水轮发电机轴承电流和轴电流的产生.docx

水轮发电机轴承电流和轴电
流的产生、防止与检测

摘要：
本文主要论述了发电机产生轴承电流和轴电流的机理、原因；防止轴承电流和轴电流的措施以及轴承电流与轴电流的检查与监测。
关键词：
水轮发电机、轴承电流、轴电流
发电机由于设计、制造和安装不当以及运行中的一些故障，可能产生轴承电流和轴电流。当这些电流流过轴承并且数值足够大时，就会灼伤轴头和轴承表面，还会使周围的润滑油炭化，破坏轴承的润滑性和绝缘性，进而使轴承表面烧损酿成事故。水轮发电机容量比较大，又是电力能源的关键设备，因此研究水轮发电机轴承电流和轴电流产生的原因，采取可行的防止措施和监测检查方法对于发电机安全、可靠地运行是至关重要的。
产生轴承电流和轴电流的机理：
轴承电流：水轮发电机的转轴（包括与转轴直接相连的推力头等部件）及轴承座都是由磁性材料钢（铁）制造的，尤其是卧式电机的轴承座多采用较大矫顽磁力的生铁制造。当存在环轴电压时，这些部件很容易被磁化。在图1所示的回路中就会流有剩磁。只要受到一次磁化，在图1所示的回路中就会留有剩磁。负载时，由于其它原因又可能使转轴受到更严重的磁化，在图1回路中就会有磁通流过。由转轴流向轴瓦的磁力线与轴承表面相交，轴转动时其表面切割这些磁力线，沿轴表面长度
方向上产生感应电势，其大小与转轴周速和流经轴经的磁密成正比，这就是通常所说的“单极效应”，在轴瓦与转轴之间形成涡流，如图2所示。这种电流我们称之为轴承电流。

轴电流：当发电机存在与转轴交连的交变磁场时，会在转轴上产生感应交变电势（轴电压），这样在图1的闭合回路中会有交变电流流过，这就是轴电流。
产生轴承电流的原因：
水轮发电机转子磁极线圈通常采用单路正反接交替形式，如图3所示。励磁电流除通过各磁极形成的主磁场外，其极间连接线又形成了环轴的单匝线圈，导致环轴电压的存在，使转轴磁化。
发电机有时会出现磁极线圈匝间短路故障。当一个磁极出现匝间短路时，会造成转子磁势不对称，我们以两极电机为例来说明（图4）。当2号磁极线圈发生匝间短路时，它与1号磁极产生的磁势不相等。这相当于在正常励磁电流上增加了一个环流i＇,环流i＇使2号磁势减小，使1号磁极磁势增加，而i＇又形成了环轴电压，使转轴磁化，产生轴向磁通。同理，对于多极电机或多个磁极匝间短路也是一样。

水轮发电机在安装中，由于电机直径大，部件变形等因素的影响，经常出现定、转子间气隙不均匀现象，如图5所示。此时尽管各极电压相同，即磁势相同，但由于δ1与δ2不相等造成的磁阻不同，所以Ф1Ф2不相等轴向磁通不能相互抵消，产生了多余的轴向磁通。此外，有时磁极铁心在磁轭上安装不紧密，出现第二气隙，其后果与上述相同。

早期生产的水轮发电机采用直流励磁机励磁，直流励磁机的换向极连接线或绕组布置不合理，也会形成环轴电压，使转轴磁化。当励磁机出现短路事故时则更为严重。因此，常将换向极绕组分为两组，使环流方向相反相互抵消，以避免形成环轴电压。
三．产生轴电流的原因：
1.水轮发电机定子铁心都是由扇形硅钢片拼成整圆，片间接缝每层相互错开，这样铁心圆周上形成很多接缝。接缝处磁阻较其他部分大，当铁心磁密较高时，接缝处磁阻增加更多。发电机运转时，会出现两种情况：

a.定子铁心接缝数与极数配合如图6所示。当发电机转子沿箭头方向旋转时，接缝A 逐渐进入1.3号极，而同时接缝B则进入2.4号极。此时对各极来说磁阻都逐渐减小，因为这时有一部分磁通不再需要经过接缝处了。由于磁阻减小，定子铁心中磁通增加，其增加方向如图中小箭头所示。明显看出，在接缝A、B处所增加的磁通方向相反，因而可以相互抵消。这样对图1闭和回路来说就不会有任何高频脉振磁通，也就不会在在回路中产生感应电势（轴电压），当然也不会产生轴电流。

b.另一种情况定子铁心接缝数与极数配合如图7所示。发电机转子旋转时接缝A进入1、3、5号极，此时定子铁心中磁通将按小箭头方向增加，且各极接缝处磁通增加方向相同，不能相互抵消。但当按键A进入2.4.6极时，接缝A处磁通将减少。这样就形成与图1闭和回路相连的高频脉振磁通，在回路中产生感应电势（轴电压），有轴电流流过。
通过对上述两种情况的分析，总结出判断是否会产生轴电流的方法。
设定：s-定子铁心圆周上总接缝数。
p-转子极对数
t-s与p的最大公约数
q=s/t
当q为偶数时不会产生轴电压；而q为奇数时则会产生轴电压，出现图1的闭合回路就会有轴电流流过。
轴电压（轴电流）的频率：
f=qpnH/60=qfHfH-发电机的频率
下面给出部分接缝树与极数的配合，“空格”表示不会产生轴电压，数字表示轴电压（轴电流）的频率（发电机频率的倍数）。
极数
接缝数24681012141618202224262830323436211111111133313