柴油发电机组轴电压的检测方法及危害预防

钟家衡（湘电重型装备有限公司，湖南湘潭　411101）

柴油发电机组轴电压的检测方法及危害预防

钟家衡
（湘电重型装备有限公司，湖南湘潭411101）

摘要：轴电压会引起旋转机械的严重损坏，特别是大型发电机组。主要介绍了利用数据记录仪准确对大功率柴油发电机组的轴电压的检测方法及预防其危害的主要措施。

关键词：柴油发电机组；轴电压；检测方法；解决方案

0　引言

尽管发电机设计制造水平不断提升，发电机产生的轴电压这个问题还是无法完全消除。对于大功率柴油发电机机组而言，轴电压将直接作用于柴油机的曲轴及轴瓦，因此，轴电压问题对柴油发电机组的安全运行非常重要。

1　轴电压的来源及危害

轴电压的来源主要有以下几个方面：（1）由于磁路不对称，产生感应轴电压；（2）轴向磁通，剩磁、转子偏心、饱和或转子绕组不对称等原因造成(轴向)磁通在轴承和轴的部件中感生单极电势；（3）静电感应，主轴对地电容产生充电，使发电机主轴电位升高；（4）外部电源的介入，静止励磁设备、电压源等设备使用，导致主轴外加电压而升高轴电压。

当轴电压低于击穿轴承油膜的阀值时，轴电流几乎没有或是非常小，此时即便未采取防范措施也不会产生电腐蚀。当轴电压过大时则会击穿轴承油膜形成轴电流，轴电流会对轴承等部件产生烧蚀现象。对柴油发电机组而言，轴电压过高会导致柴油机轴瓦产生电蚀，从而加速轴承的机械磨损，降低柴油机的使用寿命。

2　柴油发电机组的轴电压检测方法与数据分析

发电机在出厂试验中一般要对轴电压进行检测，国家标准[1]规定应在额定工作电压、额定转速时，空载工况下检测轴电压。就柴油发电机组而言，采用简易检测方法仅在额定电压、额定转速下空载工况时的检测的轴电压数据，实际意义并不大。在实际应用中，柴油发电机组轴电压检测应考虑检测装置的安装、负载工况的变化等因素，因此检测方法也有所不同。以某进口矿用卡车上使用的2 500 Hp柴油机带动的发电机组为例，发电机主轴一端（励磁侧）主轴为轴承支撑，发电机主轴另一端与柴油机飞轮盘采用直接连接，一般简易的轴电压检测方法难以满足实际需要。

为准确掌握柴油机轴电压数据，本次检测采用具有高阻抗，高速、宽频测量和存储功能的DL850数据记录仪，可在在柴油机低怠速（750 r/min）、额定转速（1 900 r/min）空载、任意负载转速、额定转速（1 900 r/min）、额定负载等各种工况下检测轴电压数据。柴油发电机组轴电压检测示意图见图1。

图1　柴油发电机组轴电压检测示意图

检测过程中应注意：（1）测量的连接线与柴油机曲轴前端的接触必须用专用电刷，测量前应将发电机转轴尾端与地短路，防止发电机轴承和转轴之间存在油膜而影响测量结果；（2）如果柴油机上安装有曲轴接地装置，应在检测前拆下接地装置；（3）检测应在柴油机运转5 min之后进行，分别测量额定转速和额定功率下的轴电压；（4）注意电刷与转轴表面接触应保证良好，为了保证测量结果的准确性，应重复进行检测，观察各次检测值是否一致。

测量数据采用Xviewer软件做后期分析处理。图2、图3分别是在柴油机额定转速（1 900 r/min）空载、额定负载工况下采集的数据波形图。为使测量数值尽可能反映轴电压实际情况，选取光标①、光标②之间稳态工况波形区间35 s进行分析，计算P-P（峰峰值）、Rms（有效值）等参数。

图2测量结果显示，当发电机组处于空载额定转速工况时，轴电压峰峰值850 mV，有效值67.383 mV；图3结果显示当发动机组处于额定负载工况时峰峰值达到27.85 V，有效值373.7 mV，其轴电压偏高。

在图2、图3中测量项目显示的P-P(峰-峰)值是光标区间中max值与min值之和，而不是区间中每个周期P-P值当中的最大值。设备实际运行中，单周期内轴电压P-P值对轴承油膜影响要高于区间范围内的P-P值。因此，以单个周期的P-P值对发电机组轴电压情况评估更为符合实际，相对合理[2]。在Xviewer软件中，只要对波形合适区间进行缩放，在Zoom窗口选择其中最大峰值的波形，以单个周期作为测量区间，即可获得单周期内的P-P值。

图2　柴油机1 900 r/min空载工况时轴电压波形

3　柴油发电机组轴电压问题解决方案

轴电压的出现会导致轴承（轴瓦）的电腐蚀。但文献中很少有提到轴电压的允许值。国外曾在0～10 kHz不同电压频率、电极类型、30～80 μm不同电极间距（油膜厚度）等多种条件下进行试验，期望能发现产生电腐蚀现象的轴电压下限值。试验证明，油膜的击穿电阻很大程度上是由杂质决定的（水，固体颗粒等），导致试验结果中有很大的分散性[3]。由于轴电压能否导致轴承（轴瓦）电腐蚀的因素很多，因此轴电压允许值尚无统一标准。大型发电机组允许的轴电压峰峰值，可参照电力行业标准[4]，其中规定汽轮发电机组轴电压应小于10 V。当轴电压过高时，应采用必要的措施。

在对轴电压进行准确测量后，应根据柴油发电机组允许的轴电压值及设备实际运行情况进行评估，确定是否采取预防措施。预防柴油发电机

图3　柴油机1 900 r/min额定负载工况时轴电压波形

组轴电压危害的主要措施解决方案有：（1）对交流发电机轴承和附在发电机上的取力口（PTO）进行绝缘处理；（2）对发电机飞轮和柴油机飞轮盘上的弹性连接盘进行隔电处理；（3）在柴油机曲轴前端或飞轮盘位置安装柴油机曲轴保护碳刷或为发电机安装接地碳刷。

4　结束语

柴油发电机组轴电压过高时，会导致发电机轴承及柴油机轴瓦产生电腐蚀现象，但文献中很少有提到轴电压的允许值。实际应用中，应尽量对机组轴电压进行准确测量，并根据柴油机发电机组运行状态，轴承磨损等情况进行评估，以确定是否有必要采用轴电压危害解决方案。

参考文献：

［1］GB/T 1029-2005，三相同步电机试验方法［S］.

［2］卢家慧.电机试验中轴电压的测量方法［J］.电气防爆，2013（04）：37-39.

［3］C.Ammann.静止励磁的发电机中产生的轴电压问题和解决方法［J］.国外大电机，2005（03）：27-34.

［4］DLT 596-2005.电力设备预防性试验规程［S］.

(编辑：向飞)

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

作者简介：钟家衡，男，1980年生，湖南桑植人，大学本科，工程师。研究领域：大型矿用电传动自卸车、大小工矿电机车等产品检测、维修技术。

收稿日期：2015－07－23

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.037

中图分类号：TM31

文献标识码：A

文章编号：1009－9492 (2015 ) 08－0131－02