高壓電機軸電流的危害及排除方法

李春鵬

摘 要 針對某公司4號機組汽泵前置泵電機驅動端及自由端軸承在四個月內發生相同3次故障的現象，公司設備部電氣點檢室組織電機廠家和技術人員對電機軸承故障原因進行了認真分析和會診，最后確定為由于電機軸電流的作用，使軸承壽命大幅縮短；現在更換為SKF6328絕緣軸承后，軸電流消失，電機連續運行6個月一切正常。本文對電機軸電流的產生、危害和消除方法進行分析和論述，希望對存在同類問題的單位有參考價值。

關鍵詞 高壓電機軸；電流；排除方法

中圖分類號 TM3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0235-02

某公司4號機組汽泵前置泵電機是哈爾濱電機廠生產的Y4501—4型高壓電機；容量為630kW，電壓6kV，轉速為1 487r/min。該電機自1996年投運以來，每年都進行一次大修或小修，除了對定子、轉子清污除垢；測量直阻、耐壓；緊固松動部件和進行必要的電氣、機械性能測試外，主要對電機驅動端及自由端軸承進行拆解更換，運行近20年來，一直非常穩定。然而在2015年10月至2016年1月期間，該電機兩端軸承均多次出現不同程度的異音、溫度異常升高并伴隨振動增加的故障現象。由于該公司300MW機組為單臺汽泵運行，備用電泵只能帶50%的負荷，汽泵前置泵一旦故障跳閘，鍋爐給水將短時中斷，電泵投運及時，機組能維持50%負荷運行，如果電泵在聯動過程中發生意外，汽包水位將無法維持，機組可能被迫停運；汽前泵電機運行的可靠性，對四號機組的安全穩定具有決定性作用。所以，必須對前置泵軸承頻繁故障的缺陷進行技術攻關，以利徹底消除。

1 電機軸承故障現象及歷次檢修情況

2015年5月，利用4號機組C級檢修的機會，對4號機組汽泵前置泵電機進行了小修；按照檢修作業指導書，除完成常規檢查外，重點更換該電機驅動端SKF NU328及自由端SKF 6328軸承各一套。于6月11日投入正常運行。2015年10月6日，電機自由端聲音開始出現異常，振動頻譜顯示雜亂，在多頻次區域均有振動。當時分析肯能是軸承潤滑脂缺少，對電機自由端加油（二硫化鉬鋰基潤滑脂）一次，異音減??；10月7日電機自由端異音突然擴大并伴隨有尖嘯聲，軸承溫度從正常運行的40℃緩慢上漲到65℃。由于設備不能立即解備檢修。就決定再次進行加油觀察，并臨時增加一臺軸流風扇對其進行強制冷卻，溫度下降到60℃后逐漸穩定。

10月9日晚上，利用機組低負荷時間段，公司安排倒換給水泵后，將該前置泵電機停運搶修。檢查發現電機自由端SKF 6328軸承外圈滾道有軸向階梯深溝槽痕跡，狀似“搓衣板紋”；分析認為可能是軸承裝配不良引起，于是，重新更換自由端軸承（SKF6328）后投入運行。到10月14日，檢查發現電機自由端軸承的聲音又明顯異常、振動逐漸增大，軸承溫度達到65℃居高不下；振動頻譜測量同上次一樣，顯示雜亂，在多頻次均有振動。于是擇機進行第二次搶修，發現軸承受損現象與上一次基本相同、直接觀察很明顯發現軸承上有深溝槽痕跡。經過電氣、熱機點檢員共同分析，判斷為軸承故障應該是由于設備停運時間短，軸承裝配完成后，電機和前置泵連接中心不正引起，于是再一次更換驅動端SKF NU328及自由端SKF 6328軸承各一套，并認真復查中心后重新加入運行。這次投運后約15天，電機聲音、振動突然又迅速出現異常，故障現象與之前相似。

2 軸承故障及產生軸電流的原因

2.1 電機軸承故障的原因分析

根據軸承故障現象，查閱相關資料，分析該電機軸承迅速失效的主要原因可能為軸電流引起。于是，聯系軸承廠家，邀請其技術人員，攜帶軸電流檢測設備，對電機運行情況進行精確診斷，經現場測量，確實發現軸承有軸電流經過。由于電機自安裝投運以來，近20年時間，運行平穩，沒有發生過類似故障，正常情況下也不會考慮軸電流對軸承的危害。但在事實面前，大家必須有清醒認識。

從兩次損壞的自由端軸承內套看，其外圈滾道上除了有軸向階梯深溝槽痕跡外，仔細查看還存在有較多點狀微孔。分析認為，這些點狀微孔應該是軸電流對軸承的損傷產生。引起軸電流的原因主要是電機轉子存在較大軸電壓。在軸電壓的作用下，當電機的軸—軸承座—底座絕緣破壞形成通路時，電機就產生非常大的軸電流，電流通過轉子與軸承時發生放電現象，使軸承內套發生電灼傷而產生點狀微孔。致使軸承運轉性能發生惡化，摩擦損耗和發熱量增加，軸承溫度快速上升，導致軸承潤滑脂受熱融化從軸承內溢出，絕緣潤滑脂量進一步減少，形成惡性循環，最終導致軸承快速損壞。同時，由于軸承磨損嚴重，電機轉子出現位移，造成電機轉子驅動端與非驅動端不同心，軸承徑向受力不均勻，致使軸承外圈滾道磨出類似“搓衣板紋”狀的軸向階梯深溝槽劃痕。

2.2 高壓電機產生軸電流的原因分析

造成高壓電機產生軸電流的原因有很多，其中之一是設備廠在制造電機時，由于原材料的純度等客觀因素的制約，導致電機的定、轉子沿鐵芯圓周方向的磁阻不均，產生與轉軸交鏈的磁通，從而感應出電動勢。由于大型電動機的軸承都沒有絕緣，當軸電壓產生后極容易形成軸電流，而形成軸電流后軸電壓會迅速降低，因此，如果電動機產生軸電壓一般情況下不易測出，即使發生軸承損壞事故，多數人一時也找不到原因。但是，當我們把原來的軸承更換為絕緣軸承以后，便會測出軸電壓，自然就發現了電機有軸電流存在。

高壓電機產生軸電流的原因一般有如下幾種：1）磁場不對稱；2）供電電流中有諧波；3）制造、安裝不好，由于轉子偏心造成氣隙不勻；4）可拆式定子鐵心兩個半圓間有縫隙；5）有扇形疊成的定子鐵心的拼片數目選擇不合適；6）由靜電引起，但一般靜電電流較小，作用不會太大。雖然電動機產生的軸電壓很低，只有1V～2V左右，但是，由于電流回路的阻抗很小，所以，在電機運行時將會產生很大的軸電流，對電機滾動軸承的危害就不言而喻。

3 電機軸承故障排除及軸電流的預防

3.1 汽前泵電機軸承頻發故障的排除

故障原因明確以后，該公司緊急采購一套SKF 6328絕緣軸承，于2016年1月23日將四號機汽泵前置泵電機自由端軸承更換為SKF 6328絕緣軸承。從2016年1月24日投運6個月，電機運行穩定，電機軸承聲音、振動、溫度一切有恢復正常，振動頻譜顯示無雜波。由此可判斷，之前電機自由端軸承多次迅速失效的原因均為軸承流經軸電流所致。

3.2 電機軸電流的預防

通過分析，我們不難發現在檢修工作中，如果電機安裝或裝配不當，將使傳動系統不能長期平穩運行；或者電機的裝配工藝不夠精良，致使電機的定、轉子的磁中心不重合產生軸向力，均會導致電機軸承振動、噪聲增加，同時使得軸電壓升高。如果預防軸電流的措施不完備，會造成電機運行后很快發生故障，軸承聲音異常，振動增大，溫度升高，其軸承因電腐蝕而加速損壞。以上原因可以采用科學的方法加以改進，但是，都很難完全克服。因此，容量較大的高壓電機都有防軸電流措施。一種方法是在電機自由端軸承處加絕緣墊，并且對軸承的固定螺栓進行絕緣處理；或者將自由端軸承更換為絕緣軸承，以隔斷軸電流的通路。另一種方法是對大型電機兩端軸承均采用碳刷接地，讓軸電流不經過軸承。

4 故障排除帶給我們的重要啟示

1）通過把該汽前泵電機自由端的普通軸承更換為絕緣軸承，消除了軸電流的存在，運行6個月，沒有再發生軸承損壞故障；不僅提高了重要輔機的可靠性，為機組安全穩定運行提供了保障。同時，也取得了良好的經濟及社會效益。

2）通過對汽泵前置泵電機軸承損壞故障的排除過程，至少給我們帶來了兩點啟示。第一，提示電機檢修工作要制定科學的作業指導書，點檢驗收時做到認真細致，對每一個重要節點都要親自把關。特別是檢修高壓大容量電機時，一定要注意軸電流問題。重點檢查防軸電流的絕緣墊以及絕緣螺栓墊圈等情況，必要時在電機空試就測量是否存在軸電流，以便提前處理。第二，電機檢修時，要按照作業指導書，精心調整電機定、轉子之間的氣隙，盡量使定、轉子的磁中心重合；并安排測量軸電壓，以檢查預防軸電流絕緣墊或者絕緣軸承的絕緣效果，從根本上消除軸電流的危害。

參考文獻

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