发电机轴电流对发电机运行的影响及对策研究

谭世海，石胜平，熊隽迪

(1.重庆电力高等专科学校，重庆400053;2.重庆市酉阳供电有限责任公司，重庆酉阳408000)

0 引言

重庆某自备发电厂在发电初期，1#、2#发电机(型号 QF-25-2，额定容量 25000kW，额定电压6.3kV，额定电流2860A，额定转速3000r/min)的3#、4#、5#轴承出现多次不同程度的因发电机轴承承受轴电压引起的轴电流而烧损，特别是2#发电机3#、4#、5#轴承损坏特别严重而引起了发电机组的振动、温度超标，从而导致被迫停机检修。

1 轴电压产生的原因［1-6］

发电机在运行中不可避免地会产生轴电压，主要有以下四个方面原因:

(1)转轴磁化而产生的单极电压。

(2)发电机铁芯不均衡叠压而引起不对称电压。

(3)汽轮机内部水滴撞击引起的在转动部件上聚集的静电荷所产生的静电电压。

(4)励磁系统阻抗耦合产生的电压。

根据QF-25-2型发电机组的运行规程可知，25MW汽轮发电机组产生的轴电压 ＜4V时，发电机组为正常状态。

2 轴电流产生的原因［7-15］

发电机在正常运行中轴电压的产生是不可避免，但在规程允许范围内不应产生轴电流，因此产生轴电流可能有以下两种情况:

(1)发电机组在运行过程中，应绝缘的轴承座绝缘损坏;应绝缘的轴承座有导体与地接触，轴承座的绝缘受潮、脏污;应绝缘的轴承座油管绝缘因各种原因损坏，导致轴电压产生轴电流I1。

(2)接地碳刷上由于各种原因使触膜电阻增大，轴电压也随之提高，当高于底板接地点电位时，导致轴承内部产生轴电流I2。

轴电流如图1所示(以汽轮发电机为例)。

图1 汽轮发电机轴电流示意图

3 轴电流对发电机运行的影响

一般情况下，轴电压高于几伏时会产生轴电流，但有时在1±0.2V低电压时也可能产生轴电流，这是因为回路电阻很小，轴电流数值可达数百安，引起轴承电弧，轴承的巴氏合金材料因电弧失去维持正常油膜的能力，以致轴瓦上出现凹凸不平的芝麻状小点，也就是常说的电腐蚀，由于发电机是在运行中，电腐蚀的累计作用，恶性循环，轴电流会很快烧坏油膜和轴承表面，甚至熔化轴瓦和轴套，造成发电机的停运。

4 运行规程对发电机轴承绝缘和轴电压的要求

发电机在交接试验和预防性试验规程中规定:测轴承座的绝缘电阻用1000V兆欧表，绝缘电阻值大于0.5MΩ，并且是在油管接好后。对轴电压的要求是，轴承油膜被短接时，发电机转子两端轴上的电压一般应等于轴承与机座间的电压，汽轮发电机转子对地轴电压一般应小于12V。

5 轴电压及油膜压降的测量方法

5.1 轴电压测量

测量前应将轴上原有的接地碳刷提起，发电机两侧轴与轴承用铜刷短路，用高内阻(大于100kΩ/V)交流电压表测量发电机轴的电压U1，然后将发电机轴承与轴经铜刷短路，消除油膜压降，在励磁机侧，测量轴承座与地之间的电压U2。测量接线如图2所示。

图2 轴电压测量接线示意图

应在四种运行工况下进行测量:

(1)发电机额定转速(无励磁)

(2)空载额定电压;

(3)短路额定电流(发电机在做短路试验时进行);

(4)发电机分别带1/2负载和额定负载等二种负荷状态下测量。

试验结果的判断:

(1)当U1≈U2，绝缘垫绝缘良好;

(2)当U1＞U2(U2低于U1的10%)，绝缘垫绝缘不良;

(3)当U1＜U2，测量不准确，检查测量方法。

5.2 油膜压降的测量

测量接线如图3所示。

试验结果判断:

汽轮机侧油膜压降ΔU=U1-U3;

励磁机侧油膜压降ΔU=U1-U4。

当油膜压降较高时，对地绝缘的轴承应做好轴承的绝缘维护，防止绝缘的击穿，出现轴电流，损坏轴承。

6 轴承绝缘电阻的测量方法

发电机轴承绝缘的测量由于它的特殊性，只能在轴承检修的过程中进行测量，测量分两步进行:

图3 油膜压降测量接线示意图

第一步:轴承座绝缘的测量;

第二步:上好进、出油管后的测量。

在测量时必须吊起转轴，取出轴承的下瓦方能测量。

7 防止轴电流损坏轴瓦的具体措施

(1)改造发电机转轴的接地电刷，由原来的二个增加到四个，用专用的铜线(大于10mm2)作为接地线，接触部位搪锡。

(2)定期对发电机转轴接地电刷部位清洁，以降低触膜电阻，保证转轴接地点的零电位。

(3)定期对4#、5#轴承座绝缘，油管绝缘部位进行清洁，保证其绝缘良好。

(4)定期测量运行中的轴电压，判断其4#、5#轴承的绝缘情况。

(5)4#、5#轴承检修后，要保证轴承绝缘合格。

8 结语

通过防止轴电流损坏轴瓦的具体措施，该自备电厂改造发电机转轴的接地电刷，由原来的二个增加到四个，用专用的铜线(大于10mm2)作为接地线，接触部位经过搪锡处理后，再未发生轴电流烧坏轴承的情况，加上定期的清洁和定期测量，该自备电厂改造后的发电机运作正常，证明该方法切实有效。

［1］ 王晓华，李永刚，武玉才.汽轮发电机轴电压的分析［J］.电力科学与工程，2009，(11):73-76.

［2］ 高旭峰.汽轮发电机组轴电压产生的原因、危害及防范措施［J］.电力建设，2004，(10):8-10.

［3］ 王立贤，刘亚涛.水力发电机组轴绝缘监测系统［J］.中国西部科技，2010，(1):27-29.

［4］ 何明进，雷雨，郑宇，等.彭水水电站350MW发电机组轴电流防护措施［J］.水电与新能源，2010，(4):27-29.

［5］ 金华峰，伏虹润，谢卓健.一起水轮发电机轴电流超标故障的分析与处理［J］.水电站机电技术，2011，(8):57-60.

［6］ 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.

［7］ 孙勇，吴全军.浅谈发电机轴电流的危害及其预防［J］.价值工程，2010，(1):58.

［8］ 许国勤.汽轮发电机轴电流产生分析及其预防［J］.十堰科技，1990，(1):49-55.

［9］ 付国东，顾巍.浅谈发电机轴电流的危害及预防措施［J］.中国科技博览，2011，(35):70.

［10］ 黄景云.大型汽轮发电机转子轴电压在线监测［J］.科技创新导报，2010，(6):129，131.

［11］ 许丽娜，苏华利.发电机组轴电流的危害及轴电流保护［J］.上海电机学院学报，2009，(3):256-258.

［12］ 王春云.汽轮机与发电机的轴电流以及防止轴承损伤的接地装置［J］.中氮肥，1992，(6):61-62，45.

［13］ 吕永辉，吕项才，姜铁成.清源水电站发电机轴电流的判别和防范措施研究［J］.中国水能及电气化，2010，(7):61-63.

［14］ 田葳，李树科.发电机轴电流的危害防范措施［J］.电机技术，2004，(4):28-29.

［15］ 龚力文.发电机轴电流保护动作的原因及防范［J］.水电厂自动化，2004，(1):25-27.