发电机轴电压轴电流监测问题分析及改进

许 震

(国家能源集团谏壁发电厂，江苏 镇江 212006)

近年来，我国电力工业发电机组单机容量持续增大，静态励磁系统被广泛采用。对于大型发电机组来说，发电机轴电压过高对发电机正常运行有着较大影响，有必要采取防护措施抑制轴电压及有害轴电流的产生，因此需要安装在线发电机轴电压/轴电流监测装置，以便实时监测发电机的运行状态。

某电厂发电机采用上海汽轮发电机股份有限公司生产的水-氢－氢汽轮发电机，型号为THDF125/67，额定容量为1023 MW，采用静态励磁系统。该厂发电机的轴电压在轴的汽端(TE)和励端(EE)测量。接地碳刷在汽端(TE)可靠地接地。连续的轴电压测量通过在励端(EE)测量碳刷来实现，轴电流通过安装在汽端(TE)接地碳刷和汽轮机接地点之间连线上的电流互感器来测量。

轴电压和电流测量的接地电位必须一致，并统一接到汽轮机接地点上。全套装置由一个柜体和一个穿心式轴电流互感器及主机的轴电压、轴电流电刷组成。

监测装置变送器转换测量的轴电压和轴电流为0～5 V信号，并接到工控机。在工控机中设定产生触发报警信号的限值，能够连续在线监测轴电压和轴电流，可随时调出发电机轴电压、轴电流运行历史资料，为确定发电机轴是否需要维修提供依据，从而有效地预防事故的发生。

一般所称轴电压为六瓦处(发电机汽端)大轴电位与七瓦处(发电机励端)大轴电位的电位差；
轴电流则是六瓦处大轴电位对地网的释放。

发电机转子接地保护装置的接地线是从装置接到六瓦大轴上的，大轴与瓦座之间由于油膜的作用，实际上是未完全与地网连接的，因此存在一定的电位，这是正常现象；
同时，由于高温高压蒸汽对叶片的冲击和发电机的漏磁也会在六瓦大轴上产生一定的电位。但六瓦处大轴的电位与七瓦处大轴的电位是不同的，七瓦处大轴不单是受发电机的漏磁作用，更关键的是发电机的出线在七瓦处，出线强磁场在大轴上产生较高的轴电压，负荷越高磁场越强，这就是负荷越高轴电压越高的主要原因。

对于轴电流来说，负荷越高，汽轮机蒸汽冲击形成的电荷会有所增加，轴电流也会随之增大，但轴电流与轴电压并不存在固定的比例关系。

正常运行时，地网相连，认为都是等电位，但当发电机发生故障时，故障电流对大地的作用则不可忽视，虽然大轴到发电机地网只有2.5 m左右，但故障电流的作用足以使这段线带上较正常运行时高得多的电位从而影响保护装置的正常运行，干扰保护装置的准确判读。这就是转子接地保护的接地线一定要到大轴来取的主要原因。一般在转子接地保护的碳刷接触不良时会出现火星，这就是轴电位的作用，说明保护装置与大轴接触不良，导致保护装置有时出现误报警。轴电流的碳刷接触良好，就不会出现火星，即便有电位也会被释放。

为防止降低发电机轴电压，设计安装时，通常在发电机励磁端的轴承支架与底座之间加装绝缘垫，将所有油管、螺杆、螺钉等采取绝缘措施；
同时在发电机汽机侧大轴处安装接地电刷，用于释放汽轮机低压段的静电电荷，保证轴与地的电势相同；
除消除大轴电压外，大轴接地碳刷还起着测量转子正负对地电压和连接转子一点接地保护的作用。

而发电机组运行中时常存在的接地碳刷接地不良现象，如大轴接地碳刷在运行中容易受油污的影响，日常对发电机大轴接地碳刷的维护不到位，大轴接地碳刷架因轴瓦震动、轴系不圆等原因导致松动或接触不良等，通过借鉴兄弟单位的经验，利用机组中修期间对转子接轴、接地电刷装置进行了改造，在六瓦侧各加装一组接轴、接地装置，其接地点加装镀银铜辫接地，并联在原接地碳刷上；
铜辫固定架与轴承座绝缘，目的是更好地将轴电压引入装置，使接地保护更好地与发电机大轴相连接。

接轴装置采用双压簧，同时每只压簧采取双辫重叠结构从而提高了安全系数。技改后发电机转子接地保护各采样值稳定，转子正负对地轴电压平衡，轴电流小于0.1 mA。

运行实践表明，发电机的轴电压、大轴接地情况往往直接影响转子接地保护的正常运行。改造后大轴的可靠接地对消除转子上由叶片产生的静电荷、稳定发电机的轴电压分布以及防止转子一点接地保护误动起到了至关重要的作用。而大轴接地碳刷在运行中容易受油污的影响，日常工作中要特别注意对发电机大轴接地碳刷的维护。