(山东电力建设第三工程有限公司 山东青岛 266100)
摘要：某发电厂试运行期间出现轴瓦温度快速升高、振动增大现象，打闸停机后检查发现轴瓦出现严重的腐蚀和磨损。经调查分析属于电腐蚀，原因为发电机轴电压较高，轴瓦绝缘失效，油膜击穿，轴径与轴瓦之间产生轴电流，发生小电弧侵蚀导致；油膜中长期有电流流过会破坏油膜，导致轴承温度升高，润滑油碳化变质等；如果轴电流超过一定数值，发电机转轴轴颈的滑动表面和轴瓦就可能被损坏，轴承不能使用或寿命将会大大缩短。
关键词：轴电压、轴电流、原因、危害、预防
引言
随着技术的不断发展，汽轮发电机单机容量不断的增大，新技术不断的涌现，大型发电机组运行过程中轴电压偏高的现象时有发生。发电机在运行过程中因各种原因在转轴上产生一定数值的电势称为轴电压，当轴电压升高、润滑油油质降低、绝缘破坏等诸多原因同时影响时，高电势将在油膜薄弱处破坏油膜而对轴瓦放电，产生轴电流，导致烧瓦等重大事故的产生。
1问题背景
某2×660MW燃煤电站，2号机组启机过程中对轴电压进行测量，空载时轴电压为28.8V，满载时轴电压为36.6V，轴电压偏高。机组因故障停机重新启动后，负荷加至560MW时，8号轴振X/Y方向2μm/86μm、瓦振66μm、瓦温104℃，9号瓦温86℃；机组在负荷降至467MW后，由于7、8号轴承振动和8、9号瓦温上涨较大，并在8号轴承处出现油烟，机组手动打闸停机。
停机后，对发电机进行翻瓦检查，检查发现：8瓦上下半瓦有明显的电腐蚀现象，下半瓦钨金磨损严重，8号轴颈光洁度下降。根据检查分析，判断8瓦的损伤起因于轴电流烧伤。事故处理完成后，再次启机时对轴电压频谱进行测量，分析轴电压偏高的主要原因。
2轴电压产生的原因
轴电压是指电动机轴两端之间或者转轴与轴承座之间所产生的电压。
（1）磁不对称引起的轴电压
铁芯磁路不均匀；铁芯叠片制造公差（扇形片圆周方向间隙公差和铁芯圆度公差）；铁芯材质的性能差异；定转子气隙不均匀
（2）摩擦积累的静电电荷引起的轴电压
由于汽轮发电机的轴封不好，沿轴有高速蒸汽泄漏或蒸气缸内的高速喷射等原因而使转轴本身带静电荷。这种轴电压有时很高，可以使人感到麻电。但在运行时已通过碳刷接地，所以实际上基本已被消除。
（3）静态励磁系统由绕组通过电容耦合到转轴上引起的轴电压
目前,大型汽轮发电机组普遍采用静态励磁系统。静态励磁系统因可控硅换弧的影响,引入了一个新的轴电压源。将交流电压通过静态可控硅整流输出直流电压供给发电机励磁绕组,此直流电压为脉动型电压。对于采用三相全控桥的静态励磁系统,其励磁输出电压的波形在1个周期内有6个脉冲。这个快速变化的脉动电压通过发电机的励磁绕组和转子本体之间的电容耦合在轴对地之间产生交流电压。此种轴电压呈脉动尖峰状,其频率为300Hz(当励磁系统交流侧电压频率为50Hz时),它叠加到磁不对称引起的轴电压上,从而使油膜承受更高的尖峰电压。在增大到一定程度时,击穿油膜,形成电流而造成机械部件的灼伤和损坏。
（4）剩磁引起的轴电压
当发电机严重短路或其他异常工况下,经常会使大轴、轴瓦、机壳等部件磁化并保留一定的剩磁。正常情况下,微弱的剩磁所产生的单极电势仅为毫伏级。但在转子绕组匝间短路或两点接地时,单极电势将达到几伏至十几伏,会产生很大的轴电流,沿轴向经轴、轴承和基础台板回路流通,不仅烧损大轴、轴瓦等部件,而且会使这些部件严重磁化,给机组检修工作带来困难。
3轴电压、轴电流的危害
通过轴电压产生的原因可知，发电机轴电压是一直存在的，但一般不高，通常为几伏至十几伏。但当发电机组中轴电压达到一定程度，且绝缘垫因油污、损坏或老化等原因失去作用时，就会在轴系、机座、轴承等部件形成回路，产生轴电流。虽然轴电压比较低，但因电流回路阻抗很小，所以会有很大的轴电流产生。较强的轴电流会对轴系、轴承等造成严重的损害，大大缩短其寿命。轴电压和轴电流的危害主要有三个方面：使润滑油和冷却的油质逐渐劣化，加剧机械磨损，导致轴承损坏，严重时会使转轴和轴瓦烧坏，造成停机事故；损坏轴承表面及轴承乌金；损坏相关部件，如部分隔板，传动齿轮等。
4轴电压、轴电流的预防措施
为了对轴电压和轴电流进行全面预防，就需要综合考虑到各种原因及相应的预防措施，从而有效的将轴电压、轴电流的大小控制在安全范围内。通过实践分析，轴电压、轴电流的主要预防措施有以下几种：
（1）大轴汽侧直接接地
在发电机转子大轴汽端安装接地碳刷，使接地碳刷可靠接地，而且与大轴可靠接触，防止悬浮电位的形成，并为积累的静电荷提供通路将其导入大地，从而有效的抑制直流轴电压的建立并消除其带来的危害。在实际运行中，由于汽端大轴表面线速度高及其环境中油雾、灰尘等的影响，导致碳刷接触电阻逐渐增大，严重削弱了碳刷接地的效果。因此，接地碳刷的设置应配备必要的防护，具有良好的可接近性，并定期进行清扫、检查和维护；必要时使用清洗剂对铜辫和转轴进行清理，或更换铜辫，避免出现碳刷接触不良的现象，保证可靠接地。
（2）注意发电机轴承处的外接线路、管道等外加设备的良好绝缘
在轴承座下方增加绝缘垫片，阻断电气通路，并对轴承座绝缘垫片的绝缘进行定期检查，防止轴电压击穿油膜通过轴承座接地，形成轴电流回路，损坏大轴或轴瓦等部件。同时需定期对轴承座等绝缘部件进行绝缘测量，对于安装在发电机轴承座上的探头等测量元器件使用绝缘材料，且测量线绝缘应良好，测量线保护管应使用绝缘材料，禁止使用金属软管作为保护管，防止轴承座通过测量线管等接地。
（3）对轴电压、轴电流趋势实行在线监测
对轴电压轴电流进行在线监测，加装在线监测装置对轴电压、轴电流进行实时监测，跟踪轴电压、轴电流的变化趋势。在轴电压、轴电流超过限值或其增大趋势明显时给出报警或故障信号，应用在线监测装置可为发电机的可靠运行提供有力的的支持。
轴电压一般在励端测量，通过在转子端和发电机轴承之间安装一个附加的电刷采集轴电压信号。轴电流可以通过在大轴接地元件处进行测量或通过在大轴上安装电流探头进行测量。
（4）加装RC回路削减轴电压尖峰脉冲
消除轴电压危害最根本的是要抑制出现过高轴电压，特别是其中的交流电压分量。RC回路中电阻R一般选取在500Ω左右，这样可以将电流降低到毫安级，而电容值为10微法左右，用以消除轴电压中的高频分量。该电站针对轴电压较高的现象，经过频谱分析后，加装了无源RC回路，用于抑制轴电压的谐波分量，并在实际应用中取得了较好的效果。
结束语
随着汽轮发电机单机容量的增大且静态励磁系统的广泛应用，由轴电压、轴电流过高而造成的轴瓦电腐蚀和停机事故时有发生，应引起足够的重视，通过上述几种预防措施，多数发电机轴电压、轴电流会得到有效地监测和控制，从而保证安全生产。同时在今后的工作中采取更多有效的措施对轴电压、轴电流带来的危害进行有效的预防。
参考文献：
［1］蔡迈.汽轮发电机静止励磁的轴电压问题分析[J].能源研究与信息，2009，25（3）
［2］钱文新.汽轮发电机组轴电压产生原因分析与处理[J].内蒙古电力技术，2013,31（2）