的电位 因被充 电而升高 。当运转 的轴接 触到旋转体 以外 的任何部件 时，便通过 该部件进行 放 电，否 则就要继续 积累 电荷 ，最后产 生过高 的 电压。轴电流的产 生如图 卜１ 所示 图 卜 ２ 轴 电 压 等 效 图 （ １ ）分别在 发电机 组空载和负载情况 下，采 用高内阻交流 电压表 （ 或 数字万 用表 电压档 ）测量非接 地端对 地 电压 ，即为发 电机 空载时 的 电压 ｕ Ｏ和满 负 载时 的 电压 Ｕ １ ，所侧 电压 即为轴 电压 ； （ ２ ）在运 行 过程 中， 需间隔 一段时 间对 轴 电压进 行测量 ，其 轴 电压应 小于满 负荷时 的轴 电压 ｕ １ ；如若轴 电压大于 ｕ １ ，需缩短测量 间隔时 间，测 量值如继续 增大，建 议尽快 停机处理 ，以免轴 电压 过大而 击穿轴承 绝缘垫 ，产 生较大 的轴 电 流而烧坏瓦面。 ５ ． 轴电流在线监测 采用测 量轴 电压来 判断轴承 垫绝缘情 况， 比较危 险和不方 便，不能 图 卜 １轴 电 流 的 产 生 图 及时发 现 问题 ，因此，采用在 线监测 发电机轴 电流 的方 式是 比较 安全 、 为 了防止转轴形成 悬浮点位 ，一般在转轴 下端还要 安装一组接 地碳 可靠和 方便 。轴 电流监测 保护装置采 用高性 能单片机为 核心控 制部件 构 刷接 地。发 电机 组轴 电压 主要可分为 两部分 ：一 是轴在旋转 时切割 不平 成控制 器， 以及 安装在下 导轴承与大 轴接地碳 刷之 间的空心环 形 电流 互 衡垂 直轴 向交链 磁通产 生的轴 电压 和轴 电流 ；二是 由于存在 轴 向漏 磁通 感器作为轴 电流传感器 ，实机监测水轮发 电机组大轴产生 的轴 电流变化 ， 经控 制器处理 后，确认轴 电流超 过整定值 后输 出二 级报警信 号。采用 轴 而在转轴两端产生是轴 电压 。 电流 在线监测 装置监测 轴 电流 的变化 ，能及 时准确 的发生轴 电流的变 化 ３ ． 轴电流对发 电机运行的危害 水轮 发 电机轴 与轴瓦采用 滑动轴承 ，滑 动轴承必 须通过稀 油润滑， 趋势 ，了解轴 承垫 的绝缘 变化 ，及 时停机对 轴承各 绝缘进行 处理， 以免 发电机轴承 在高速转动 时，轴承 与轴瓦之 间会形成油 膜， 以尽量 减小轴 事态 进一步扩 大 。采用 轴 电流 在线监测方 式 的优 点：能及时 、可靠 的监 承 与轴瓦之 间的摩擦 ，降低轴 瓦的温度 。在 轴 电压较低 时，油膜 的绝缘 测轴 电流 的变化 ， 得到及时处理，确保 水轮发电机组 安全可 靠的长期运行。 是不会被击 穿的 。只有 轴和轴承在 旋转过 程中，造成 油膜破裂 击穿 ，导 ６ ． 解 决 方 案 为了防止发 电机轴 电流 的产生 ，必须 尽量减少 产生轴 电压的各种 因 致 轴与轴 瓦形成金 属性 接触 的瞬间，便产 生相 当大 的轴 电流 ，这种轴 电 １ ） 在生产 安装 发 电机定转子的时候 ，在规程 的要求 范围内，尽量减 流可达到 几百安甚 至上千安 ，它足 以把轴 颈和轴 瓦烧 坏 。由运 行摩擦在 素： （
水 利 工程
水轮发 电机轴 电流 的形成 和分析 处理
唐 红兵 席 伟
中国水利水电第十工程 局有 限公司机 电安装分局
四川都江堰
６ １ １ ８ ３ ０
【 摘要 】 轴电压一直是水轮发 电机难 以消除和避免 的问题。产生轴 电流的原 因有很 多，基 于此，主要 介绍水轮发 电机 轴电流的形成原 因，分析其