高壓電機滾動軸承異常分析

林云輝

（浙江浙能樂清發電有限責任公司，浙江 溫州325609）

0 引言

高壓電機作為火電廠輔機動力源有著重要的作用，其正常運行直接影響機組的安全性和經濟性，而滾動軸承作為電機的關鍵部件和易損部件，其可靠性直接影響電機運行的可靠性。從我公司近6年來高壓電機異常情況分析，電機因軸承問題導致停運占相當高的比例，直接影響機組運行的安全性和經濟性。因此，提高高壓電機軸承可靠性對機組的安全運行具有重要意義。

1 軸承問題概述

我公司一期2臺600MW機組于2008年9月投產，二期2臺660MW機組分別于2010年3月和7月投產。2009年5月至2014年5月這5年時間內，帶滾動軸承的高壓電機較為重大的異常事件統計共16次，其中預試發現繞組問題／轉子問題、接線盒電纜問題、空冷器腐蝕進水引起電機異常各發生1次，而滾動軸承問題引起的高壓電機異常事件為12次，占高壓電機總故障的75%。從原因上分析，軸承問題主要有軸電流引起的軸承損壞和潤滑問題引起的軸承損壞；從故障發生的時間分析，軸承損壞主要集中在機組剛轉入運行的前一年多時間內，2013年以后發生2次，原因是軸承自身質量存在問題；從發生故障的電機類型進行統計，功率較大的一次風機和送風機電機因軸承問題引發的異常較多，而功率較小且運行環境良好的給泵前置泵電機、閉冷泵電機、低加疏水泵電機等則未發生軸承異常事件，氧化風機、磨煤機電機因環境溫度問題曾出現軸承溫度偏高的異常現象。

2 軸電流對軸承的影響

2009年9月，2A一次風機電機聲音異常，該電機型號為YKK630－4，額定功率為1 800kW，銘牌標注出廠時間為2007年3月，首次調試運行時間為2008年5月，9月開始隨機組長時間穩定運行。電機前軸承為滾珠軸承6232／C3和滾柱軸承NU232ECM／C3，后 軸 承 為 滾 柱 軸 承 NU232ECM／C3，采 用7008航空潤滑脂。發現電機聲音異常后檢查空冷器等其他部分正常，確認聲音是從軸承發出的，測量軸承溫度和軸承振動在正常范圍內，通過數據庫查看溫度和振動變化曲線，未發現有明顯的突變現象。后借機組低負荷時將電機退出運行進行檢修，檢查前后2個滾柱軸承發現有明顯異常情況。軸承解體后具體情況如圖1、圖2所示，滾柱和內外圈表面有類似搓衣板的黑色條紋，后送相關單位檢測確認是軸電流引起的電腐蝕現象，黑色條紋實際上是滾子同軸承內外圈接觸處的電腐蝕痕跡。軸電流產生的原因較為復雜，電源諧波、電機制造工藝等都有可能引起軸電流。由于機組投產初期電機電源所在的6kV母線上并未接有大功率的整流器、變頻器等非線性功率元件，后又在各電機檢修時檢查處于同一段母線下的磨煤機、閉冷泵、汽泵前置泵等電機軸承均未發現類似搓衣板條紋現象，因而基本上排除了因電源諧波引起的軸電流問題。另外，在檢修期間發現還有2臺一次風機電機軸承也出現了類似情況，這3臺電機系同一廠家生產，出產日期也基本接近，因而初步分析軸電流的產生是由制造工藝引起。由于定子扇形硅鋼片疊裝因素、鐵芯槽和通風孔的存在，定子與轉子空氣間隙不均勻，在磁路中造成不平衡的磁阻，轉子在不完全對稱的磁場中旋轉，于是電機轉軸兩端就會產生一個交流電壓，盡管軸電壓數值不高，一般合格電機軸電壓低于0.5V，但該電機在正常運行時實際測得的軸電壓有效值為1.4V（加裝絕緣端蓋后測量）。由于轉子—軸承—端蓋—本體—端蓋—軸承—轉子所形成的回路阻抗很低，所以軸電流比較大，而電機在啟動時電流尤其大，軸承徑向要承受較大壓力，再加上此時軸承油膜尚未建立，因此接觸電阻較小。軸承滾柱同內外圈是線接觸，該處接觸面相對較小，因而電流密度大，軸承在線接觸點處局部發熱燒熔，被燒熔的軸承合金在轉子壓力的作用下飛濺，于是在軸承滾柱及同內外圈接觸的表面上擠壓出一條條線狀的小凹坑。所以軸承滾柱和內外圈在宏觀上表現出來的癥狀是類似于搓衣板的條紋，產生明顯的電腐蝕效應。

圖1 軸承解體后滾柱表面

圖2 軸承解體后內外圈表面

為了消除軸承軸電流引起的危害，結合電機大修將后端蓋更換成絕緣端蓋，后端蓋同電機連接的固定螺栓加裝絕緣套和絕緣墊片，從而在后端蓋處隔斷軸電壓通路，以消除軸電流。經此處理后，軸承未再出現電腐蝕現象。

3 油脂問題

基建結束剛轉入生產的前一年多時間內，多臺高壓電機軸承在運行中陸續出現問題，故障現象較為相似。以1B送風機電機為例，投運幾個月后發現軸承聲音異常，該電機型號為YKK630－6，功率為1 250kW，銘牌標注出廠時間為2007年3月，首次調試運行時間為2008年5月。電機前軸承為滾珠軸承6238／C3和滾柱軸承NU238ECM／C3，后軸承為滾柱軸承NU238ECM／C3，采用7008航空潤滑脂。發現軸承聲音異常后檢查電機溫度和振動無明顯變化趨勢，故未馬上安排檢修，電機繼續運行。但隨著時間推移，軸承聲音越來越響，仔細聽發現軸承發出類似金屬撞擊的聲音，運行一個多月后發現溫度有突然升高現象，馬上將電機停運進行檢修，拆下軸承后發現油脂發黑并且較硬，軸承內圈磨損嚴重。具體現象如圖3所示，宏觀檢查表面呈波形磨損，手摸表面凹凸感明顯，每道磨痕寬度約10mm，內外圈表面顏色為青黑色。送專門實驗室進行微觀分析，確認磨損面為接觸疲勞磨損，造成該磨損的原因是油脂潤滑不良。檢查軸承加油口和排油口發現油脂硬化，造成阻塞，油脂硬化的原因是電機出廠后放置時間過長。電機實際出廠日期為2007年3月，安裝就位后實際調試時間為2008年5月，電機實際放置時間長達一年，由于長期未運行，軸承加油口的油脂已經硬化阻塞，雖然在機組啟動前所有電機統一加了油脂，但因加油口油道阻塞，實際并未有新油脂進入軸承內部。而軸承內原先的潤滑脂在軸承運行中經受反復擠壓剪切，其本身的性能和結構隨著時間逐漸發生變化，最終失去了正常的潤滑性能。在首次發現異音后聲音隨時間越來越響，實際上是由于摩擦磨損越來越大，最終滾柱和內外圈表面發生了嚴重磨損。更換軸承后電機運行正常。針對電機停運時間過長引起的油脂硬化問題，結合低負荷時間段對其他幾臺軸承有異音的電機進行停機檢修，更換軸承，同時完善油脂潤滑管理制度，修訂定期給油脂計劃，避免了因油脂問題再次引起軸承損壞。

圖3 軸承內圈表面呈波形磨損

4 軸承溫度異常

軸承運行中溫度異常一般有兩種情況，一種是在定期加油脂過程中產生，另一種是正常運行時突然出現溫度升高現象。加油脂引起溫度升高屬正常現象，它是由于油脂在軸承中攪拌摩擦引起發熱，只要在加油脂過程中注意觀測軸承溫度變化趨勢，控制加油量，就能控制軸承溫升；同時及時清除排油口殘油，一般情況下2～3h后軸承溫度就會回落到正常水平。正常運行時軸承溫度突然升高可能是軸承損壞或油脂變質引起，對于油脂變質問題可通過加入新油脂并將舊油脂擠出來處理，一般情況下加入新油脂后軸承溫度會恢復正常水平。另外，因迎峰度夏期間環境溫度高，應加強對磨煤機電機和氧化風機電機軸承溫度的監視，及時打開隔音罩風扇和小門，加強散熱，以免出現軸承溫度過高現象。

5 結語

我公司結合檢修解決原先基建期遺留的電機軸承問題，完善定期加油脂計劃，合理安排周期，根據電機類型的不同合理選擇加油脂方法，大幅度減少了電機因軸承問題引起的故障，提高了機組運行的安全可靠性。