轴电流引起电机轴承损坏分析及预防性改造措施

轴电流引起电机轴承损坏分析及预防性改造措施

汤凌云

（江苏南热发电有限责任公司）

【摘要】根据江苏南热发电有限责任公司#1、2C浆液循环泵电机轴承频繁损坏事件进行分析，阐述高压电动机轴电流产生的原因、危害及改造措施。

【关键词】电动机轴承轴电流

1 前言

华润电力江苏南热发电有限责任公司#1、2C浆液循环泵电机在运行中发现轴承异响，后续扩展为震动加大，解体抢修发现电机轴承内圈及滚珠均有不同程度磨损，经抢修更换轴承后三至四个月后，再次发生同样问题，后经研究分析是由于电机轴电流原因引起，经设备改造后，运行正常，未发生类似故障。

2 设备概况

我公司#1、2C浆液体循环泵电机为湘潭电机厂制造的YKK560-4W型高压电动机，额定功率：1250KW，额定电流：143.6A，额定转速：1491r/min。随机组投产半年后，两台高压电动机轴承开始发出异常响声，但震动未发现异常，通过轴承补油，异响会消失一段时间。但到后期，轴承异响加剧，同时震动也直线上升，解体检查发现电机后轴承内圈及滚珠均有不同程度磨损，现场照片如下：

经抢修更换轴承三至四个月后，再次发生同样问题，后续处理方面，我公司更换了轴承品牌及减速机等，均未解决此问题，后经专题会讨论及查阅相关资料后，怀疑此故障是因为电机轴电流烧伤轴承引起的，经现场测量，电机转轴确实有2V轴电压的存在。

3 轴电流产生的原因

造成产生轴电流的原因之一是制造厂在制造电机时，由于制造的定子、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。由于轴电流或轴电压不易测出，当发生滚动轴承烧损事故时，一时找不到原因。但当用带有绝缘圈的特制轴承套更换原轴承套后，便会测出轴电压，才能发觉到电机有轴电流产生。

轴电流产生的原因有：由于磁路磁场不平衡，有与转轴相交链的旋转磁通存在；当转子绕组发生接地故障，有接地电流产生时；转轴上有剩余磁通，起单极发电机作用；铁芯材料方向性引起磁路的磁阻不均；由静电引起，但一般静电电流较小，作用不会太大；设计时选择扇形片数与极对数关系不正确。

假设电机的极对数为p，定子铁芯接缝数为n，则分数n/ p约分后为n′/ p′，当n′为偶数时，不会产生轴电流；当n′为奇数时，会产生频率为fn′的轴电流。这里的f为电机电源频率。比如电源频率为50 Hz、4极电动机，它的定子冲片接缝数为6，则n/p = 6/2 = 3/1。n′＝3是奇数，故该电机就有轴电流产生。轴电流频率为fn′＝50 Hz×3＝150 Hz。

4 轴电流的危害

在转子高速运转过程中,如果出现润滑油脂不合要求或缺油等情况,将会导致油膜破裂击穿,造成轴和轴瓦形成金属性接触,在瞬间轴电压会形成闭合回路,形成低电压击穿。这时,产生的轴电流相当大,瞬间可达到几百安甚至上千安,足以烧坏轴颈和轴瓦。由运行摩擦在轴上产生的静电电荷逐渐积累,使轴电压的电位因充电而不断升高。当运转的轴接触到旋转体以外的任何部件时,便通过该部件进行放电。当运转的轴一直不接触旋转体外的部件时,会一直积累电荷,最后产生过高的电压。如果该电压超过轴承油膜的绝缘强度,那么电荷在极短的时间内放电,则形成轴电流。轴电流会在转轴、轴承内圈、轴承外圈、轴承室构成的回路中流过,最显著的是在转轴轴承的位置和轴承内圈表面因电弧放电产生的小而深的圆形蚀点。轴电流不但破坏油膜的稳定和油膜形成条件,而且由于放电在转轴和轴承内圈的表面产生很多蚀点,破坏了轴与轴承的良好配合,从而造成轴承无法正常工作。在特殊情况下,强大的轴电流会在轴颈和轴瓦的接触面上产生强烈的电弧,导致轴颈和轴瓦损坏,造成电机振动和杂响声,最后导致电机无法正常工作

5 轴电流烧伤滚动轴承的特征

轴电流作用在电机轴承上引起轴承烧损的事故不会引起人们的注意。在发生轴承烧损事故时，往往只注意从机械配合方面考虑。更换新轴承后，因为电机的轴电流并没有消除，又引起轴承烧损事故，造成不必要的损失。

使用滚动轴承的大、中型电机，一旦发生轴承损坏事故，在检修中要特别注意检查轴承

表面痕迹。凡是轴电流引起的烧伤，在拆出轴承检查时会发现轴承内外圈跑道上有像搓板样的条形烧伤痕迹，这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。同时其表面还伴有麻点、伤痕，有的甚至还有裂纹出现。同时，电机轴承温度上升很快，并伴有润滑油脂流出。

造成搓板样的烧痕是由于滚柱或滚珠在轴承圈的跑道上滚动和辗压跑道时，在辗压接触地方，接触电阻很小，并将润滑脂挤向两侧，当滚动体将要离开原位置时，产生小间隙，这时会有放电现象产生，类似于电火花作用和影响，将跑道表面烧成线条状痕迹。线条的个数与轴电流频率、电机转速和轴承内状况有关。当后来的滚动体继续向前转动时，因辗压使烧痕压平、压光，所以跑道表面会出现光亮，此现象与上述附图我公司高压电机轴承损坏故障现象一致。

6 预防措施

轴电压对电机是没有损害的，只有形成较强的轴电流才会对轴承、转轴造成破坏。预防措施主要有以下两种方案。

（1）

（2）

7 我公司具体改造方案

将电机一端（一般在驱动端）的滚动轴承与其端盖绝缘，为此要加绝缘垫圈，并对轴承的固定螺栓进行绝缘，以隔断轴电流的通路。具体方法如下：

用车床将原轴承套外径车深6～8 mm，并在轴承套上滚花。轴承套凸缘部分车薄2 mm。然后用无纬玻璃丝带或“H－4”胶浸玻璃丝带包轴承套的外圆，做出的外径尺寸比原外径尺寸大2～3 mm。将其放在130±5 ℃烘炉内烘24 h，再用车床将轴承外套及其上形成的玻璃钢车至原轴承套尺寸；用2 mm的环氧玻璃布板制成垫圈，其内圆等于轴承套外径，外圆比轴承套最大外圆大 2 mm，将其套在轴承套的凸缘上；同时将固定轴承套的螺杆加上绝缘套和绝缘垫圈。最后，将轴承安装在电机上，就把轴电流与电机端盖的回路完全隔断了。

8 改造后运行情况

改造后，电机空载试转时再次进行了轴电压测量，未测出有轴电压的存在，震动温升等各项指示均合格，目前已使用1年未发生前期出现问题。

9 结束语

因各电机厂制造工艺的不同，电机轴电压及轴电流的存在情况也各所不同，通过对电机