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摘要：发电机的轴电流是危害较大的，其可能会导致发电机组出现振动导致其受损甚至短路，引起火灾等，因此需要采用更加现代化的方式来进行处理，使其能够更好地被处理与预防，本文对其措施进行分析与探究，从而为之后的研究打下基础。
关键词：发电机；轴电流；危害
1 引言
某电厂在机组启机进行AVR动态试验，执行轴电流检查步骤时，发现轴电流在40~80mA之间波动，与正常值10mA明显偏大。随后测量8瓦对地轴电压1.3VAC。8瓦对地绝缘电阻大于100MΩ，测量励磁绕组对地绝缘电阻大于6.5kΩ。因此，专业人员初步判断发电机大轴未接地，不影响AVR动态试验，决定继续该试验，并安排专人实时监测轴电流的变化趋势。试验完成后机组开始升功率，轴电压稳定在1.3V左右，轴电流稳定在60mA波动，期间轴电流曾达到0.2A的报警值。
2轴电流的危害
中型交流电动机采用稀油润滑的滑动轴承，电机轴是沉在油膜上的。正常情况下，转轴与轴承间的润滑油膜起到绝缘的作用。由于该金属接触面很小，电流密度大，使轴承局部烧熔，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。通常表现出来的症状是轴承内表面被压出条状电弧伤痕，严重时足以把轴颈和轴瓦烧坏。由于运行摩擦在轴上产生静电荷，使轴的电位因被充电而升高。当运转的轴接触到旋转体以外的任何部件时，便通达该部件进行放电。否则就要继续积累电荷，最后产生过高的电压，如果超过轴承油膜的绝缘强度时，电荷在极短的时间内放电。这种现象重复发生的结果，就能使轴受到损伤。
3 发电机轴电流生成原因分析
轴电流和轴电压是密不可分的，在对原因分析的时候不只单独分析轴电流或者轴电压。因为在实际上，轴电压的产生是不可避免，比如，铁芯轴向不对称、磁场径向不平衡、轴向剩余磁场、励磁系统的电容耦合、发电机旋转产生的静电电荷等，这些因素在实际应用中都是不可避免的。如果对轴电压的抑制和防护措施不当，将会在发电机轴承、轴瓦、齿轮等部件产生有害的轴电流，造成这些部件在电弧、电解或氧化作用下损伤，严重时还会引起停机事故，造成不必要的检修和发电损失。因此我们从以下四个方面分析：
第一：由于发电机组在设计与生产的实际过程中，不可避免会出现磁通与磁路不对称的状况，从而导致轴电压的产生。目前，大型汽轮发电机通常选取 0.35mm 或 0.5mm 厚度的硅钢片。定子铁芯是由成千上万个这样的扇形硅钢片叠装而成，但结合面部位实际生产无法做到绝对光滑或者对接粘合后没有缝隙。因此，定子铁芯在叠装的部位磁阻会比其它部位的磁阻大，使 N 极发出的磁力线在定子铁芯叠装的部位可能出现波动，导致磁力线在铁芯上的分部不均匀。当转子工作起来，在定子内部做旋转运动时，回路中就会出现交变的磁场，当磁场达到一定强度时，就会出现轴电压甚至出现轴电流。在发电机的实际设计与制造中，制作工艺总会出现误差，不会达到理想状态，所以轴电压产生的一个重要原因是磁阻以及磁通的不对称。
第二：当发电机处于正常工作状态时，机组中的轴向磁通的大小接近于零。然而，如果发电机发生匝间短路或者是转子的两点不对称接地之类的故障时，在发电机的转子中就会出现轴向磁通，从而破坏发电机组的稳定运行。当发电机长期运行时，出现剩磁，转子偏心、饱和，绕组不对称等情况，便会导致大轴被磁化，这样一来，轴向的电磁通路以及由于极化导致的情况也会产生轴电压。
第三：出现在轴和接地台板之间的直流型电压，由高速流动的湿蒸汽和汽轮机低压紅叶片摩擦差生的静电电荷引起。由电工理论可知，当悬浮的金属和其他介质发生相对运动时容易出现静电荷。随运行工况不同，这种性质轴电压有时高达上百伏，但是一般只存在于汽机侧，可以通过低阻接地将该静电电荷导入大地。如果不采取措施会在轴承油膜上聚集，最终在油膜上放电将导致轴承损害。
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第四：目前大型汽轮发电机大部分都是使用静态励磁系统作为励磁方式。但是，当静态励磁系统工作时，静止励磁系统需要通过晶闸管，把交流电压整流为直流电压，这个直流电压属于脉动型电压，再将这个脉动电压输送到发电机的励磁绕组进行发电。内部晶闸管会因为换弧而引入一个新的轴电压源。整流输出的共模电压施加在轴系对地电容上，产生一种基频为150Hz的交流轴电压，同时还含有大量高次谐波。轴电压主要出现在轴颈对地电容上，虽然不会产生很大的轴电流，但是高频电压脉冲容易击穿油膜，引起的电腐蚀会严重损伤轴瓦和轴承，必须提前进行检修。
4发电机轴电流的处理措施
诱发原因很多，要进行全面治理，就要综合考虑到其各种成分的性质，分别提出相应的防治办法，从而切实有效的将轴电流的大小控制在安全范围之内。
第一：
（1）设计安装时，通常在位于发电机励磁端的轴承支架与底座之间加装绝缘垫，同时将所有油管、螺杆、螺钉等采取绝缘措施。（2）设计有发电机汽机侧大轴的接地电刷，用于释放汽轮机低压段的静电电荷，保证轴与地的电势相同。（3）为了降低汽轮发电机组由于磁路不对称引起的轴电压，设计发电机时考虑了消除或减少轴电压中的三次或五次谐波分量的措施，采用全新的发电机结构，安装时严格按照厂家工艺、设计要求，防止转子偏心。（4）为防止转子绕组一点接地短路而产生轴电压，运行时投入励磁回路两点接地保护装置。
发电机轴电流的危害预防措施
第二：
静态励磁系统所产生的高频轴电压会对电机的安全运行构成极大的威胁，在汽轮机组的实际运行中，汽轮机侧大轴接地的情况时有发生，很难避免。一旦汽轮机侧也存在着接地点，它和轴系励侧的接地碳刷就会构成通路，由轴电压产生很大的电流，损伤回路中的相关部件。采用励侧碳刷接地方案时，要时刻密切注意轴系汽侧与大地之间的绝缘情况，同时励侧的接地碳刷也需要良好的维护。随着电机安全运行研究的不断发展，出现了在励侧通过RC回路接地的方法。除此之外，静态励磁系统所产生的新型轴电压主要是因为整流造成的高频脉动引起的。因此，可以在整流系统后对波形现进行整定，降低其波动幅值，然后再送入转子励磁绕组中。
第三：
发电机在检修、运行中防止水、杂质、检修工具进入器身；防止损坏发电机线圈、铁蕊。要加强对发电机的检查、检修、检测工作，发现隐患及时消缺。除涂刷防火涂料外，还应用薄铁罩或用耐火隔板遮蔽。严格审批电缆沟内部动火工作，做好防火措施后，方可动用明火。对超温、绝缘降低、超载、漏油、腐蚀、损坏严重的电缆应及时采取措施消除隐患。应加强对电缆的巡回检查、检修、检测等工作。及时清除电缆及周围的积油、积粉、积水。
5 总结
发电机轴电流危害较大，因此其需要具有较好的控制功能的系统来处理，这个系统目前来说开放性能较强，同时也有着良好的操作性，通过数字化通讯来完成功能的实现。其对于工业设备来说适用性较强，但是目前来说并没有得到非常广泛的应用，需要有一定的手段对其进行优化和推广。
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论文作者:孙剑峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年21期
论文发表时间:2020/2/27
标签：电压论文; 发电机论文; 电流论文; 轴承论文; 油膜论文; 转子论文; 励磁论文; 《建筑学研究前沿》2019年21期论文;