维普资讯 http://www.cqvip.com 浅谈汽轮机接地电刷的应用 杭州汽轮机股份有限公司 陆桂英 摘要：介绍了汽轮机接地电刷的结构以及电刷、拆卸与更换以及运行，并讨论了监测方面 的要求。 关键词：汽轮机接地电刷 ｌ 概述 某些旋转机械，由于其本身的机械或电气特性，在旋转时会在转轴上产生感应电势（电 压）。如果感应电压得不到处理，也就是没有考虑安装接地电刷；或者电压释放系统（通常 是轴接地电刷）不能正常工作，那么该电压会寻找代替的路径到地。那么相应的金属体就会 成为感应电压的接地导体。非常典型的就是转子的轴承或密封件，由此产生的电弧就是静电 放电。这些电弧会损伤金属表层和增大部件间的正常运行的密封间隙。如果不及时处理此静 电放电，轴承和密封件就会逐渐损伤，转子的动态特性将慢慢改变，最终可能会损坏转子， 带来昂贵的修复工作。采用接地电刷来释放感应电压，可帮助避免该问题的发生。 在正在运行的汽轮机上，转子与大地间至少存在着三处可能的感应电压源： １．由于发电机电磁线的非对称性而产生的电磁回路可以在发电机转子的相对两侧产生 电势。 ２．在凝汽式汽轮机中，当大量的含水蒸汽流过叶片时能导致静电聚积。 ３．由于直流电压的波动可以在转轴与地之间产生电容性电压。 对于旋转时在转轴上产生感应电势（电压）情况，通常在发电机轴承的每一端进行绝缘 形成开路来防止电磁电压形成回路。由于静电聚积或者直流电压的波动而在转轴和大地间产 生的电势可以通过安装接地的电刷予以释放。该电刷安装在靠近未绝缘的发电机轴承旁的转 轴上和汽轮机轴承旁的转轴上。它通过释放电流和减弱电势使转轴对地的电压保持在一个安 全的水平上。 对于上述情形，解决的方法既可以是防止轴承内形成电流回路，又可以是提供一个良好 的接地线路。例如：转轴的接地电刷，轴承的绝缘，陶瓷材料的滚动轴承，电磁屏蔽，平衡 马达励磁的双桥换流器。 诸如汽轮机、齿轮箱等纯机械的设备，由于静电放电产生流过轴承的电流，会对轴承和 机械部件产生损坏，这些电流从转子流过地面，或在旋转和固定部件间形成环流。它们对机 械部件的损伤是一个比较细微和长期的过程，它们产生的是机械破坏。因此对轴承的绝缘和 安装接地电刷是有效维护机械设备的一道防护线。 接地可以平衡势差。因此它可以保护轴承、联轴器、齿轮箱、迷宫式密封等，以避免设 １· 维普资讯 http://www.cqvip.com 备受到过大感应电流损伤。由于转轴和大地之间可能存在很大的电势差，接地刷可以保护设 备，防止在各种情况下电势差对设备的损伤。因此对于汽轮机而言安装接地刷是非常可行 的。 台汽轮机可以用一个或几个接地刷，当同时使用一个以上接地刷时，必须保证电缆线 相同，保持同一个接地电势。要注意不能形成一个接地回路。 发电机的激励器不能接地，因为这将在轴承绝缘间形成电桥。 当电压和电流强度达到很高的时候，接地刷损坏非常快。另外，由于电刷放电，刷子附 近的转轴部分可能积盐和发生其它的损伤。因此对刷子必须采用油冷。 当感应电流超过正常水平，转轴和刷子之间的接地电阻增加很快：表明转轴和刷子之间 的电接触消失了；刷子起不到作用。 ２ 结构 接地电刷按一定的角度安装在前轴承箱的刷子套筒里。见图１。刷子套筒包括：“筒， 个由接头（１３），套筒衬里，刷柄（７）和刷子（８）构成的组合件，卸下螺栓（３），刷子 就可以取出。 导线与刷子头上的端头排（１）相连，刷子和大地之间的连接是通过用导线（１２）连接 到轴承架（１１）上的接地开关（１Ｏ）上。 刷柄上装有一个销子（６）。预先调好刷子所受的力和刷毛的弹性系数。这可以防止刷子 在轴上跳动。当接触压力调整得较小时，不仅接触电阻很小而且轴的表面和刷子的磨损也很 小。 通过指示器（５），可以显示刷子的磨损程度。指针安装在刷柄上，可以从刷子套筒上的 小窗看到。显示器上标有 ＮＥＷ和ＲＰＬ，当接地刷是新 的时，指示器指针指向 “ＮＥＷ”点；当刷子磨损需要 更换时，指示器指针指向 “ＲＰＬ”点。此外，还可以通 过装有限位开关的设备，对 刷子磨损的检查及是否需要 更换，可由识别和控制设备 来决定。汽轮机所用接地刷 通常安装在轴承轴颈的附近， 以便被从轴承流出的润滑油 所冷却。 刷毛和轴之间必须保证 １．端子２．调整螺栓和螺栓３．螺栓４．提升螺钉 有良好、可靠的电接触，而 ５．指示器６．销７．刷柄８．刷９．轴承箱 且刷毛应有相当高的电流承 ｌ０．接地开关 １１．轴承架ｌ２．导线 ｌ３．接头 载能力。另外，构成刷子和 图１ 轴承箱内接地刷安装图 ２ · 维普资讯 http://www.cqvip.com 套筒的所有材料都是非磁性的，从而能防止产生涡流。 刷子套筒和轴之间应绝缘。接头线与端头相连接，这样可以避免产生短路和电击的危 险。因此在汽轮机运行时，刷子可以取出来检查和更换。在取刷子时要注意轴承处的润滑油 可能泄漏和喷出。 旦刷子取出后，汽轮机和被驱动机将失去安全保证。所以要求检查或更换的时间越短 越好。 ３ 刷子拆卸与更换 刷子在指示器指针到达“ＲＰＬ”之前必须更换。因为在到达“ＲＰＬ”点之前，刷子尽管 仍然好用但可能已经被磨损，这就会导致接触压力降低，将会在轴承上产生一个较强的电 流，轴的表面就可能放电。对于油膜轴承，通过油膜的放电能够熔掉微小的金属。放电现象 如果持续一段较长的时间，就可以看见在轴承表面有腐蚀的凹痕，最终导致损伤轴承，同时 转子的表面也会因腐蚀而需要修理。 必须经常检查刷子的状态，而不能等到刷子指示器指针到达“ＲＰＬ”时，才对刷子进行 更换。 刷子的拆卸 当汽轮机在正常运行期间，需要取出和更换刷子，操作程序如下： ①打开刷子接地开关。 ②用刷子提升螺钉（４）提起刷柄，使指针处于“ＵＰ”的位置，不能用力过大。 ⑧从端子（１）上松开接头。 ④拆下四个接头螺栓（３）。 ⑤抽出刷子筒。 ⑥打开盖子。 ⑦拆下刷子上的平头螺钉，更换刷子。保证新刷子与轴旋转方向的倾斜角。刷子更换 时，不必打开刷子筒，如果需要，可以拆下２个调整螺钉（２）和螺栓，拆开刷子筒。 刷子的回装 ①把刷子筒小心放回套筒里。 ②将四个螺钉把紧。 ③把接地线与端子连上。 ④把刷子安放在转轴上，并注意窗内指针的位置。 ⑤拆开刷子提升螺钉，插上锁定螺帽并固定。 ⑥检查接触电阻。 ⑦关上接地开关。接地开关没有接上，就不具备保护措施。 ４启动和运行 在汽轮机启动前，打开接地开关，检查刷子。 随着刷子的提升，接地电阻值应为无穷大。随着刷子的下降，从转轴到端子电阻值接近 ０。 ３ · 维普资讯 http://www.cqvip.com 另外，应在接地开关闭合时，检查接地开关的功能。可以用毫伏表检查转轴，缸体和大 地间的电势差。 ４．１ 启动 当刷子提起和接地开关打开时，汽轮机可以启动。在汽轮机达到正常转速，接地开关打 开的情况下，可以放下刷子。如图２所示，利用一个ｌ欧姆的电阻，用一个示波器可以测出 接地开关的电压（输出端和地面）。测量点与测量仪器之间的导线应尽量短，防止外界因素 所引起的偏差。示波器必须接地，与轴承箱上的测量点相连。示波器必须能测量直流和交流 信号以获得两个分量。电压通常是一系列近似于垂直的脉冲信号，表示转动频率或其他参 数。如图２所示，利用示波器测出的电阻的压降就可以确定刷子和大地间的电流。电流可以 用公式从电压中得出：Ｉ：ＡＵ／Ｒ Ｖ／ｆｌ（Ａ） 由于测量时有电压，使用示波器会对有防爆要求的设备构成危险。在有防爆要求的场 所，如果不使用防爆式示波器，必须使用测爆仪来保证测量现场没有可燃气。模拟式数字伏 特表也可以代替示波器，使用伏特表也必须保证在防爆场所不发生问题。 如果计算出的电流与测出的电压低于限定值，没有出现奇异点，接地开关可以关闭。如 果电流超过０．５Ａ（峰值），应找出电流升高的原因，对汽轮机进行全面的检查。如果电流超 过ｌＡ，汽轮机必须立刻停机，查找电流升高的原因。 接地刷装配正确时，如果磨损速度很快，表明电流负荷高或者冷却油供应不足。此时最 好取出刷子检查装配是否正确，或是否有其它原因。 接地刷投用时，必须用两个锁紧螺帽拧紧提升螺钉。 ４．２刷子检查 如果电压和电流保 持稳定数周，才可以断 定刷子运行良好。如果 读数是０，则应对刷子 和测量仪器进行检查。 用欧姆表检测 尽管欧姆表不是测 量接地刷接触电阻的专 Ｒ＝１ Ｑ 用仪器，但是利用它， 可以了解接地效果。用 欧姆表检测可以这样 做： ①再安装一个刷子 作为辅助刷子。 ②打开接地开关。 １．示波器２．非感应电阻３．接地开关 ③把欧姆表与两个 图２放电电流测量电路图 刷子的输出端相连。在汽轮机没有运行的情况下， 根据导线的长度，导线的流通面积和刷子 的接触电阻，欧姆表的值在０．１一ｌ００欧姆之间。 当汽轮机运行时，读数会产生被动，有时 ４· 维普资讯 http://www.cqvip.com 很大，但数值仍小于１００欧姆。如果测量值不在规定的范围内，应互换连接线。如果测量值 大于或小于这个限定范围，这可能是由于接触点的氧化膜的半导性所致。偏小的读数可以用 来判断刷子的使用情况。 ④提起刷子能保证刷子不接地：在刷子复位后，电阻应无穷大。如果刷子提到头，刷柄 可能与刷子套筒接触，导致读数为０。所以检查时，应把刷子轻轻从轴上提直。 ⑤测量完毕后，取下第二个刷子。 ４．３电压检查 ①接地回路 接地回路中装有一个１欧姆（±５％，１０Ｗ，低感应）的电阻，与接地开关并联。当接 地开关打开后，电流就会流过１欧姆电阻（见图３。）用伏特表可以测出非感性１欧姆电阻的 是压降。测量既可以用交流也可以用直流伏特表，如果测量值大于１Ｖ（１Ａ），应查明原因。 标准的模拟二进制伏特表正常工作时，交流情况下可以显示５０ＨＺ正弦均方根值；直流 情况下，可以显示非振荡直流数值。因 此用一个伏特表可以完成整个测量。 还可以利用一个具有适当的误差范 围和灵敏度的示波器来测量１欧姆电阻 的电压。 示波器必须接地，与接地刷附近的 轴承架相连。测量可以按直流和交流两 种方式完成。测量结果可以是记录，也 可以是屏幕上的点组成的画面。特性和 峰值都可以从显示结果上得出。 峰值大于１０Ｖ的情况有可能出现。 如果出现更高的值，应该查找原因。 示波器和伏特表测量的关系是由信 号的波形，波宽和伏特表的测量方法决 定的，ＰｔＰ值和均方根的差别有１：１００ 那么大。 ②轴电压 如图４所示，由各种原因引起的轴 电压，可以利用已有的接地刷和辅助刷 来测量。轴电压在接地开关打开后，可 以用装有交／直流调谐开关的模拟二进 制伏特表来测量。但是，精确的电压值 只能用示波器测出，示波器必须接地， １．联轴节２．接地刷３．接地开关 ４．欧姆表５．接地６．转轴 图３刷子接触电阻检测电路图 与安装接地刷的轴承架相联，示波器必 须没有电势差，也就是，不能把测量输 １．联轴节２．接地刷３．接地开关 ４．欧姆表５．接地６．转轴 出端与保护接地相联。如果有问题，应 图４电压测量电路图 ５ · 维普资讯 http://www.cqvip.com 采用电池示波器。 ５ 监测 在试运阶段，每小时记录和检查刷子的状态和磨损情况；正常运行时，隔一周检查一 次。 ６ 结论 我们已经知道，对汽轮机这样的旋转设备采用接地刷，是对旋转设备进行的第一道有效 防护。 另外，可以在装置中使用监测和诊断系统。在油膜轴承中，因放电而导致的轴承腐蚀， 可以通过轴承表面间隙的变化观察得到。当轴承间隙变化时，这些系统的探头检测到的间隙 电压也相应变化。因此，可以有效地监测和诊断静电放电现象，达到保护设备的目的。 ６·
