陈晓明

（国电福州发电有限公司，福建福清　350309）

　　摘　要：针对某厂多台电机与减速机轴承同时出现轴电流烧伤轴承的情况，分析其成因，并提出在电机两端加装碳刷消除轴电流的方案。

　　关键词：电机；减速机；轴电压；轴电流；减速机油温；润滑油

　　0　引言

　　某厂，2011年发生了16起6kV电机风扇侧轴承出现异响的故障。该类电机共8台，为同厂家同型号产品，电机型号为YKK500-4W，额定容量为800～1000kW，额定电压为6kV，额定转速为1489r/min，额定电流为91.2～113A，F级绝缘，负荷端轴承型号为NU228、6228，非负荷端轴承型号为NU228。

　　1　检修情况及原因分析

　　解体电机后发现，轴承油已变黑，油内含有大量黑色铁沫，非负荷端NU228轴承内套轨道上有多道条状烧痕，如图1所示。这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。滚柱或滚珠在轴承圈的轨道上滚动时，由于接触电阻很小，且润滑油被挤向两侧，因此在滚动体离开原位置的瞬间小间隙在高电压下出现烧弧现象，烧伤轨道表面。烧成的线条根数与轴电流频率、电机转速和轴承内状况有关。经过滚动体反复辗压，有的烧痕被压平、压光，所以轨道表面会出现光亮部分。

图1 电机非负荷端滚动轴承内套轨道面

　　与电机相连的减速机高速端轴承上也出现了相同的条状烧痕，这也是由轴电流破坏导致。由于减速机高速端轴承与电机负荷侧轴承通过靠背轮连接，因此，一旦减速机高速端轴承、电机负荷侧轴承中任一个通过轴电流，都会通过轴电流，如图2所示。

图2 电机轴电流通过电机及减速机轴承

　　为避免电机及减速机轴承出现轴电流，在电机负荷侧加装接地碳刷，如图3所示。通过测量，得知碳刷接地引出线上有明显的接地电流，即证实了电机轴上存在轴电流；同时发现非负荷侧轴承仍存在轴电流，且损坏周期更短（从1个月左右缩短为1周左右），这说明轴电压较之前更大，且通过非负荷侧轴承构成了回路。经反复测试发现，轴电流出现时减速机温度较高。通过调查了解到，减速机选型时没有考虑到减速机运行温度，使得减速机运行时的润滑油油温达到80℃以上，由此导致润滑油油质变差、效果不好。

　　设电机轴两端感应出来的轴电压为U0。正常情况下，转轴与轴承间的润滑油膜起着绝缘作用。对于较低的轴电压，这层润滑油膜能起着绝缘作用，不会产生轴电流。设正常运行时非负荷侧轴承对地电压为U1，负荷侧轴承、减速机高速端轴承的对地电压为U2、U3，根据图4，可得出：

图4 轴电压电路图

　　即：

　　可得出：

　　式中，C1，C2，C3分别为电机非负荷侧轴承、电机负荷侧轴承、减速机高速端轴承对地等效电容。

　　电机运行过程中，随着减速机高速端轴承润滑油油温的升高、油质的变差，润滑油膜会被轴电压击穿（C3被击穿）。润滑油膜被轴电压击穿时，减速机高速端轴承首先出现轴电流，若不考虑转轴与轴承间的接触电阻，则U2、U3为0，U1升高为U0；随后，若C1不能承受U0也被击穿，则在非负荷侧轴承上也会出现轴电流。由此便可解释在负荷侧加装接地碳刷后，非负荷侧轴承轴电流现象会更严重，轴承损坏周期会更短。

　　解体电机后发现，电机负荷侧轴承上也出现了多道条状烧痕，但情况较非负荷端轴承好。这是因为轴电流是在滚动体离开原位置瞬间产生的，是间歇性的，非负荷侧轴承C1间隙被击穿时，放电尚未结束，而减速机高速端轴承滚动体离开原位置后已停止放电，不再产生轴电流，C3未被击穿，此时U1为0，U2与U3升为U0，若C2不能承受U0被击穿，则在负荷侧轴承上将产生轴电流，但其发生的几率要小于非负荷侧轴承。

　　2　改进措施

　　导致轴电压产生的原因有转子绕组发生接地故障和磁感应。由于在电机负荷侧加装碳刷后仍存在轴电流烧毁电机的情况，且电机转子无接地故障，因此可判断轴电流由磁场感应引起。电机出现轴电流后，必须采取措施将其消除，为此提出3个方案。

　　方案一，采取措施使电机非负荷侧的滚动轴承与其端盖绝缘，负荷侧通过碳刷接地。为此，在电机非负荷端轴承外套上绝缘垫圈，并对轴承的固定螺栓进行绝缘，以隔断轴电流的通路。同时考虑到电机负荷侧与减速机相连，轴电流仍有可能通过减速机高速端轴承造成减速机高速端轴承损毁，因此在电机负荷侧通过碳刷引下线接地。

　　方案二，在电机前后端轴承都加上轴承外套绝缘，以隔断轴电流的通路。因加工轴承外套绝缘成本较高、加工周期较长，且电机不能长时间停运，故该方案不适用。

　　方案三，在电机两端加装碳刷消除轴电流。由于电机风扇侧轴伸较短不便于安装碳刷，且电机非负荷侧线圈端部与轴承间约有150～200mm距离，因此将接地碳刷支架安装该空间，通过接地线将轴电流引出，如图5所示。

图5在电机两端加装碳刷

　　通过比较实施难易程度，Z终选择方案三。在电机两端加装碳刷相当于将轴感应电动势两端短路，轴电流经过碳刷接地，不再通过电机轴承，但是，如果减速机高速端轴承润滑油油膜被破坏，那么转轴与轴承接触后轴电流仍将通过减速机高速端轴承。因此，除采取方案三的措施外，还应采取措施降低减速机运行温度，以保证润滑油质量。

　　3　结束语

　　改造后，测量电机前后端碳刷接地引出线电流，负荷侧为125mA，非负荷侧为1910mA，电机运行情况良好，再未出现轴电流烧伤轴承的情况。