摘要：在汽轮发电机组的运行当中，轴电压始终是不可忽视的问题。随着静止励磁系统的广泛应用，因其带来的轴电压问题也受到了广泛的重视。目前，市面上常见的汽轮发电机在线监测装置存在着测量项目单一、外观设计不当的问题；轴电压的治理装置存在着对静止励磁系统带来的轴电压抑制效果不佳的问题。
关键词：轴电压；在线监测系统；轴电压治理装置
1前言
汽轮发电机是电力系统中关键的设备之一，它的正常运行是电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。随着汽轮发电机组单机容量的不断增大，静态励磁系统的大量运用，由轴电压过大而导致发电机大轴出现的异常运行状态已不容忽视。若对数据的监测不及时，无法在第一时间采取有效的防护措施抑制轴电压，则会产生轴电流，导致轴承轴瓦等部件出现点损伤，严重时甚至可以引发停机事故，带来大量的检修及发电损失。
2发电机轴电压产生的原因分析
通过大量的现场测量实例得知，轴电压的频率分量不是一种单一的，这就证明了产生轴电压的原因并不是仅仅有一种，而是好多复杂的原因交错产生，才会出现峰值不相同且频率不相同的电压，对轴电压的成因的分析需要从四方面入手。
（1）由于发电机组在设计与生产的实际过程中，不可避免的会出现磁通与磁路的对称性不理想的状况，从而导致轴电压的产生。
（2）发电机工作时转子转动，绝缘油因转子和定子之间的相对摩擦运动，积累静电荷，当静电荷达到一定的数量就会放电从而产生轴电压。
（3）当发电机长期运行时，便会导致大轴被磁化，这样一来，轴向的电磁通路以及由于极化导致的情况也会产生轴电压。
（4）由于静止励磁方式的广泛应用，由其导致的高频轴电压不可被忽视。现场测量得到的轴电压就是由以上四种轴电压产生的，这几种原因相互交错叠加就会形成不同频率的复杂轴电压，因此，分析轴电压的各种成因是研究预防治理措施的前提与关键。
3抑制措施分析
3.1改进机械结构设计
针对轴电压的不同类型，要采取的治理手段也各不相同。首先从开始制造电机就不同。在制造、安装和运行的机组中，主要应该从以下几点开始注意：
（1）机械制造的过程中，需要保证磁路的对称性。这一点在很多方面加以注意。如在选择自制作定子铁芯的冲压片数目时，轴电压中高次谐波分量要尽量减少，主要为三次谐波和五次谐波。另外，安装工艺和制造还要提高，磁通不对称的现象尽量防止出现，转子偏心现象等也要防止。
（2）设计汽轮机时，要不断完善设计方案，尤其要注意低压段的设计，需要注意防止水雾出现，以及释放静电电荷的设计。
（3）在通过氢气冷却发电机的过程中，需要保证氢气干燥，以免湿度过高，降低冷却效果。
（4）安装发电机时，保证定、子转子安装位置尽量精确，从而降低因转子偏心引发的磁路不对称。
（5）安装护环之前要注意保证端部线圈的清洁度，尽可能密封好中心环的进风孔以及大齿轮的甩风槽，以免在运输过程中出现金属异物导致其短路[78-80]。在发电机组装之前，需要严格按照说明书规定调整好密封瓦以及油档之间的间隙，避免在运行中有发电机内进油的情况出现。
（6）时刻监测机组各个部件的运行状态，防止大轴磁化的现象发生。若出现故障，则需要及时选取退磁措施，退磁达到满意效果后尚可重新投入生产。
3.2汽侧大轴安装接地碳刷
对于释放大轴与油膜之间因摩擦而产生的静电荷，通常选择汽端大轴接地的方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该方法是在汽端的轴系装设一个碳刷，碳刷的末端连接在机组接地装置上，这样可以形成一条连接大地的通路，静电荷就可以此方式被导入大地，从而得到释放。
但是在发电机运行时，往往会因为各种原因导致该种释放静电荷的方法出现故障。原因具体如下：
（1）在发电机运行时，汽侧大轴的面速度约达100m/s，而目前来说，广泛生产并应用的接地碳刷可承受的面速度仅有该值的一半大小，此时会导致接地碳刷的电阻增大，以至于释放的静电电荷量变少，无法达到满意效果。
（2）对于长期运行的汽轮发电机来说，高转速本身就会对轴系造成一定的机械磨损，同时，也会因清洁不及时而导致存在油污粉尘等污染物附着于接触部位，从而造成碳刷接触不良，导致治理效果变差。
（3）对于使用静止励磁方式的汽轮发电机组而言，这种励磁方式可以带来高频的脉动轴电压，该电压会流经两类电容，即转子绕组对轴电容和轴对地电容，经耦合最终在轴系、轴瓦与发电机机座构成回路。这种类型的轴电压为目前轴电压中的主要分量，接地碳刷对其治理的效果不佳，且该电压对轴瓦带来的危害也很大。
通过以上分析可知，在考虑接地电刷的安装位置的选择时，需要选择大轴上转速较小的地方作为安装位置，例如，汽轮机高压缸转子自由端的轴半径小，从而使得面速度相比之下也比较小，通常都会远远小于电刷上铭牌标注的最大允许转速，因此该处可以作为接地碳刷安装的良好位置。但该种选择方法也存在一定的弊端，因为这个位置距离励磁系统较远，所以对由静止励磁系统造成的轴电压起不到释放的作用。综上所述，对于接地碳刷的安装，需要满足如下五点：
（1）依据各大发电现场的多年经验来看，当轴电压数值小于20伏时，汽轮机的轴系就不会受到破坏及电腐蚀，因此轴对地电压的安全范围是20V以下。
（2）电刷要有较优良的接近性，这样可以使工作人员更容易实现电厂的检修与日常维护工作，从而确保汽轮发电机时刻保持在良好的运行状态。
（3）由于接地碳刷附近常常会积累大量的油污，需要经常对其进行清洁工作，所以要选择易于维护的碳刷，方便日后的清洁与维护。
（4）要有良好的兼容性，在有需要时，与其它设备一同工作时不会发生冲突。
（5）如果电厂有良好的经济基础及技术储备，需要采用在线监测技术，保持电刷时刻处于良好的工作状态，以维持系统的稳定运行，从而将事故概率降到最低。
3.3励侧轴承加装绝缘垫片
根据前面的分析可知，尽管轴电压产生的原因分很多种，但这些轴电压都是通过轴系、轴瓦、油膜、机座构成通路的，所以这几个部分往往会受到轴电压的影响，严重时会导致其出现故障。该通路中的绝缘介质只有一层绝缘油，如果轴电压过高，超出了绝缘油可以承受的最大限值，则会导致绝缘油被击穿，击穿的同时会产生电弧，使轴瓦及轴颈发生电灼伤。由于轴电压的能量很强，为了避免类似事故的发生，加强轴电压通路的绝缘，采用绝缘阻断电气的方法对其进行处理，可以加装的是将轴承底座绝缘。
3.4励磁侧安装抑制装置
目前，大多数发电机的接地碳刷对因静止励磁系统产生的轴电压的抑制效果不理想，由于该种轴电压中存在高频尖峰分量的特殊性，接地碳刷无法消除此种轴电压，所以需要选用专门的措施对其进行抑制。最近几年，有研究表明在发电机的励磁端通过RC接地回路，可以有效改善因静止励磁系统引起的轴电压。
4结束语
本文分析了轴电压产生的原因，分别从：磁不对称、磁路、静电荷及励磁系统对其展开研究与介绍，并根据轴电压产生的不同原因寻找并总结出最佳的预防及抑制措施。
参考文献：
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[4] 高云逸.汽轮机故障诊断技术探析[J].山东工业技术.2017（09）
论文作者:柯元丰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/23
标签：电压论文; 碳刷论文; 励磁论文; 静电荷论文; 发电机论文; 机组论文; 转子论文; 《电力设备》2017年第17期论文;