轴电压电流监测装置的专题报告

产品名称：ZDL型发电机轴电流检测装置产品概述：ZDL型发电机轴电流监视装置是专门检测轴电流大小的设备，装置由传感器和检测显示装置两部分组成。

传感器为一个圆形环，套在发电机轴的适当位置……产品概述ZDL型发电机轴电流监视装置是专门检测轴电流大小的设备，装置由传感器和检测显示装置两部分组成。

传感器为一个圆形环，套在发电机轴的适当位置，检测显示装置是标准型的二次仪表，可安装于控制柜上，监视、报警或控制停机，防止轴瓦损坏，保证机组安全运行。

□特点●独特的结构避免了机械卡阻现象●二级过速信号，可靠性高●适应的转速范围宽，搭配不同的弹簧和摆锤，可适应不同转速范围●安装简便□技术指标●传感器部分：检测范围：0.1~2A（最大可到10A）检测误差：<8％内径误差：<5mm绝缘：B级●检测显示装置部分：输入信号：0~4V 50HZ、60HZ及各高次谐波数字显示：3位LED数码管显示分辨率：±1个字报警：瞬时报警，延时报警2~30S●接点容量：A C250V，5A DC30V，5A●电源：A C220V±10％，50HZ●功耗：<5W●环境温度：-10~55℃●相对湿度：<90％浅谈发电机轴电流的危害及其预防摘要：发电机产生轴电流会使发电机机组产生强烈振动，使轴承及镜板受损，瓦温升高，将严重影响发电机的安全运行。

轴电流产生的主要原因是轴绝缘被破坏，另外同步交流发电机的轴电流大小与负载的性质有关，发电机的无功功率增大，其轴电流也增大，相反有功功率越大，则轴电流反而越小。

关键词：轴电流；预防；瓦温升高；同心度；机械磨损；振动；绝缘破坏；有功功率；无功功率；满载；试验；气隙磁场；励磁磁场；电枢磁场；磁轭黑龙江省逊克县库尔滨河流域先后建起了四座水电站，属于典型的梯级开发方式。

其中库尔滨水电建成已经25年，装有三台完全相同的1600千瓦的发电机，近来发现三号机组强烈振动，瓦温升高，经过多次更换轴承这种现象仍重复出现。

风力发电机轴电压轴电流对轴承影响及防范措施摘要：风力发电机轴承失效频繁发生,在研究应用条件和调查轴承失效的基础上,基本确认了造成轴承失效的根本原因:双馈感应发电机变频驱动所导致的轴承过电流和相应的电腐蚀及润滑、磨损等。

本文概述分析了轴电压轴电流产生的原理和造成的危害，详述了对轴电压的抑制措施，并在风电场推广应用，实践验证了轴电流抑制技术的有效性。

关键词：风力发电；轴承；轴电流；解决方案Wind turbine generator shaft voltage and shaft current on the bearing and preventive measuresCHEN Guo-qiang，CHEN Guo-zhong，XXXShen Hua Ji Tuan Guo Hu(TongLiao)Wind powerAbstract：Bearing failures of windturbine generator are occurring frequently. Based on application studies and bearing investigations main root causes have been identified: electrical current passage, electrical erosion respectively, due to frequency converter supply of doubly-fedinduction generator sand lubrication and wear related problems.This paper analyzed the cause of shaft voltage and shaft current and its related harm in doubly-fed wind turbine architecture. Measures to suppress the shaft voltage and shaft current are detailed and put into practice in pilot wind farms. The effectiveness of the measures are approved by field data. Key words:wind power generation；Bearing；Shaft current；The solution一、研究背景xx风电场，装有56台华锐SL1500机组，于2015年1月并网发电，在运行的2年中由于发电机轴承的损坏给机组正常运行产生了严重的影响，造成一定的经济损失。

四川华能太平驿有限责任公司发电机轴电流保护装置安装调试竣工报告一、概述四川华能太平驿水电站4#水轮发电机组单机容量65MW，水轮机为混流式，发电机为悬吊式。

发电机由天津发电设备厂制造，发电机大轴直径725mm，其主要技术参数分别为：发电机型号：SF65—24/6440；额定容量：76.47MVA额定电压：10500V；额定电流：4205A；励磁电压：198V；励磁电流：1021A；功率因素：cosΦ=0.85；额定频率：f=50HZ；相数：3；定子接法：2Y；绝缘等级：B（后改造为F级）；励磁方式：可控硅励磁；电机重量：457T。

二、工程概况本工程于2012年12月至2013年3月，利用1、2、4号机组检修停电进行了发电机轴电流监测装置的安装及调试，3号机组由于检修时装置尚未到货，该机组另行找停电机会安装。

从1、2、4号机组安装的情况来看，该装置工作状态稳定，测量数据准确，报警信号灵敏，且厂家承诺在3号机组安装时如有任何安装及设备本身问题，无偿提供服务，故本项目提前竣工。

1、ZDL-M轴电流监测装置功能装置采用高性能单片机为核心控制部件构成控制器，采用空心环形互感器做为轴电流传感器，监测发电机大轴电流变化，以判断发电机轴瓦绝缘、以及定子是否电流平衡等状况。

单片机实时监测轴电流传感器的变化值，该值与大轴电流呈线性变化关系，经滤波、数值变换处理后，确认轴电流超过整定值后，输出报警或跳闸信号。

2、技术参数型号ZDL-M 测量精度1％测量范围0～5A 外形尺寸160×80×250mm数显方式LED显示输出信号：继电器接点输出2组报警方式：上限报警接点容量：7A/AC250V 5A/DC30V三、安装工艺1.仪表安装：仪表安装于各机组自动制柜上方。

A1、A2、B1、B2分别对应传感器1、3、2、4，报警接点接入监控系统。

设置报警值0.5A，未设置跳闸出口。

2.传感器安装：轴电流传感器安装在能反应大轴电流的静止部分，即发电机大轴接地碳刷上方，经外部支架与发电机机架固定，将分半传感器合抱在大轴上，连接合缝处（用塞尺测量对接间隙小于0.1mm），用螺栓将传感器与支架固定牢靠。

GE发电机轴电压在线监测装置电压高报警分析摘要：发电机组正常运行中，由于湿蒸汽阶段的电荷分离可在轴和静止部件之间产生静电电压、发电机磁路不对称及静态励磁系统输出不是纯直流等原因，在发电机励端产生轴电压是不可避免的，为了消除大轴静电电压，防止过高的轴电压破坏油膜和轴瓦，引入了大轴接地系统。

GE发电机轴电压在线监测装置在实际运行当中，由于各种原因会产生误报警，本文着重阐述自身处理“轴电压大”报警的分析过程及处理方法，希望对分析解决国内同类型机组轴电压在线监测装置报警问题起到一定的借鉴意义。

关键字：GE 轴电压监测装置1.GE发电机轴电压在线监测装置原理GE轴电压监测碳刷装置由4个碳刷组成，安装在一个的碳刷支撑上，位于发电机机侧靠背轮端部。

此装置的监测功能由燃机MKVI控制系统实现，并通过监测到的电压、电流信号，给出报警信号。

报警分为轴电压报警及轴电流报警两个部分。

图1为该装置原理接线图：图1 GE轴电压在线监测装置原理接线图1.1 轴电流监测装置碳刷2、4并联后通过低阻抗分流器使大轴接地，该分流器接地电阻为0.005欧姆[1]，接地电阻两侧压降信号通过就地端子排送入GE 燃机MKVI控制系统，控制系统通过计算得到监测轴电流数字： I轴电流 = UMKVI测量/R接地其中，R接地=0.005欧姆机组正常运行中，此电流一般是（几个）毫安。

但是，如果电流超过监测装置的预设值，GE公司推荐报警值预设为4A，会发出轴电流高报警。

1.2 轴电压监测装置碳刷1、3并联后用于测量大轴与地之间的电压，并通过就地端子排，将轴电压信号送入GE燃机MKVI控制系统。

GE公司轴电压监测装置报警判据是一个频率，当轴电压峰值超过10V，且频率超过15Hz将会触发一个“HIGH SHAFT VOLTAGE”报警。

1.3 轴电压监测系统的等效电路图根据轴电压监测装置原理，绘制等效电路图2：图2 GE轴电压在线监测装置等效原理图2.轴电压监测系统“轴电压高”报警的分析及处理浙江某电厂GE公司9FA型号燃机联合循环发电机组自投产以来，轴电压监测装置频繁发出“HIGH SHAFT VOLTAGE ”报警，在机组正常运行时，MKVI上显示轴电压可达2500Hz，分析报警原因，可能是励磁系统自身原因产生报警，可能是发电机内部故障引起的报警，也可能是发电机轴电压监测回路自身原因引起的误报警。

机组轴电流检查方案一、发电机由于设计、制造和安装不当以及运行中的一些故障，可能产生轴承电压和轴电流。

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。

二、产生轴电流的前提是要产生轴电压，而产生轴电压的原因主要有以下几种：发电机制造安装或运行中因磁路不对称引起的轴电压。

由于发电机定子与转子不同心，即气隙不均匀，转子的硅钢片厚度、位置不合理，转子绕组匝间短路等原因，可能在转子－轴承－外壳的环路中感应出交流电势。

转子发生磁化而产生的单极电势。

当干燥定子时采用过大的直流电、在机组附近使用电焊机或磁力起重机等设备时或发电机故障时，磁通通过机壳和转子使转子发生磁化，之后产生并保留一定的剩磁。

磁力线在轴瓦处产生幅向支流，当机组转动时，就会以发电机或涡流制动的方式产生电势，从而产生轴电流。

转子绕组一点接地而产生的轴电压。

这种轴电压产生的电流通常比较大，并且伴随着转子一点接地信号出现，通常会引起发电机剧烈振动和大轴磁化烧轴、烧轴瓦等严重后果。

但转子绕组接地常常为不稳定性接地，即接地的出现与发电机的转速和负荷状态等因素有关(如由于制造或检修时转子未清理干净遗留的金属屑)，接地呈现为一下子通一下子又断开，接通的时间很短，转子一点接地信号不出现，产生的轴电流为随机的瞬时脉冲，因此比较隐蔽，可以通过轴电流信号来检测这种潜在故障。

自动化元件故障产生轴电压。

大型水轮发电机组自动化元件较多，运行现场接线繁杂，元件故障造成带电线头搭接在转轴上，产生轴电压。

三、发电机轴电压产生可能原因分析发电机定子与转子之间不同心及气隙不均匀，以及转子硅钢片安装原因，可能造成轴电压。

从电站机组空转，转子未加励磁情况下，轴电流检测装置就有显示数值，可能有存在转子磁化现象，检修时可以用精密的高斯计来检测转子或大轴的剩磁，如转子或大轴被磁化严重，应进行退磁处理。

转子绕组一点接地而产生的轴电压可以排除，运行中机组未报转子一点接地信号。

GE发电机轴电压在线监测装置原理与应用吴书泉周屹民杭州华电半山发电有限公司（310015）摘要：通过对发电机轴电压、轴电流产生的原因的分析，说明对轴电压防护的必要性，并介绍了国外GE公司的在线监测装置。

关键词轴电压轴电流接地碳刷轴承绝缘防护监测装置Theory and application of GE shaft voltage monitorWu shuquan Zhou YiminHangzhou Banshan Power Generation Co,.LtdAbstract: Through making an analysis of causes of the axial voltage of a generator, it is shown that the axial voltage should be protected. And also gives the introduction of on-line protective devices-shaft voltage monitor of GE companies.Key words: axial voltage; shaft current ; grounding block brush ; bearing insulation ; protection ; monitor.发电机组在运行过程中会在发电机轴上产生了电压，如果没有对其关注和采取措施，任其恶化发展，当轴电压大到足以击穿轴与轴承（包括推力轴承）之间的油膜时，便发生了放电，反复的放电和灭弧将会导致轴承表面起凹点并变得粗糙，最终加速机械磨损，严重时导致轴瓦烧坏。

所以，电站运行和检修人员对轴电压产生的机理有必要了解，并对其进行监测和防护。

1、产生轴电压的原因透平发电机组轴电压主要有三个来源：a)沿轴高速流动的湿蒸汽会在低压透平叶片和静止部件之间建立直流静电，末级叶片越长，越容易建立较高的静电电压。

风力发电机轴电流轴电压测量系统开发及测试实验摘要：为了找到风力发电机轴电流轴电压的产生原因，找到抑制方法，设计了一种测量轴电流轴电压的测量系统。

测量系统由上位机和下位机两部分组成。

下位机采用 PicoScope®2407B双通道USB示波器。

分析了上位机的功能需求，并根据实地考察对发电机进行改造，安装探头、引线、电压变送器等部件搭建硬件测量平台，利用官方软件开发包（SDK）和 API 程序员手册并参考示例代码与LabVIEW进行交互。

完成了一个具有双通道电压采集、读取、显示和记录功能的软件。

并在大安海陀风电场进行了测试实验，验证了测量系统的可行性。

关键词：风力发电机；轴电压；轴电流；测量系统；LabVIEW；示波器;测试实验引言作为一种可再生和无污染的能源，风能正逐渐在国内外开发和使用。

2018年全世界风力发电3200万吨油当量，贡献了超过40%的可再生能源增长[1]。

目前国内近30个风力发电场建设完成并投入运行，国家在2020年将风力发电机发电功率定位20到30万千瓦，兆瓦级风力机组目前有15到20兆瓦输出功率以满足我国生产风能的需求。

发电机中每个零部件的稳定运转决定了整个发电机组的稳定性。

2013年发电机驱动侧轴承更换19次，年损坏率高达28.7 %。

非驱动侧轴承更换为21次，年损坏率高达31.8 %[2]，国内某家能源公司的300多台风力发电机中，真正能够使用并发电的只有1/3，并且许多其他公司在运营初期也都发生了许多故障，严重影响发电使用效率[3][4]。

大多数风力发电机长期工作在严苛恶劣的环境中，受到风沙、极端温度的考验。

在实际运行中，由于轴电流导致轴承损伤致使风力发电机停机的问题频发[5][6]。

由于风力发电机磁路不对称、转子运转不同心等问题，导致发电机轴上产生感应电势、继而击穿油膜产生轴电流[7]。

轴电流会损伤轴承、影响发电机正常运转[8]。

因此，分析风力发电机轴电压和轴电流产生原因，对保证风力发电机组的稳定运转有重要意义，开发轴电流轴电压的测量系统有重要价值。

发电机轴电压监测众所周知,大型汽轮发电机在正常运行中都会产生的轴电压,如果不采取有效的预防措施,或者预防措施失效,都将会导致轴瓦烧伤的严重后果。

国内的发电机制造商都有消除轴电压危害的规范设计,就是在发电机大轴靠近汽轮机端处轴承外侧安装一个大轴接地碳刷,并在发电机大轴靠近励磁机端的轴承底座加装可靠的绝缘垫片。

这些装置只要正确地起作用,就可以解决大型汽轮发电机转子轴电压过高导致发电机轴瓦损坏的问题,但遗憾的是,国内众多发电厂实际运行情况显示,大型汽轮发电机轴瓦烧伤的事件仍时有发生,主要原因是缺少有效的在线监测手段来保证这些预防措施处于可靠的工作状态。

只有采取了有效的在线监测手段,才可以彻底避免轴电压导致轴瓦烧伤事故的发生,为了寻求有效的监测方法,还得从分析轴电压的产生原因及危害途径入手。

发电机中轴电压主要有以下几个来源:(1) 由于汽轮发电机的轴封不好,沿轴向有高速蒸汽泄漏或汽缸内的高速喷射而使转轴本身带静电荷。

(2) 由于汽轮发电机的转子表面的不平整,毛刺、转轴上的螺栓、转轴上冷却风扇等在高速旋转时与周围气体(空气、氢气)发生摩擦而产生静电荷。

上述两种轴电压有时很高,可以使人感到麻电。

但在运行时已通过炭刷接地而被消除。

(3) 由汽轮机最后一级动叶上甩出的水珠所形成的静态电压。

如没有提供其它更为便捷的电流通道,该电压会逐渐增大,并通过轴承的油层放电。

高温蒸汽温度降低时会发生正负电荷分离,随着蒸汽冲击叶片,电荷就聚集在叶片上。

(4) 直流电压场(发电机转子电压)中的交流波,会通过直流场的线圈和绝缘的电容在轴上形成一个相对地面的交流电压。

该电压包括了励磁系统中的二极管或半导体闸流管交变所产生的高频电压峰值(直流同轴励磁机也存在脉动分量,只不过由于整流子极数较多,显得相对比较平缓) 。

上述两种电压都很弱,而且如果通过接地刷等允许电流流出,该电压将逐渐衰减。

正因为这个原因,应使用一个高电抗仪表测量这些相对于大地的电压。