發(fā)電機軸電壓產(chǎn)生的原因及危害
來源： 作者：展耀機電 時間：2023-07-01 08:46:02
一、發(fā)電機軸電壓產(chǎn)生的原因
（1）、磁不對稱引起的軸電壓它是存在于汽輪發(fā)電機軸兩端的交流型電壓。由于定子鐵芯采用扇形沖壓片、轉(zhuǎn)子偏心率、扇形片的導(dǎo)磁率不同,以及冷卻和夾緊用的軸向?qū)Р鄣劝l(fā)電機制造和運行原因引起的磁不對稱,結(jié)果產(chǎn)生包括軸、軸承和基礎(chǔ)臺板在內(nèi)的交變磁鏈回路。由此在發(fā)電機大軸兩端產(chǎn)生電壓差。每一種磁不對稱都會引起相應(yīng)幅值和頻率的軸電壓分量,各個軸電壓分量疊加在一起,使這種軸電壓的頻率成分很復(fù)雜,其中基波分量的幅值最大,3 次和5 次諧波幅值稍小,更高次諧波分量幅值很小。這種交流軸電壓一般為1～10 V ,它具有較大的能量。如果不采取有效措施,此種軸電壓經(jīng)過軸———軸承———基礎(chǔ)臺板等處形成一個回路,產(chǎn)生一個很大的軸電流。軸電流引起的電弧加在軸承和軸表面之間,其主要后果是引起軸承上的鎢金和軸表面的磨損,并使?jié)櫥脱杆倭踊?。由此會加速軸承的機械磨損,嚴重者會使軸瓦燒壞。
（2）、靜電電荷引起的軸電壓這種出現(xiàn)在軸和接地臺板之間的直流型電壓,是在一定條件下高速流動的濕蒸汽與汽輪機低壓缸葉片摩擦出的靜電電荷產(chǎn)生的。這種靜電效應(yīng)僅僅偶然在某種蒸汽條件下才能出現(xiàn),并非經(jīng)常存在。隨著運行工況的不同,這種性質(zhì)的軸電壓有時會很高,電位達到上百伏,當人觸及時會感到麻手。它不易傳導(dǎo)至勵磁機側(cè),但如果不采取措施將該靜電電荷導(dǎo)入大地,它將在發(fā)電機汽機側(cè)軸承油膜上聚集并且最終在油膜上放電而導(dǎo)致軸承損壞。
（3）、靜態(tài)勵磁系統(tǒng)引起的軸電壓目前,大型汽輪發(fā)電機組普遍采用靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。靜態(tài)勵磁系統(tǒng)因可控硅換弧的影響,引入了一個新的軸電壓源。靜態(tài)勵磁系統(tǒng)將交流電壓通過靜態(tài)可控硅整流輸出直流電壓供給發(fā)電機勵磁繞組,此直流電壓為脈動型電壓。對于采用三相全控橋的靜態(tài)勵磁系統(tǒng),其勵磁輸出電壓的波形在1 個周期內(nèi)有6 個脈沖。這個快速變化的脈動電壓通過發(fā)電機的勵磁繞組和轉(zhuǎn)子本體之間的電容耦合在軸對地之間產(chǎn)生交流電壓。此種軸電壓呈脈動尖峰狀,其頻率為300 Hz (當勵磁系統(tǒng)交流側(cè)電壓頻率為50Hz 時) ,它疊加到磁不對稱引起的軸電壓上,從而使油膜承受更高的尖峰電壓。在增大到一定程度時,擊穿油膜,形成電流而造成機械部件的灼傷和損壞。
（4）、剩磁引起的軸電壓當發(fā)電機嚴重短路或其他異常工況下,經(jīng)常會使大軸、軸瓦、機殼等部件磁化并保留一定的剩磁。磁力線在軸瓦處產(chǎn)生縱向支路,當機組大軸轉(zhuǎn)動時,就會產(chǎn)生電勢,稱為單極電勢。正常情況下,微弱的剩磁所產(chǎn)生的單極電勢僅為毫伏級。但在轉(zhuǎn)子繞組匝間短路或兩點接地時,單極電勢將達到幾伏至十幾伏,會產(chǎn)生很大的軸電流,沿軸向經(jīng)軸、軸承和基礎(chǔ)臺板回路流通,不僅燒損大軸、軸瓦等部件,而且會使這些部件嚴重磁化,給機組檢修工作帶來困難。
二、發(fā)電機軸電壓造成的危害
軸電壓大小隨各機組情況的不同而不同， 一般說來機組容量越大，其氣隙磁通和結(jié)構(gòu)的不對稱性也越大。而磁場中諧波分量和鐵芯飽和程度以及定子的不平整度也越大，軸電壓峰值就越高，軸電壓的波形具有復(fù)雜的諧波分量，采用靜止可控整流勵磁的機組，其軸電壓波形中有很高的脈沖分量，對油膜絕緣特別有害，當軸電壓達到一定值后，如不采取適當措施，油膜會被擊穿而產(chǎn)生軸電流。
若汽輪發(fā)電機組的軸電流很大，則軸電流通過的軸頸、軸瓦等有關(guān)部件將燒壞，汽輪機主油泵的傳動蝸桿和蝸輪將損壞，軸電流引起的電弧會燒蝕軸承部件并使軸承的潤滑油老化，從而加速軸承的機械磨損，軸電流會使汽輪機部件、發(fā)電機端蓋、軸承和環(huán)繞軸的其他部件強烈磁化，并在軸頸和葉輪處產(chǎn)生單極電勢。
過高的軸電壓足以擊穿軸與軸承間的油膜時，發(fā)生放電，其放電回路為發(fā)電機大軸-軸頸-軸瓦-軸承支架-機組底座。雖然，軸電壓不高，通常50∽300MW為4V→6V，但回路電阻很小，因此，產(chǎn)生的軸電流可能很大，有時達數(shù)百安。軸電流會使?jié)櫥鋮s的油質(zhì)逐漸劣化，嚴重者會使軸瓦燒壞，被迫停機造成事故。所以在安裝和運行中，測量檢查發(fā)電機組的軸及軸承間的電壓。
（1）、磁不對稱引起的軸電壓它是存在于汽輪發(fā)電機軸兩端的交流型電壓。由于定子鐵芯采用扇形沖壓片、轉(zhuǎn)子偏心率、扇形片的導(dǎo)磁率不同,以及冷卻和夾緊用的軸向?qū)Р鄣劝l(fā)電機制造和運行原因引起的磁不對稱,結(jié)果產(chǎn)生包括軸、軸承和基礎(chǔ)臺板在內(nèi)的交變磁鏈回路。由此在發(fā)電機大軸兩端產(chǎn)生電壓差。每一種磁不對稱都會引起相應(yīng)幅值和頻率的軸電壓分量,各個軸電壓分量疊加在一起,使這種軸電壓的頻率成分很復(fù)雜,其中基波分量的幅值最大,3 次和5 次諧波幅值稍小,更高次諧波分量幅值很小。這種交流軸電壓一般為1～10 V ,它具有較大的能量。如果不采取有效措施,此種軸電壓經(jīng)過軸———軸承———基礎(chǔ)臺板等處形成一個回路,產(chǎn)生一個很大的軸電流。軸電流引起的電弧加在軸承和軸表面之間,其主要后果是引起軸承上的鎢金和軸表面的磨損,并使?jié)櫥脱杆倭踊?。由此會加速軸承的機械磨損,嚴重者會使軸瓦燒壞。
（2）、靜電電荷引起的軸電壓這種出現(xiàn)在軸和接地臺板之間的直流型電壓,是在一定條件下高速流動的濕蒸汽與汽輪機低壓缸葉片摩擦出的靜電電荷產(chǎn)生的。這種靜電效應(yīng)僅僅偶然在某種蒸汽條件下才能出現(xiàn),并非經(jīng)常存在。隨著運行工況的不同,這種性質(zhì)的軸電壓有時會很高,電位達到上百伏,當人觸及時會感到麻手。它不易傳導(dǎo)至勵磁機側(cè),但如果不采取措施將該靜電電荷導(dǎo)入大地,它將在發(fā)電機汽機側(cè)軸承油膜上聚集并且最終在油膜上放電而導(dǎo)致軸承損壞。
（3）、靜態(tài)勵磁系統(tǒng)引起的軸電壓目前,大型汽輪發(fā)電機組普遍采用靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。靜態(tài)勵磁系統(tǒng)因可控硅換弧的影響,引入了一個新的軸電壓源。靜態(tài)勵磁系統(tǒng)將交流電壓通過靜態(tài)可控硅整流輸出直流電壓供給發(fā)電機勵磁繞組,此直流電壓為脈動型電壓。對于采用三相全控橋的靜態(tài)勵磁系統(tǒng),其勵磁輸出電壓的波形在1 個周期內(nèi)有6 個脈沖。這個快速變化的脈動電壓通過發(fā)電機的勵磁繞組和轉(zhuǎn)子本體之間的電容耦合在軸對地之間產(chǎn)生交流電壓。此種軸電壓呈脈動尖峰狀,其頻率為300 Hz (當勵磁系統(tǒng)交流側(cè)電壓頻率為50Hz 時) ,它疊加到磁不對稱引起的軸電壓上,從而使油膜承受更高的尖峰電壓。在增大到一定程度時,擊穿油膜,形成電流而造成機械部件的灼傷和損壞。
（4）、剩磁引起的軸電壓當發(fā)電機嚴重短路或其他異常工況下,經(jīng)常會使大軸、軸瓦、機殼等部件磁化并保留一定的剩磁。磁力線在軸瓦處產(chǎn)生縱向支路,當機組大軸轉(zhuǎn)動時,就會產(chǎn)生電勢,稱為單極電勢。正常情況下,微弱的剩磁所產(chǎn)生的單極電勢僅為毫伏級。但在轉(zhuǎn)子繞組匝間短路或兩點接地時,單極電勢將達到幾伏至十幾伏,會產(chǎn)生很大的軸電流,沿軸向經(jīng)軸、軸承和基礎(chǔ)臺板回路流通,不僅燒損大軸、軸瓦等部件,而且會使這些部件嚴重磁化,給機組檢修工作帶來困難。
二、發(fā)電機軸電壓造成的危害
軸電壓大小隨各機組情況的不同而不同， 一般說來機組容量越大，其氣隙磁通和結(jié)構(gòu)的不對稱性也越大。而磁場中諧波分量和鐵芯飽和程度以及定子的不平整度也越大，軸電壓峰值就越高，軸電壓的波形具有復(fù)雜的諧波分量，采用靜止可控整流勵磁的機組，其軸電壓波形中有很高的脈沖分量，對油膜絕緣特別有害，當軸電壓達到一定值后，如不采取適當措施，油膜會被擊穿而產(chǎn)生軸電流。
若汽輪發(fā)電機組的軸電流很大，則軸電流通過的軸頸、軸瓦等有關(guān)部件將燒壞，汽輪機主油泵的傳動蝸桿和蝸輪將損壞，軸電流引起的電弧會燒蝕軸承部件并使軸承的潤滑油老化，從而加速軸承的機械磨損，軸電流會使汽輪機部件、發(fā)電機端蓋、軸承和環(huán)繞軸的其他部件強烈磁化，并在軸頸和葉輪處產(chǎn)生單極電勢。
過高的軸電壓足以擊穿軸與軸承間的油膜時，發(fā)生放電，其放電回路為發(fā)電機大軸-軸頸-軸瓦-軸承支架-機組底座。雖然，軸電壓不高，通常50∽300MW為4V→6V，但回路電阻很小，因此，產(chǎn)生的軸電流可能很大，有時達數(shù)百安。軸電流會使?jié)櫥鋮s的油質(zhì)逐漸劣化，嚴重者會使軸瓦燒壞，被迫停機造成事故。所以在安裝和運行中，測量檢查發(fā)電機組的軸及軸承間的電壓。
