高压电机轴电流的危害及排除方法

李春鹏

摘 要 针对某公司4号机组汽泵前置泵电机驱动端及自由端轴承在四个月内发生相同3次故障的现象，公司设备部电气点检室组织电机厂家和技术人员对电机轴承故障原因进行了认真分析和会诊，最后确定为由于电机轴电流的作用，使轴承寿命大幅缩短；现在更换为SKF6328绝缘轴承后，轴电流消失，电机连续运行6个月一切正常。本文对电机轴电流的产生、危害和消除方法进行分析和论述，希望对存在同类问题的单位有参考价值。

关键词 高压电机轴；电流；排除方法

中图分类号 TM3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0235-02

某公司4号机组汽泵前置泵电机是哈尔滨电机厂生产的Y4501—4型高压电机；容量为630kW，电压6kV，转速为1 487r/min。该电机自1996年投运以来，每年都进行一次大修或小修，除了对定子、转子清污除垢；测量直阻、耐压；紧固松动部件和进行必要的电气、机械性能测试外，主要对电机驱动端及自由端轴承进行拆解更换，运行近20年来，一直非常稳定。然而在2015年10月至2016年1月期间，该电机两端轴承均多次出现不同程度的异音、温度异常升高并伴随振动增加的故障现象。由于该公司300MW机组为单台汽泵运行，备用电泵只能带50%的负荷，汽泵前置泵一旦故障跳闸，锅炉给水将短时中断，电泵投运及时，机组能维持50%负荷运行，如果电泵在联动过程中发生意外，汽包水位将无法维持，机组可能被迫停运；汽前泵电机运行的可靠性，对四号机组的安全稳定具有决定性作用。所以，必须对前置泵轴承频繁故障的缺陷进行技术攻关，以利彻底消除。

1 电机轴承故障现象及历次检修情况

2015年5月，利用4号机组C级检修的机会，对4号机组汽泵前置泵电机进行了小修；按照检修作业指导书，除完成常规检查外，重点更换该电机驱动端SKF NU328及自由端SKF 6328轴承各一套。于6月11日投入正常运行。2015年10月6日，电机自由端声音开始出现异常，振动频谱显示杂乱，在多频次区域均有振动。当时分析肯能是轴承润滑脂缺少，对电机自由端加油（二硫化钼锂基润滑脂）一次，异音减小；10月7日电机自由端异音突然扩大并伴随有尖啸声，轴承温度从正常运行的40℃缓慢上涨到65℃。由于设备不能立即解备检修。就决定再次进行加油观察，并临时增加一台轴流风扇对其进行强制冷却，温度下降到60℃后逐渐稳定。

10月9日晚上，利用机组低负荷时间段，公司安排倒换给水泵后，将该前置泵电机停运抢修。检查发现电机自由端SKF 6328轴承外圈滚道有轴向阶梯深沟槽痕迹，状似“搓衣板纹”；分析认为可能是轴承装配不良引起，于是，重新更换自由端轴承（SKF6328）后投入运行。到10月14日，检查发现电机自由端轴承的声音又明显异常、振动逐渐增大，轴承温度达到65℃居高不下；振动频谱测量同上次一样，显示杂乱，在多频次均有振动。于是择机进行第二次抢修，发现轴承受损现象与上一次基本相同、直接观察很明显发现轴承上有深沟槽痕迹。经过电气、热机点检员共同分析，判断为轴承故障应该是由于设备停运时间短，轴承装配完成后，电机和前置泵连接中心不正引起，于是再一次更换驱动端SKF NU328及自由端SKF 6328轴承各一套，并认真复查中心后重新加入运行。这次投运后约15天，电机声音、振动突然又迅速出现异常，故障现象与之前相似。

2 轴承故障及产生轴电流的原因

2.1 电机轴承故障的原因分析

根据轴承故障现象，查阅相关资料，分析该电机轴承迅速失效的主要原因可能为轴电流引起。于是，联系轴承厂家，邀请其技术人员，携带轴电流检测设备，对电机运行情况进行精确诊断，经现场测量，确实发现轴承有轴电流经过。由于电机自安装投运以来，近20年时间，运行平稳，没有发生过类似故障，正常情况下也不会考虑轴电流对轴承的危害。但在事实面前，大家必须有清醒认识。

从两次损坏的自由端轴承内套看，其外圈滚道上除了有轴向阶梯深沟槽痕迹外，仔细查看还存在有较多点状微孔。分析认为，这些点状微孔应该是轴电流对轴承的损伤产生。引起轴电流的原因主要是电机转子存在较大轴电压。在轴电压的作用下，当电机的轴—轴承座—底座绝缘破坏形成通路时，电机就产生非常大的轴电流，电流通过转子与轴承时发生放电现象，使轴承内套发生电灼伤而产生点状微孔。致使轴承运转性能发生恶化，摩擦损耗和发热量增加，轴承温度快速上升，导致轴承润滑脂受热融化从轴承内溢出，绝缘润滑脂量进一步减少，形成恶性循环，最终导致轴承快速损坏。同时，由于轴承磨损严重，电机转子出现位移，造成电机转子驱动端与非驱动端不同心，轴承径向受力不均匀，致使轴承外圈滚道磨出类似“搓衣板纹”状的轴向阶梯深沟槽划痕。

2.2 高压电机产生轴电流的原因分析

造成高压电机产生轴电流的原因有很多，其中之一是设备厂在制造电机时，由于原材料的纯度等客观因素的制约，导致电机的定、转子沿铁芯圆周方向的磁阻不均，产生与转轴交链的磁通，从而感应出电动势。由于大型电动机的轴承都没有绝缘，当轴电压产生后极容易形成轴电流，而形成轴电流后轴电压会迅速降低，因此，如果电动机产生轴电压一般情况下不易测出，即使发生轴承损坏事故，多数人一时也找不到原因。但是，当我们把原来的轴承更换为绝缘轴承以后，便会测出轴电压，自然就发现了电机有轴电流存在。

高压电机产生轴电流的原因一般有如下几种：1）磁场不对称；2）供电电流中有谐波；3）制造、安装不好，由于转子偏心造成气隙不匀；4）可拆式定子铁心两个半圆间有缝隙；5）有扇形叠成的定子铁心的拼片数目选择不合适；6）由静电引起，但一般静电电流较小，作用不会太大。虽然电动机产生的轴电压很低，只有1V～2V左右，但是，由于电流回路的阻抗很小，所以，在电机运行时将会产生很大的轴电流，对电机滚动轴承的危害就不言而喻。

3 电机轴承故障排除及轴电流的预防

3.1 汽前泵电机轴承频发故障的排除

故障原因明确以后，该公司紧急采购一套SKF 6328绝缘轴承，于2016年1月23日将四号机汽泵前置泵电机自由端轴承更换为SKF 6328绝缘轴承。从2016年1月24日投运6个月，电机运行稳定，电机轴承声音、振动、温度一切有恢复正常，振动频谱显示无杂波。由此可判断，之前电机自由端轴承多次迅速失效的原因均为轴承流经轴电流所致。

3.2 电机轴电流的预防

通过分析，我们不难发现在检修工作中，如果电机安装或装配不当，将使传动系统不能长期平稳运行；或者电机的装配工艺不够精良，致使电机的定、转子的磁中心不重合产生轴向力，均会导致电机轴承振动、噪声增加，同时使得轴电压升高。如果预防轴电流的措施不完备，会造成电机运行后很快发生故障，轴承声音异常，振动增大，温度升高，其轴承因电腐蚀而加速损坏。以上原因可以采用科学的方法加以改进，但是，都很难完全克服。因此，容量较大的高压电机都有防轴电流措施。一种方法是在电机自由端轴承处加绝缘垫，并且对轴承的固定螺栓进行绝缘处理；或者将自由端轴承更换为绝缘轴承，以隔断轴电流的通路。另一种方法是对大型电机两端轴承均采用碳刷接地，让轴电流不经过轴承。

4 故障排除带给我们的重要启示

1）通过把该汽前泵电机自由端的普通轴承更换为绝缘轴承，消除了轴电流的存在，运行6个月，没有再发生轴承损坏故障；不仅提高了重要辅机的可靠性，为机组安全稳定运行提供了保障。同时，也取得了良好的经济及社会效益。

2）通过对汽泵前置泵电机轴承损坏故障的排除过程，至少给我们带来了两点启示。第一，提示电机检修工作要制定科学的作业指导书，点检验收时做到认真细致，对每一个重要节点都要亲自把关。特别是检修高压大容量电机时，一定要注意轴电流问题。重点检查防轴电流的绝缘垫以及绝缘螺栓垫圈等情况，必要时在电机空试就测量是否存在轴电流，以便提前处理。第二，电机检修时，要按照作业指导书，精心调整电机定、转子之间的气隙，尽量使定、转子的磁中心重合；并安排测量轴电压，以检查预防轴电流绝缘垫或者绝缘轴承的绝缘效果，从根本上消除轴电流的危害。

参考文献

[1]索渊，陈莉.电动机轴电流和轴电压的危害和预防[J].甘肃电力技术，2005，12.

[2]戴文进，徐龙权，张景明.电机学[M].北京：清华大学出版社，2008.