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电动机轴电流产生原因、危害及消除方法

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孟令英 李士华

  摘 要:高压电机在运行中会产生轴电流,造成电机轴承表面电腐蚀严重,内圆形成“搓板效应”,引起过热现象。如发现不及时就会造成轴承烧毁事故,严重影响设备的安全运行。通过此办法可以有效地解决和避免轴承烧毁事故。

  关键词:轴电流、轴电压、搓板效应、旋转磁通

  一、产生轴电流的原因:

  1、造成产生轴电流的原因之一是制造厂在制造电机时,由于定子、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。

  2、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50Hz、8极电动机,它的定子冲片接缝数为6,则n/p=6/4=3/2。n′=3是奇數,故该电机就有轴电流产生。轴电流频率为fn′=50Hz×3=150Hz。虽然电机因各种原因产生的轴电压很低,只有0.5~2V左右,但因电流回路阻抗很小,所以将有很大轴电流产生,对电机滚动轴承危害很大。

  二、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。

  三、案例

  1、故障现象

  如某电厂#4炉A引风机电机,该电机为沈阳电机股份有限公司生产,型号为YKK710-8,额定容量为1800kW,额定电压6kV,额定转速744r/min,额定电流215A,F级绝缘。自2007年首次投运后,电机驱动端轴承温度出现异常,温度达到85℃,电机驱动端轴承测温点报警,同时驱动端振动增大,用远红外测温装置测量电机本体温度为60℃,润滑脂大量以液体形式流出。因特殊原因,当时该炉不能停运,故只能采取紧急措施,用轴流风机冷却,电机驱动端轴承温度有所下降。

  2、检修情况:

  2007年12月9曰,停炉后对电机进行解体检查,发现转子驱动端NU1044、16044,2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0.2mm左右的沟槽,排列有序,就像“搓板”似的,我们称之为“搓板效应”。轴承盒外盖止口磨掉0.5mm左右,轴承盒内分布着大量黑色铁末;同时,轴承内套轨道存在大量麻坑,电机本体内外存有大量溢出的锂基脂,电机轴承小盖及轴承盒磨损严重。由于电机有振动现象,轴承小盖及轴承盒磨损也非常严重,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NU1044、16044,2套轴承,非驱动端NU1044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1小时后,发现驱动端轴承温度已达80℃,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,测量驱动端轴承室绝缘电阻为0。

  3、电机轴承烧损原因分析:

  从2次损坏的轴承内套看,其轨道上都存在大量麻点。仔细观察,发现这些麻点都是由放电产生。引起放电的原因是电机驱动端轴承室绝缘破坏,导致电动机转子存在较大轴电压,在此电压下电机产生严重的轴电流,电流通过转子和轴承时发生放电现象,使轴承内套产生麻点。麻点又使轴承与转子间的摩擦阻力加大,轴承温度迅速上升。在电机首次投运后,曾出现轴承温度异常现象,此温度异常与轴电流引起的麻点有关,温度升高造成了轴承盒与轴承外套配合出现问题,引起轴承与轴承外套相对运动并磨损轴承盒外盖和内套;同时也使得轴承温度继续升高,黄油受热熔化溢出。由于磨损严重,电机驱动端轴承出现位移,造成转子驱动端与非驱动端不同心,轴承径向受力不均,致使轴承滚柱与内套磨出划痕。在第一次检修时,由于轴承小盖及轴承盒磨损非常严重,电机振动明显,机械划伤的痕迹掩盖了大部分放电麻点,再加上轴电流在电机轴承上引起的烧损事故较少,从而使检修人员忽略了轴电流的存在。

  4、改进措施

  1)当电机出现轴电流后,必须采取措施将其消除。简单的方法是将电机一端(一般在非驱动端)的滚动轴承与其端盖绝缘加强。为此要加绝缘垫圈,并对轴承的固定螺栓用绝缘套进行绝缘处理,以隔断轴电流的通路。

  2)对没有安装绝缘端盖的电动机,要对原轴承室进行改进。方法为:用车床将原轴承套外径车深6~8mm,并在轴承套上滚花。轴承套凸缘部分车薄2mm。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2~3mm。将其放在130±5℃烘炉内烘24h,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2mm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2mm,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。

  3)对电机出厂时直接用绝缘轴承或者绝缘端盖者,当电机出现轴电流时,要对绝缘端盖进行绝缘检查,安装后绝缘电阻不小于0.5MΩ。绝缘电阻不合格,要进行处理直至合格方能使用。

  4)改进后运行情况:

  该电机驱动端轴承经绝缘处理后先空载试运行了2h。解体检查一切正常,随后带负载运行,4h、10h后分别测量轴承温度均在40℃左右。采用数字式万用表测量负载运行中的轴电压,测得0.65V。通过对该电机轴承绝缘处理,消除了轴电流,至今运行良好,取得了较好的经济效益和社会效益。

  参考文献

  [1]王仁祥.电力新技术概论[M].北京:中国电力出版社,2009.

  [2]《异步电动机的效率优化快速响应控制研究》崔纳新,张承慧,孙丰涛-中国电机工程学报,2005

  作者简介

  孟令英(1984-)女河南巩义市人,河南博奥建设有限公司电气专业

  李士华(1984-)男河南巩义市人,河南博奥建设有限公司电气专业
来源:《卷宗》2018年5期