汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸電壓產(chǎn)生原因及應(yīng)對措施

1、引言

隨著近年來我國電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展，火力發(fā)電的機組數(shù)量越來越多，發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸電壓高的問題也日趨增多。汽輪發(fā)電機在運行中，由于某些原因?qū)е掳l(fā)電機組大軸上產(chǎn)生了電壓，稱之為軸電壓。發(fā)電機的軸電壓一直是存在的，但一般不高，通常不超過幾伏～十幾伏，但軸電壓的數(shù)值超過一定值時，有可能會擊穿軸承油膜，在轉(zhuǎn)軸、軸瓦、端蓋、大地之間形成軸電流。軸電流能破壞維持軸頸安全運行油膜的穩(wěn)定，還會在軸頸表面放電，形成電蝕點，從而影響機組的安全穩(wěn)定運行。

2、軸電壓的產(chǎn)生原因

通過對發(fā)電機的生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試及運行等方面的研究，軸電壓的產(chǎn)生可能有以下幾個原因：

低阻抗電壓源：

1)磁路不對稱——發(fā)電機在制造中在定子鐵芯接縫、轉(zhuǎn)子偏心，定、轉(zhuǎn)子之間氣隙不均等都會產(chǎn)生磁路不對稱或出現(xiàn)磁場畸變等現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子切割這些不對稱的磁通，會在轉(zhuǎn)子一軸承一座板回路上感應(yīng)生成軸電壓。

2)軸向磁通一轉(zhuǎn)子上的剩磁、轉(zhuǎn)子繞組不對稱等都會在發(fā)電機集電環(huán)、串激繞組連接線等部位，造成磁勢不能抵消，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生剩余磁勢，從而在轉(zhuǎn)子兩端感應(yīng)出軸電壓。

高阻抗電壓源：

1)靜電荷——汽輪發(fā)電機運行時，高溫高壓蒸汽沖刷汽輪機葉片，在葉片中產(chǎn)生靜電荷，由于軸承的良好絕緣和汽輪機轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機轉(zhuǎn)子的連接，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生靜電勢，形成軸電壓。

2)有源裝置——外部靜止勵磁裝置、外部電壓源，外部有源轉(zhuǎn)子繞組保護裝置。發(fā)電機的定子鐵芯與轉(zhuǎn)子繞組之間存在分布電容，電流的脈動分量在分布電容上產(chǎn)生電容電流，就會在轉(zhuǎn)子與地之間產(chǎn)生電勢差，即軸電壓。同樣外部電壓源也可使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電勢，形成軸電壓，且其為高頻分量。勵磁系統(tǒng)容抗偶合也可以產(chǎn)生軸電壓。

3、軸電壓危害

軸電壓的大小隨機組情況的不同而不同，一般說來機組容量越大，其氣隙磁通和結(jié)構(gòu)的不對稱性也越大。而磁場中諧波分量和鐵芯飽和程度以及定子的不平整度也越大，軸電壓峰值就越高，軸電壓的波形具有復(fù)雜的諧波分量，采用靜止可控整流勵磁的機組，其軸電壓波形中有很高的脈沖分量，對油膜絕緣特別有害，當軸電壓達到一定值后，如不采取適當措施，油膜會被擊穿而產(chǎn)生軸電流。當發(fā)電機的軸電流大到一定程度時，會破壞油膜造成發(fā)電機軸承的過熱、軸承或軸徑出現(xiàn)傷疤或斑點，甚至燒壞軸承，并可產(chǎn)生細小的金屬顆粒進入軸承潤滑油中，使軸承磨損。當軸瓦絕緣損壞或發(fā)電機軸瓦異常接地時，將引起大軸磁化甚至連同汽輪機整體磁化。

4、軸電壓的測量：

Ul：勵磁端軸承對地電壓

u2：大軸兩端電壓

測量時先測u2，再測ul。測量ul時應(yīng)把軸承外殼與軸用銅刷短路，否則，因軸承與軸之間的油膜電阻影響測量結(jié)果，通常Ul=U2。

若u1與u2相差10％以上，則表示絕緣墊等絕緣不良，而當出現(xiàn)絕緣不良時，通常U1

測量軸電壓時應(yīng)采用同一可靠接地點作為基準點。測量時，應(yīng)使發(fā)電機保持額定電壓，并分別在額定負載，0.5額定負載，空載下測量。

若現(xiàn)場不方便進行以上測量時，可采用如下方法做簡單判定：當發(fā)電機在額定端電壓下空載并以額定轉(zhuǎn)速運行時，用萬用表測量軸兩端之間的感應(yīng)電壓，試驗合格標準：軸電壓10伏。

5、防止產(chǎn)生軸電流的措施

(1)由磁路不對稱和軸向磁通所產(chǎn)生的軸電壓是感性的，其幅值較小，一般不會超過10伏的標準。但如果感應(yīng)電壓回路是通過低阻回路閉合的，將在轉(zhuǎn)軸、軸承與定子機座和座板等形成大電流回路，就會對轉(zhuǎn)軸和軸承產(chǎn)生嚴重的破壞性。為了降低汽輪發(fā)電機組由于磁路不對稱引起的軸電壓，設(shè)計發(fā)電機時考慮了消除或減少軸電壓中的三次或五次諧波分量的措施，采用全新的發(fā)電機結(jié)構(gòu)，安裝時嚴格按照廠家工藝、設(shè)計要求，防止轉(zhuǎn)子安裝偏心。

(2)由靜電荷和有源裝置所產(chǎn)生的軸電壓表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子對地之間。機組絕緣狀況良好的話，軸電壓很容易超過100伏，且頻帶較寬，從直流到500kHz。一般軸電壓超過20伏左右就會引起軸瓦的連續(xù)腐蝕。在設(shè)計原理和安裝中，我們經(jīng)常是在發(fā)電機的汽端加裝接地碳刷使轉(zhuǎn)子接地，用以消除軸電壓的影響。

(3)為防止轉(zhuǎn)子繞組接地而產(chǎn)生軸電壓，運行時投入勵磁回路2點接地保護裝置。

(4)，為切斷軸電流，在勵磁機側(cè)包括發(fā)電機軸承。氫冷發(fā)電機的油密封，水內(nèi)冷發(fā)電機轉(zhuǎn)予的進出水支座和進出水管法蘭，勵磁機和副勵磁機軸承與機座的底板之間加裝絕緣墊。軸承座的緊固件和連接到軸承座的油管也要與軸承絕緣，可采用雙層絕緣措施。將發(fā)電機勵端所裝配的軸承和軸密封進行充分的絕緣，對防護發(fā)電機轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電壓形成大環(huán)流是非常有效的。同時，也為了更好地監(jiān)視軸承對地絕緣情況，大容量的發(fā)電機在勵端軸承上采用兩個完全獨立的絕緣層進行絕緣，很好地阻止了在轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓形成的環(huán)流，保護了發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行。

6、結(jié)論

隨著汽輪發(fā)電機組單機容量的增大和靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的廣泛采用，軸電壓問題應(yīng)引起足夠的重視。如果對軸電壓的抑制和防護措施不當，對發(fā)電機的長期安全穩(wěn)定運行構(gòu)成隱患，嚴重時還會引起停機事故，造成不必要的檢修和發(fā)電損失。因此，探索發(fā)電機軸電壓的來源并找到安全有效的方法去消除發(fā)電機轉(zhuǎn)予軸電壓高給機組長期安全穩(wěn)定運行帶來的隱患，是完全必要的。