鐘家衡（湘電重型裝備有限公司，湖南湘潭　411101）

柴油發(fā)電機組軸電壓的檢測方法及危害預(yù)防

鐘家衡
（湘電重型裝備有限公司，湖南湘潭411101）

摘要：軸電壓會引起旋轉(zhuǎn)機械的嚴重損壞，特別是大型發(fā)電機組。主要介紹了利用數(shù)據(jù)記錄儀準確對大功率柴油發(fā)電機組的軸電壓的檢測方法及預(yù)防其危害的主要措施。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機組；軸電壓；檢測方法；解決方案

0　引言

盡管發(fā)電機設(shè)計制造水平不斷提升，發(fā)電機產(chǎn)生的軸電壓這個問題還是無法完全消除。對于大功率柴油發(fā)電機機組而言，軸電壓將直接作用于柴油機的曲軸及軸瓦，因此，軸電壓問題對柴油發(fā)電機組的安全運行非常重要。

1　軸電壓的來源及危害

軸電壓的來源主要有以下幾個方面：（1）由于磁路不對稱，產(chǎn)生感應(yīng)軸電壓；（2）軸向磁通，剩磁、轉(zhuǎn)子偏心、飽和或轉(zhuǎn)子繞組不對稱等原因造成(軸向)磁通在軸承和軸的部件中感生單極電勢；（3）靜電感應(yīng)，主軸對地電容產(chǎn)生充電，使發(fā)電機主軸電位升高；（4）外部電源的介入，靜止勵磁設(shè)備、電壓源等設(shè)備使用，導(dǎo)致主軸外加電壓而升高軸電壓。

當(dāng)軸電壓低于擊穿軸承油膜的閥值時，軸電流幾乎沒有或是非常小，此時即便未采取防范措施也不會產(chǎn)生電腐蝕。當(dāng)軸電壓過大時則會擊穿軸承油膜形成軸電流，軸電流會對軸承等部件產(chǎn)生燒蝕現(xiàn)象。對柴油發(fā)電機組而言，軸電壓過高會導(dǎo)致柴油機軸瓦產(chǎn)生電蝕，從而加速軸承的機械磨損，降低柴油機的使用壽命。

2　柴油發(fā)電機組的軸電壓檢測方法與數(shù)據(jù)分析

發(fā)電機在出廠試驗中一般要對軸電壓進行檢測，國家標(biāo)準[1]規(guī)定應(yīng)在額定工作電壓、額定轉(zhuǎn)速時，空載工況下檢測軸電壓。就柴油發(fā)電機組而言，采用簡易檢測方法僅在額定電壓、額定轉(zhuǎn)速下空載工況時的檢測的軸電壓數(shù)據(jù)，實際意義并不大。在實際應(yīng)用中，柴油發(fā)電機組軸電壓檢測應(yīng)考慮檢測裝置的安裝、負載工況的變化等因素，因此檢測方法也有所不同。以某進口礦用卡車上使用的2 500 Hp柴油機帶動的發(fā)電機組為例，發(fā)電機主軸一端（勵磁側(cè)）主軸為軸承支撐，發(fā)電機主軸另一端與柴油機飛輪盤采用直接連接，一般簡易的軸電壓檢測方法難以滿足實際需要。

為準確掌握柴油機軸電壓數(shù)據(jù)，本次檢測采用具有高阻抗，高速、寬頻測量和存儲功能的DL850數(shù)據(jù)記錄儀，可在在柴油機低怠速（750 r/min）、額定轉(zhuǎn)速（1 900 r/min）空載、任意負載轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速（1 900 r/min）、額定負載等各種工況下檢測軸電壓數(shù)據(jù)。柴油發(fā)電機組軸電壓檢測示意圖見圖1。

圖1　柴油發(fā)電機組軸電壓檢測示意圖

檢測過程中應(yīng)注意：（1）測量的連接線與柴油機曲軸前端的接觸必須用專用電刷，測量前應(yīng)將發(fā)電機轉(zhuǎn)軸尾端與地短路，防止發(fā)電機軸承和轉(zhuǎn)軸之間存在油膜而影響測量結(jié)果；（2）如果柴油機上安裝有曲軸接地裝置，應(yīng)在檢測前拆下接地裝置；（3）檢測應(yīng)在柴油機運轉(zhuǎn)5 min之后進行，分別測量額定轉(zhuǎn)速和額定功率下的軸電壓；（4）注意電刷與轉(zhuǎn)軸表面接觸應(yīng)保證良好，為了保證測量結(jié)果的準確性，應(yīng)重復(fù)進行檢測，觀察各次檢測值是否一致。

測量數(shù)據(jù)采用Xviewer軟件做后期分析處理。圖2、圖3分別是在柴油機額定轉(zhuǎn)速（1 900 r/min）空載、額定負載工況下采集的數(shù)據(jù)波形圖。為使測量數(shù)值盡可能反映軸電壓實際情況，選取光標(biāo)①、光標(biāo)②之間穩(wěn)態(tài)工況波形區(qū)間35 s進行分析，計算P-P（峰峰值）、Rms（有效值）等參數(shù)。

圖2測量結(jié)果顯示，當(dāng)發(fā)電機組處于空載額定轉(zhuǎn)速工況時，軸電壓峰峰值850 mV，有效值67.383 mV；圖3結(jié)果顯示當(dāng)發(fā)動機組處于額定負載工況時峰峰值達到27.85 V，有效值373.7 mV，其軸電壓偏高。

在圖2、圖3中測量項目顯示的P-P(峰-峰)值是光標(biāo)區(qū)間中max值與min值之和，而不是區(qū)間中每個周期P-P值當(dāng)中的最大值。設(shè)備實際運行中，單周期內(nèi)軸電壓P-P值對軸承油膜影響要高于區(qū)間范圍內(nèi)的P-P值。因此，以單個周期的P-P值對發(fā)電機組軸電壓情況評估更為符合實際，相對合理[2]。在Xviewer軟件中，只要對波形合適區(qū)間進行縮放，在Zoom窗口選擇其中最大峰值的波形，以單個周期作為測量區(qū)間，即可獲得單周期內(nèi)的P-P值。

圖2　柴油機1 900 r/min空載工況時軸電壓波形

3　柴油發(fā)電機組軸電壓問題解決方案

軸電壓的出現(xiàn)會導(dǎo)致軸承（軸瓦）的電腐蝕。但文獻中很少有提到軸電壓的允許值。國外曾在0～10 kHz不同電壓頻率、電極類型、30～80 μm不同電極間距（油膜厚度）等多種條件下進行試驗，期望能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象的軸電壓下限值。試驗證明，油膜的擊穿電阻很大程度上是由雜質(zhì)決定的（水，固體顆粒等），導(dǎo)致試驗結(jié)果中有很大的分散性[3]。由于軸電壓能否導(dǎo)致軸承（軸瓦）電腐蝕的因素很多，因此軸電壓允許值尚無統(tǒng)一標(biāo)準。大型發(fā)電機組允許的軸電壓峰峰值，可參照電力行業(yè)標(biāo)準[4]，其中規(guī)定汽輪發(fā)電機組軸電壓應(yīng)小于10 V。當(dāng)軸電壓過高時，應(yīng)采用必要的措施。

在對軸電壓進行準確測量后，應(yīng)根據(jù)柴油發(fā)電機組允許的軸電壓值及設(shè)備實際運行情況進行評估，確定是否采取預(yù)防措施。預(yù)防柴油發(fā)電機

圖3　柴油機1 900 r/min額定負載工況時軸電壓波形

組軸電壓危害的主要措施解決方案有：（1）對交流發(fā)電機軸承和附在發(fā)電機上的取力口（PTO）進行絕緣處理；（2）對發(fā)電機飛輪和柴油機飛輪盤上的彈性連接盤進行隔電處理；（3）在柴油機曲軸前端或飛輪盤位置安裝柴油機曲軸保護碳刷或為發(fā)電機安裝接地碳刷。

4　結(jié)束語

柴油發(fā)電機組軸電壓過高時，會導(dǎo)致發(fā)電機軸承及柴油機軸瓦產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象，但文獻中很少有提到軸電壓的允許值。實際應(yīng)用中，應(yīng)盡量對機組軸電壓進行準確測量，并根據(jù)柴油機發(fā)電機組運行狀態(tài)，軸承磨損等情況進行評估，以確定是否有必要采用軸電壓危害解決方案。

參考文獻：

［1］GB/T 1029-2005，三相同步電機試驗方法［S］.

［2］盧家慧.電機試驗中軸電壓的測量方法［J］.電氣防爆，2013（04）：37-39.

［3］C.Ammann.靜止勵磁的發(fā)電機中產(chǎn)生的軸電壓問題和解決方法［J］.國外大電機，2005（03）：27-34.

［4］DLT 596-2005.電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程［S］.

(編輯：向飛)

Detection Method of Shaft Voltage of Diesel Generator Set and Its Hazard Prevention

ZHONG Jia-heng
（XEMC Group Heavy-Duty Equipment Co.，Ltd.，Xiangtan411101，China）

Abstract:Shaft voltage can cause serious damage to rotating machinery，especially for large generator sets.This paper mainly introduces the method of accurate detection of the shaft voltage of high power diesel generator set with the data recorder，and the main measures to prevent it.

Key words:diesel generator set；shaft voltage；detection；solution

作者簡介：鐘家衡，男，1980年生，湖南桑植人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：大型礦用電傳動自卸車、大小工礦電機車等產(chǎn)品檢測、維修技術(shù)。

收稿日期：2015－07－23

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.037

中圖分類號：TM31

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009－9492 (2015 ) 08－0131－02