曹鋼 陳強 陳熙平 張偉 王為浩
（錦（jǐn）屏水力發電廠，四川西昌 615000）
摘（zhāi） 要（yào）：主要對軸（zhóu）電流的產生原因，BZL-10C型發電機（jī）軸電流保（bǎo）護裝置的工作原理、現場安裝（zhuāng）及故障分析處理。
關鍵詞：軸電（diàn）流（liú）；軸（zhóu）電流保護裝置；軸電流繼電器；軸（zhóu）電流互感器
1 軸電流產生的原因
在（zài）水（shuǐ）輪發電機組中，由於定子磁場的不平衡或轉軸本身帶磁，當出現交變磁通時，在轉軸上就（jiù）感應出一定的電壓（yā），稱為軸電壓。一旦絕緣降低或（huò）絕緣受到破壞，軸（zhóu）電壓由軸經過各油盆內的油膜、軸承、機座和基礎底層（céng）形成一個電流（liú）回路，在此回路內產生一個很大的電流，成為軸電流。在發電機中軸和軸承中出現（xiàn）軸電流的原因有以下幾種：①縱向磁通產生的軸電流---發電機正常運行時，轉子繞組所（suǒ）產生的（de）磁通和定（dìng）子繞組的電樞反應磁通，都是與（yǔ）轉子軸垂直的，即橫向通過轉子鐵芯。但（dàn）由於某些原因，也可能使大軸縱向（也稱軸向）磁化，存在（zài）縱向磁通（tōng）。這種縱向磁通可以經過水輪發電機組的每個軸徑，沿著油膜（mó）、各軸瓦、即上導軸（zhóu）承、推力軸承、下導軸承、水（shuǐ）導軸承底座，這麽（me）一些途徑回到發電機（jī）的大軸。②由靜電荷產生的軸電流---大軸（zhóu）各部（bù）與軸瓦處由於潤滑油的摩擦產生（shēng）的靜電也能產生較小的軸電壓。由大軸與軸瓦摩（mó）擦潤滑（huá）油所產生的靜電而（ér）引起的軸電壓在水輪機運行過程中很難集聚起很高的能量，且（qiě）在其產生的同時不斷的削弱，一般不會對設備造成損壞。③磁通不對稱引起的軸電流---由於製造、安裝、運行、維護等原因，發電（diàn）機不可避免地會出現轉子和定子不能完全同心運行，導致定（dìng）轉子空氣間隙（xì）不均勻，轉子矽鋼（gāng）片的厚度位（wèi）置不合理，轉子繞組匝間短路等問題，造成在轉子-大軸-基（jī）座（zuò）的環路中感（gǎn）應出（chū）一定的交流電壓。對（duì）軸危險性（xìng）Z大的是由（yóu）於（yú）磁通不對稱（chēng）所產生（shēng）的軸電（diàn）流。④絕緣破壞使軸電流形成（chéng）閉合回路---如大軸與各軸（zhóu）承的絕緣（yuán）墊損壞或絕緣墊的絕緣水平降（jiàng）低；由（yóu）於溫差導致各導軸承油盆內（nèi）冷油（yóu）器及水管路產生（shēng）露水或冷油器（qì）及水管路漏水到油盆（pén）內（nèi）將（jiāng）導致油和軸承絕緣降低；大軸水封漏水，噴（pēn）到水導油盤內，油質乳化變質，也將導致（zhì）絕緣（yuán）降低；油盆蓋與大軸安裝（zhuāng）時不同心，或者固（gù）定油（yóu）盆蓋的螺（luó）絲鬆動，使油盆蓋與大軸（zhóu）接觸而形（xíng）成軸電流；等等。⑤同步交流發電機軸電流的大小與所帶的（de）負荷有關---根據電磁學原理，當發電機的負載為純電感（gǎn）時，即無功電流增大，電樞磁場為縱坐（zuò）標磁場與轉子（磁（cí）軛）垂直，故在轉子軸上感應電勢（shì）也大，導致軸電（diàn）流增加。當負載為純電阻時，即（jí）有功電流增大時，電樞磁場為橫坐標磁場，橫坐標轉子（zǐ）（磁軛）平行，軸電勢小，這就是有功越大軸電流反而越小（xiǎo）的原因。⑥發電機（jī）三（sān）相負荷不平衡，產生負序電（diàn）流，從而產生軸電流。
由於長期存在的軸電流會（huì）使油質劣（liè）化，油溫升高，潤滑（huá）功（gōng）能降低，較大的（de）軸（zhóu）電流還能直接燒壞軸瓦，造成機組停機的事故。轉子一點接地所產生的軸電壓通（tōng）常較大，會造成發電機的劇烈振動和大軸磁化或（huò）燒壞大軸及軸瓦的嚴重後果。采取措施防止軸電流（liú）的產生十分必要。
2 軸電流保（bǎo）護裝置的工作原理
BZL-10C型發電機軸電流繼電（diàn）保（bǎo）護裝置是利用軸電流互感（gǎn）器檢測出來（lái）的軸電流基波或三次諧波電流信號，來（lái）檢測軸承絕緣狀態的。當發電（diàn）機軸絕緣低下或有擊穿時，由於發電機軸承不（bú）對稱，大軸將產生軸電流而損壞其絕緣，發生故障。其損壞程度將取決於軸電流的幅（fú）值和持續時間，為了使發電機能夠安全（quán）運行，提前發現大軸的（de）絕緣故障，以便采取相應措施，就需要有靈敏的軸電流繼電保護設（shè）備。
軸電流互（hù）感（gǎn）器（qì）用於測（cè）量（liàng）軸電流的變化，可檢測出1A以（yǐ）下的軸電流，為繼電保護裝（zhuāng）置提供監測信號。BZL-10C型發電機軸電流繼電器是由放大器、雙通道（dào）濾波器、A/D轉換、單片機智能分析判斷控製及過（guò）電流動作等環節組成，其組成框圖請見圖（tú）1。BZL-10C型軸電流繼（jì）電器采（cǎi）用了兩（liǎng）種工作方式，即按電流基波（bō）分（fèn）量或電流的三次諧波分量進行檢測動作。
圖1中，繼電器從軸電流互感器CT中（zhōng）取出故障電流信號，經IC1放（fàng）大後，送入50Hz和150Hz雙通道濾波器中，雙（shuāng）通道濾波器輸出經整流合成後，分別送入兩（liǎng）路A/D模數轉換器（qì），再送入MCU進行分析、判斷、顯示軸電流值，經MCU與兩個故障電（diàn）流的設定值進（jìn）行比較後，送出控製信號觸發相應的繼電器CZ1，CZ2以控製報警及跳閘等信號。
3 軸電流（liú）互感器（qì）現場安裝
互感器與發電機軸的同心度、水平度允差均為2mm；安裝後切口間隙不大於0.2mm。互感（gǎn）器為穿心式，為便於安裝分成了兩半（bàn），配有連接（jiē）板，經螺栓緊固即可構成環形整體，互（hù）感器接線示意圖見圖2。
4 現場運行情況分析及（jí）處理建議
自2012年12月31日首台機投產以來，軸電流（liú）繼（jì）電器超出（chū）軸（zhóu）電流報警定值（2.55A）持續報警。分析發電機結構（gòu）和軸電流形成原理，采取以下措施：①對軸電流（liú）保護裝置進行一次側、二次側校驗，驗（yàn）證保護裝（zhuāng）置能否準確動作（zuò）。②對軸（zhóu）電流互感器進行絕緣試驗、伏安特性及二次（cì）負載（zǎi）試驗（yàn）或將（jiāng）#1、#2機組（zǔ）的軸電流互感器互換後進行整組測試，排查軸電流互感器損（sǔn）壞的可能。③按IEEE112標準進行電機（jī）軸電流的測量與錄波，將測得（dé）的電（diàn）流與錄製的（de）一次、二次電流波形進行對比，分析故障時的軸電流保護動作，並判斷故障軸電（diàn）流是否由外界電磁（cí）幹擾造成。④碳刷檢（jiǎn）查與測（cè）試，檢查表麵完整度、磨損量、安裝是否牢（láo）靠、碳（tàn）刷與大軸接觸是否良（liáng）好、有（yǒu）無碳粉附著和累積，進一步可在絕緣碳刷引線處接入電流表。若機組啟（qǐ）動測試，軸電流報警仍（réng）在，而電流表讀數為0，說明軸電流未從絕緣碳刷處流過，由其（qí）它回路產生。⑤軸與（yǔ）軸承的（de）絕緣（yuán）和間隙檢查與測試。另外采用軸電流CT測量大軸電流的方式（shì），是間（jiān）接測（cè）量方式（shì）；由於（yú）其（qí）安裝環境、技術（shù）的限製，機組內部強磁場、強電場以及（jí）可控矽靜止勵磁（cí）裝置產生的脈衝等諸多（duō）因素都會影（yǐng）響軸電流的（de）測量。
5 結語（yǔ）
總體上說，由於軸電流測量信（xìn）噪比（bǐ）低，測量值很難真實反映（yìng）大軸絕緣情況，而發電機結構的多樣（yàng）化（huà）導（dǎo）致現場往往較（jiào）難定位（wèi）故障點，尤其是出（chū）現瞬時的（de）、反複的軸（zhóu）電流故（gù）障信號時。而BZL-10C型哈電機專用發電機（jī）軸電流保護裝置在錦東水電站#1、#2發電機（jī）組安裝使用較短，運行經驗不足（zú），在整定上（shàng）還有待進一步優化。建議機組廠家對軸電流裝置（zhì）進行調整，一（yī）段（duàn）設延時，且（qiě）放大整定（dìng）範圍；也可以考（kǎo）慮減（jiǎn）小CT變比來提高信噪比。另外保持（chí）發電機推力（lì）瓦承（chéng）座、導瓦承座、油管、地腳螺栓、銷釘等對外（wài）殼之間的良好絕緣，對非故障情況下減小軸電（diàn）流、防（fáng）止推力瓦（wǎ）和導瓦的電侵蝕有較好的作用；檢修時增加測量（liàng）轉子剩磁（cí），以確定轉子是否被嚴重磁化；檢查推力瓦或導（dǎo）瓦的（de）腐蝕情況，確定軸電流（liú）的破壞（huài）程（chéng）度。此項（xiàng）工（gōng）作需要加強各專業間的溝通學習，借助相關儀器的測試數（shù）據加（jiā）以分析，快速排除故障（zhàng）。
參考文獻：
[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[M].北京：中國電（diàn）力出版社（shè），2002：186-262.
[2]龔力文.發電機軸電流（liú）保護動作的原因及防範[J].水電廠自動化，2004（1）.
[3]楊競彬.水輪發電機組軸電流產生及預防[J].2011年雲南電力技（jì）術論壇論文集（入選部分），2011.
[4]李世作等.廣西岩灘（tān）電廠機組軸電流測試研究[J]廣西電力技術（shù），2002.
來源：《中國科技博覽》2014年第（dì）6期
