電動機軸電流產生原因、危害及消除方法

孟令英?李士華

摘 要：高壓電機在運行中會產生軸電流，造成電機軸承表面電腐蝕嚴重，內圓形成“搓板效應”，引起過熱現象。如發現不及時就會造成軸承燒毀事故，嚴重影響設備的安全運行。通過此辦法可以有效地解決和避免軸承燒毀事故。

關鍵詞：軸電流、軸電壓、搓板效應、旋轉磁通

一、產生軸電流的原因：

1、造成產生軸電流的原因之一是制造廠在制造電機時，由于定子、轉子沿鐵芯圓周方向的磁阻不均，產生與轉軸交鏈的磁通，從而感應出電動勢。由于軸電流或軸電壓不易測出，當發生滾動軸承燒損事故時，一時找不到原因。但當用帶有絕緣圈的特制軸承套更換原軸承套后，便會測出軸電壓，才能發覺到電機有軸電流產生。

2、由于磁路磁場不平衡，有與轉軸相交鏈的旋轉磁通存在；當轉子繞組發生接地故障，有接地電流產生時；轉軸上有剩余磁通，起單極發電機作用；鐵芯材料方向性引起磁路的磁阻不均；由靜電引起，但一般靜電電流較小，作用不會太大；設計時選擇扇形片數與極對數關系不正確。假設電機的極對數為p，定子鐵芯接縫數為n，則分數n/ p約分后為n′/ p′，當n′為偶數時，不會產生軸電流；當n′為奇數時，會產生頻率為fn′的軸電流。這里的f為電機電源頻率。比如電源頻率為50 Hz、8極電動機，它的定子沖片接縫數為6，則n/p = 6/4 = 3/2。n′=3是奇數，故該電機就有軸電流產生。軸電流頻率為fn′=50 Hz×3=150 Hz。雖然電機因各種原因產生的軸電壓很低，只有0.5～2 V左右，但因電流回路阻抗很小，所以將有很大軸電流產生，對電機滾動軸承危害很大。

二、軸電流燒傷滾動軸承的特征

有時軸電流作用在電機軸承上引起軸承燒損的事故不會引起人們的注意。在發生軸承燒損事故時，往往只注意從機械配合方面考慮。更換新軸承后，因為電機的軸電流并沒有消除，又引起軸承燒損事故，造成不必要的損失。使用滾動軸承的大、中型電機，一旦發生軸承損壞事故，在檢修中要特別注意檢查軸承表面痕跡。凡是軸電流引起的燒傷，在拆出軸承檢查時會發現軸承內外圈跑道上有像搓板樣的條形燒傷痕跡，這是軸電流對滾動軸承破壞的共同特征。同時其表面還伴有麻點、傷痕，有的甚至還有裂紋出現。同時，電機軸承溫度上升很快，并伴有潤滑油脂流出。造成搓板樣的燒痕是由于滾柱或滾珠在軸承圈的跑道上滾動和輾壓跑道時，在輾壓接觸地方，接觸電阻很小，并將潤滑脂擠向兩側，當滾動體將要離開原位置時，產生小間隙，這時會有放電現象產生，類似于電火花作用和影響，將跑道表面燒成線條狀痕跡。

三、案例

1、故障現象

如某電廠#4爐A引風機電機，該電機為沈陽電機股份有限公司生產，型號為YKK710-8，額定容量為1800 kW，額定電壓6 kV，額定轉速744 r/min，額定電流215 A，F級絕緣。自2007年首次投運后，電機驅動端軸承溫度出現異常，溫度達到85 ℃ ，電機驅動端軸承測溫點報警，同時驅動端振動增大，用遠紅外測溫裝置測量電機本體溫度為60 ℃，潤滑脂大量以液體形式流出。因特殊原因，當時該爐不能停運，故只能采取緊急措施，用軸流風機冷卻，電機驅動端軸承溫度有所下降。

2、檢修情況：

2007年12月9曰，停爐后對電機進行解體檢查，發現轉子驅動端NU1044、16044，2套軸承嚴重過熱、變黑，軸承及軸承盒內已無潤滑油脂，軸承盒內套磨出0.2 mm左右的溝槽，排列有序，就像“搓板”似的，我們稱之為“搓板效應”。軸承盒外蓋止口磨掉0.5 mm 左右，軸承盒內分布著大量黑色鐵末；同時，軸承內套軌道存在大量麻坑，電機本體內外存有大量溢出的鋰基脂，電機軸承小蓋及軸承盒磨損嚴重。由于電機有振動現象，軸承小蓋及軸承盒磨損也非常嚴重，當時檢修人員認為是轉子軸承機械配合不好。檢修中更換了轉子驅動端NU1044、16044， 2套軸承，非驅動端NU1044軸承；更換了與軸承配套的耐高溫潤滑脂，重新制作了軸承盒并加裝新內套。檢查電機通風道未發現問題。

檢修完畢，電機通電運行1小時后，發現驅動端軸承溫度已達80 ℃，決定立即停運。解體后發現軸承內套軌道有大量麻點，已不能使用，測量驅動端軸承室絕緣電阻為0。

3、電機軸承燒損原因分析：

從2次損壞的軸承內套看，其軌道上都存在大量麻點。仔細觀察，發現這些麻點都是由放電產生。引起放電的原因是電機驅動端軸承室絕緣破壞，導致電動機轉子存在較大軸電壓，在此電壓下電機產生嚴重的軸電流，電流通過轉子和軸承時發生放電現象，使軸承內套產生麻點。麻點又使軸承與轉子間的摩擦阻力加大，軸承溫度迅速上升。在電機首次投運后，曾出現軸承溫度異常現象，此溫度異常與軸電流引起的麻點有關，溫度升高造成了軸承盒與軸承外套配合出現問題，引起軸承與軸承外套相對運動并磨損軸承盒外蓋和內套；同時也使得軸承溫度繼續升高，黃油受熱熔化溢出。由于磨損嚴重，電機驅動端軸承出現位移，造成轉子驅動端與非驅動端不同心，軸承徑向受力不均，致使軸承滾柱與內套磨出劃痕。在第一次檢修時，由于軸承小蓋及軸承盒磨損非常嚴重，電機振動明顯，機械劃傷的痕跡掩蓋了大部分放電麻點，再加上軸電流在電機軸承上引起的燒損事故較少，從而使檢修人員忽略了軸電流的存在。

4、改進措施

1）當電機出現軸電流后，必須采取措施將其消除。簡單的方法是將電機一端（一般在非驅動端）的滾動軸承與其端蓋絕緣加強。為此要加絕緣墊圈，并對軸承的固定螺栓用絕緣套進行絕緣處理，以隔斷軸電流的通路。

2）對沒有安裝絕緣端蓋的電動機，要對原軸承室進行改進。方法為： 用車床將原軸承套外徑車深6～8 mm，并在軸承套上滾花。軸承套凸緣部分車薄2 mm。然后用無緯玻璃絲帶或“H-4”膠浸玻璃絲帶包軸承套的外圓，做出的外徑尺寸比原外徑尺寸大2～3 mm。將其放在130±5 ℃烘爐內烘24 h，再用車床將軸承外套及其上形成的玻璃鋼車至原軸承套尺寸；用2 mm的環氧玻璃布板制成墊圈，其內圓等于軸承套外徑，外圓比軸承套最大外圓大2 mm，將其套在軸承套的凸緣上；同時將固定軸承套的螺桿加上絕緣套和絕緣墊圈。最后，將軸承安裝在電機上，就把軸電流與電機端蓋的回路完全隔斷了。

3）對電機出廠時直接用絕緣軸承或者絕緣端蓋者，當電機出現軸電流時，要對絕緣端蓋進行絕緣檢查，安裝后絕緣電阻不小于0.5MΩ。絕緣電阻不合格，要進行處理直至合格方能使用。

4）改進后運行情況：

該電機驅動端軸承經絕緣處理后先空載試運行了2 h。解體檢查一切正常，隨后帶負載運行，4 h、10 h后分別測量軸承溫度均在40 ℃左右。采用數字式萬用表測量負載運行中的軸電壓，測得0.65V。通過對該電機軸承絕緣處理，消除了軸電流，至今運行良好，取得了較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]王仁祥. 電力新技術概論[M]. 北京：中國電力出版社，2009.

[2] 《異步電動機的效率優化快速響應控制研究》崔納新， 張承慧， 孫豐濤 - 中國電機工程學報， 2005

作者簡介

孟令英（1984- ） 女 河南鞏義市人，河南博奧建設有限公司電氣專業

李士華（1984- ） 男 河南鞏義市人，河南博奧建設有限公司電氣專業