柴油發電機組軸電壓的檢測方法及危害預防

鐘家衡（湘電重型裝備有限公司，湖南湘潭　411101）

柴油發電機組軸電壓的檢測方法及危害預防

鐘家衡
（湘電重型裝備有限公司，湖南湘潭411101）

摘要：軸電壓會引起旋轉機械的嚴重損壞，特別是大型發電機組。主要介紹了利用數據記錄儀準確對大功率柴油發電機組的軸電壓的檢測方法及預防其危害的主要措施。

關鍵詞：柴油發電機組；軸電壓；檢測方法；解決方案

0　引言

盡管發電機設計制造水平不斷提升，發電機產生的軸電壓這個問題還是無法完全消除。對于大功率柴油發電機機組而言，軸電壓將直接作用于柴油機的曲軸及軸瓦，因此，軸電壓問題對柴油發電機組的安全運行非常重要。

1　軸電壓的來源及危害

軸電壓的來源主要有以下幾個方面：（1）由于磁路不對稱，產生感應軸電壓；（2）軸向磁通，剩磁、轉子偏心、飽和或轉子繞組不對稱等原因造成(軸向)磁通在軸承和軸的部件中感生單極電勢；（3）靜電感應，主軸對地電容產生充電，使發電機主軸電位升高；（4）外部電源的介入，靜止勵磁設備、電壓源等設備使用，導致主軸外加電壓而升高軸電壓。

當軸電壓低于擊穿軸承油膜的閥值時，軸電流幾乎沒有或是非常小，此時即便未采取防范措施也不會產生電腐蝕。當軸電壓過大時則會擊穿軸承油膜形成軸電流，軸電流會對軸承等部件產生燒蝕現象。對柴油發電機組而言，軸電壓過高會導致柴油機軸瓦產生電蝕，從而加速軸承的機械磨損，降低柴油機的使用壽命。

2　柴油發電機組的軸電壓檢測方法與數據分析

發電機在出廠試驗中一般要對軸電壓進行檢測，國家標準[1]規定應在額定工作電壓、額定轉速時，空載工況下檢測軸電壓。就柴油發電機組而言，采用簡易檢測方法僅在額定電壓、額定轉速下空載工況時的檢測的軸電壓數據，實際意義并不大。在實際應用中，柴油發電機組軸電壓檢測應考慮檢測裝置的安裝、負載工況的變化等因素，因此檢測方法也有所不同。以某進口礦用卡車上使用的2 500 Hp柴油機帶動的發電機組為例，發電機主軸一端（勵磁側）主軸為軸承支撐，發電機主軸另一端與柴油機飛輪盤采用直接連接，一般簡易的軸電壓檢測方法難以滿足實際需要。

為準確掌握柴油機軸電壓數據，本次檢測采用具有高阻抗，高速、寬頻測量和存儲功能的DL850數據記錄儀，可在在柴油機低怠速（750 r/min）、額定轉速（1 900 r/min）空載、任意負載轉速、額定轉速（1 900 r/min）、額定負載等各種工況下檢測軸電壓數據。柴油發電機組軸電壓檢測示意圖見圖1。

圖1　柴油發電機組軸電壓檢測示意圖

檢測過程中應注意：（1）測量的連接線與柴油機曲軸前端的接觸必須用專用電刷，測量前應將發電機轉軸尾端與地短路，防止發電機軸承和轉軸之間存在油膜而影響測量結果；（2）如果柴油機上安裝有曲軸接地裝置，應在檢測前拆下接地裝置；（3）檢測應在柴油機運轉5 min之后進行，分別測量額定轉速和額定功率下的軸電壓；（4）注意電刷與轉軸表面接觸應保證良好，為了保證測量結果的準確性，應重復進行檢測，觀察各次檢測值是否一致。

測量數據采用Xviewer軟件做后期分析處理。圖2、圖3分別是在柴油機額定轉速（1 900 r/min）空載、額定負載工況下采集的數據波形圖。為使測量數值盡可能反映軸電壓實際情況，選取光標①、光標②之間穩態工況波形區間35 s進行分析，計算P-P（峰峰值）、Rms（有效值）等參數。

圖2測量結果顯示，當發電機組處于空載額定轉速工況時，軸電壓峰峰值850 mV，有效值67.383 mV；圖3結果顯示當發動機組處于額定負載工況時峰峰值達到27.85 V，有效值373.7 mV，其軸電壓偏高。

在圖2、圖3中測量項目顯示的P-P(峰-峰)值是光標區間中max值與min值之和，而不是區間中每個周期P-P值當中的最大值。設備實際運行中，單周期內軸電壓P-P值對軸承油膜影響要高于區間范圍內的P-P值。因此，以單個周期的P-P值對發電機組軸電壓情況評估更為符合實際，相對合理[2]。在Xviewer軟件中，只要對波形合適區間進行縮放，在Zoom窗口選擇其中最大峰值的波形，以單個周期作為測量區間，即可獲得單周期內的P-P值。

圖2　柴油機1 900 r/min空載工況時軸電壓波形

3　柴油發電機組軸電壓問題解決方案

軸電壓的出現會導致軸承（軸瓦）的電腐蝕。但文獻中很少有提到軸電壓的允許值。國外曾在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）等多種條件下進行試驗，期望能發現產生電腐蝕現象的軸電壓下限值。試驗證明，油膜的擊穿電阻很大程度上是由雜質決定的（水，固體顆粒等），導致試驗結果中有很大的分散性[3]。由于軸電壓能否導致軸承（軸瓦）電腐蝕的因素很多，因此軸電壓允許值尚無統一標準。大型發電機組允許的軸電壓峰峰值，可參照電力行業標準[4]，其中規定汽輪發電機組軸電壓應小于10 V。當軸電壓過高時，應采用必要的措施。

在對軸電壓進行準確測量后，應根據柴油發電機組允許的軸電壓值及設備實際運行情況進行評估，確定是否采取預防措施。預防柴油發電機

圖3　柴油機1 900 r/min額定負載工況時軸電壓波形

組軸電壓危害的主要措施解決方案有：（1）對交流發電機軸承和附在發電機上的取力口（PTO）進行絕緣處理；（2）對發電機飛輪和柴油機飛輪盤上的彈性連接盤進行隔電處理；（3）在柴油機曲軸前端或飛輪盤位置安裝柴油機曲軸保護碳刷或為發電機安裝接地碳刷。

4　結束語

柴油發電機組軸電壓過高時，會導致發電機軸承及柴油機軸瓦產生電腐蝕現象，但文獻中很少有提到軸電壓的允許值。實際應用中，應盡量對機組軸電壓進行準確測量，并根據柴油機發電機組運行狀態，軸承磨損等情況進行評估，以確定是否有必要采用軸電壓危害解決方案。

參考文獻：

［1］GB/T 1029-2005，三相同步電機試驗方法［S］.

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

［3］C.Ammann.靜止勵磁的發電機中產生的軸電壓問題和解決方法［J］.國外大電機，2005（03）：27-34.

［4］DLT 596-2005.電力設備預防性試驗規程［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

作者簡介：鐘家衡，男，1980年生，湖南桑植人，大學本科，工程師。研究領域：大型礦用電傳動自卸車、大小工礦電機車等產品檢測、維修技術。

收稿日期：2015－07－23

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.037

中圖分類號：TM31

文獻標識碼：A

文章編號：1009－9492 (2015 ) 08－0131－02