發電機組軸電流故障診斷

由于轉子帶電引起軸電流最終造成機器元件損傷的情況較早出現在發電機組，故一般把軸電流形成的原因與電磁效應聯系起來。隨著大型石油、化工裝置，特別是化肥裝置中蒸汽透平驅動離心壓縮機組的應用，軸電流影響機組長周期安全運行的問題越來越突出，它在機組的推力軸承、徑向軸承、聯軸節、浮環密封以及傳動齒輪等部位產生電火花放電，損傷金屬表面，破壞油膜形成。如果這種損傷沒有及時檢測到，則會給機器運轉帶來很多問題，并可能造成機器主要元件的嚴重破壞。

　　有關軸電流故障的介紹資料比較少見，在此結合生產中遇到的實際問題做一簡單介紹。

　　一、軸電流對轉子零件的損傷及其后果

　　旋轉中的軸須采用一定的潤滑方式使轉子與軸承保持不直接接觸，即整個轉子在高速旋轉時與靜子之間有油膜絕緣。由于轉子對地存在電阻，一旦帶電，就會建立起對地電壓，當電壓升高到某一數值，就會在電阻最小的區域擊穿，發生電火花放電。這種放電作用所帶來的主要后果如下：

　　(1)在放電區域熔化金屬粒子，在金屬表面形成極微小的電蝕凹坑;

　　(2)凹坑的積聚使表面變得粗糙，失去光澤，如果發生在軸瓦上則會產生純機械磨損;

　　(3)熔化的金屬微粒進入潤滑系統，使潤滑劑受到污染，整個潤滑系統的潤滑性能變壞，而且含有大量金屬微粒的潤滑劑會降低油膜電阻，加速電火花侵蝕的進展;

　　(4)在軸承承載區產生局部高溫，破壞油膜，燒壞金屬，增加磨耗，最終造成嚴重的摩擦損壞。

　　在旋轉機械的轉子系統中，最容易發生電火花放電的部位是徑向軸承和止推軸承的承載面、齒式聯軸器的工作齒面以及浮環密封面，這些部位因運行中的多種條件變化(如負荷、溫度、潤滑狀況以及轉子振動等)，均有可能會使油膜和氣隙電阻減小，在這些部位引起電火花放電現象。

　　對于徑向滑動軸承，軸承電蝕凹坑的發展會使巴氏合金表面受到嚴重的腐蝕，這不僅會改變軸承的原有間隙，而且表面光潔度下降還會導致軸承表面的擦傷和擦痕、局部高溫和燒傷。高速輕載軸承表面巴氏合金的磨耗會使一部分軸瓦瓦塊失去對轉子軸頸的預負荷作用，轉子在旋轉時容易誘發油膜渦動，造成轉子系統的不穩定。而不穩定的油膜反過來又會引起軸承油膜電阻的急劇下降，使更多的軸電流通過該區域，加劇電火花作用，彼此相互激勵，最終導致軸承或轉子系統的損壞。

　　止推軸承的電火花損傷是油膜過薄引起的，推力瓦塊在電火花侵蝕下很快磨耗。據國外報道，一臺渦輪發電機組的止推軸承在軸電流的充電和放電作用下，新更換的軸承使用僅十幾天就被侵蝕得無法繼續工作。對于米契爾式止推軸承，推力瓦塊的電火花侵蝕結果使瓦塊不能很好地形成油膜，從而加速純機械磨損。假如軸向推力較大，會進一步導致止推軸承燒瓦或嚴重損壞，造成重大設備事故。

　　二、軸電流的成因和類型

　　軸電流的形成除了外部對轉子施加一定的電位之外，大多數則是由于下面介紹的幾種因素感應而產生的。

　　對于電機類轉子，產生軸電流的原因主要有磁力線分布的不對稱效應以及轉軸的磁化效應。磁力線分布不對稱通常是由于疊片層的不對稱的間隙引起的。除電機類轉子外，其他設備也會因軸的磁化效應而產生軸電流。

　　軸的磁化效應是轉軸由于各種原因而帶有磁性，例如轉子存在不平衡電流繞組使轉軸磁化，焊接、摩擦、碰撞以及電渦流裝置均可能使設備帶有磁性，并建立起磁場。旋轉磁場切割導體，會在這些零件內感應起一定電位，當電位升高到足以擊穿油膜時，就形成電流回路。這種電流回路可能穿過整個轉子，也可能僅在軸承中或浮環密封中形成局部的短路電流，軸承或浮環中的短路電流又會產生新的磁場，磁化轉軸或其他零件(圖1-1中的兩類情況)。因此，這種磁電相互轉換，會在機組內形成很強的磁場，并出現很高的電流。

　　圖1-1 轉軸上局部短路電流感應的磁場

　　現代大型化工裝置中蒸汽透平驅動的離心壓縮機組雖非電力設備，但有時也會形成很高的軸電流，研究證實這是一種由粒子碰撞與摩擦引起的靜電效應。對于蒸汽透平一離心壓縮機組，多數是由于濕蒸汽粒子碰撞使轉子帶電，尤其是冷凝式蒸汽透平，末幾級的濕含量很高，水蒸氣粒子對轉子葉片的碰撞和摩擦將使轉子產生靜電效應而帶電。因此，在冷凝式蒸汽透平中會較多地遇到軸電流問題，而在背壓式蒸汽透平中較少發生。

　　此外，離心壓縮機和蒸汽透平轉子工作時也可能因潤滑油引起帶電，當潤滑油通過過濾器時，由于濾網的通路很小，通常只有幾個微米，油分子與濾網的碰撞與摩擦會導致分子帶電。因為潤滑油基本上是一種非導電介質，即使通過相當長的接地管線后，油分子仍能保持帶電，并把電荷轉移到被潤滑的軸頸表面而產生軸電位。當電位升高到一定值時，將在油膜電阻最低處擊穿而產生電火花放電。