摘要：在水轮发电机运行中，如果转子与定子无法保持完全通信，则在运行过程中可能引发相应的轴电流，对发电机的正常稳定运行产生影响。本文从水轮发电机轴电流的产生机理、危害及控制措施出发，对轴电流治理措施进行了分析和讨论。
关键词：水轮发电机；轴电流；产生机理；控制策略
0 引言
在我国社会经济持续发展的背景下，水力发电随之步入了全新的发展时期，自20世纪80年代以来便取得了迅猛的发展，在这样的大环境中，丰富的水利发电设备持续推出，水轮发电机组是水力发电站中最重要的生产设备,如果水轮发电机组的工作过程存在问题，会对水力发电生产效率产生影响，情况严重时甚至会导致水电站停运，电机运行时产生的轴电流需要用轴电流保护来正确反映。对于轴电流保护，需要以电流实测结果为依据发出相应的信号，以此减少或避免对轴承与其导瓦造成的破坏。考虑到轴电流具有一定破坏性，所以需要分析引起轴电流的主要原因，并规避其发生，减小危害。本文再针对水轮发电机组轴电流产生机理分析其危害，提出其控制措施以供参考。
1 轴电流产生机理
1.1不平衡磁通产生轴电流
发电机转轴在旋转切割不平衡磁通而在轴两端产生的电压 ，造成发电机磁场磁容不均衡进而产生轴电压，原因有制造工艺及安装造成，有发电机内部或外部产生不对称短路电流产生，这种不对称的原因可能是由于两个定子和转子不在同一轴线，也可能是由于圆周方向有效铁芯扇形片的合缝、组装这些扇形片的鸠尾筋、以及轴向孔等装配不当，引起了和定子铁芯存在气隙相似的效应，使发电机主磁通的两个并联支路的磁阻不对称。在发电机内部或外部发生不对称短路时，感应电动势(轴电压)增大。
1.2交变磁通转轴-油膜-轴承座及基础回路破坏
轴承绝缘因油污、损坏或老化等原因导致绝缘性能降低,轴电流将从转轴-油膜-轴承座及基础等外部回路通过，引起电动势（轴电压），产生轴电流。轴电流的电解作用使润滑油炭化造成油的润滑性能变差同时轴承温度升高,当滑环侧轴端的对地绝缘垫损坏，在转子匝间短路，或发电机推力瓦承座、导瓦承座、油管、地脚螺栓、销钉等对外壳之间由于某种原因绝缘损坏时，就会产生很大的轴电流在轴电压的作用下，轴电流可能非常大，严重时将灼伤轴瓦。
2 轴电流的危害
2.1产生高温烧熔轴承及其他装置
在发电机启动运行时，油膜轴承尚未稳定形成的轴电压和油膜击穿放电，构成回路，轴承和轴之间的电压电流的金属接触点通过，因为没有金属接触点，这些点的电流密度，从而在瞬间高温，使当地烧熔轴承，转子轴承合金烧熔飞溅的压力下，轴承与轴烧熔焊在一起。被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅，于是在轴承内表面上烧出小凹坑当励磁电流、电压增高以及电站负荷频繁变化冲击下，开始发生主轴与励磁电流接地现象，随着时间推移，加上设备自身存在的缺陷，其绝缘系数不断下降[5]，主轴与推力头结合面在拔出方向拉成深浅不等的槽沟，镜板与推力瓦同样受到一定程度的侵蚀如果当时得不到及时有效处理，将会造成发电机转子两点接地，致使整个推力装置与转子直接导电，发生绕组和铁芯严重击穿，进而使整个发电机报废，给电站带来不可估量的损失。
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2.2 绝缘性能变差破坏发动机转轴
润滑油炭化、溶化后金属微粒掺入润滑油系统，使润滑油剂受到污染，造成润滑油性能变差，使轴承温度升高，使发电机转子轴与轴瓦相接触部位有不同程度 的损伤情况。这种现象不同于轴与轴瓦之间的异常磨损，而是属于某种物质对轴面进行局部的腐蚀。从腐蚀的情况来看属于点腐蚀，斑点面积最大的达到10mm，深度达到0.9mm[6]。虽然对发电机转子轴进行过车洗和金属喷涂等，但并没有从根本上解决问题。经过分析，排除了机械损伤和化学腐蚀的因素，最后确定为轴电流所致。
3 轴电流的控制措施
3.1 发电机部件绝缘处理
为了防止轴电流的产生，设计安装时，保持发电机上导瓦底座、推力瓦底座、水导瓦底座、各轴承架及油管路对外壳的绝缘。在位于发电机励磁机侧的轴承支架与底座之间、轴承座连接的油管路的法兰盘之间，加装绝缘垫，同时将所有螺杆、螺钉(控制销)及油管等均已采取绝缘措施。经过轴承座上的定位孔和沿着螺钉表面处,易使绝缘降低,故在螺钉顶头、垫 圈、定位塞上涂环氧树脂。为防止磁不平衡等原因产生轴电流，在非轴伸端的轴承座和轴承支架处加绝缘隔板，切断轴电流的回路运行中,绝缘边缘、接缝部位的表面脏污会破坏绝缘性能,应定期检查和清擦发电机集电环、刷架,避免碳粉沉积降低正负两极绝缘,产生轴电流。定期检查发电机转子绝缘,绝缘降低必须迅速处理,避免励磁回路两点接地。保持轴与轴瓦之间润滑绝缘介质油的纯度，发现油中带水必须进行过滤处理，否则油膜的绝缘强度不能满足要求，容易被低电压击穿。
3. 2 保持大轴接地碳刷的可靠接地
在轴端安装接地碳刷，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，随时将电机轴上的静电荷引向大地，以此消除轴电流。由于当前很多水轮发电机组的大轴接地线被用作转子一点接地保护的" 接轴"，使得接地碳刷并没有真正的接地，形成发电机大轴与地之间的电位差，可能造成大轴通过轴瓦间隙对地放电，使轴瓦电烧伤。在机座中除一个轴承座外其余轴承座及包括所有装在其上的仪表外壳等金属部件都对地绝缘，不绝缘的轴承应装接地电刷以防静电充电。保持大轴接地碳刷的可靠接地，使大轴与地等电位。在事故情况下，若发电机励磁机侧轴承座的对地绝缘损坏，产生的轴电流会很大；发电机定子线圈发生匝间短路时，轴电流也会很大。它们不仅会烧坏轴瓦破坏油膜润滑，也会使大轴磁化。因此，运行中要切实保证大轴的可靠接地。
4 结语
总而言之，水轮发电机组运行中所产生的轴电压一般都比较小，当轴电流回路的绝缘被破坏后，水轮发电机绝缘性能下降时，较低的轴电压也会带来较大的轴电流，影响发电机的稳定可靠运行。此外，水轮机组工作运行过程中应及时对轴电流异常问题排查，既要重视异常原因的分析，又要重视引起轴电流的产生的机组结构 问题，采取以上或其他措施对水轮机组进行检查和维护，保证水轮发电机组的稳定可靠运行，提高工作环境的安全性，以此来推动水电产业的健康发展。
参考文献:
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[2]李政,李巍,卿启维.水轮发电机轴电流的设备治理及效果分析[J].四川水力发电,2019,38(2):107-109.
[3]景国强.轴电流对水轮发电机产生的影响[J].水电站机电技术,2008,31(4):26-27.
[4]刘克发.浅谈大型水轮发电机组轴电压危害及预防[J].科技创新与应用,2012,(24):155.
论文作者:何春柳1,王超1
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/11/29
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