水電廠發(fā)電機(jī)組軸電流的危害及防范措施

陳航

摘 要：發(fā)電機(jī)組軸電流危害是水電廠發(fā)電廠機(jī)組工作中的常見(jiàn)問(wèn)題，極大程度上影響到水電廠工作的進(jìn)程。為此，本文將針對(duì)水電廠發(fā)電機(jī)組軸電流的危害進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際情況，有針對(duì)性的制定出相應(yīng)的防范措施。

關(guān)鍵詞：水電廠；發(fā)電機(jī)組；抽電流危害；防范措施

水電廠發(fā)電機(jī)組在正常運(yùn)行過(guò)程中，一旦發(fā)電機(jī)組軸承出現(xiàn)絕緣性能下降現(xiàn)象，受軸承電壓的影響，發(fā)電機(jī)組將會(huì)產(chǎn)生較大的軸電流。若水電廠發(fā)電機(jī)組軸承電流密度大于0.2A/cm2，將會(huì)對(duì)軸瓦產(chǎn)生電腐蝕作用，破壞油膜，導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行。想要確保水電廠發(fā)電機(jī)組能夠正常工作，應(yīng)安裝相應(yīng)的保護(hù)裝置，為發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

一、軸電壓、軸電流的產(chǎn)生與危害

（一）軸電壓、軸電流的產(chǎn)生

水電廠發(fā)電機(jī)組在正常運(yùn)行過(guò)程中，但凡轉(zhuǎn)軸上出現(xiàn)磁通量交鏈不平衡現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸兩端均會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電勢(shì)。所形成的感應(yīng)電勢(shì)被稱(chēng)為“軸電壓”。根據(jù)軸電壓的實(shí)際運(yùn)用情況，可將其分為兩種情況：情況一，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，磁通對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行不平衡切割，在軸承兩端產(chǎn)生軸電壓；情況二，磁通存在漏磁現(xiàn)象，導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸連段產(chǎn)生軸電壓。

當(dāng)交流異步發(fā)電機(jī)處于正弦交變電壓運(yùn)行環(huán)境時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位于正弦交變磁場(chǎng)。因發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子的硅鋼片、扇形沖片等因素的影響，在磁通路中產(chǎn)生不平衡的磁阻現(xiàn)象。若發(fā)電機(jī)定子鐵芯圓周?chē)霈F(xiàn)不平衡的磁阻現(xiàn)象，導(dǎo)致定子鐵芯圓與軸相交鏈之間產(chǎn)生交變磁通，以此形成交變電勢(shì)。受磁極的旋轉(zhuǎn)作用，磁極和兩側(cè)軸承之間形成閉合回路并產(chǎn)生軸電流，導(dǎo)致磁通對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行不平衡切割，出現(xiàn)軸電壓不平衡現(xiàn)象。

發(fā)電磁場(chǎng)出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象的產(chǎn)生原因主要來(lái)源于以下三個(gè)方面：其一，轉(zhuǎn)軸在制造過(guò)程和安裝過(guò)程受制造工藝與安裝手法的限制，導(dǎo)致磁通量存在氣隙不對(duì)稱(chēng)、磁路不均衡現(xiàn)象，該現(xiàn)象在實(shí)際運(yùn)行中是無(wú)法避免的一種現(xiàn)象；其二，發(fā)電機(jī)組內(nèi)外環(huán)境出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)短路現(xiàn)象，從而產(chǎn)生軸承電壓，該現(xiàn)象是因定子繞組短路部分存在感應(yīng)電流，對(duì)合成磁通產(chǎn)生一定的阻止作用，未短路部分的定子繞組不存在阻撓合成磁通的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致定子磁路出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象；其三，轉(zhuǎn)子繞組匝間出現(xiàn)短路現(xiàn)象、勵(lì)磁回路出現(xiàn)接地均會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的軸向不平衡磁通現(xiàn)象。若軸電壓達(dá)到某個(gè)數(shù)值后，軸電壓通過(guò)軸承和軸承底座等過(guò)程所形成的閉合回路，并在閉合回路中所生成的電流，該電流被稱(chēng)為軸電流。

發(fā)電機(jī)運(yùn)用逆變供電形式進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)組供電電壓存在高次諧波分量，導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸、接線部分、定子繞組線圈端部之間形成電磁感應(yīng)，最終生成軸承電壓。發(fā)電機(jī)定子繞組以嵌入的形式安置在定子鐵芯槽的內(nèi)部，電容均勻分布在發(fā)電機(jī)機(jī)座、定子繞組、匝間之間，若變頻器處于高載頻環(huán)境時(shí)，逆變器共模電壓快速發(fā)生變化，發(fā)電機(jī)組外殼與接地端之間容易產(chǎn)生漏電流現(xiàn)象，從而形成傳導(dǎo)性電磁和放射性電磁。因發(fā)電機(jī)磁路不平衡，受共模電壓和靜電感應(yīng)作用生成軸電流和軸電壓。若繞組輸入端電壓發(fā)生陡峭變化，受電容分布形式的影響，因繞組點(diǎn)存在不均勻分布的電壓，導(dǎo)致輸入端繞組接近端口存在絕緣老化、破損等現(xiàn)象，降低絕緣體的性能。一旦該現(xiàn)象發(fā)生，均會(huì)對(duì)定子繞組產(chǎn)生不同程度的破壞，集中電壓侵入點(diǎn)的位置。除此之外，繞組電抗相對(duì)比較大，高頻輸入電壓集中輸入端點(diǎn)周?chē)碾娙萆希?jīng)機(jī)殼、繞組、配電線之間的電容流通到接電線上，形成通電電流，最終形成LC串聯(lián)諧振電路。若LC串聯(lián)諧振電流中生成高頻諧振電流，會(huì)引發(fā)各種故障。通常情況下，變頻器對(duì)容量相對(duì)比較小的發(fā)電機(jī)實(shí)施驅(qū)動(dòng)工作時(shí)，可忽視軸電壓?jiǎn)栴}，若發(fā)電機(jī)電壓大于200kW時(shí)，需對(duì)軸電壓的大小進(jìn)行確認(rèn)，并作出相應(yīng)的解決措施。

二、軸電壓、軸電流的危害

水力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組通常選優(yōu)具有稀油潤(rùn)滑性能的滑動(dòng)軸承，發(fā)電機(jī)組的軸承沉著在油膜上。通常情況下，轉(zhuǎn)軸和軸承之間潤(rùn)滑油膜具有良好的絕緣性能。應(yīng)發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的軸電壓，并生成軸電流。若軸電壓達(dá)到一定數(shù)值后，潤(rùn)滑油膜并未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組生成的軸電壓擊穿油膜，在機(jī)組中形成閉合回路，生成功率較高的軸電流。因金屬接地面積相對(duì)較小，軸電流密度相對(duì)較低，導(dǎo)致軸承出現(xiàn)局部燒損現(xiàn)象，例如軸承內(nèi)表面出現(xiàn)條狀電弧傷痕，將軸瓦、軸頸燒壞。具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：其一，軸電流發(fā)生電解反應(yīng)，在油膜上生成靜電荷，升高軸承電位；其二，融化油溶化、碳化后金屬微粒滲透到潤(rùn)滑油系統(tǒng)中，對(duì)潤(rùn)滑油劑造成污染，降低潤(rùn)滑油性能，升高軸承溫度，損害發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸和軸瓦之間的接觸部位。相關(guān)研究顯示，除化學(xué)腐蝕、機(jī)械損傷的因素對(duì)發(fā)電機(jī)組造成的危害之外，軸電流是導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組腐蝕的主要原因。

三、發(fā)電機(jī)組軸電流防止措施

通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)組軸電壓、軸電流的產(chǎn)生原因以及危害進(jìn)行分析，將軸電壓與軸電流的產(chǎn)生原因作為解決發(fā)電機(jī)組軸電流的出發(fā)點(diǎn)與落腳點(diǎn)。針對(duì)軸電壓與軸電流的不同產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，有針對(duì)性的制定出相應(yīng)的解決措施。

（一）安裝接地裝置

在發(fā)電機(jī)組軸承兩端安裝接地碳刷，通過(guò)接地碳刷進(jìn)行接地處理，增加接地的可靠性，與轉(zhuǎn)軸進(jìn)行接觸，確保轉(zhuǎn)軸處于零電位的狀態(tài)，使接地碳刷能夠及時(shí)將電機(jī)軸中的靜電荷引導(dǎo)大地，消除發(fā)電機(jī)組中的軸電流。

（二）切斷電流回路

磁不平衡是產(chǎn)生軸電壓、軸電流的主要原因，為消除發(fā)電機(jī)組中的次不平衡現(xiàn)象，需要在軸承的非延伸段的軸承支架位置與軸承地位位置安裝絕緣隔板，對(duì)軸承的電流回路進(jìn)行切斷處理，使軸電流回路呈現(xiàn)一個(gè)斷開(kāi)狀態(tài)。

（三）落實(shí)檢修工作

在發(fā)電機(jī)組運(yùn)維工作中，需要發(fā)電機(jī)組的運(yùn)維人員定時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行檢查與處理，確保檢查的精細(xì)度，對(duì)墊片和導(dǎo)線進(jìn)行絕緣處理，使墊片和導(dǎo)線擁有良好的絕緣性能。

（四）預(yù)防靜電充電

發(fā)電機(jī)組中除機(jī)座的軸承座之外，發(fā)電機(jī)組中的其他軸承座和發(fā)電機(jī)組中所有外殼上的金屬部件都需要對(duì)其實(shí)施對(duì)地絕緣處理，無(wú)需進(jìn)行絕緣處理的軸承裝置需要對(duì)其安裝接地電刷，防止軸承出現(xiàn)靜電充電現(xiàn)象。

（五）防止回路形成

軸交鏈交變磁通的過(guò)程會(huì)生成軸電壓，最終形成軸電流。為解決軸交鏈交變磁形成軸電壓的問(wèn)題，需要在發(fā)電機(jī)一側(cè)的軸承座下方添加一塊絕緣墊，對(duì)軸瓦和軸承之間所形成的回路進(jìn)行阻隔，防止軸電流的生成。

（六）防止電壓擊穿

為確保軸承和軸瓦之間具有絕緣性質(zhì)的潤(rùn)滑油具有較高的純度，需要對(duì)油的含水量進(jìn)行處理，將絕緣油中的水分子完全清除，提高油膜的絕緣性能，防止油膜被低電壓擊穿。

總結(jié)：

綜上所述，水電廠需要加強(qiáng)對(duì)軸電流變送器的監(jiān)視工作，從安裝、預(yù)防、檢修工作入手，安裝接地裝置，將電機(jī)軸中的靜電荷引入大地；切斷軸電流回路，使軸電流回路處于一個(gè)切斷狀態(tài)；全面落實(shí)對(duì)導(dǎo)線和墊片絕緣性能的檢修工作，提高導(dǎo)線與墊片的絕緣性能；對(duì)金屬部件進(jìn)行對(duì)地絕緣處理，預(yù)防靜電充電現(xiàn)象；阻隔軸瓦和軸承之間所形成回路，防止軸電流的生成。

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