水电厂发电机组轴电流的危害及防范措施

水电厂发电机组轴电流的危害及防范措施

摘要：发电机组轴电流危害是水电厂发电厂机组工作中的常见问题，极大程度上影响到水电厂工作的进程。为此，本文将针对水电厂发电机组轴电流的危害进行分析，结合实际情况，有针对性的制定出相应的防范措施。

关键词：水电厂；发电机组；抽电流危害；防范措施

水电厂发电机组在正常运行过程中，一旦发电机组轴承出现绝缘性能下降现象，受轴承电压的影响，发电机组将会产生较大的轴电流。若水电厂发电机组轴承电流密度大于0.2A/cm2，将会对轴瓦产生电腐蚀作用，破坏油膜，导致机组无法正常运行。想要确保水电厂发电机组能够正常工作，应安装相应的保护装置，为发电机组的正常运行奠定基础。

一、轴电压、轴电流的产生与危害

（一）轴电压、轴电流的产生

水电厂发电机组在正常运行过程中，但凡转轴上出现磁通量交链不平衡现象，发电机转轴两端均会出现感应电势。所形成的感应电势被称为“轴电压”。根据轴电压的实际运用情况，可将其分为两种情况：情况一，发动机转轴在旋转过程中，磁通对转轴进行不平衡切割，在轴承两端产生轴电压；情况二，磁通存在漏磁现象，导致转轴连段产生轴电压。

当交流异步发电机处于正弦交变电压运行环境时，发电机转子位于正弦交变磁场。因发电机定转子的硅钢片、扇形冲片等因素的影响，在磁通路中产生不平衡的磁阻现象。若发电机定子铁芯圆周围出现不平衡的磁阻现象，导致定子铁芯圆与轴相交链之间产生交变磁通，以此形成交变电势。受磁极的旋转作用，磁极和两侧轴承之间形成闭合回路并产生轴电流，导致磁通对转轴进行不平衡切割，出现轴电压不平衡现象。

发电磁场出现不平衡现象的产生原因主要来源于以下三个方面：其一，转轴在制造过程和安装过程受制造工艺与安装手法的限制，导致磁通量存在气隙不对称、磁路不均衡现象，该现象在实际运行中是无法避免的一种现象；其二，发电机组内外环境出现不对称短路现象，从而产生轴承电压，该现象是因定子绕组短路部分存在感应电流，对合成磁通产生一定的阻止作用，未短路部分的定子绕组不存在阻挠合成磁通的现象，从而导致定子磁路出现不对称现象；其三，转子绕组匝间出现短路现象、励磁回路出现接地均会产生较强的轴向不平衡磁通现象。若轴电压达到某个数值后，轴电压通过轴承和轴承底座等过程所形成的闭合回路，并在闭合回路中所生成的电流，该电流被称为轴电流。

发电机运用逆变供电形式进行运行时，发电机组供电电压存在高次谐波分量，导致转轴、接线部分、定子绕组线圈端部之间形成电磁感应，最终生成轴承电压。发电机定子绕组以嵌入的形式安置在定子铁芯槽的内部，电容均匀分布在发电机机座、定子绕组、匝间之间，若变频器处于高载频环境时，逆变器共模电压快速发生变化，发电机组外壳与接地端之间容易产生漏电流现象，从而形成传导性电磁和放射性电磁。因发电机磁路不平衡，受共模电压和静电感应作用生成轴电流和轴电压。若绕组输入端电压发生陡峭变化，受电容分布形式的影响，因绕组点存在不均匀分布的电压，导致输入端绕组接近端口存在绝缘老化、破损等现象，降低绝缘体的性能。一旦该现象发生，均会对定子绕组产生不同程度的破坏，集中电压侵入点的位置。除此之外，繞组电抗相对比较大，高频输入电压集中输入端点周围的电容上，经机壳、绕组、配电线之间的电容流通到接电线上，形成通电电流，最终形成LC串联谐振电路。若LC串联谐振电流中生成高频谐振电流，会引发各种故障。通常情况下，变频器对容量相对比较小的发电机实施驱动工作时，可忽视轴电压问题，若发电机电压大于200kW时，需对轴电压的大小进行确认，并作出相应的解决措施。

二、轴电压、轴电流的危害

水力发电厂发电机组通常选优具有稀油润滑性能的滑动轴承，发电机组的轴承沉着在油膜上。通常情况下，转轴和轴承之间润滑油膜具有良好的绝缘性能。应发电机组在运行过程中会产生一定量的轴电压，并生成轴电流。若轴电压达到一定数值后，润滑油膜并未达到稳定状态，导致发电机组生成的轴电压击穿油膜，在机组中形成闭合回路，生成功率较高的轴电流。因金属接地面积相对较小，轴电流密度相对较低，导致轴承出现局部烧损现象，例如轴承内表面出现条状电弧伤痕，将轴瓦、轴颈烧坏。具体表现在以下两个方面：其一，轴电流发生电解反应，在油膜上生成静电荷，升高轴承电位；其二，融化油溶化、碳化后金属微粒渗透到润滑油系统中，对润滑油剂造成污染，降低润滑油性能，升高轴承温度，损害发电机转子轴和轴瓦之间的接触部位。相关研究显示，除化学腐蚀、机械损伤的因素对发电机组造成的危害之外，轴电流是导致发电机组腐蚀的主要原因。

三、发电机组轴电流防止措施

通过对发电机组轴电压、轴电流的产生原因以及危害进行分析，将轴电压与轴电流的产生原因作为解决发电机组轴电流的出发点与落脚点。针对轴电压与轴电流的不同产生原因进行分析，有针对性的制定出相应的解决措施。

（一）安装接地装置

在发电机组轴承两端安装接地碳刷，通过接地碳刷进行接地处理，增加接地的可靠性，与转轴进行接触，确保转轴处于零电位的状态，使接地碳刷能够及时将电机轴中的静电荷引导大地，消除发电机组中的轴电流。

（二）切断电流回路

磁不平衡是产生轴电压、轴电流的主要原因，为消除发电机组中的次不平衡现象，需要在轴承的非延伸段的轴承支架位置与轴承地位位置安装绝缘隔板，对轴承的电流回路进行切断处理，使轴电流回路呈现一个断开状态。

（三）落实检修工作

在发电机组运维工作中，需要发电机组的运维人员定时对发电机组的各项设备进行检查与处理，确保检查的精细度，对垫片和导线进行绝缘处理，使垫片和导线拥有良好的绝缘性能。（四）预防静电充电

发电机组中除机座的轴承座之外，发电机组中的其他轴承座和发电机组中所有外壳上的金属部件都需要对其实施对地绝缘处理，无需进行绝缘处理的轴承装置需要对其安装接地电刷，防止轴承出现静电充电现象。

（五）防止回路形成

轴交链交变磁通的过程会生成轴电压，最终形成轴电流。为解决轴交链交变磁形成轴电压的问题，需要在发电机一侧的轴承座下方添加一块绝缘垫，对轴瓦和轴承之间所形成的回路进行阻隔，防止轴电流的生成。

（六）防止电压击穿

为确保轴承和轴瓦之间具有绝缘性质的润滑油具有较高的纯度，需要对油的含水量进行处理，将绝缘油中的水分子完全清除，提高油膜的绝缘性能，防止油膜被低电压击穿。

总结：

综上所述，水电厂需要加强对轴电流变送器的监视工作，从安装、预防、检修工作入手，安装接地装置，将电机轴中的静电荷引入大地；切断轴电流回路，使轴电流回路处于一个切断状态；全面落实对导线和垫片绝缘性能的检修工作，提高导线与垫片的绝缘性能；对金属部件进行对地绝缘处理，预防静电充电现象；阻隔轴瓦和轴承之间所形成回路，防止轴电流的生成。

参考文献：

[1]李兴全.论水电厂水轮发电机组常见故障及维护[J/OL].中国高新技术企业，2017（11）：