高壓電機(jī)軸電流的危害及排除方法

李春鵬

摘 要 針對(duì)某公司4號(hào)機(jī)組汽泵前置泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)端及自由端軸承在四個(gè)月內(nèi)發(fā)生相同3次故障的現(xiàn)象，公司設(shè)備部電氣點(diǎn)檢室組織電機(jī)廠家和技術(shù)人員對(duì)電機(jī)軸承故障原因進(jìn)行了認(rèn)真分析和會(huì)診，最后確定為由于電機(jī)軸電流的作用，使軸承壽命大幅縮短；現(xiàn)在更換為SKF6328絕緣軸承后，軸電流消失，電機(jī)連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月一切正常。本文對(duì)電機(jī)軸電流的產(chǎn)生、危害和消除方法進(jìn)行分析和論述，希望對(duì)存在同類問題的單位有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 高壓電機(jī)軸；電流；排除方法

中圖分類號(hào) TM3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）172-0235-02

某公司4號(hào)機(jī)組汽泵前置泵電機(jī)是哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的Y4501—4型高壓電機(jī)；容量為630kW，電壓6kV，轉(zhuǎn)速為1 487r/min。該電機(jī)自1996年投運(yùn)以來，每年都進(jìn)行一次大修或小修，除了對(duì)定子、轉(zhuǎn)子清污除垢；測(cè)量直阻、耐壓；緊固松動(dòng)部件和進(jìn)行必要的電氣、機(jī)械性能測(cè)試外，主要對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端及自由端軸承進(jìn)行拆解更換，運(yùn)行近20年來，一直非常穩(wěn)定。然而在2015年10月至2016年1月期間，該電機(jī)兩端軸承均多次出現(xiàn)不同程度的異音、溫度異常升高并伴隨振動(dòng)增加的故障現(xiàn)象。由于該公司300MW機(jī)組為單臺(tái)汽泵運(yùn)行，備用電泵只能帶50%的負(fù)荷，汽泵前置泵一旦故障跳閘，鍋爐給水將短時(shí)中斷，電泵投運(yùn)及時(shí)，機(jī)組能維持50%負(fù)荷運(yùn)行，如果電泵在聯(lián)動(dòng)過程中發(fā)生意外，汽包水位將無法維持，機(jī)組可能被迫停運(yùn)；汽前泵電機(jī)運(yùn)行的可靠性，對(duì)四號(hào)機(jī)組的安全穩(wěn)定具有決定性作用。所以，必須對(duì)前置泵軸承頻繁故障的缺陷進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，以利徹底消除。

1 電機(jī)軸承故障現(xiàn)象及歷次檢修情況

2015年5月，利用4號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)4號(hào)機(jī)組汽泵前置泵電機(jī)進(jìn)行了小修；按照檢修作業(yè)指導(dǎo)書，除完成常規(guī)檢查外，重點(diǎn)更換該電機(jī)驅(qū)動(dòng)端SKF NU328及自由端SKF 6328軸承各一套。于6月11日投入正常運(yùn)行。2015年10月6日，電機(jī)自由端聲音開始出現(xiàn)異常，振動(dòng)頻譜顯示雜亂，在多頻次區(qū)域均有振動(dòng)。當(dāng)時(shí)分析肯能是軸承潤滑脂缺少，對(duì)電機(jī)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(jī)自由端異音突然擴(kuò)大并伴隨有尖嘯聲，軸承溫度從正常運(yùn)行的40℃緩慢上漲到65℃。由于設(shè)備不能立即解備檢修。就決定再次進(jìn)行加油觀察，并臨時(shí)增加一臺(tái)軸流風(fēng)扇對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，溫度下降到60℃后逐漸穩(wěn)定。

10月9日晚上，利用機(jī)組低負(fù)荷時(shí)間段，公司安排倒換給水泵后，將該前置泵電機(jī)停運(yùn)搶修。檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)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(rèn)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(yùn)行。到10月14日，檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)自由端軸承的聲音又明顯異常、振動(dòng)逐漸增大，軸承溫度達(dá)到65℃居高不下；振動(dòng)頻譜測(cè)量同上次一樣，顯示雜亂，在多頻次均有振動(dòng)。于是擇機(jī)進(jìn)行第二次搶修，發(fā)現(xiàn)軸承受損現(xiàn)象與上一次基本相同、直接觀察很明顯發(fā)現(xiàn)軸承上有深溝槽痕跡。經(jīng)過電氣、熱機(jī)點(diǎn)檢員共同分析，判斷為軸承故障應(yīng)該是由于設(shè)備停運(yùn)時(shí)間短，軸承裝配完成后，電機(jī)和前置泵連接中心不正引起，于是再一次更換驅(qū)動(dòng)端SKF NU328及自由端SKF 6328軸承各一套，并認(rèn)真復(fù)查中心后重新加入運(yùn)行。這次投運(yùn)后約15天，電機(jī)聲音、振動(dòng)突然又迅速出現(xiàn)異常，故障現(xiàn)象與之前相似。

2 軸承故障及產(chǎn)生軸電流的原因

2.1 電機(jī)軸承故障的原因分析

根據(jù)軸承故障現(xiàn)象，查閱相關(guān)資料，分析該電機(jī)軸承迅速失效的主要原因可能為軸電流引起。于是，聯(lián)系軸承廠家，邀請(qǐng)其技術(shù)人員，攜帶軸電流檢測(cè)設(shè)備，對(duì)電機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行精確診斷，經(jīng)現(xiàn)場測(cè)量，確實(shí)發(fā)現(xiàn)軸承有軸電流經(jīng)過。由于電機(jī)自安裝投運(yùn)以來，近20年時(shí)間，運(yùn)行平穩(wěn)，沒有發(fā)生過類似故障，正常情況下也不會(huì)考慮軸電流對(duì)軸承的危害。但在事實(shí)面前，大家必須有清醒認(rèn)識(shí)。

從兩次損壞的自由端軸承內(nèi)套看，其外圈滾道上除了有軸向階梯深溝槽痕跡外，仔細(xì)查看還存在有較多點(diǎn)狀微孔。分析認(rèn)為，這些點(diǎn)狀微孔應(yīng)該是軸電流對(duì)軸承的損傷產(chǎn)生。引起軸電流的原因主要是電機(jī)轉(zhuǎn)子存在較大軸電壓。在軸電壓的作用下，當(dāng)電機(jī)的軸—軸承座—底座絕緣破壞形成通路時(shí)，電機(jī)就產(chǎn)生非常大的軸電流，電流通過轉(zhuǎn)子與軸承時(shí)發(fā)生放電現(xiàn)象，使軸承內(nèi)套發(fā)生電灼傷而產(chǎn)生點(diǎn)狀微孔。致使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)性能發(fā)生惡化，摩擦損耗和發(fā)熱量增加，軸承溫度快速上升，導(dǎo)致軸承潤滑脂受熱融化從軸承內(nèi)溢出，絕緣潤滑脂量進(jìn)一步減少，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致軸承快速損壞。同時(shí)，由于軸承磨損嚴(yán)重，電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)位移，造成電機(jī)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)端與非驅(qū)動(dòng)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(jī)產(chǎn)生軸電流的原因分析

造成高壓電機(jī)產(chǎn)生軸電流的原因有很多，其中之一是設(shè)備廠在制造電機(jī)時(shí)，由于原材料的純度等客觀因素的制約，導(dǎo)致電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子沿鐵芯圓周方向的磁阻不均，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸交鏈的磁通，從而感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。由于大型電動(dòng)機(jī)的軸承都沒有絕緣，當(dāng)軸電壓產(chǎn)生后極容易形成軸電流，而形成軸電流后軸電壓會(huì)迅速降低，因此，如果電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生軸電壓一般情況下不易測(cè)出，即使發(fā)生軸承損壞事故，多數(shù)人一時(shí)也找不到原因。但是，當(dāng)我們把原來的軸承更換為絕緣軸承以后，便會(huì)測(cè)出軸電壓，自然就發(fā)現(xiàn)了電機(jī)有軸電流存在。

高壓電機(jī)產(chǎn)生軸電流的原因一般有如下幾種：1）磁場不對(duì)稱；2）供電電流中有諧波；3）制造、安裝不好，由于轉(zhuǎn)子偏心造成氣隙不勻；4）可拆式定子鐵心兩個(gè)半圓間有縫隙；5）有扇形疊成的定子鐵心的拼片數(shù)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(huì)太大。雖然電動(dòng)機(jī)產(chǎn)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(jī)運(yùn)行時(shí)將會(huì)產(chǎn)生很大的軸電流，對(duì)電機(jī)滾動(dòng)軸承的危害就不言而喻。

3 電機(jī)軸承故障排除及軸電流的預(yù)防

3.1 汽前泵電機(jī)軸承頻發(fā)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(hào)機(jī)汽泵前置泵電機(jī)自由端軸承更換為SKF 6328絕緣軸承。從2016年1月24日投運(yùn)6個(gè)月，電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，電機(jī)軸承聲音、振動(dòng)、溫度一切有恢復(fù)正常，振動(dòng)頻譜顯示無雜波。由此可判斷，之前電機(jī)自由端軸承多次迅速失效的原因均為軸承流經(jīng)軸電流所致。

3.2 電機(jī)軸電流的預(yù)防

通過分析，我們不難發(fā)現(xiàn)在檢修工作中，如果電機(jī)安裝或裝配不當(dāng)，將使傳動(dòng)系統(tǒng)不能長期平穩(wěn)運(yùn)行；或者電機(jī)的裝配工藝不夠精良，致使電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子的磁中心不重合產(chǎn)生軸向力，均會(huì)導(dǎo)致電機(jī)軸承振動(dòng)、噪聲增加，同時(shí)使得軸電壓升高。如果預(yù)防軸電流的措施不完備，會(huì)造成電機(jī)運(yùn)行后很快發(fā)生故障，軸承聲音異常，振動(dòng)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(xué)的方法加以改進(jìn)，但是，都很難完全克服。因此，容量較大的高壓電機(jī)都有防軸電流措施。一種方法是在電機(jī)自由端軸承處加絕緣墊，并且對(duì)軸承的固定螺栓進(jìn)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(duì)大型電機(jī)兩端軸承均采用碳刷接地，讓軸電流不經(jīng)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(jī)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(yùn)行6個(gè)月，沒有再發(fā)生軸承損壞故障；不僅提高了重要輔機(jī)的可靠性，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。同時(shí)，也取得了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

2）通過對(duì)汽泵前置泵電機(jī)軸承損壞故障的排除過程，至少給我們帶來了兩點(diǎn)啟示。第一，提示電機(jī)檢修工作要制定科學(xué)的作業(yè)指導(dǎo)書，點(diǎn)檢驗(yàn)收時(shí)做到認(rèn)真細(xì)致，對(duì)每一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)都要親自把關(guān)。特別是檢修高壓大容量電機(jī)時(shí)，一定要注意軸電流問題。重點(diǎn)檢查防軸電流的絕緣墊以及絕緣螺栓墊圈等情況，必要時(shí)在電機(jī)空試就測(cè)量是否存在軸電流，以便提前處理。第二，電機(jī)檢修時(shí)，要按照作業(yè)指導(dǎo)書，精心調(diào)整電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙，盡量使定、轉(zhuǎn)子的磁中心重合；并安排測(cè)量軸電壓，以檢查預(yù)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(xiàn)

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