发电机轴电压产生的原因及危害

1、发电机轴电压产生的原因
（1）、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回路。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1～10 V ,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———轴承———基础台板等处形成一个回路,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钨金和轴表面的磨损,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。
（2）、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损坏。
（3）、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300 Hz (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。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。
2、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-------轴颈------轴瓦-----轴承支架-----机组底座。虽然，轴电压不高，通常50∽300MW为4V→6V，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。