摘要：针对现场高压电机近年来出现的常见故障进行分类分析，并提出处理办法；从安装和检修工艺方面分析避免产生各种故障的注意事项，并做好定期加油脂等维护保养，才能保证设备的运行稳定性。
关键词：高压电机；故障原因；安装；维护保养；处理方法
1 引言
高压电机与低压电机相比有许多优点，如：在输出同样功率情况下，有体积小，效率高，相对制造成本低，但由于作为系统重要设备的驱动，在系统中占有很重要的地位，一旦跳闸将直接导致机组减负荷或跳闸，其直接和间接损失非常巨大，所以保持它的运行稳定极其重要。运行中的高压电机应严格按照相关规程进行检查和维护，降低标准就可能出现各种故障；总体来说，机械故障率所占比例最大，电气故障位居其次。
对于机械故障，主要有电机轴承故障和转轴故障，对于电气故障，常见的主要有绝缘电阻降低、过热或冒烟、转子断条打火、脏污潮湿或异物造成绕组短路等，本文从产生这些故障的原因分析入手，总结出常见故障几乎都是由于安装、检修工艺和使用保养不到位造成的，可见，安装检修时只要把握好要点就能保证不会发生相应的故障。
2 电机轴承故障检修
转子是通过轴承支撑并高速转动的，轴承是负载最重的部分，是需良好润滑和最容易发生磨损的部件。可见，在高压电机的检修过程中，轴承检修的重要性。
2.1运行中检查
滚动轴承缺油或内部存在缺陷时，运行中可凭经验判断声音是否正常，如存在异音可能是润滑脂干涸、进入灰尘沙子金属屑等杂质、游隙超标、滚道受损或脱皮剥落、锈蚀、裂纹、保持架断裂、跑外圈或跑内圈等缺陷。缺油或进入杂质能够从不太尖锐的杂音判断出来，而轴承受损后，运行声音会变得尖锐刺耳，需解体检查，才能判断损坏程度。
滑动轴承内部缺油或含有杂质，油膜形成不好，可从轴承异常温升判断出来；如发生碰磨或轴瓦间隙太大会造成运转精度降低，振动明显增大，并出现有规律的异音，钨金磨损脱落以及烧瓦（局部熔化）、脱胎的轴瓦必须及时处理才能继续使用。
2.2解体检查
滚动轴承解体后，首先检查润滑脂是否变质、内部是否含有杂质，润滑脂清理掉并用汽油清洗后，检查轴承滑道是否受损，保持架是否磨损松动，滚动体是否磨损和受伤，轴承内外圈与轴颈和轴承室配合是否松动，是否存在磨损和过热痕迹，用塞尺或压铅丝法测试轴承游隙与轴承手册对比是否超标。然后用手捏住内圈，并使轴承摆平，另一只手用力推动轴承外圈，如果轴承良好，外圈应转动平稳，有微响声，转动中无振动和明显卡滞现象，轴承缓慢停转，无急刹车和反转现象。
滑动轴承需放出润滑油，检查油脂有无变色、杂质、金属屑和油泥等，瓦面有无磨损，用敲击或浸油法判断有无脱胎，测试各部间隙是否超标，油环有无磨损变形、连接螺丝有无松脱，轴承座螺栓有无松动等。
2.3轴承安装
新的滚动轴承安装前应先将防锈剂清洗干净，用百分表或塞尺测试轴承游隙符合出厂标准。因轴承内圈与轴颈需过盈配合，用千分尺测试轴颈直径应较轴承内圈大0.02—0.05mm，紧力不足易发生跑内圈，磨损轴颈；轴承外圈需与轴承室间隙配合，用内径千分尺测试轴承室内径应较轴承外圈大0.05—0.1mm间隙，间隙太小或过盈配合端盖回装过程中会使滚动体受力，滚道受损，运行温度下外圈膨胀受阻，游隙变小，易造成轴承抱死；间隙太大则容易出现跑外圈。对于带有轴向定位功能的轴承，还要测试轴承室的深度，保证轴承外圈在轴承室内轴向上有0.01—0.02mm的紧力，轴承内圈与轴肩贴紧，轴肩高为内圈厚度的1/2—2/3。
此外，滚动轴承安装时，滚动体不能受力，压入轴承室时要施力于外圈，套入轴颈时要施力于内圈，周向均匀施力；轴承型号向外，以便于查看。高压电机轴承均需加热安装，不允许冷装，轴承多次冷装会使轴颈过盈量变小，轴承室内径变大；拉马拉下的轴承，滚动体受力后，不能继续使用。
滚动轴承的定位分内、外圈的固定和轴承组合轴向定位。内圈固定有轴肩单向固定，卡簧、轴端挡圈及圆螺帽固定，轴端套装件固定，锥套固定几种模式。大唐某电厂1A磨煤机电机在返厂修复完毕后，没有解体检查，试运良好后备用，运行1个月后轴承内外圈脱离导致转子扫膛，轴颈磨损，端盖磨损裂纹；解体后发现，返厂检修电机回装过程中将固定轴承内圈的挡圈及圆螺帽遗漏，因内圈与轴颈紧力不足，运行一段时间后发生轴向窜动，NU230轴承的内圈与外圈脱离导致定转子扫膛。滚动轴承外圈固定有端盖单向固定、端盖和轴承座内凸肩双向固定、内外小盖固定、卡簧固定几种模式。大唐某电厂主变风扇电机腰侧轴承外圈就是用卡簧固定的，这种方式在现场较少。轴承组合轴向定位有双支点单向定位和单支点双向定位，无论哪种轴承组合定位，均要考虑轴系的热胀冷缩，轴两端的两个轴承必须有一个沿轴向留有间隙，以保证轴承外圈能够沿轴向移动。大唐某电厂二期灰渣泵轴封水泵电机（单支点双向定位）端盖轴承室磨损后，曾更换过端盖，但更换后的端盖轴承室较浅，无波纹垫圈，两侧端盖扣好后，轴承定位已无轴向间隙，两侧轴承受到向内的压力，用手盘车时转动不灵活，试运时空载电流偏大，因滚道侧面受力过热磨损，运行3天后轴承滚道脱胎烧损。磨煤机和送风机均为双支点单向定位，腰侧为NU230和6230两套轴承，外圈用小盖轴向固定，检修时要测试轴承室的深度，保证轴承外圈在轴承室内轴向上有0.01—0.02mm的紧力，端侧为一套NU230轴承，在热胀冷缩时可以轴向自由平移。
滑动轴承安装前要检查钨金表面，应光滑、无麻点、砂眼及裂纹沟痕、无剥落、无变形和过热变色等缺陷；用浸油法检查钨金与瓦衬结合的严密性，应无脱胎现象；下瓦与瓦座弧面吻合严密，装配时不发生变形和晃动。研瓦检查轴颈与轴瓦的接触角和接触点密度，接触角应在60°—90°间，且处于下瓦正中。一般来说，轴瓦短接触角大，轴瓦长接触角小，即轴瓦长度L≤1.5D（轴颈外径）时，接触角为90°，1.5D＜L＜2D时，接触角在60°—90°间，L＞2D时，接触角为60°；接触面上的接触点要均匀，应保证接触点每平方厘米不少于2点，不合格时需要重新刮削。用塞尺测量瓦侧间隙应为轴颈直径的1/1000，用压铅丝法测量瓦顶间隙应为轴颈直径的2/1000。用压铅丝法测量上瓦与瓦盖需有0.02—0.04或0.04—0.08mm的紧力（需考虑瓦盖结合面密封胶垫厚度）。轴向推力间隙无特殊要求时取0.3—0.4mm，膨胀侧间隙F1按下式计算：
F1=1.2（t+50）*L/100 mm （式1）
式中：t—转子承受温度（℃）
L—转子两轴承间距（m）
50—考虑异常情况时温度附加值（℃）
同时，应保证膨胀轴承另一侧间隙F2大于推力间隙。
2.4故障实例分析
2008年初，2A送风机电机轴承温度在12分钟内由45℃升至112℃，电机解体后检查轴承保持架严重磨损，内部油脂足够，因该轴承内部油脂除金属屑外无其他杂质，且运行时间未超过6个月，除保持架磨损外无其他异常，分析该批次轴承质量存在问题。
滚动轴承劣化征兆可通过日常点检跟踪得以发现，首先是出现异音或振动增大，持续一定周期后，损坏前，温度会在短时间内上升至烧损。所以，当点检发现轴承异音或异常振动后，应及时进行分析，设法消除，如不能消除，应尽快组织解体检查；如温度开始异常升高达到报警后，应立即到现场确认实际温度，如非误报警，在轴承温度达到105℃时应立即停运该设备，不得延误时间，防止轴承落架后定转子扫膛，轴颈和端盖受损，故障扩大，修复周期延长甚至报废。2010年1月，C7皮带机电机端侧轴承因进入煤粉失去润滑，轴承烧损。因该皮带电机工作环境恶劣，煤粉从脱开的挡灰环缝隙逐渐进入轴承动静间隙，造成润滑脂失效，轴承过热烧损。针对此类电机应加强巡视和清扫，防止挡灰环脱开，同时缩短加油脂周期，以经常排除含有粉尘杂质的润滑脂。
另外，由于负载振动持续超标，将引起电机轴承运行游隙增大，最终保持架断裂，轴承抱死或定转子扫膛。磨煤机电机与减速机连接胶墩磨损以及不对中引起电机振动超标，更换磨损的胶墩或重新找中心后，振动正常。
图2 润滑脂进入大量煤粉而失效
轴承跑内圈和跑外圈的情况也经常发生，都是因为没有按照规定尺寸要求进行安装造成的，往往造成轴颈或轴承室磨损或造成轴承过热抱死。
相比之下，滑动轴承的维护简单的多，只要保证油位，定期换油发生故障几率不大。常见的故障有甩油环变形或连接螺丝脱开，导致轴瓦润滑不好，瓦温升高；机械原因导致振动过大，轴瓦碰磨；2013年5月，由于运行操作问题，出现水锤，导致#3电泵（6300KW）油冷器变形渗漏，润滑油进水，轴瓦和轴颈腐蚀生锈，轴颈表面出现凹痕，油膜形成不好，瓦温升高。
图3 润滑油进水导致轴颈锈蚀
在日常维护中，出厂时试运良好的电机只要保证良好润滑和轴承解体检查或更换时按规定程序进行，很少发生轴承故障。
3 电机振动异常
振动在旋转机械故障中占了很大比重，是影响设备安全稳定运行的重要因素。振动又是设备的“体温计”，直接反映了设备的健康状况。一台设备正常运行时，其振动值和振动变化值都应该比较小，一旦振动值变大，或振动变得不稳定，都说明设备出现了一定程度的故障。振动过大将导致滚动轴承游隙变大、保持架磨损、滑动轴承钨金疲劳损坏、设备部件承受大幅交变应力，疲劳断裂。
电动机振动的可能原因有：电动机基础松动、轴承座松动或刚度不足、轴承劣化及装配尺寸不好、机械不对中、机械负载异常、转子弯曲或不平衡、动静部件摩擦、风扇不平衡或风箱风道不畅等。
可见，引起振动异常的原因很多，现场可以通过振动频谱分析仪测录振动频谱曲线，分析不同倍频下的分量大小，利用软件基本都可以分析出故障原因，并给予消除。
4 转轴故障检修
4.1轴弯曲
如果弯曲程度不大，可采用打磨的方法修整；若弯曲超过0.2mm，可以借用压力机进行修整，修整后进行磨光，动平衡合格即可；如弯曲程度过大，无法修复时，必须更换。
轴弯曲在现场中较少发生，现场也很难处理。
4.2轴颈磨损
多次拉拔轴承，会使轴颈变细，继而造成与轴承内圈紧力不足，运行中轴承跑内圈，将轴颈磨损。当轴颈轻微磨损时，可在轴颈上镀一层铬，然后车削到需要尺寸；磨损较严重时，可采用先堆焊再车削的方法，也可车削后热套一套筒的方法；当磨损到无法修整的地步时，必须更换。
轴颈磨损在现场比较常见，基本都是因为轴承内圈与轴颈间紧力不足而跑内圈所致，往往都采用喷涂的方法处理。
4.3轴裂纹或断裂
轴承横向裂纹深度不超过轴直径的10%—15%，或纵向裂纹不超过轴长的10%时，可先堆焊，再进行修整，达到标准；如果轴断裂或裂纹严重时，就必须更换。
2007年，1B磨煤机电机因辅助马达误动抱闸，将运行中的电机转子突然抱住，导致电机转子轴颈处断裂，无法修复。
5 绝缘电阻降低处理
电动机在设备定期轮换前，要进行绝缘电阻测试，在大小修过程中也会进行绝缘电阻和吸收比的测试，当绝缘电阻和吸收比不合格时，大部分情况是绝缘受潮，其次是灰尘、油泥等脏污造成，绝缘破损和异物情况较少。
闭冷水泵电机和一次风机电机均多次发生过绝缘电阻过低现象，经检查发现电缆管在地面下进入潮气，继而潮气进入接线盒及电机内部，通过投入加热器干燥，绝缘电阻得到恢复，并将电缆管上下用塑料薄膜和胶泥封堵严密后，再未发生过类似问题。
2010年末，2B循环水泵电机相间绝缘不合格，经解体发现该立式电机上部轴瓦漏油，绕组绝缘已被厚厚的油泥和灰尘覆盖，因电机定子绕组接成星形，中性点不能轻易打开，设备轮换测试绝缘电阻时无法对相间绝缘进行测试，导致启动过程中层间主绝缘在槽内击穿，而定子绕组又是整体固化成型的，不得不更换了全部绕组。
受潮和脏污的处理办法很简单，就是干燥和清洁，但很多检修人员并不注重电机检修过程中的清理工作。尤其在环境比较恶劣的工作场所，电机绕组和风道内部脏污严重，最终导致绕组绝缘散热不良，绝缘降低，如未及时发现而投入运行，可能造成短路烧损。
6 电动机过热问题
电动机过热的原因很多，但从发生的概率上看，散热不良占大多数，其次是绕组匝间短路或铁心短路，绝缘电阻较低也会引起短时发热，但发生概率较小。
电动机风道堵塞和变频低转速运行会造成风量不足，电机内部热量不能及时散发出去，电机温度不断升高；冷却水量不足或温度过高，也会使冷却效果不好，引起过热，一般来说，比较容易消除。当绕组存在匝间短路时，引起电机定子过热，可通过故障相定子电流明显增大的特征结合测试得以发现；
铁心片间短路，铁损增加，电机发热，如电流增加不多较难发现。所以在电机检修过程中，要仔细检查定子铁心，存在片间拉毛短路和锈蚀现象，要及时处理，用砂纸打磨后并涂以绝缘漆，消除片间短路。
引风机电机（非变频电机）改变频后，运行频率由50Hz变为37Hz，转速下降的同时，转子风量显著下降，散热不良；同时，变频电源内部含有的高次谐波分量使电机铁损增加，发热增加，加之夏季环境温度过高，电机运行温度长期在100℃以上，绝缘的老化速率加快。
如潮气引起的绝缘电阻偏低，泄漏电流增加，电机发热增加，但随着绝缘干燥后绝缘电阻的恢复，泄漏电流会减小到正常数值，发热减少；若是灰尘油泥等脏污引起的绝缘降低，较难自行恢复，电机会持续发热，导致电机过热。
7 绕组短路故障
因近年来生产的电动机的绝缘水平较高，发生绝缘质量原因的短路故障不多，现场出现的大多是因为进入异物造成的绝缘损坏短路。
2006年，#1电动给水泵电机（5446KW）线圈烧损，原因为电机轴瓦启动过程喷油一直未得到治理，线圈绝缘长期油浸老化，且在启动过程中受力较大，局部击穿造成短路。对于此类问题应加强设备日常检查维护，对于轴瓦电机要控制好启动前的油位，防止启动后回油管瞬间泡沫栓塞回油不畅，造成喷油；对于有水冷器的电动机，电机检修同时要做水冷器的水压试验，确保水冷器安全严密，运行中也要防止水冷器振动过大，管路疲劳断裂漏水，同时防止相邻设备和管路漏水溅到电机上。
2009年6月，#3电动给水泵电机（6300KW）启动几分钟后，风扇的定位销子脱落，扫坏定子绕组端部绝缘，定子绕组短路烧损，更换了全部绕组。由此可以看出，在电机的检修过程中，不能忽视固定件的紧固检查，往往检修人员只注重工期而忽视一些看似不易发生故障的检查项目，而这些部位一旦出现问题，损失就非常惨重。
8 结论
以上是针对现场高压电机近年来常见的故障进行的分析，并按照故障类型进行了归纳，分别指出了故障原因和处理方法。只要按照检修规程认真负责的检修，日常点检巡视到位，并做好维护保养工作，基本可以不发生或少发生类似的问题。可见，培养一批责任心强、技术过硬的检修维护和运行队伍对于现场设备的稳定运行来说非常重要。
参考文献：
[1] 杨建刚 旋转机械振动分析与工程应用 2007
[2] 长春电力学校 热力设备安装与检修 1982
论文作者:张海权
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/18
标签：轴承论文; 轴颈论文; 电机论文; 内圈论文; 磨损论文; 外圈论文; 故障论文; 《电力设备》2017年第24期论文;