汽轮发电机组轴电压异常原因分析

赵峰++刘建+崔旭东

摘 要：本文阐述了汽轮发电机组轴电压异常的原因、预防措施、处理方法。同时介绍了现场工作中遇到的转子轴电压测量数据异常及处理的过程。

关键词：轴电压；轴电流；轴承绝缘；预防措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.143

1 引言

燃煤汽轮发电机组由于在安装或运行期间采取的防范措施不足或不当，没能有效地将由电磁、蒸汽静电等多种因素形成的轴电压进行释放。当该电压升高到一定值时就会击穿大轴与轴承间的润滑油膜，发生击穿放电现象，使润滑油质逐渐劣化，严重者会使轴瓦烧坏，造成被迫停机事故的发生。

2 产生轴电压的原因

轴电压是指发电机在全速旋转时在其转子大轴两端期间之间或转轴与轴承座之间所产生的电压。产生轴电压大致有以下原因：

（1）由于发电机的定子铁芯材质导磁率及安装工艺、转子同心度等方面原因致使磁路不平衡，在转子大轴上产生感应电势，并在转子汽励两侧大轴端产生电压差，形成轴电压。该电压一般为十伏以下，如果没有采取响应的有效措施，就会使大轴、轴承和基础台板之间中形成的交变电磁链通路且产生较大的轴电流。这个轴电流会造成润滑油质迅速劣化，导致设备转轴表面的电蚀以及轴承钨金的磨损，进而会加速轴承的机械磨损、严重的会造成轴瓦烧损的重大设备损坏事故。

（2）高速蒸汽产生的静电。高温高压的水蒸气从管道高速喷射出时，汽流中往往带有大量的静电荷，静电荷在转轴上聚集产生感应电势形成轴电压。这种轴电压如不采取措施将该静电电荷导入大地，它在汽机侧油膜上聚集也有可能发生放电现象破坏油膜和轴瓦。

（3）静态励磁系统产生的轴电压。由于励磁装置电压源或转子绕组不对称等因素作用在转子绕组上的外部电压使轴产生电动势。

（4）剩磁引起的轴电压。当发电机运行中发生转子绕组不对称匝间短路时，造成磁路不对称，使得在转轴上剩磁形成的单极电势急剧增大、大轴上的轴电压升高，形成很大的轴电流，造成大轴、轴瓦的烧损和转子等部件的严重磁化。

3 轴电压的危害

（1）接地电刷接触不良时，不能有效地抑制或消除轴电压及轴电流危害，进而会导致润滑油质老化、轴颈表面电蚀和轴瓦磨损现象的发生。（2）轴电压直接影响转子接地保护的正常工作，由于大轴接地不良产生感应电势、引发转子一点接地保护误动。

4 预防措施

（1）发电机转子大轴接地电刷装置接触良好。在发电机汽侧的大轴上安装接地电刷，将静电荷导入大地。大轴接地電刷在运行中容易受到油污和灰尘的污染，会降低接地电刷的接地效果，进一步会影响转子轴电压的分布和转子一点接地保护的正常工作。因此需定期开展大轴接地电刷的检查、清扫和维护工作，保证大轴接地可靠。

（2）保证轴承绝缘强度（轴承座对地、油管路法兰盘之间的绝缘垫片）。汽轮发电机组在设计安装中通常采用在发电机励磁机侧轴承座下加垫绝缘板、轴承座的定位销钉和地脚螺栓应加装绝缘套管、与轴承系统连接的各油管路、水管路的法兰盘等部位应加装绝缘垫片（要求必须要做到完全隔离），用以防止在大轴、轴承座、基础台板间形成电流通道。

（3）定期开展轴电压测量工作。发电机转子接地电刷是用来将转轴本体良好接地，是能够有效抑制或消除轴电压及轴电流危害的专门装置。在实际运行中，该装置往往出现由于安装工艺不良、或运行环境的恶化、磨损等原因造成转子接地不好、轴电压上升、轴电流增大，导致转轴和轴承的机械磨损、严重的会造成轴瓦烧损的重大设备事故。因此，定期开展轴电压检查测量工作对改善发电机运行情况是十分必要的。

轴电压测量时通常采用高内阻的交流电压表，用来消除测量仪器造成的误差。

首先测量发电机转子汽励两端之间的电压（U1）。然后将发电机轴瓦与大轴经碳刷短路，来消除轴瓦与大轴间润滑油膜上的电压降，再测量励端轴承与大地间的电压（U2）。最后通过U1和U2数值的大小来分析判断励端轴承对地绝缘的是否正常。若U1≈U2，说明绝缘垫绝缘情况良好；U1>U2，说明绝缘套管或绝缘垫板绝缘被破坏；U1

5 故障处理实例

某发电公司2号发电机，运行中测量轴电压数据为U1=8.3V，U2=0.7V。

从测量结果分析：U1>U2，说明励侧轴瓦绝缘不良，存在绝缘套管或绝缘垫板脏污或损坏情况，导致轴电压完全作用在了轴承润滑油膜上，并形成了很大的轴电流。现场通过对励侧轴瓦各部绝缘测试（用500V绝缘电阻表），发现绝缘垫板绝缘测试数据小于0.5MΩ，说明绝缘垫板绝缘异常情况。同时还检查发现汽侧密封瓦存在漏油严重的情况，转轴上油污较多，影响到接地电刷的正常接地。在2号机组停运检修期间发现励侧轴承座绝缘板脏污形成接地通道，使绝缘板失去作用。清理绝缘板复裝后测试绝缘电阻大于100MΩ。

缺陷处理全部处理完毕机组启动后在同等负荷下测试轴电压数据为U1=，4.7V，U2=4.6V，明显看出U1≈U2，说明绝缘已恢复。

6 结束语

轴电压过高对发电机正常运行有着很大的影响，机组运行中应加强对发电机接地电刷的日常检查维护工作，保证大轴接地碳刷处无油污、且与接地可靠。同时还要加强发电机设备检修过程质量控制，做好密封瓦间隙调整及各部位绝缘垫片（绝缘套管）安装的清洁工作。

参考文献：

[1]电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].GB50150-2016.

[2]高压电气设备绝缘技术监督规程[S].DL/T1054-2007.

[3]李勇，刘侃.发电机轴电压的形成与测量方法[J].工业仪表与自动化装置，2010（01）：90-91.

作者简介：赵峰（1971-），男，天津人，本科，高级工程师，从事火力发电厂电气一次设备技术管理工作。