钟景祥 徐健 陈华辉

    1、概述

    某电在2#300MW汽轮发电机组，配套汽前泵电机(哈尔滨电机厂生产)型号Y4501-4，额定容量630kW，额定电压6kV，额定转速1482r/min,额定电流74A，F级绝缘。电机轴伸端为NU 228滚柱轴承、6228滚轴承，非轴伸端为NU 228滚柱轴承。

    汽前泵电机自安装投运以来，电机非轴伸端轴承频繁发生异声和振动增大等异常现象，引起轴承损坏，检修后仅能维持一段时间的正常运转，随后情况又逐渐恶化。从国产轴承到进口轴承都曾更换过，每年约更换轴承3～4次，更换轴承周期最短的只有两个月。因该电机需要降低机组负荷到60℅左右，启动电动给水泵运行，才能停运汽前泵进行检修工作，已严重地影响到机组的安全高效、长周期稳定运行。

    2、轴承故障原因分析

    通过观察具有同样的轴承结构和安装方法的其他电机，均没有发生过此类问题，从而排除了由轴承安装工艺和轴承质量等因素方面所造成的原因。之后又通过对更换下的轴承损坏现象进行观察，发现基本上每次换下的轴承都是润滑脂流失，轴承发热，轴承滚动体有轴承内圈滚道表面光亮、有凹坑麻点都是由放电产生。由此初步判断为电机转子产生了较大的轴电压，并在此电压下产生较严重的轴电流。在正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜，起到绝缘作用。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。然而当轴电压增加到一定数值时，尤其电机启动时，轴承内润滑油膜还未稳定形成，轴电压将击穿油膜而放电，电流通过转子和轴承与机壳形成电流回路。当滚动体在轴承的滚道上滚动和碾压时，轴电流产生放电小火花烧灼轴承引起损坏。同时轴承内圈滚道表面有洗衣搓板状条形烧伤痕迹，这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。

    在以往检修中，由于电机是根据轴承出现异常噪声和振动等故障特征进行检修，从而人为地认为是轴承质量差和转动磨损，再加上轴电流在电机轴承上引起的烧损事故较少，缺少这方面的判断经验，从而忽略了轴电流这个关键因素。

    3、轴电流的危害

    由于滚动轴承维护方便、运行可靠，因此在中小型电机中得到广泛应用。但随着滚动轴承制造技术的发展，现代中、大型电机在制造时也多采用滚动轴承。实际上，采用此种轴承的大、中型电机在运行过程中，两轴承端或电机转轴与轴承间有轴电流存在，使轴承表面或滚珠(滚柱)受到侵蚀，形成点状微孔，使轴承运转性能恶化，摩擦损耗和发热增加，电机轴承使用寿命将会大大缩短。轻微的可运行上千小时，严重的只能运行几小时，给安全生产带来极大影响，同时轴承损坏及更换带来直接和间接经济损失不可小计。因此，必须重视此类新投入运行的大、中型电机的轴电流危害。

    4、产生轴电流的原因

    造成轴电流的原因是由于沿铁心圆周方向磁阻不均，产生与转轴交链的磁通感应出电动势，轴电流产生原因可归纳如下：①由于磁路磁场不平衡，有与转轴相交链的旋转磁通存在；②转子绕组发生接地故障，有接地电流产生；③转轴上有剩余磁通，起单级发电机作用；④铁心材料方向性引起磁路的磁阻不均；⑤设计时选择扇形片数与极对数关系不正确；⑥由静电引起(一般静电电流较小，作用不会太大)。

    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(f为电机电源频率)。比如电源频率为50Hz、4极电机，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’=50ⅹ3=150Hz。

    虽然电机因各种原因产生的轴电压只有0.5～2V，电压相对较低，但因其回路电阻极小，所以将有很大轴电流产生，轴电流值能达到十几安到几十安，对滚动轴承危害很大。

    5、消除轴电流的方法

    轴电压产生有多种因素，难以完全解决电机转子轴电压的产生，只有通过其他方式加以解决。一般现场采用如下处理方法：①轴伸端轴上安装接碳刷，以降低轴电位，接地碳刷与转轴可靠接触，保证转轴为零电位，以此消除轴电流；②为防止磁不平衡等原因产生轴电流，将电机非轴伸端的轴承室与端盖进行绝缘处理，以切断轴电流的通路。

    鉴于汽前泵电机的轴承室与端盖可拆解分离，决定采取第②种处理方法。利用机组小修机会，将电机非轴伸端的轴承室与端盖分离，用车床对轴承室外圆进行车削加工，外圆减小4mm并滚花，轴承室里的凸缘部分厚度车薄2mm，用于安装2mm厚的环氧玻璃纤维层压板绝缘垫圈。在轴承室车削后的外圆上连续缠包环氧无纬玻璃丝带，其外径比原有的外径尺寸大3mm，将轴承室放进电烘箱经150℃、24h高温固化后形成玻璃钢体，冷却后再上车床对内圆找正，将玻璃钢车削至原来轴承室的外径尺寸，轴承室的外圆就成了绝缘体。

    用2mm厚的环氧玻璃纤维层压板制成绝缘垫圈，其内圆等于轴承室外径，外圆比轴承室最大外圆尺寸大2～3mm，套在轴承室的凸缘上。将固定轴承室的螺栓外表套上绝缘套筒和绝缘垫圈，使轴承室安装在端盖上，与端盖之间有绝缘，完全切断轴电流与电机机壳的回路，改进后的轴承室结构见图1。

    6、效果

    汽前泵电机非轴伸端的轴承室经过改进装配后，在电机运行中用一小段导线将轴承室与端盖短路触碰，发现有小火花产生，用数字万用表能测量到轴承室与端盖之间有1.2V轴电压，从而证明了处理之前有轴电流存在，而轴承室通过绝缘改进后，起到了阻断轴电流流过轴承的作用，电机运行至今再没有发生轴承噪声、振动和损坏等现象。

    通过对轴承室与端盖之间进行绝缘处理，彻底解决了汽前泵电机频发的轴电流损坏轴承故障，保障了汽前泵电机的长周期安全运行，同时也减少了更换轴承的维修成本损失，由此可见，之前的分析判断是正确的，改进也是成功的。