陳曉明
（國電福州發電有限公司，福建福清 350309）
摘 要（yào）：針（zhēn）對某廠多台電機與減速機軸承同時出現軸（zhóu）電流燒傷軸承的情況，分（fèn）析其成因，並提出在電機兩端（duān）加（jiā）裝碳刷消除（chú）軸電（diàn）流的方案。
關鍵詞：電機；減（jiǎn）速機；軸電壓（yā）；軸電流；減速機油溫；潤滑油
0 引言（yán）
某廠，2011年發生了16起6kV電（diàn）機風扇側軸承出現異響的故障。該類電機（jī）共8台，為（wéi）同廠家同型號產品（pǐn），電機型號為（wéi）YKK500-4W，額定容量為800～1000kW，額定電壓為6kV，額定轉速為1489r/min，額定電（diàn）流為（wéi）91.2～113A，F級絕緣，負荷端軸承型號為（wéi）NU228、6228，非負荷端軸承型號為NU228。
1 檢修情況（kuàng）及原因分析
解體（tǐ）電機後發現，軸承油已變黑，油內含有大量黑色鐵沫，非負荷端NU228軸承（chéng）內套軌道上有多道條狀燒（shāo）痕，如圖1所示。這是軸電流對（duì）滾動軸承破壞（huài）的共同特征。滾柱或滾珠在軸承圈的軌道上滾（gǔn）動時，由（yóu）於接觸電阻很小，且潤滑油被（bèi）擠向兩側，因此在滾動體離開原位置的瞬間小間隙（xì）在高電壓下出現燒弧現象（xiàng），燒傷軌道（dào）表麵。燒成（chéng）的線條根數與軸電流頻率、電機轉速和軸承內狀況有關。經過滾動體反（fǎn）複輾壓，有的燒痕被壓平、壓光，所以軌道表麵（miàn）會出現光（guāng）亮部分。
圖1 電機非負荷端滾動軸承內套軌道麵
與電機（jī）相（xiàng）連的（de）減速機高（gāo）速端軸承上也出現了相同的條狀燒（shāo）痕（hén），這也（yě）是由軸電（diàn）流破壞導致（zhì）。由於減速機高速端軸承（chéng）與電（diàn）機負荷側軸（zhóu）承通過靠背輪連接，因此，一旦減速機高速端軸承、電機負荷側軸承中任一個通過軸電（diàn）流（liú），都會通過軸電流，如圖（tú）2所示。
圖2 電機軸電流通過電機及減速機軸承
為避免電機及減速機軸承出現軸電流，在電機負荷側加裝（zhuāng）接地碳刷，如圖3所示。通過測量，得知碳刷接地（dì）引出（chū）線（xiàn）上有明顯（xiǎn）的接地電流，即（jí）證實了電機軸上存在軸電流（liú）；同時發現非負荷側軸（zhóu）承仍存在軸電流，且損壞周期更短（從1個月左右縮短為1周左右），這說明軸電壓較之前（qián）更大，且通（tōng）過非負荷側軸承構成了回路。經（jīng）反複測試發（fā）現，軸電流出現時減速機溫度較高。通（tōng）過調查了解到，減速機選型時沒有考慮到減速機運行溫度，使得減速機運行時的潤（rùn）滑油油溫達到80℃以上，由此導致潤滑油油質變差、效（xiào）果不好（hǎo）。
設電機軸兩端感應（yīng）出來的軸電壓（yā）為U0。正常情況下，轉（zhuǎn）軸（zhóu）與軸承間的潤滑（huá）油膜起著絕緣作用。對於較低的（de）軸電壓，這層潤滑油（yóu）膜能起著絕緣作用，不會產生軸電流。設正常運行時非負荷側軸承對地（dì）電壓為U1，負荷側軸承、減速機高速端軸承的（de）對地電（diàn）壓為U2、U3，根據圖4，可（kě）得出：
圖4 軸電壓電（diàn）路圖
即：
可得出：
式中，C1，C2，C3分（fèn）別為電機非負荷（hé）側軸承、電機負荷側軸承、減速機高速端軸承對地等效電容。
電（diàn）機運行過程中，隨著減速機高速（sù）端軸承潤（rùn）滑油（yóu）油溫的升高、油質的變差（chà），潤滑油膜會被（bèi）軸電壓擊穿（C3被擊穿）。潤滑油膜被軸電壓擊穿時，減速機高速端軸承首先出現軸電流，若不考（kǎo）慮（lǜ）轉軸與軸承間的（de）接觸電阻，則U2、U3為0，U1升高為U0；隨後，若C1不能承受U0也被擊穿，則在非負荷側軸承（chéng）上也會出現軸電流。由此便可解釋在負荷側加裝接地碳刷後（hòu），非負荷側軸承軸電流現象會更嚴重，軸承損壞周期會更（gèng）短。
解體電機後發現，電機負荷側軸承上也出現了多道條狀燒痕，但情況較非負荷端軸承好。這（zhè）是因為軸電（diàn）流是在滾動體離開原位置瞬間產生的，是（shì）間歇性的，非負荷側軸承C1間隙被擊（jī）穿時，放電尚未結束，而減速機高（gāo）速端軸承滾動體（tǐ）離開（kāi）原位置後已停止放電，不再產生軸電流，C3未被（bèi）擊穿，此時U1為0，U2與U3升為U0，若C2不能承受U0被擊穿（chuān），則在負荷側軸（zhóu）承上將產生軸（zhóu）電流，但其發生的幾率要小（xiǎo）於非負荷（hé）側軸承。
2 改進措施
導致軸電壓產生的原因有轉子繞組發生接地故障和磁感應。由於（yú）在（zài）電機負荷側（cè）加裝碳刷後仍存在軸電流燒毀電機（jī）的情況，且電（diàn）機（jī）轉子無接地故障，因此可判斷軸電流由磁（cí）場感應引起。電機出（chū）現軸電流後，必（bì）須采取措施將其消除，為此提出3個方案（àn）。
方案一（yī），采取措施使電（diàn）機非負荷側的滾動軸承與其端蓋絕緣，負荷側通（tōng）過碳刷接地。為此，在電機（jī）非負荷端軸承外套上絕緣墊圈（quān），並對軸承的固定螺栓進行絕緣，以隔斷（duàn）軸電流（liú）的（de）通路。同時考慮到電機負荷側與減速機相連，軸電流仍（réng）有可能通過減速機高速端軸承造（zào）成減速機高速端軸承損毀，因此在電機負（fù）荷側通過碳刷引下線接地。
方（fāng）案二，在電機前後端軸承都加上軸承外套絕緣，以（yǐ）隔斷軸電（diàn）流的通（tōng）路。因加（jiā）工軸（zhóu）承外套（tào）絕緣成本較高、加工周期較長，且電機不能長時間停運，故該方案不適（shì）用。
方（fāng）案三，在電機兩端加裝碳刷消除軸電流。由於電（diàn）機風扇側軸伸較短不便（biàn）於安裝（zhuāng）碳刷，且電機非負荷側線圈端部與軸承間約有150～200mm距離，因此（cǐ）將接地碳（tàn）刷支架安裝該空間，通過接地（dì）線將軸電流引出，如圖5所示。
圖5在電機兩端加裝碳（tàn）刷（shuā）
通過比較實施難易程度，Z終選擇方案三（sān）。在電機（jī）兩端（duān）加裝碳（tàn）刷相當於將軸感應電（diàn）動勢兩端短路，軸（zhóu）電（diàn）流經過（guò）碳刷接地，不再通過電機軸承，但是（shì），如果減速機高速端軸承潤滑油油膜被破壞，那麽轉軸與軸承接（jiē）觸後軸（zhóu）電流仍將通過減速機高速端軸承。因此，除采取方案三的措施外，還應采取措（cuò）施降低減速機運行溫度，以保（bǎo）證潤滑油質量。
3 結（jié）束（shù）語
改造後，測量電機前（qián）後（hòu）端碳刷接（jiē）地引出（chū）線電流，負荷側為125mA，非負荷側（cè）為1910mA，電機運（yùn）行（háng）情況良好，再（zài）未出現軸電流燒傷軸承的情況。
