水電廠發電機組軸電流的危害及防范措施

陳航

摘 要：發電機組軸電流危害是水電廠發電廠機組工作中的常見問題，極大程度上影響到水電廠工作的進程。為此，本文將針對水電廠發電機組軸電流的危害進行分析，結合實際情況，有針對性的制定出相應的防范措施。

關鍵詞：水電廠；發電機組；抽電流危害；防范措施

水電廠發電機組在正常運行過程中，一旦發電機組軸承出現絕緣性能下降現象，受軸承電壓的影響，發電機組將會產生較大的軸電流。若水電廠發電機組軸承電流密度大于0.2A/cm2，將會對軸瓦產生電腐蝕作用，破壞油膜，導致機組無法正常運行。想要確保水電廠發電機組能夠正常工作，應安裝相應的保護裝置，為發電機組的正常運行奠定基礎。

一、軸電壓、軸電流的產生與危害

（一）軸電壓、軸電流的產生

水電廠發電機組在正常運行過程中，但凡轉軸上出現磁通量交鏈不平衡現象，發電機轉軸兩端均會出現感應電勢。所形成的感應電勢被稱為“軸電壓”。根據軸電壓的實際運用情況，可將其分為兩種情況：情況一，發動機轉軸在旋轉過程中，磁通對轉軸進行不平衡切割，在軸承兩端產生軸電壓；情況二，磁通存在漏磁現象，導致轉軸連段產生軸電壓。

當交流異步發電機處于正弦交變電壓運行環境時，發電機轉子位于正弦交變磁場。因發電機定轉子的硅鋼片、扇形沖片等因素的影響，在磁通路中產生不平衡的磁阻現象。若發電機定子鐵芯圓周圍出現不平衡的磁阻現象，導致定子鐵芯圓與軸相交鏈之間產生交變磁通，以此形成交變電勢。受磁極的旋轉作用，磁極和兩側軸承之間形成閉合回路并產生軸電流，導致磁通對轉軸進行不平衡切割，出現軸電壓不平衡現象。

發電磁場出現不平衡現象的產生原因主要來源于以下三個方面：其一，轉軸在制造過程和安裝過程受制造工藝與安裝手法的限制，導致磁通量存在氣隙不對稱、磁路不均衡現象，該現象在實際運行中是無法避免的一種現象；其二，發電機組內外環境出現不對稱短路現象，從而產生軸承電壓，該現象是因定子繞組短路部分存在感應電流，對合成磁通產生一定的阻止作用，未短路部分的定子繞組不存在阻撓合成磁通的現象，從而導致定子磁路出現不對稱現象；其三，轉子繞組匝間出現短路現象、勵磁回路出現接地均會產生較強的軸向不平衡磁通現象。若軸電壓達到某個數值后，軸電壓通過軸承和軸承底座等過程所形成的閉合回路，并在閉合回路中所生成的電流，該電流被稱為軸電流。

發電機運用逆變供電形式進行運行時，發電機組供電電壓存在高次諧波分量，導致轉軸、接線部分、定子繞組線圈端部之間形成電磁感應，最終生成軸承電壓。發電機定子繞組以嵌入的形式安置在定子鐵芯槽的內部，電容均勻分布在發電機機座、定子繞組、匝間之間，若變頻器處于高載頻環境時，逆變器共模電壓快速發生變化，發電機組外殼與接地端之間容易產生漏電流現象，從而形成傳導性電磁和放射性電磁。因發電機磁路不平衡，受共模電壓和靜電感應作用生成軸電流和軸電壓。若繞組輸入端電壓發生陡峭變化，受電容分布形式的影響，因繞組點存在不均勻分布的電壓，導致輸入端繞組接近端口存在絕緣老化、破損等現象，降低絕緣體的性能。一旦該現象發生，均會對定子繞組產生不同程度的破壞，集中電壓侵入點的位置。除此之外，繞組電抗相對比較大，高頻輸入電壓集中輸入端點周圍的電容上，經機殼、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串聯諧振電路。若LC串聯諧振電流中生成高頻諧振電流，會引發各種故障。通常情況下，變頻器對容量相對比較小的發電機實施驅動工作時，可忽視軸電壓問題，若發電機電壓大于200kW時，需對軸電壓的大小進行確認，并作出相應的解決措施。

二、軸電壓、軸電流的危害

水力發電廠發電機組通常選優具有稀油潤滑性能的滑動軸承，發電機組的軸承沉著在油膜上。通常情況下，轉軸和軸承之間潤滑油膜具有良好的絕緣性能。應發電機組在運行過程中會產生一定量的軸電壓，并生成軸電流。若軸電壓達到一定數值后，潤滑油膜并未達到穩定狀態，導致發電機組生成的軸電壓擊穿油膜，在機組中形成閉合回路，生成功率較高的軸電流。因金屬接地面積相對較小，軸電流密度相對較低，導致軸承出現局部燒損現象，例如軸承內表面出現條狀電弧傷痕，將軸瓦、軸頸燒壞。具體表現在以下兩個方面：其一，軸電流發生電解反應，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滑油系統中，對潤滑油劑造成污染，降低潤滑油性能，升高軸承溫度，損害發電機轉子軸和軸瓦之間的接觸部位。相關研究顯示，除化學腐蝕、機械損傷的因素對發電機組造成的危害之外，軸電流是導致發電機組腐蝕的主要原因。

三、發電機組軸電流防止措施

通過對發電機組軸電壓、軸電流的產生原因以及危害進行分析，將軸電壓與軸電流的產生原因作為解決發電機組軸電流的出發點與落腳點。針對軸電壓與軸電流的不同產生原因進行分析，有針對性的制定出相應的解決措施。

（一）安裝接地裝置

在發電機組軸承兩端安裝接地碳刷，通過接地碳刷進行接地處理，增加接地的可靠性，與轉軸進行接觸，確保轉軸處于零電位的狀態，使接地碳刷能夠及時將電機軸中的靜電荷引導大地，消除發電機組中的軸電流。

（二）切斷電流回路

磁不平衡是產生軸電壓、軸電流的主要原因，為消除發電機組中的次不平衡現象，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，對軸承的電流回路進行切斷處理，使軸電流回路呈現一個斷開狀態。

（三）落實檢修工作

在發電機組運維工作中，需要發電機組的運維人員定時對發電機組的各項設備進行檢查與處理，確保檢查的精細度，對墊片和導線進行絕緣處理，使墊片和導線擁有良好的絕緣性能。

（四）預防靜電充電

發電機組中除機座的軸承座之外，發電機組中的其他軸承座和發電機組中所有外殼上的金屬部件都需要對其實施對地絕緣處理，無需進行絕緣處理的軸承裝置需要對其安裝接地電刷，防止軸承出現靜電充電現象。

（五）防止回路形成

軸交鏈交變磁通的過程會生成軸電壓，最終形成軸電流。為解決軸交鏈交變磁形成軸電壓的問題，需要在發電機一側的軸承座下方添加一塊絕緣墊，對軸瓦和軸承之間所形成的回路進行阻隔，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的潤滑油具有較高的純度，需要對油的含水量進行處理，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：

綜上所述，水電廠需要加強對軸電流變送器的監視工作，從安裝、預防、檢修工作入手，安裝接地裝置，將電機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切斷狀態；全面落實對導線和墊片絕緣性能的檢修工作，提高導線與墊片的絕緣性能；對金屬部件進行對地絕緣處理，預防靜電充電現象；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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