电机轴电流和轴电压的因果关系.docx

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1、电机轴电流和轴电压的因果关系目录1 .序言12 .电机轴电压产生的原因、危害及处理措施？ 22. 1.概述2?发电机轴电压产生的原因3?磁不对称引起的轴电压3?静电电荷引起的轴电压4?静态励磁系统引起的轴电压4?剩磁引起的轴电压4?发电机轴电压造成的危害4?发电机轴电压的防范及消除措施5?轴电压的测量6?小结73 .交流毫伏表74 .电压表的分类84. 1. 模拟式电压表84.2.数字式电压表91 .序言电机是一种最常见的机械，是将电磁能转换为机械能的装置，在能量转换 过程中，一些简单的、复杂的因素，都有可能导致电机不同程度地产生轴电流, 特别是大型电机、高压电机和变频电机，因为轴电流的原因，

2、导致电机轴承烧 毁失效的案例比比皆是。产生电流的必要条件是电压和闭合同路，要消除轴电流，从理论的角度分 析，一种措施是控制甚至消除轴电压，另一种是切断闭合回路；在实践过程中, 不同的厂家，针对不同的运行工况，所采取的措施不尽相同，对于操作方便的 工况条件，会采用导流碳刷，其原理是营造另一个回路，将轴承从回路中分离; 更多的情况，是按照切断回路的方式，采用绝缘轴承套、绝缘端盖、绝缘轴承, 或对轴承位绝缘的措施。为了从根本上减小轴电流危害，设计方案的合理性、制造过程对设计的符 合性都非常必要，设计方案及过程制造的精益控制，比后期的各种措施更经济 和可靠。2 .电机轴电压产生的原因、危害及处理措施?

3、2.1. 概述随着单机容量的逐渐增大，轴电压成为大型发电机采用静止自并励磁系统 后的一个严重问题。轴电压的波形具有复杂的谐波脉冲分量，对油膜绝缘特别 有害。当轴电压未超过油膜的破坏值时，轴电流非常小。若轴电压超过轴承油 层击穿电压，则在轴承上形成很大的轴电流，即所谓电火花加工电流，将烧蚀 轴承部件，造成很大危害。磁路不对称、单极效应、电容电流、静电效应、静 态励磁系统、外壳、轴等的永久性磁化均有可能引起轴电压。轴电压是指在电机运行时，电机两轴承端或电机转轴与轴承间所产生的电 压。在正常情况下，轴电压较低时，发电机转轴与轴承间存在的润滑油膜能起 到较好的绝缘作用。但是，如果由于某些原因使得轴电压

4、升高到一定数值时， 就会击穿油膜放电，构成轴电流产生的回路。轴电流不但会破坏油膜的稳定性, 使润滑冷却的油质逐渐劣化，同时，由于轴电流从轴承和转轴的金属接触点通 过，金属接触点很小，电流密度很大，在瞬间会产生高温，使轴承局部烧熔。 被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅，将在轴承内表面烧出小凹坑。最终, 轴承会因机械磨损加速而破损，严重时会烧坏轴瓦，造成事故被迫停机。1发电机轴电压一直是存在的，但一般不高，通常为几伏至十几伏。但当绝 缘垫因油污、损坏或老化等原因失去作用时，则轴电压足以击穿轴与轴承间的 油膜而发生放电，久而久之，就会使润滑和冷却的油质逐渐劣化，严重者会使 转轴和轴瓦烧坏，造成停机

5、事故。发电机轴电压产生的原因国翩磁不对称引起的轴电压它是存在于汽轮发电机轴两端的交流型电压。由于定子铁芯采用扇形冲压 片、转子偏心率、扇形片的导磁率不同，以及冷却和夹紧用的轴向导槽等发电 机制造和运行原因引起的磁不对称，结果产生包括轴、轴承和基础台板在内的 交变磁链同路。由此在发电机大轴两端产生电压差。每一种磁不对称都会引起 相应幅值和频率的轴电压分量，各个轴电压分量叠加在一起，使这种轴电压的 频率成分很复杂，其中基波分量的幅值最大，3次和5次谐波幅值稍小，更高次 谐波分量幅值很小。这种交流轴电压一般为1IOV ,它具有较大的能量。如 果不采取有效措施，此种轴电压经过轴一轴承一基础台板等处形成

6、一个回路， 产生一个很大的轴电流。轴电流引起的电弧加在轴承和轴表面之间，其主要后 果是引起轴承上的铝金和轴表面的磨损，并使润滑油迅速劣化。由此会加速轴 承的机械磨损，严重者会使轴瓦烧坏。国翻静电电荷引起的轴电压这种出现在轴和接地台板之间的直流型电压，是在一定条件下高速流动的 湿蒸汽与汽轮机低压缸叶片摩擦出的静电电荷产生的。这种静电效应仅仅偶然 在某种蒸汽条件下才能出现，并非经常存在。随着运行工况的不同，这种性质 的轴电压有时会很高，电位达到上百伏，当人触及时会感到麻手。它不易传导 至励磁机侧，但如果不采取措施将该静电电荷导入大地，它将在发电机汽机侧 轴承油膜上聚集并且最终在油膜上放电而导致轴承

7、损坏。画翻静态励磁系统引起的轴电压目前，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。静态励磁系统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

8、 造成机械部件的灼伤和损坏。国翻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。磁力线在轴瓦处产生纵向支路，当机组大轴转动时， 就会产生电势，称为单极电势。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。发电机轴电压造成的危害轴电压大小随各机组情况的不同而不同，一般说来机组容量越大，其气隙 磁通和结构的不对称性也越大。而磁场中谐波分量和铁芯

9、饱和程度以及定子的 不平整度也越大，轴电压峰值就越高，轴电压的波形具有复杂的谐波分量，采 用静止可控整流励磁的机组，其轴电压波形中有很高的脉冲分量，对油膜绝缘 特别有害，当轴电压达到一定值后，如不采取适当措施，油膜会被击穿而产生 轴电流。若汽轮发电机组的轴电流很大，则轴电流通过的轴颈、轴瓦等有关部件将 烧坏，汽轮机主油泵的传动蜗杆和蜗轮将损坏，轴电流引起的电弧会烧蚀轴承 部件并使轴承的润滑油老化，从而加速轴承的机械磨损，轴电流会使汽轮机部 件、发电机端盖、轴承和环绕轴的其他部件强烈磁化，并在轴颈和叶轮处产生 单极电势。过高的轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜时，发生放电，其放电回路为发 电机大轴一

10、轴颈一轴瓦一轴承支架一机组底座。虽然，轴电压不高，300MW等 级发电机为6V左右，但回路电阻很小，因此，产生的轴电流可能很大，有时达 数百安。轴电流会使润滑冷却的油质逐渐劣化，严重者会使轴瓦烧坏，被迫停 机造成事故。所以在安装和运行中，测量检查发电机组的轴及轴承间的电压。发电机轴电压的防范及消除措施通常采用下列几种防范措施：(1)设计安装时,通常在位于发电机励端的轴承支架与底座之间加装绝缘垫, 同时将所有油管、螺杆、螺钉等采取绝缘措施。(2)设计有发电机汽机侧大轴的接地电刷，用于释放汽轮机低压段的静电电 荷，保证轴与地的电势相同。除消除大轴电压外，大轴接地碳刷同时有以下作用，用以保护电机：a

11、.测 量转子正负对地电压。b作为转子一点接地的保护。(3)为了降低汽轮发电机组由于磁路不对称引起的轴电压，设计发电机时考 虑了消除或减少轴电压中的三次或五次谐波分量的措施，采用全新的发电机结 构，安装时严格按照厂家工艺、设计要求，防止转子偏心。(4)为防止转子绕组一点接地短路而产生轴电压，运行时投入励磁回路两点 接地保护装置。(5)为切断轴电流，在励端包括发电机轴承、氢冷发电机的油密封、水内冷 发电机转子的进出水支座和进出水管法兰、尾部轴承与机座的底板之间加装绝 缘垫。轴承座的紧固件和连接到轴承座的油管也要与轴承绝缘可采用双层绝缘 措施。(6)在电机设计时，避免产生磁路不对称。(7)电机设计、

12、制造和运行时，避免产生轴向磁通。(8)将轴承座对地绝缘。(9)在轴上装设接地电刷。(10)采用非磁性轴承座或附加线圈。(Il)在直流电机的电枢出线端加设一个对地的旁路电容。轴电压的测量转子接地碳刷和轴承的绝缘对防护轴电压对发电机安全运行的作用是非常 重要的。在实际的运行中，由于安装、运行环境的恶化、磨损等，会使得转子 接地不好或轴承绝缘下降，导致轴电压上升，轴电流增大，最终可能损坏发电 机。因此，定期测量轴电压，对改善发电机运行情况，是十分必要的。下面小 编推荐一种较为简单的测量方法：如上图所示，其中:UL发电机转子两端轴电压差，正常情况下主要由转子磁不对称导致的轴电 压，一般厂家能提供经验数

13、据，建议在每次小修后测量并与历史数据进行比较。U2:发电机后端轴对地电压。U3:发电机后端轴承对地绝缘板层间金属板对地电压。A:发电机前端接地碳刷的接地引下线上测得的电流。运行中应定期测量U2、U3和A。从数据的变化可以判断发电机的状况：Ul应在厂家提供的范围内，且与历史数据比较不应有较大变化，否则应 检查发电机定转子的情况，查明原因。U27U3（正常值）。如U2大于U3（正常值），则需检查轴接地碳刷接地情 况是否良好,在运行中可在前端轴上短时外接接地线接地，再测量U2进行比较。U3应接近U2。由于U2与U3的差值表示加在轴承油膜上的电压，若该 电压过大，将可能导致油膜击穿，建议该差值不大于4

14、V,或U3不小于U2的 70%o否则应检查轴承对地的绝缘材料运行情况，如表面脏污、绝缘老化等。一般情况下，轴接地碳刷上流过的电流A为几毫安到几百毫安，若该值 明显增加，应结合轴电压的测量情况，检查轴承绝缘情况。小结汽轮发电机组在向高效率、高可控性、高利用率、高可靠性和低维修率方 向发展。汽轮发电机组轴承良好的工作状态为提高其利用率和可靠性提供了有 力保证。发电机的轴电压过高对发电机正常运行有着很大的影响，所以应定期进行 测量。对于一些大型发电机组，必要安装在线保护装置，时常监测发电机是否 处于正常运行状态。我国电力工业正处于大电网和大机组发展时期，随着发电 机组单机容量的增大和静态励磁系统的广

15、泛采用，采取有效防护措施抑制轴电 压及有害轴电流的产生，是非常重要的。3 .交流毫伏表电子电压表（又称交流毫伏表）一般是指模拟式电压表。它是一种电子电路中 常用的测量仪表，采用磁电式表头作为指示器，属于指针式仪表。电子电压表, 不仅可以测量交流电压，而且还可以用作为一个宽频带、低噪声、高增益的放 大器。一般电子电压表都由放大和检波两大部分组成。它们主要由衰减器、交流 电压放大器、检波器和整流电源四部分组成。电子电压表主要用于测量各种高、低频信号电压，它是电子测量中使用最广泛的仪器之一。dB mVPOWER CRANGE-20 150被测电压先经衰减器衰减到适宜交流放大器输入的数值，再经交流电压放 大器放大，最后经检波器检波，得到直流电压，由表头指示数值的大小。电子电压表表头指针的偏转角正比于被测电压的平均值，而面板却是按正 弦交流电压有效值进行刻度的，因此电子电压表只能用以测量正弦交流电压的 有效值。当测量非正弦交流电压时，电子电压表的读数没有直接的意义，只有 把该读数除以正弦交流电压的波形系数1.11,才能得到被测电压的平均值。4 .电压表的分类4.1. 模拟式电压表模拟式电压表一般是指指针式电压表，它把被测电压加到磁电式电流表， 转换成指针偏转角度口的大小来量度。测量直流电压时，可直接或经放大或经 衰减后变成一定量的直流电流驱动直流表头的指针偏转