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水轮发电机轴电流的形成和分析处理

摘要：轴电压一直是水轮发电机难以消除和避免的问题。产生轴

电流的原因有很多，基于此，主要介绍水轮发电机轴电流的形成原

因，分析其危害以及处理方法。

关键词：感应电势；轴电压；轴电流；危害；处理方法

1.引言

根据水轮机轴承的种类不同，其耐受电压程度不同，形成的轴电

压若超过轴承最大允许电压值，会通过油膜放电或者导电形成轴电

压，它将在轴瓦和轴承处产生点状微孔，甚至烧坏瓦面，严重时会

造成轴颈和轴承的损坏。因此，转子上下端各道轴承瓦必须加装绝

缘垫使其对地绝缘，这是防止水轮发电机组产生轴电流的关键。

2.轴电流产生的原因

轴的磁化效应是转轴由于各种原因而带有磁性，旋转磁场切割导

体，会在这些零件内感应起一定电位，当电位升高到足以击穿油膜

时，就形成电流回路。这种电流回路可能穿过整个转子，也可能仅

在轴承中或浮环密封中形成局部的短路电流，轴承或浮环中的短路

电流又会产生新的磁场，磁化转轴或其他零件。因此，这种磁电相

互转换，会在机组内形成很强的磁场，并出现很高的电流。由运行

摩擦在大轴上产生的静电荷，使轴的电位因被充电而升高。当运转

的轴接触到旋转体以外的任何部件时，便通过该部件进行放电，否

则就要继续积累电荷，最后产生过高的电压。轴电流的产生如图1-1

所示
为了防止转轴形成悬浮点位，一般在转轴下端还要安装一组接地

碳刷接地。

发电机组轴电压主要可分为两部分：一是轴在旋转时切割不平衡

垂直轴向交链磁通产生的轴电压和轴电流；二是由于存在轴向漏磁

通而在转轴两端产生是轴电压。

3.轴电流对发电机运行的危害

水轮发电机轴与轴瓦采用滑动轴承，滑动轴承必须通过稀油润

滑，发电机轴承在高速转动时，轴承与轴瓦之间会形成油膜，以尽

量减小轴承与轴瓦之间的摩擦，降低轴瓦的温度。在轴电压较低时，

油膜的绝缘是不会被击穿的。只有轴和轴承在旋转过程中，造成油

膜破裂击穿，导致轴与轴瓦形成金属性接触的瞬间，便产生相当大

的轴电流，这种轴电流可达到几百安甚至上千安，它足以把轴颈和

轴瓦烧坏。由运行摩擦在轴上产生的静电荷，使轴的电位因被充电

而升高，当旋转的大轴接触到旋转体以外的任何部件时，便通过该

部件进行放电，否则就要继续积累电荷，最后产生过高的电压。如

果超过轴承油膜的绝缘强度时，电荷在极短的时间内放电。这种现

象重复发生的结果，就能使轴和瓦面受到损伤或变形，严重时会造

成发电机运行事故。

在电站安装完成以后，发电机组经过振摆测试和瓦温考验等机械

试验之后，发电机组运转一切正常，而在进行电气试验过程中，随

着机组电压和负荷的增加，机组的瓦温和振摆随之开始上升并且较

快，发现这一情况后，立刻停机进行检查，发现机组的上导轴瓦已
损坏。

4.测量轴电压的方法

测量发电机轴电压时，将轴电压等效成为一电势e，将非接地端

油膜等效为等值的可变电阻rl，接地端油膜等效为等值的可变电阻

rc，轴瓦对地绝缘垫等效为绝缘电阻rj，则测量轴电压的等效电路

如图1-2

（1）分别在发电机组空载和负载情况下，采用高内阻交流电压

表（或数字万用表电压档）测量非接地端对地电压，即为发电机空

载时的电压uo和满负载时的电压u1，所侧电压即为轴电压；（2）

在运行过程中，需间隔一段时间对轴电压进行测量，其轴电压应小

于满负荷时的轴电压u1；如若轴电压大于u1，需缩短测量间隔时

间，测量值如继续增大，建议尽快停机处理，以免轴电压过大而击

穿轴承绝缘垫，产生较大的轴电流而烧坏瓦面。

5.轴电流在线监测

采用测量轴电压来判断轴承垫绝缘情况，比较危险和不方便，不

能及时发现问题，因此，采用在线监测发电机轴电流的方式是比较

安全、可靠和方便。轴电流监测保护装置采用高性能单片机为核心

控制部件构成控制器，以及安装在下导轴承与大轴接地碳刷之间的

空心环形电流互感器作为轴电流传感器，实机监测水轮发电机组大

轴产生的轴电流变化，经控制器处理后，确认轴电流超过整定值后

输出二级报警信号。

采用轴电流在线监测装置监测轴电流的变化，能及时准确的发生
轴电流的变化趋势，了解轴承垫的绝缘变化，及时停机对轴承各绝

缘进行处理，以免事态进一步扩大。采用轴电流在线监测方式的优

点：能及时、可靠的监测轴电流的变化，得到及时处理，确保水轮

发电机组安全可靠的长期运行。

6.解决方案

为了防止发电机轴电流的产生，必须尽量减少产生轴电压的各种

因素：1）在生产安装发电机定转子的时候，在规程的要求范围内，

尽量减小定子铁芯合缝的不平整度、减小定子硅钢片的接缝间隙；

2）要重视定子与转子空气间隙不均匀、轴心与磁场中心不一致、

大轴摆度（振动）以及转子