柴油發(fā)電機(jī)組軸電壓的檢測(cè)方法及危害預(yù)防

鐘家衡（湘電重型裝備有限公司，湖南湘潭　411101）

柴油發(fā)電機(jī)組軸電壓的檢測(cè)方法及危害預(yù)防

鐘家衡
（湘電重型裝備有限公司，湖南湘潭411101）

摘要：軸電壓會(huì)引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械的嚴(yán)重?fù)p壞，特別是大型發(fā)電機(jī)組。主要介紹了利用數(shù)據(jù)記錄儀準(zhǔn)確對(duì)大功率柴油發(fā)電機(jī)組的軸電壓的檢測(cè)方法及預(yù)防其危害的主要措施。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機(jī)組；軸電壓；檢測(cè)方法；解決方案

0　引言

盡管發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)制造水平不斷提升，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的軸電壓這個(gè)問題還是無法完全消除。對(duì)于大功率柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組而言，軸電壓將直接作用于柴油機(jī)的曲軸及軸瓦，因此，軸電壓?jiǎn)栴}對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行非常重要。

1　軸電壓的來源及危害

軸電壓的來源主要有以下幾個(gè)方面：（1）由于磁路不對(duì)稱，產(chǎn)生感應(yīng)軸電壓；（2）軸向磁通，剩磁、轉(zhuǎn)子偏心、飽和或轉(zhuǎn)子繞組不對(duì)稱等原因造成(軸向)磁通在軸承和軸的部件中感生單極電勢(shì)；（3）靜電感應(yīng)，主軸對(duì)地電容產(chǎn)生充電，使發(fā)電機(jī)主軸電位升高；（4）外部電源的介入，靜止勵(lì)磁設(shè)備、電壓源等設(shè)備使用，導(dǎo)致主軸外加電壓而升高軸電壓。

當(dāng)軸電壓低于擊穿軸承油膜的閥值時(shí)，軸電流幾乎沒有或是非常小，此時(shí)即便未采取防范措施也不會(huì)產(chǎn)生電腐蝕。當(dāng)軸電壓過大時(shí)則會(huì)擊穿軸承油膜形成軸電流，軸電流會(huì)對(duì)軸承等部件產(chǎn)生燒蝕現(xiàn)象。對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組而言，軸電壓過高會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)軸瓦產(chǎn)生電蝕，從而加速軸承的機(jī)械磨損，降低柴油機(jī)的使用壽命。

2　柴油發(fā)電機(jī)組的軸電壓檢測(cè)方法與數(shù)據(jù)分析

發(fā)電機(jī)在出廠試驗(yàn)中一般要對(duì)軸電壓進(jìn)行檢測(cè)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定應(yīng)在額定工作電壓、額定轉(zhuǎn)速時(shí)，空載工況下檢測(cè)軸電壓。就柴油發(fā)電機(jī)組而言，采用簡(jiǎn)易檢測(cè)方法僅在額定電壓、額定轉(zhuǎn)速下空載工況時(shí)的檢測(cè)的軸電壓數(shù)據(jù)，實(shí)際意義并不大。在實(shí)際應(yīng)用中，柴油發(fā)電機(jī)組軸電壓檢測(cè)應(yīng)考慮檢測(cè)裝置的安裝、負(fù)載工況的變化等因素，因此檢測(cè)方法也有所不同。以某進(jìn)口礦用卡車上使用的2 500 Hp柴油機(jī)帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)組為例，發(fā)電機(jī)主軸一端（勵(lì)磁側(cè)）主軸為軸承支撐，發(fā)電機(jī)主軸另一端與柴油機(jī)飛輪盤采用直接連接，一般簡(jiǎn)易的軸電壓檢測(cè)方法難以滿足實(shí)際需要。

為準(zhǔn)確掌握柴油機(jī)軸電壓數(shù)據(jù)，本次檢測(cè)采用具有高阻抗，高速、寬頻測(cè)量和存儲(chǔ)功能的DL850數(shù)據(jù)記錄儀，可在在柴油機(jī)低怠速（750 r/min）、額定轉(zhuǎn)速（1 900 r/min）空載、任意負(fù)載轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速（1 900 r/min）、額定負(fù)載等各種工況下檢測(cè)軸電壓數(shù)據(jù)。柴油發(fā)電機(jī)組軸電壓檢測(cè)示意圖見圖1。

圖1　柴油發(fā)電機(jī)組軸電壓檢測(cè)示意圖

檢測(cè)過程中應(yīng)注意：（1）測(cè)量的連接線與柴油機(jī)曲軸前端的接觸必須用專用電刷，測(cè)量前應(yīng)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸尾端與地短路，防止發(fā)電機(jī)軸承和轉(zhuǎn)軸之間存在油膜而影響測(cè)量結(jié)果；（2）如果柴油機(jī)上安裝有曲軸接地裝置，應(yīng)在檢測(cè)前拆下接地裝置；（3）檢測(cè)應(yīng)在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)5 min之后進(jìn)行，分別測(cè)量額定轉(zhuǎn)速和額定功率下的軸電壓；（4）注意電刷與轉(zhuǎn)軸表面接觸應(yīng)保證良好，為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)重復(fù)進(jìn)行檢測(cè)，觀察各次檢測(cè)值是否一致。

測(cè)量數(shù)據(jù)采用Xviewer軟件做后期分析處理。圖2、圖3分別是在柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速（1 900 r/min）空載、額定負(fù)載工況下采集的數(shù)據(jù)波形圖。為使測(cè)量數(shù)值盡可能反映軸電壓實(shí)際情況，選取光標(biāo)①、光標(biāo)②之間穩(wěn)態(tài)工況波形區(qū)間35 s進(jìn)行分析，計(jì)算P-P（峰峰值）、Rms（有效值）等參數(shù)。

圖2測(cè)量結(jié)果顯示，當(dāng)發(fā)電機(jī)組處于空載額定轉(zhuǎn)速工況時(shí)，軸電壓峰峰值850 mV，有效值67.383 mV；圖3結(jié)果顯示當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)組處于額定負(fù)載工況時(shí)峰峰值達(dá)到27.85 V，有效值373.7 mV，其軸電壓偏高。

在圖2、圖3中測(cè)量項(xiàng)目顯示的P-P(峰-峰)值是光標(biāo)區(qū)間中max值與min值之和，而不是區(qū)間中每個(gè)周期P-P值當(dāng)中的最大值。設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中，單周期內(nèi)軸電壓P-P值對(duì)軸承油膜影響要高于區(qū)間范圍內(nèi)的P-P值。因此，以單個(gè)周期的P-P值對(duì)發(fā)電機(jī)組軸電壓情況評(píng)估更為符合實(shí)際，相對(duì)合理[2]。在Xviewer軟件中，只要對(duì)波形合適區(qū)間進(jìn)行縮放，在Zoom窗口選擇其中最大峰值的波形，以單個(gè)周期作為測(cè)量區(qū)間，即可獲得單周期內(nèi)的P-P值。

圖2　柴油機(jī)1 900 r/min空載工況時(shí)軸電壓波形

3　柴油發(fā)電機(jī)組軸電壓?jiǎn)栴}解決方案

軸電壓的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致軸承（軸瓦）的電腐蝕。但文獻(xiàn)中很少有提到軸電壓的允許值。國(guó)外曾在0～10 kHz不同電壓頻率、電極類型、30～80 μm不同電極間距（油膜厚度）等多種條件下進(jìn)行試驗(yàn)，期望能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象的軸電壓下限值。試驗(yàn)證明，油膜的擊穿電阻很大程度上是由雜質(zhì)決定的（水，固體顆粒等），導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果中有很大的分散性[3]。由于軸電壓能否導(dǎo)致軸承（軸瓦）電腐蝕的因素很多，因此軸電壓允許值尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。大型發(fā)電機(jī)組允許的軸電壓峰峰值，可參照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]，其中規(guī)定汽輪發(fā)電機(jī)組軸電壓應(yīng)小于10 V。當(dāng)軸電壓過高時(shí)，應(yīng)采用必要的措施。

在對(duì)軸電壓進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量后，應(yīng)根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組允許的軸電壓值及設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)估，確定是否采取預(yù)防措施。預(yù)防柴油發(fā)電機(jī)

圖3　柴油機(jī)1 900 r/min額定負(fù)載工況時(shí)軸電壓波形

組軸電壓危害的主要措施解決方案有：（1）對(duì)交流發(fā)電機(jī)軸承和附在發(fā)電機(jī)上的取力口（PTO）進(jìn)行絕緣處理；（2）對(duì)發(fā)電機(jī)飛輪和柴油機(jī)飛輪盤上的彈性連接盤進(jìn)行隔電處理；（3）在柴油機(jī)曲軸前端或飛輪盤位置安裝柴油機(jī)曲軸保護(hù)碳刷或?yàn)榘l(fā)電機(jī)安裝接地碳刷。

4　結(jié)束語

柴油發(fā)電機(jī)組軸電壓過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸承及柴油機(jī)軸瓦產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象，但文獻(xiàn)中很少有提到軸電壓的允許值。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)盡量對(duì)機(jī)組軸電壓進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，并根據(jù)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，軸承磨損等情況進(jìn)行評(píng)估，以確定是否有必要采用軸電壓危害解決方案。

參考文獻(xiàn)：

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［2］盧家慧.電機(jī)試驗(yàn)中軸電壓的測(cè)量方法［J］.電氣防爆，2013（04）：37-39.

［3］C.Ammann.靜止勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的軸電壓?jiǎn)栴}和解決方法［J］.國(guó)外大電機(jī)，2005（03）：27-34.

［4］DLT 596-2005.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程［S］.

(編輯：向飛)

Detection Method of Shaft Voltage of Diesel Generator Set and Its Hazard Prevention

ZHONG Jia-heng
（XEMC Group Heavy-Duty Equipment Co.，Ltd.，Xiangtan411101，China）

Abstract:Shaft voltage can cause serious damage to rotating machinery，especially for large generator sets.This paper mainly introduces the method of accurate detection of the shaft voltage of high power diesel generator set with the data recorder，and the main measures to prevent it.

Key words:diesel generator set；shaft voltage；detection；solution

作者簡(jiǎn)介：鐘家衡，男，1980年生，湖南桑植人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：大型礦用電傳動(dòng)自卸車、大小工礦電機(jī)車等產(chǎn)品檢測(cè)、維修技術(shù)。

收稿日期：2015－07－23

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.037

中圖分類號(hào)：TM31

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009－9492 (2015 ) 08－0131－02