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淺談發電機軸電流的危害及其預防

發電機產生軸電流會使發電機機組產生強烈振動,使軸承及鏡板受損,瓦溫升高,將嚴重影響發電機的安全運行。軸電流產生的主要原因是軸絕緣被破壞,另外同步交流發電機的軸電流大小與負載的性質有關,發電機的無功功率增大,其軸電流也增大,相反有功功率越大,則軸電流反而越小。
關鍵詞:軸電流;預防;瓦溫升高;同心度;機械磨損;振動;絕緣破壞;有功功率;無功功率;滿載;試驗;氣隙磁場;勵磁磁場;電樞磁場;磁軛
黑龍江省遜克縣庫爾濱河流域先后建起了四座水電站,屬于典型的梯級開發方式。其中庫爾濱水電建成已經25年,裝有三臺完全相同的1600千瓦的發電機,近來發現三號機組強烈振動,瓦溫升高,經過多次更換軸承這種現象仍重復出現。但重新調整水平和同心度后仍然沒有解決問題。后經詳細觀察軸承和鏡板的損壞情況,發現并非是一般的機械磨損,而是接觸面形成了波紋引起發電機振動。我們想到了可能是受軸電流的影響所致。經過細致檢查,發現推力頭與鏡板及導瓦之間的絕緣為零,使軸電流流經軸承及鏡板,造成軸承和鏡板被腐蝕。經處理以后已經運行二年沒有發生類似現象。
事實說明以上分析和處理方法是正確的。
為了進一步掌握發電機軸電流的形成及規律,我們作了如下觀察及試驗:
(1)推力頭對導瓦及鏡板絕緣破壞是形成軸電流通路的主要原因,這些部位原設計為絕緣隔離,軸電流是無法形成的。但在運行實踐中,由于潤滑油油質變壞,這其中主要有兩方面因素,第一,油中含有軸瓦研磨帶來的金屬粉沫。第二,北方地區室內外溫差可達50℃這樣冷卻水進入冷卻裝置后由于溫差過大造成冷卻器出汗,久而久之使潤滑油中含水量過大。以上兩種原因使其絕緣水平急聚降低。另外由于種種原因軸承密封端蓋碰軸都會使絕緣下降,軸電流直接流通。
(2)為了了解軸電流大小與發電機有功、無功之間的關系,我們作了四個實驗:
①使發電機的有功功率為零,改變其無功功率,在不同的無功條件下測量發電機的軸電流變化情況,測量結果見表1和曲線1。
②使發電機的無功功率為零,改變其有功功率,在不同的有功條件下測量發電機的軸電流變化情況,其測量結果見表2及曲線2。
③使發電機的無功功率固定在1000千瓦,改變其有功功率,在不同的有功條件下測量發電機的軸電流變化情況,其結果見表3和曲線3。
④使發電機的有功功率滿載(1600千瓦)不變,在不同的無功條件下測量發電機的軸電流變化情況,其結果見表4和曲線4。
從以上的試驗我們可以知道:同步交流發電機的軸電流大小與其負載的性質有關,發電機的無功功率增大,其軸電流也增大,相反有功功率越大,則軸電電流反面越小。根據電磁學理論可知,發電機的氣隙磁場∮t是電樞磁場∮l和電樞磁場∮d組成的,產生軸電流主要是電構磁場:根據發電機的負載性質,電樞磁場又可分解為縱坐標軸磁場和橫坐標磁場。當發電機的負載為純電感時,即其無功電流增大,此時電樞磁場為縱軸磁場,縱坐標磁場與轉子(磁軛)是垂直交的,所以在轉子軸上感應電勢也大,這就是無功增在使軸電流增加的原因。當負載為純電阻時,即有功電流增大,電樞磁場為橫坐標磁場,橫坐標磁場與轉子(磁軛)是平行的所以在軸電勢也小,這就是有功越大軸電流反而越小的原因。
所以我們可以得出以下結論:
(1)要預防發電機的軸電流產生,就要避免軸絕緣被破壞。
(2)如果軸絕緣被破壞,在一定負荷條件下盡可能減小無功功率。

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