梁曉靜，孫洪斌

(1.大唐淮南洛河發(fā)電廠，安徽 淮南 232008;2.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230051)

0 引言

由于磁路磁場不對稱、漏磁、剩磁和靜電感應(yīng)等原因，運(yùn)行中的電動機(jī)會產(chǎn)生軸電流。現(xiàn)代大中型電機(jī)在制造時多采用滾動軸承。而軸電流將對電動機(jī)的軸承和軸瓦造成嚴(yán)重?fù)p壞，出現(xiàn)軸承和軸瓦溫度高、振動或噪音的問題。同時由于軸承和軸瓦損壞及更換帶來的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失也不可低估。因此，必須高度重視和防范大中型電機(jī)的軸電流問題［1－2］。

大唐洛河電廠三期2×600MW機(jī)組4臺凝泵電機(jī)為湘潭電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)，型號為YKSL630-4，額定容量為2000kW，額定電壓6kV，額定轉(zhuǎn)速1490r/min，額定電流227.5A，F(xiàn)級絕緣，立式電機(jī)。其電機(jī)驅(qū)動端導(dǎo)向軸承(下軸承)為6236/C3(SKF)珠軸承1只，非驅(qū)動端(上軸承)為7330BCBM(SKF)角軸承、6330/C3(SKF)球軸承。自2007年12月24日首次投運(yùn)后，至2008年9月，4臺凝泵電機(jī)驅(qū)動端、非驅(qū)動端軸承溫度多次出現(xiàn)異常，其故障時主要現(xiàn)象表現(xiàn)為電機(jī)上、下軸承測點(diǎn)CRT顯示溫度由50℃左右緩慢上升，達(dá)到86℃，電機(jī)測溫點(diǎn)報警，而且溫度趨勢繼續(xù)上升，同時電動機(jī)本體振動增大，用遠(yuǎn)紅外測溫裝置測量電機(jī)軸承室外殼溫度為也在70℃左右，軸承排油孔大量過熱、發(fā)黑的潤滑脂以液體形式流出。緊急啟動備用凝泵電機(jī)，停運(yùn)故障電機(jī)，開始進(jìn)行搶修。

文章通過大唐洛河電廠4臺凝泵電機(jī)軸承因軸電流損壞的案例分析，得出了采用滾動軸承的大中型電動機(jī)軸電流產(chǎn)生的原因，并提出了軸電流的預(yù)防和消除措施。

1 檢修及試運(yùn)情況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年12月至2008年9月期間，兩臺機(jī)組4臺凝泵電機(jī)共發(fā)生此類軸承故障達(dá)8次之多，除給機(jī)組安全運(yùn)行造成嚴(yán)重危害外，還造成人力及物力的大量投入，檢修人員為此疲憊不堪。8次搶修對電動機(jī)進(jìn)行解體檢查，都可以發(fā)現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子非驅(qū)動端(上軸承)7330E、6330E(2套)或驅(qū)動端(下軸承)6236軸承嚴(yán)重過熱、變黑，軸承及軸承室內(nèi)因過熱已無潤滑油脂，軸承損壞的表現(xiàn)為:軸承室大量磨損金屬粉末;同時，軸承工作軌道表面及滾珠表面存在大量麻坑或搓板狀摩擦痕跡，以下是幾次比較典型故障記錄。

(1)2008年6月9日，#5機(jī)B凝泵電機(jī)上推力軸承溫度升高，辦票檢查電機(jī)上推力軸承及導(dǎo)向軸承潤滑脂過熱變色，推力軸承內(nèi)環(huán)推力軌道有明顯磨損痕跡，在推力軸承及導(dǎo)向軸承外環(huán)軌道上明顯的搓板狀摩擦痕跡。

(2)2008年5月24日和2008年6月18日，#6機(jī)B凝泵電機(jī)下導(dǎo)向軸承運(yùn)行中雜音大，溫度異常升高，解體檢查下導(dǎo)向軸承潤滑脂過熱變色，導(dǎo)向軸承外環(huán)軌道上有很明顯的搓板狀摩擦痕跡，軸承內(nèi)環(huán)有8mm2大小、深約2mm疤痕兩處(該電機(jī)三次檢修中類似現(xiàn)象出現(xiàn)兩次)。

(3)2008年1月24日 晚20∶006A凝泵電機(jī)下軸承溫度由44度緩慢上升，20∶42溫度緩慢上升到64.24度且有繼續(xù)上升趨勢，電機(jī)班隨即辦理電氣工作票對6A凝泵電機(jī)進(jìn)行檢查。檢查及處理情況:解體檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)下導(dǎo)向軸承室內(nèi)潤滑脂變黑，軸承內(nèi)圈軌道上有一塊10mm2大小的凹坑(并非軸承磨損所致)，上推力軸承及上導(dǎo)向軸承油脂變色，保持器有輕微磨損。

每次搶修，電機(jī)更換損壞軸承，投運(yùn)后，運(yùn)行不久(最長不過40天)，電機(jī)軸承又會出現(xiàn)軸承溫度異常，直至過熱損壞。由于電機(jī)軸承損壞，同時運(yùn)行中電動機(jī)伴有振動現(xiàn)象，軸承保持架磨損也非常嚴(yán)重，所以，檢修人員側(cè)重于從轉(zhuǎn)子軸承機(jī)械配合或軸承裝配工藝不好等方面分析，更換不同品牌軸承及潤滑脂等方式，試圖改善凝泵電機(jī)軸承損壞的狀況，但收效甚微。

2 電機(jī)軸承燒損原因分析及消除措施

鑒于凝泵電機(jī)運(yùn)行狀況，廠部組織包括湘潭電機(jī)股份有限公司技術(shù)人員等專業(yè)技術(shù)力量進(jìn)行分析、攻關(guān)，通過幾次凝泵電機(jī)軸承損壞的現(xiàn)象分析，判斷軸承頻繁損壞的原因是由于軸電流導(dǎo)致，屬廠家設(shè)計(jì)疏忽，未對該YKSL630-4型電動機(jī)加裝防軸電流措施，未安裝理由:YKSL630-4型高壓電動機(jī)，安裝形式為為立式，大軸兩端不同時接地，即使有軸電流也形成不了環(huán)流。但未考慮到電動機(jī)安裝輔助冷卻水管等附件也能造成電機(jī)大軸兩點(diǎn)接地，形成環(huán)流即軸電流。電動機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)軸、軸承、定子基座或輔助裝置與大地構(gòu)成了閉合回路，持續(xù)不斷的軸電流會擊穿軸承內(nèi)、外環(huán)及滾珠表面的油膜對其金屬表面放電、燒蝕，在軸承工作面及滾珠表面產(chǎn)生點(diǎn)狀或搓板狀燒蝕疤痕，使軸承迅速損壞，一般燒蝕、損壞經(jīng)歷以下幾個過程:(1)在放電區(qū)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(fā)生在軸瓦上則會產(chǎn)生純機(jī)械磨損。(3)熔化的金屬微粒進(jìn)入潤滑系統(tǒng)，使?jié)櫥瑒┦艿轿廴?，整個潤滑系統(tǒng)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(jìn)展。(4)在軸承承載區(qū)產(chǎn)生局部高溫，破壞油膜，燒壞金屬，增加磨耗，最終造成嚴(yán)重的磨擦損壞。(5)長期嚴(yán)重放電運(yùn)行下，軸承小蓋及軸承盒磨損非常嚴(yán)重，電動機(jī)運(yùn)行噪聲大，振動很大，最后導(dǎo)致軸承燒損。

分析結(jié)果得到了湘潭電機(jī)股份有限公司技術(shù)人員的認(rèn)可，并進(jìn)一步采取了消除措施，緊急制作四套具有防軸電流功能的絕緣端蓋，利用機(jī)組檢修，對三期4臺凝泵電機(jī)驅(qū)動端端蓋進(jìn)行更換，其目的是徹底切斷電動機(jī)在運(yùn)行中所產(chǎn)生轉(zhuǎn)軸與軸承之間的軸電流回路，避免軸電流電蝕對軸承的損傷。同時要求檢修人員要經(jīng)常檢查端蓋與轉(zhuǎn)軸間的絕緣強(qiáng)度，用兆歐表測量，絕緣值不得低于0.5MΩ，以保證絕緣墊的絕緣作用。另外，軸承潤滑脂，選擇粘稠度及熔點(diǎn)較高的復(fù)合鋰基脂作為軸承潤滑油，不僅對軸承有潤滑及散熱作用，而且金屬表面形成的油膜還具有一定絕緣作用。

自此，困擾洛河電廠三期4臺凝泵電機(jī)軸承頻繁損壞事件得以終結(jié)，改進(jìn)后的凝泵電機(jī)在非軸伸端的軸承座和軸承支架處加裝絕緣隔板，切斷轉(zhuǎn)軸與軸承之間的軸電流回路，所收到的成效是電機(jī)軸承不但能夠保證一輪檢修周期(達(dá)上萬小時)的使用，而且，改進(jìn)前電機(jī)運(yùn)行中的振動及噪音明顯降低或消除。

3 電動機(jī)產(chǎn)生軸電流的原因

大型交流異步電動機(jī)因各種原因產(chǎn)生的軸電壓很低，一般在0.5V～2V，但因電流回路阻抗(Z=r+jωL)很小而使產(chǎn)生的軸電流很大，對電動機(jī)滾動軸承危害很大。電動機(jī)軸電壓沿軸向產(chǎn)生，軸電壓是其兩軸承或電動機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承間所產(chǎn)生的電壓，經(jīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸、軸承、定子基座或輔助裝置與大地構(gòu)成了閉合回路，在電動機(jī)中就會有軸電流產(chǎn)生。其產(chǎn)生原因有以下幾種。

3.1 磁阻不平衡產(chǎn)生軸電壓

電動機(jī)是在正弦交變的電壓下運(yùn)行的，電動機(jī)轉(zhuǎn)子是在正弦交變的磁場中運(yùn)行。電動機(jī)由于扇形沖片與極對數(shù)關(guān)系不正確，硅鋼片鐵芯材料的方向性等疊裝因素，鐵芯槽、通風(fēng)孔等存在產(chǎn)生的剩余磁通，使磁路中產(chǎn)生不平衡的磁阻，電動機(jī)中便產(chǎn)生與軸相交鏈的交變磁通，在軸的兩端感應(yīng)出軸電壓。該電壓是沿軸向產(chǎn)生的，如果與軸兩側(cè)的軸承直接接觸形成閉合回路，將有軸電流產(chǎn)生［3］。

3.2 逆變電源供電運(yùn)行產(chǎn)生軸電壓

電動機(jī)采用逆變電源供電運(yùn)行時，由于電源電壓含有較高次的諧波分量，在電壓脈沖分量的作用下，定子繞組線圈端部、接線部分及轉(zhuǎn)軸之間產(chǎn)生電磁感應(yīng)，使轉(zhuǎn)軸的電位發(fā)生變化，從而產(chǎn)生軸電壓。

3.3 靜電感應(yīng)產(chǎn)生軸電壓

在電動機(jī)運(yùn)行的現(xiàn)場周圍有較多的高壓設(shè)備，在強(qiáng)電場的作用下，在轉(zhuǎn)軸的兩端感應(yīng)出軸電壓。

3.4 外部電源的介入產(chǎn)生軸電壓

由于運(yùn)行現(xiàn)場接線比較繁雜，尤其大型電動機(jī)的保護(hù)，測量元件接線較多，只要接線頭搭接在轉(zhuǎn)軸上，就會產(chǎn)生軸電壓。

3.5 其他原因

電動機(jī)在運(yùn)行過程中，負(fù)載方面的流體與轉(zhuǎn)體運(yùn)行摩擦而在旋轉(zhuǎn)體上產(chǎn)生靜電荷，電荷逐漸積累便產(chǎn)生軸電壓，如靜電荷的積累、測溫元件絕緣破損等因素都有可能導(dǎo)致軸電壓的產(chǎn)生。此時若轉(zhuǎn)軸、機(jī)座、殼體間形成閉合回路就會產(chǎn)生軸電流。一般靜電電流很小，影響較小。

4 軸電流的預(yù)防措施

針對軸電流形成的不同原因，應(yīng)采取有效的防范措施。

(1)由靜電荷引起的軸電壓可在電動機(jī)軸伸端安裝接地電刷，且使接地電刷可靠接地，并且與轉(zhuǎn)軸可靠接觸，將電動機(jī)軸電流引入大地，保證轉(zhuǎn)軸為零電位，避免電荷放電形成瞬間軸電流。

(2)為防止磁阻不平衡等原因產(chǎn)生軸電流，通常在非軸伸端的軸承座和軸承支架處加裝絕緣隔板，切斷轉(zhuǎn)軸與軸承之間的軸電流回路。檢修人員要經(jīng)常檢查軸承座的絕緣強(qiáng)度，用兆歐表測量，絕緣不得低于0.5MΩ，以保證絕緣墊的絕緣作用。

(3)為了避免其他電動機(jī)附件導(dǎo)線絕緣層破損造成的軸電流，檢修運(yùn)行人員要細(xì)致檢查并加強(qiáng)導(dǎo)線或墊片絕緣，以消除不必要的軸電流隱患。

(4)轉(zhuǎn)軸與軸承之間的耐高溫潤滑油，起絕緣、散熱及潤滑的作用，必須對其保質(zhì)保量地定期檢查，若發(fā)現(xiàn)油中帶水必須過濾處理，保證潤滑油的絕緣性能，對軸電流起到絕緣作用。

(5)對新投入運(yùn)行或運(yùn)行一年左右的大型交流異步電動機(jī)要加強(qiáng)巡檢。若發(fā)現(xiàn)電動機(jī)異?，F(xiàn)象，應(yīng)及時采取措施，避免軸電流對電動機(jī)軸承產(chǎn)生損壞故障。

(6)采用一些先進(jìn)的軸電流測量或監(jiān)測裝置，測量或在線監(jiān)測軸電流，可實(shí)時反映軸電流變化情況，在軸電流超過額定值時可報警。

5 結(jié)束語

通過大唐淮南洛河電廠三期4臺凝泵電機(jī)投產(chǎn)初期發(fā)生多次軸承因軸電流損壞案例分析，使筆者重新認(rèn)識到軸電流對于大型異步電動機(jī)的危害性很大。實(shí)踐證明，只要有軸電流存在，電動機(jī)軸承的使用壽命就加劇縮短。因此，必須高度重視大型電動機(jī)的軸電流問題，根據(jù)具體原因預(yù)先采取針對性的措施，可靠預(yù)防軸電流對電動機(jī)造成的危害。

［1］涂義元，劉建峰.大型立式電動機(jī)軸電流產(chǎn)生原因分析及處理［J］.湖南電力，2010，30(2):54-55，59.

［2］柴永金.對電動機(jī)軸電流的分析及防范［J］.云南電力技術(shù)，2001(3):22-23.

［3］劉斌，趙齊.淺談電動機(jī)軸電流產(chǎn)生的原因及防范［J］.江蘇水利，2007(10):24，26.