摘要：轴电流的存在对高压电动机轴承的使用寿命具有极大的损坏性，分析产生的原因，确定不同方案，解决轴电流危害的问题。
关键词：电动机；轴电流；轴电压
1案例分析
某生物质电厂一台高压电机为某电机股份有限公司生产，型号为YKK5002－4，额定容量为710kW，额定电压10kV，额定转速1489r/min，额定电流50.9A，F级绝缘，其电机轴承为滚动轴承，安装在锅炉送风机上。自2014年12月24日检修运行后，电机驱动端轴承温度未见异常，至15年9月1曰，温度达到65 ℃（平时运行温度50℃左右），同时驱动端振幅值增大，运行监测振动值不稳定，振动振幅最大达到0.11mm,用远红外测温装置测量电机本体温度为80℃。因特殊原因，当时炉不能停运，故只能采取紧急措施，用轴流风机对电机强迫通风降温，对轴承进行补充润滑脂，电机驱动端轴承温度有所下降，振动振幅也有所下降。观察监护运行至2015年3月9曰，该电厂停炉后对电机进行解体检查，发现转子驱动端NU328E、6328E两套轴承严重过热、变黑，轴承及轴承盒内已无润滑油脂，轴承盒内套磨出0.5mm左右的沟槽，轴承盒外盖止口磨掉0.75mm，轴承盒内分布着大量铁末；同时，轴承内套轨道存在大量麻坑凹痕，电机本体风道侧内外存有大量溢出的润滑脂，非驱动端NU228E轴承内套轨道上磨出多道划痕。据运行人员介绍电机运行状况及电机轴承小盖及轴承盒磨损严重，当时检修人员认为是转子轴承机械配合不好。检修中更换了转子驱动端NU328E、6328E两套轴承，非驱动端NU328轴承；更换了与轴承配套的耐高温润滑脂，重新制作了轴承盒并加装新内套。检查电机通风道未发现问题。检修完毕，电机通电运行30min后，发现驱动端轴承温度已达86℃，决定立即停运。解体后发现轴承内套轨道有大量麻点，已不能使用。
2轴电流烧伤滚动轴承的特征
有时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条形状类似金属疲劳损伤痕迹，这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。其表面还伴有麻点、伤痕，有的甚至还有裂纹出现。运行现象电机轴承温度上升很快，轴承振动幅值多不稳定，时常数值跳动，并伴有润滑油脂流出。
造成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，表面会出现光亮，金属光洁度低，表面有剥离现象。
3轴电流的危害
在电动机运行过程中，如果在两轴承端或电机转轴与轴承间有轴电流的存在，那么对于电机轴承的使用寿命将会大大缩短。轻微的可运行上千小时，严重的甚至只能运行几小时，给现场安全生产带来极大的影响。同时由于轴承损坏及更换带来的直接和间接经济损失也不可小计。
4轴电压和轴电流的产生
4.1磁不平衡产生轴电压
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆磁不平衡产生轴电压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；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50Hz、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′＝50Hz×3＝150Hz。电动机由于扇形冲片、硅钢片等叠装因素，再加上铁芯槽、通风孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在转轴的周围有交变磁通切割转轴，在轴的两端感应出轴电压。
4.2逆变供电产生轴电压
目前有些厂区改造为变频器启动高压电动机，例如水泵、风机。从而实现无极调速节省能源，大都采用PWM变频电源供电，这时电机的轴电压主要是由于电源三相输出电压的矢量和不为零的零序分量。电动机采用逆变供电运行时，由于电源电压含有较高次的谐波分量，在电压脉冲分量的作用下，定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应，使转轴的电位发生变化，从而产生轴电压。变频器调速系统中高频谐波成分增多，这些谐波分量在转轴，定子绕组和电缆等产生电磁感应作用于电机轴承闭合回路。对轴承进行回路电侵蚀，影响电机的正常运行。
4.3静电感应产生轴电压
在电动机运行的现场周围有较多的高压设备，在强电场的作用下，在转轴的两端感应出轴电压。
4.4外部电源的介入产生轴电压由于运行现场接线比较繁杂，尤其大电机保护、测量元件接线较多，哪一根带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。
4.5其他原因如静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产生。轴电压建立起来后，一旦在转轴及机座、壳体间形成通路，就产生轴电流。
5轴电流对轴承的破坏
正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，对于较低的轴电压，这层润滑油膜仍能保护其绝缘性能，不会产生轴电流；但是当轴电压增加到一定数值时，尤其在电动机启动时，轴承内的润滑油膜还未稳定形成，轴电压将击穿油膜而放电，构成回路，轴电流将从轴承和转轴的金属接触点通过，由于该金属接触点很小，所以这些点的电流密度大，在瞬间产生高温，使轴承局部烧熔，于是在轴承内表面上烧出小凹坑。一般由于转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金的高，通常表现出来的症状是轴承内表面被压出条状电弧伤痕。
6轴电流的防范措施
①在轴伸端安装接地碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以此消除轴电流。
②为防止磁不平衡等原因产生轴电流，往往在非轴伸端的轴承座和轴承支架处加绝缘隔板，以切断轴电流的回路，如滑动轴承在轴承座上下剖分处做的绝缘隔离垫片。
③为了避免其它电动机附件、导线绝缘破损造成的轴电流，往往要求检修运行人员细致检查并加强导线或垫片绝缘，以消除不必要的轴电流隐患。
④机械设备方面电机检修直接用绝缘轴承或者改造使用绝缘端盖，做到轴电流回路断路不流通。
7结语
现场实践证明，经上述方式处理后实际使用寿命可由原几十个小时提高到上万小时，效果比较明显，尤其对高压电动机轴电流的防范效果好，对安全生产具有积极作用。
参考文献
[1]郭佳明.变频调速电动机绝缘端盖结构研究[J].防爆电机.2008.5
[2]李建波，陈志忠，陈东.火电厂引风机轴承损坏分析及处理[J].广西电力.2008.4
论文作者:贺友库
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
标签：轴承论文; 电流论文; 电机论文; 转轴论文; 电压论文; 电动机论文; 润滑脂论文; 《电力设备》2017年第31期论文;