发电机轴电压的测量与保护探讨

摘 要：文章主要阐述了发电机轴电压的产生原因，并就轴电压对发电机的运行危害进行了相关探究，以此说明对轴电压进行测量和保护的必要性，并提出了集体测量发电机轴电压的方法，及测量轴电压时须要注意的技术措施。

关键词：发电机轴电压；测量与保护；接地炭刷；轴承绝缘

引言

发电机轴在实际的运行过程中，受诸多因素影响会产生一定的轴电流和轴电压。如果在组装过程或是日常运行时，没有对轴电压进行必要的防护措施，轴电压会对发电机组内的组建造成烧损，影响发电机的正常使用和使用安全。

1 发电机轴电压产生的原因及它对发电机运行的危害

1.1 发电机轴电压产生的原因

发电机内的轴电压会因为环绕在轴四周的磁路出现不对称情况、转子的运转偏离整体中心或是感生脉动磁通等等原因而产生。轴电压常会出现在发电机的转子两端、轴和轴承之间或是轴和轴承座之间等位置。具体轴承的耐电压程度是与轴承的种类相关的，如果轴电压超出了该轴承的承受范围，就会产生油膜漏电或导电的现象，生成轴电流。而这种放电情况产生的轴电流会在轴承和轴瓦的连接处造成点状的微小孔，并逐渐烧坏轴瓦表面，最终导致轴颈或是轴承被损坏。通过分析轴电压的产生原因我们发现，避免轴电压产生的关键在于阻绝发电机内产生轴电流。简而言之，只要避免发电机内两个轴承之间形成轴电流的回路，就可以减少发电机整体绝缘的工作量，即不必对每个轴承进行绝缘处理。发电机的轴电压主要可被分为两大部分：一种是轴处于旋转状态下产生不平衡现象导致垂直轴与向交链出现磁通现象产生轴电流和轴电压。另一种则是因为轴向漏电磁通使得转轴两端位置出现轴电压。此外，分数槽的绕组出现电枢反应也会使转轴产生轴电压。为了避免发电机内产生轴电压并确保发电机能够安全运作，安全生产的规章制度明确规定，要在发电机励侧的轴承座上做好对地绝缘工作，防止出现发电机内有轴电流产生。与此同时，为了在转轴位置产生悬浮电位，还须要在转轴上装配接地电刷。

1.2 发电机轴电压对发电机运行的危害

当轴承的底座绝缘因为安装不当或出现油污、老化、损坏等情况，就会失去绝缘性能。如果此时发电机的轴电压已增强至能够击穿转轴和轴承之间的油膜时，就会出现放电现象。轴电压导致的轴电流则会使间隙中的润滑油逐渐劣化，而且电弧会导致转子的轴颈及轴瓦出现麻点，甚至烧毁瓦面。此时发电机若继续运作，就很可能发生安全事故。可以说，轴电压对于发电机的使用寿命以及运行环境内的安全生产，都是存在很大负面影响的。但是却很可能因为忽视而未对轴电压进行必要防护，而给发电机组的正常运行埋下了安全隐患。

2 发动机轴电压的测量方法

为了避免发电机内出现轴电压，生产操作规程都曾明确规定，须要在发电机的励侧轴承座的下方安装绝缘垫板。绝缘垫的具体安装方法有三种，常见的则包括以下两种：一是在发电机励侧轴承的底座与地面之间安装一层绝缘垫板；另一种则是在发电机励侧的轴承座和地面之间安装两层绝缘垫板，即在这两层绝缘垫板之间加装一层铁板。为了证明发电机励侧的轴承座和地面之间已经绝缘，主要可采用以下两种测量办法。

（1）测量轴电压法，测量发电机内的轴电压时，简单的轴系统可以参照图1。测量轴电压的时候，可以将轴电压具体理解为一股电势E，将间隙内的油膜理解为等值的可变电阻RC（即汽侧）和RL（即励侧），将轴瓦的对地绝缘垫视作绝缘电阻（即RJ），那么测量发电机内轴电压的等效电路图就可以参照图2。具体方法如下：（1）在发电机组带载或空载的情况下，调试员使用高内阻的电压表（即3-10V的交流电压表）测量转轴两端的电压（即b点和c点），将测得的发电机转子的轴电压记为U1。（2）将发电机励侧的油膜短接（即将a点和b点进行短接），再将发电机汽侧的油膜短接处理（即将c点和d点进行短接），调试员继续使用电压表测取励侧的轴瓦对地电压（即ae点）记为U2。具体的判定绝缘垫与地面是否有效绝缘的规则为，当U2的测得值少于U1测得值的10%时，绝缘垫的绝缘情况则可判定为绝缘不良，须要及时处理。

（2）测量绝缘电阻法，将发电机的转子吊起，使用500V（旧版规程的规定额）或1000V（新版规程的规定额）的摇表，检测发电机的励侧轴承座到夹层铁板再到地面之间是否确实绝缘。生产操作规程严格规定，所测得的绝缘电阻不得低于1MΩ，若低于底线规定值，即可判定为绝缘不良，必须及时处理。

（3）轴电压测量时应注意的技术措施，第一，测量时所用的交流电压表必须符合相关的操作标准。测量使用的连接线必须使用专用电刷与转抽连接。测量轴承部位及底座部位的电压式应对轴承外壳与转轴进行导线短路处理，以免轴承与转轴之间残存油膜影响测量的准确性。第二，应确保电刷和转轴表面是良好接触的。为了确保测量准确应多次重复测量，观察每次的测量结果是否一致。若轴承座和底座之间安置的是双重绝缘片，还须要分别测量轴承与铁片之间及铁片与底座之间的具体绝缘电阻。第三，为了切实保证测量结果准确，还应当测量发电机的汽端大轴和地面之间的电压，这个测量结果应当接近0V。如果实际测量值较高，须要及时清理大轴的接地碳刷。第四，为了避免测量过程中对转子接地的干扰，应当申请短时间呃逆暂时退出发电机的转子接地保护，待测量结束后再恢复接地保护。第五，在测量过程中还应时刻注意各项电气参数的变化，如果发生异常则立即停止测量。

3 防止轴电压产生的措施

（1）在转轴端部装配接地碳刷，并确保接地碳刷确实接地并与转轴切实连接。确保转轴的电位为零，并可以实时将电机轴上产生的静电荷引入大地，从而解决轴电流。（2）为了避免因磁路不平衡而产生轴电流，可在转轴的非延伸端处的轴承座与轴承支架安装绝缘隔板，避免轴电流生成回路。（3）除了被测量的某一轴承座外，其他的轴承座以及发动机外壳上的仪表外壳等金属类部件都须要事先进行对地绝缘，无法绝缘处理的则应安装接地电刷避免静电充电。（4）对于因轴交链出现交变磁通现象产生的轴电压，应在一侧的轴承座下面安装绝缘垫板，避免转轴和轴瓦之间生成回路而产生轴电流。轴承座的实际绝缘强度须要定期使用摇表进行测量，如果测得值低于0.5MΩ则须要尽快处理。（5）必须确保转轴和轴瓦之间的用于润滑和绝缘的介质油符合纯度标准，若出现油中带水的情况必须及时过滤处理，避免因油质不达标而容易出现电压击穿现象。（6）测量过程中发电机励端、汽端及大轴的电压数据也须要测量对比，如果条件允许还可以进行发电机的半负荷状态和空载状态下的数据测量，以备提供全面数据进行深入分析。

4 结束语

文章所述的几种方法均可以有效减少或阻绝轴电压产生，避免轴电压对发电机造成不必要的损害。

参考文献

[1]程芳林.关于发电机轴电压的测量与保护[J].江苏电器，2002（4）.

[2]侯正纲.自并励汽轮发电机组轴电压分析及其防护对策[J].四川电力技术，2007（1）.

作者简介：刘茂东（1982-），男，广东梅州人，中国能源建设集团广东火电工程有限公司，工程师。