發電機軸電壓的測量與保護探討

摘 要：文章主要闡述了發電機軸電壓的產生原因，并就軸電壓對發電機的運行危害進行了相關探究，以此說明對軸電壓進行測量和保護的必要性，并提出了集體測量發電機軸電壓的方法，及測量軸電壓時須要注意的技術措施。

關鍵詞：發電機軸電壓；測量與保護；接地炭刷；軸承絕緣

引言

發電機軸在實際的運行過程中，受諸多因素影響會產生一定的軸電流和軸電壓。如果在組裝過程或是日常運行時，沒有對軸電壓進行必要的防護措施，軸電壓會對發電機組內的組建造成燒損，影響發電機的正常使用和使用安全。

1 發電機軸電壓產生的原因及它對發電機運行的危害

1.1 發電機軸電壓產生的原因

發電機內的軸電壓會因為環繞在軸四周的磁路出現不對稱情況、轉子的運轉偏離整體中心或是感生脈動磁通等等原因而產生。軸電壓常會出現在發電機的轉子兩端、軸和軸承之間或是軸和軸承座之間等位置。具體軸承的耐電壓程度是與軸承的種類相關的，如果軸電壓超出了該軸承的承受范圍，就會產生油膜漏電或導電的現象，生成軸電流。而這種放電情況產生的軸電流會在軸承和軸瓦的連接處造成點狀的微小孔，并逐漸燒壞軸瓦表面，最終導致軸頸或是軸承被損壞。通過分析軸電壓的產生原因我們發現，避免軸電壓產生的關鍵在于阻絕發電機內產生軸電流。簡而言之，只要避免發電機內兩個軸承之間形成軸電流的回路，就可以減少發電機整體絕緣的工作量，即不必對每個軸承進行絕緣處理。發電機的軸電壓主要可被分為兩大部分：一種是軸處于旋轉狀態下產生不平衡現象導致垂直軸與向交鏈出現磁通現象產生軸電流和軸電壓。另一種則是因為軸向漏電磁通使得轉軸兩端位置出現軸電壓。此外，分數槽的繞組出現電樞反應也會使轉軸產生軸電壓。為了避免發電機內產生軸電壓并確保發電機能夠安全運作，安全生產的規章制度明確規定，要在發電機勵側的軸承座上做好對地絕緣工作，防止出現發電機內有軸電流產生。與此同時，為了在轉軸位置產生懸浮電位，還須要在轉軸上裝配接地電刷。

1.2 發電機軸電壓對發電機運行的危害

當軸承的底座絕緣因為安裝不當或出現油污、老化、損壞等情況，就會失去絕緣性能。如果此時發電機的軸電壓已增強至能夠擊穿轉軸和軸承之間的油膜時，就會出現放電現象。軸電壓導致的軸電流則會使間隙中的潤滑油逐漸劣化，而且電弧會導致轉子的軸頸及軸瓦出現麻點，甚至燒毀瓦面。此時發電機若繼續運作，就很可能發生安全事故。可以說，軸電壓對于發電機的使用壽命以及運行環境內的安全生產，都是存在很大負面影響的。但是卻很可能因為忽視而未對軸電壓進行必要防護，而給發電機組的正常運行埋下了安全隱患。

2 發動機軸電壓的測量方法

為了避免發電機內出現軸電壓，生產操作規程都曾明確規定，須要在發電機的勵側軸承座的下方安裝絕緣墊板。絕緣墊的具體安裝方法有三種，常見的則包括以下兩種：一是在發電機勵側軸承的底座與地面之間安裝一層絕緣墊板；另一種則是在發電機勵側的軸承座和地面之間安裝兩層絕緣墊板，即在這兩層絕緣墊板之間加裝一層鐵板。為了證明發電機勵側的軸承座和地面之間已經絕緣，主要可采用以下兩種測量辦法。

（1）測量軸電壓法，測量發電機內的軸電壓時，簡單的軸系統可以參照圖1。測量軸電壓的時候，可以將軸電壓具體理解為一股電勢E，將間隙內的油膜理解為等值的可變電阻RC（即汽側）和RL（即勵側），將軸瓦的對地絕緣墊視作絕緣電阻（即RJ），那么測量發電機內軸電壓的等效電路圖就可以參照圖2。具體方法如下：（1）在發電機組帶載或空載的情況下，調試員使用高內阻的電壓表（即3-10V的交流電壓表）測量轉軸兩端的電壓（即b點和c點），將測得的發電機轉子的軸電壓記為U1。（2）將發電機勵側的油膜短接（即將a點和b點進行短接），再將發電機汽側的油膜短接處理（即將c點和d點進行短接），調試員繼續使用電壓表測取勵側的軸瓦對地電壓（即ae點）記為U2。具體的判定絕緣墊與地面是否有效絕緣的規則為，當U2的測得值少于U1測得值的10%時，絕緣墊的絕緣情況則可判定為絕緣不良，須要及時處理。

（2）測量絕緣電阻法，將發電機的轉子吊起，使用500V（舊版規程的規定額）或1000V（新版規程的規定額）的搖表，檢測發電機的勵側軸承座到夾層鐵板再到地面之間是否確實絕緣。生產操作規程嚴格規定，所測得的絕緣電阻不得低于1MΩ，若低于底線規定值，即可判定為絕緣不良，必須及時處理。

（3）軸電壓測量時應注意的技術措施，第一，測量時所用的交流電壓表必須符合相關的操作標準。測量使用的連接線必須使用專用電刷與轉抽連接。測量軸承部位及底座部位的電壓式應對軸承外殼與轉軸進行導線短路處理，以免軸承與轉軸之間殘存油膜影響測量的準確性。第二，應確保電刷和轉軸表面是良好接觸的。為了確保測量準確應多次重復測量，觀察每次的測量結果是否一致。若軸承座和底座之間安置的是雙重絕緣片，還須要分別測量軸承與鐵片之間及鐵片與底座之間的具體絕緣電阻。第三，為了切實保證測量結果準確，還應當測量發電機的汽端大軸和地面之間的電壓，這個測量結果應當接近0V。如果實際測量值較高，須要及時清理大軸的接地碳刷。第四，為了避免測量過程中對轉子接地的干擾，應當申請短時間呃逆暫時退出發電機的轉子接地保護，待測量結束后再恢復接地保護。第五，在測量過程中還應時刻注意各項電氣參數的變化，如果發生異常則立即停止測量。

3 防止軸電壓產生的措施

（1）在轉軸端部裝配接地碳刷，并確保接地碳刷確實接地并與轉軸切實連接。確保轉軸的電位為零，并可以實時將電機軸上產生的靜電荷引入大地，從而解決軸電流。（2）為了避免因磁路不平衡而產生軸電流，可在轉軸的非延伸端處的軸承座與軸承支架安裝絕緣隔板，避免軸電流生成回路。（3）除了被測量的某一軸承座外，其他的軸承座以及發動機外殼上的儀表外殼等金屬類部件都須要事先進行對地絕緣，無法絕緣處理的則應安裝接地電刷避免靜電充電。（4）對于因軸交鏈出現交變磁通現象產生的軸電壓，應在一側的軸承座下面安裝絕緣墊板，避免轉軸和軸瓦之間生成回路而產生軸電流。軸承座的實際絕緣強度須要定期使用搖表進行測量，如果測得值低于0.5MΩ則須要盡快處理。（5）必須確保轉軸和軸瓦之間的用于潤滑和絕緣的介質油符合純度標準，若出現油中帶水的情況必須及時過濾處理，避免因油質不達標而容易出現電壓擊穿現象。（6）測量過程中發電機勵端、汽端及大軸的電壓數據也須要測量對比，如果條件允許還可以進行發電機的半負荷狀態和空載狀態下的數據測量，以備提供全面數據進行深入分析。

4 結束語

文章所述的幾種方法均可以有效減少或阻絕軸電壓產生，避免軸電壓對發電機造成不必要的損害。

參考文獻

[1]程芳林.關于發電機軸電壓的測量與保護[J].江蘇電器，2002（4）.

[2]侯正綱.自并勵汽輪發電機組軸電壓分析及其防護對策[J].四川電力技術，2007（1）.

作者簡介：劉茂東（1982-），男，廣東梅州人，中國能源建設集團廣東火電工程有限公司，工程師。