汽輪發電機軸電壓產生原因摘要：為最大限度抑制軸電壓的產生和危害。本文在概述軸電壓以及軸電壓的危害的基礎上，對汽輪發電機軸電壓產生的原因進行分析，并提出相應的處理方法，以供相關的工作人員參考借鑒，關鍵詞：汽輪發電機；軸電壓；原因；處理方法1軸電壓軸電壓是指由于發電機磁場不對稱，發電機大軸被磁化，靜電充電等原因在發電機軸上感應出的電壓。為了監視軸絕緣的完好與否，需定期測量軸兩端的電壓和軸與機身之間的電壓。2軸電壓危害軸電壓是發電機運行過程中在轉軸兩端、轉軸局部以及轉軸對地的電位差。軸電壓是發電機運行過程中普遍存在的一種電氣現象，大型、高速發電機尤為嚴重。軸電壓較低時，由于油膜的絕緣作用，放電是不容易發生的。然而，當軸電壓較高，軸瓦表面有缺陷，潤滑油油質或流量不達標以及發電機異常振動等可能會造成油膜擊穿，導致軸與軸瓦形成金屬性接觸，形成相當大的軸電流，可達到幾百安甚至上千安，它足以燒損軸頸和軸瓦。軸電壓造成軸承腐蝕是一個加速過程，一次放電就可能使軸瓦表面金屬局部融化，在油膜內形成金屬顆粒并破壞油膜絕緣，使得放電更易發生，形成連鎖反應，引發機組振動加劇，直至被迫退出運行，給現場安全生產帶來隱患。軸承損壞帶來的直接和間接經濟損失十分嚴重。例如在20世紀70年代，我國一臺QFSS-200-2型200MW汽輪發電機發生一起勵磁回路兩點接地故障，造成軸承絕緣擊穿產生強大的軸電流、引起軸系和汽輪機磁化事故，使發電機、轉子、隔板、缸體、曲瓦等部件發生了嚴重磁化，并導致部分軸瓦燒壞，30級隔板與隔板套摩擦和燒傷。揭缸檢查發現許多部位剩磁達幾十至幾百高斯，需要停機檢修一個月左右，對整個機組進行退磁和修理。根據統計，由于軸承破壞而造成的發電機故障約為故障總數的20%，而其中由軸電流引起的軸承故障又占30%，是發電機損壞的重要原因。3汽輪發電機軸電壓產生原因3.1靜止勵磁系統引發軸電壓大部分汽輪發電機是用靜止勵磁系統作為勵磁方式，但靜止勵磁系統內部的晶閘管會因換孤而產生軸電壓。該電壓由轉子軸與勵磁繞組間的電容和轉子軸與地間的電容耦合形成。該電壓由兩部分組成：一部分是幅值為10-60V的3倍頻矩形波；另一部分是峰值為30V、每個周期的矩形波中含有6個高頻分量的諧波。靜止勵磁系統引發的軸電壓可表示為：C為勵側繞組對轉子電容;C為整流變壓器對地電容;C為轉子軸對地電容;Uw t s c為整流器輸出端對中性點所得申壓的共模電壓。3.2靜電荷引發軸電壓懸浮的金屬和其他介質發生相對運動時會產生靜電荷，當發電機的轉子旋轉時，轉子與油膜間、主油泵的葉輪和潤滑油間、汽輪機葉片與蒸汽間、汽輪機末級葉片和空氣間，都會產生靜電荷。這些靜電荷能在軸系上累計產生上百伏的電壓峰值。3.3軸向磁通引發軸電壓隨著電力系統具備越來越多樣化的負荷，越來越多的電廠參與調頻工作，這就增加了轉子繞組產生不對稱匝間短路的風險。轉子繞組發生不對稱匝間短路時，會產生不對稱的軸向磁通和徑向磁通，即剩磁。它會在發電機機殼產生旋轉磁場，從而會在機殼一軸承一絕緣油一轉子回路中產生軸電壓。轉子極間連接線也易發生軸向磁化，引發剩磁，產生軸電壓。當轉子出現匝間短路時，轉子極間連接線更易在油膜和軸徑間引發單極性電壓。這種現象會加速絕緣油的老化，甚至擊穿油膜、破壞軸徑。3.4磁不對稱引發軸電壓發電機因制作工藝的固有局限，難免會產生磁阻和磁通不對稱現象，因而發電機運行時會產生交變磁場，形成軸電壓回路。正常情況下，這樣的電壓不會超過10V。但在這樣的軸電壓回路中，發電機的軸承、軸系和本體的電阻很小，軸電流就會很大，能引發電弧放電，在軸承上造成蝕點，嚴重時會磨損甚至燒毀軸承和軸瓦。磁阻、磁通不對稱的原因主要為：發電機定子的硅鋼片間存在間隙；發電機制造缺陷或安裝不當，造成定轉子不同心；在定子中，每塊扇形沖壓片的磁導率存在誤差；定子的扇形沖壓片安裝不當，使得它們間的接縫不一致；長期運行的發電機未得到有效護理，定子局部生銹。4汽輪發電機軸電壓處理方法4.1在勵磁側加裝抑制裝置應減小整流變壓器對地電容、勵磁輸出的共模電壓、勵磁側繞組對轉子電容，增加軸對地電容。靜止勵磁系統引發的軸電壓具有高頻尖峰分量，可通過RC接地回路得到有效改善。RC并聯回路中的電阻可限制電流的大小，電容可過濾高頻脈沖分量。4.2汽端大軸接地對于靜電荷引發的軸電壓，可在汽端軸系上裝設一個碳刷，碳刷的尾部通過接地線和接地裝置連接。使用該方法需要注意以下要點。（1）應選擇汽端軸系上直徑小的位置安裝碳刷，這樣不但能減小碳刷和軸的接觸電阻，還能減少碳刷和軸系的磨損，但是對于靜止勵磁的發電機，不能離勵磁側太遠，否則不能有效釋放靜止勵磁系統產生的軸電壓。（2）定期清潔碳刷和軸的接觸面，并保證其周圍環境清潔，避免油污粉塵等污染物附著，造成接觸不良、接地效果差。4.3增加勵端軸承的絕緣軸電壓通過軸系、軸瓦、油膜和基座構成通路。該通路中的絕緣介質只有一層絕緣油?？刹捎媒^緣阻斷電氣的方法加強軸電壓通路的絕緣，從而抑制軸電流。在軸瓦和發電機基座間任何可導通的接觸面都應加裝絕緣片，比如密封座與中間環間、中間環與端蓋間、端蓋與與外擋油蓋間、軸承頂塊與端蓋間、軸瓦與端蓋間、基座與地面間、端蓋與軸間，都應加裝絕緣片。中間環、軸承頂塊、軸瓦制動銷、軸瓦絕緣墊塊、擋油蓋應分別有導線引至端子箱，方便隨時測量其對地絕緣。另外，連接部件的螺栓必須使用絕緣墊片和套筒，保證軸電流無法通過螺栓在金屬部件間傳遞。絕緣片的材料一般選用環氧酚醛或環氧樹脂。以上絕緣層安裝完畢后，在發電機未通油時，其絕緣電阻應大于10MQ；在發電機通油后，其絕緣電阻應不低于1MQ。絕緣電阻的測量工作可通過兆歐表完成。4.4優化發電機設計在發電機的設計過程中，應注意以下幾點。（1）完善汽輪機的設計方案，防止低壓段的水霧出現，有效釋放靜電電荷。（2）氫冷發電機應加裝氫氣干燥系統，避免濕度過高而降低氫氣對發電機的冷卻能力。（3）配備一系列發電機在線監測設備來綜合判定發電機的運行情況，為問題的預警和處理提供依據，比如匝間短路監測、局部放電監測、絕緣過熱監測、軸電流軸電壓監測。若大軸出現故障，發生磁化現象，則應采取退磁措施后，方可重新投入生產。4.5優化制造、安裝工藝在發電機制造過程中，應注意以下幾點。（1）提高定子鐵心沖壓片的制作工藝，減少鐵心沖壓缺陷產生的軸電壓3次和5次諧波分量。（2）安裝定轉子時，應嚴格控制定、轉子的同心度，減少定、轉子偏心引發的磁通不對稱現象。（3）運輸、安裝和大修轉子時，執行嚴格的防異物措施，避免風孔內出現金屬異物導致短路，避免油污進入風孔。若發電機運行中出現內部漏油現象，且油已漏到轉子內，則可用干燥的壓縮空氣吹掃轉子風孔，用帶電清洗劑清理定子內表面和轉子外表面。5結束語汽輪發電機的軸電壓普遍存在，若得不到有效處理，則會在軸承上造成電蝕，或加速絕緣油老化，嚴重時甚至會燒壞軸瓦及主軸，引起停機事故或造成不必要的檢修和發電損失。而