轴电流引起电机轴承温度异常的原因数据分析

轴电流引起电机轴承温度异常的原因数据分析某电厂 2A 引风机电机运行中两侧轴承温度在 DCS 画面中 多次出现瞬时异常波动情况，经检查分析是由于轴电流通过轴承 测温元件金属外壳造成测量温度显示异常。引风机电机型号为 *0_8l,额定功率6300kW,额定电压6KV,额定电流707A, 电机轴承为滑动轴承，轴承采用 46 号汽轮机油循环冷却方式， 轴承测温元件为WZP2-732-390型热电阻元件。1 事件经过2017年5月31日至6月7日期间，2A引风机电机两侧轴 承温度在 DCS 画面中多次同时出现瞬时异常波动情况,风扇侧 轴承温度波动尤其明显。每次温度波动均表现为 1 分钟从正常值 上升至最高值,然后又在 5 分钟后下降到正常值。就地检查 2A 引风机电机运行声音、振动正常,测温元件及测温回路检查正常, 润滑油系统检查正常，测量电机轴电压6V, 6月8日检查发现电 机两侧轴承测温元件与电机本体轴承室之间的固定螺母为铜质 螺母,不符合该电机绝缘轴承的规定,将固定螺母更换为绝缘螺 母后, DCS 显示电机两侧轴承温度恢复稳定。2 原因分析2.1 引起电动机轴承温度升高的可能原因轴承磨损；轴承室内有杂质； 轴承温度测温元件接线松动； 轴承润滑油流量波动或润滑油温度波动； 转子轴向异常窜动，转子与轴承侧面摩擦； 轴电流影响。结合现场检查结果和设备温度曲线分析，电机运行声音正常 振动正常，温度波动后能恢复正常值，如果轴承温度确实达到 112C。，基本可以确认滑动轴承的乌金面已经损坏，所以轴承室 有杂质或轴承磨损可以排除；轴承温度测温元件接线检查未松动 测温元件阻值正常；润滑油压力、温度无异常变化，电机油位和 回油正常，与电机轴承温度突变没有对应关系；未发现电机转子 存在轴向异常窜动情况；测量电机轴电压6V,风扇侧加装转轴 接地装置时测量接地电流34A，且增加转轴接地装置后两侧轴承 温度异常波动情况有所减少，因此将可能原因锁定在轴电流影响 测量温度上。2.2 轴电压、轴电流产生的原因通过咨询电机制造厂家， *0 系列电机中心高 900mm， 体积大，组成定子铁芯的硅钢片不是整圆形状的，而是采用扇形 硅钢片叠装，因工艺原因，磁路存在不对称现象，因此该型号电 机产生轴电压的情况比较普遍。轴电压产生后，一旦在转轴及机 座、壳体间形成通路，就产生了轴电流。2.3 2A引风机电机轴承温度波动分析为了避免轴电压及轴电流对电机的影响，电机制造厂将电机 风扇侧轴承设计为绝缘轴承，在轴承与机座的接触面之间使用绝 缘衬垫，同时要求与轴承接触的所有部件必须绝缘；在负荷侧轴 承上有一根接地线与电机机座直接相连（采用一点接地方式）， 同时在轴承与轴承座的接触面使用绝缘衬垫，目的是在有轴电流 产生时，电流可以直接通过负荷侧轴承上的接地线与机座构成的 回路，避免电流通过轴承与瓦座接触面，造成轴承与机座的接触 面烧损。2A 引风机电机轴承的测温元件前端穿过轴承室侧面的固定 螺母孔插进下轴承的测温孔中，测温元件外壳与测温孔之间有极 小的间隙，运行中轴承与测温元件金属外壳形成不稳定的搭接状 态，固定螺母在上次检修期间被更换为铜螺母以后，轴承绝缘衬 垫失去绝缘作用，两侧轴承、机座通过测温元件金属外壳导通， 两侧轴承形成接地。当轴电压击穿电机两端油膜绝缘后，电流在 转轴、轴承、测温元件金属外壳、机座之间形成通路。实测风扇 侧对地电流为34A,对地电压6V,根据功率公式P=UI计算，相 当于204W的加热功率对测温元件外壳进行加热，测温元件外壳 与轴承搭接处局部温度迅速升高,铠装热电阻内部的热响应时间 迅速， DCS 画面显示温度突变；放电后，轴电压降低，油膜绝缘 恢复，轴电流消失，搭接处温度降低，DCS画面又恢复到轴承的 实际温度。因为电机风扇侧轴电流全部通过测温元件外壳，负荷侧轴电 流只有一部分通过测温元件外壳，一部分通过轴承的接地线分流 所以出现了 DCS 画面上风扇侧轴承温度波动幅度大于负荷侧的 现象。參考河北省电力研究院轴电流引起的电机轴承烧损事故分 析中“对滑动轴承而言，轴电流小于10A,基本无烧蚀；轴电流 达到1040A,只能维持运行3000*小时”的描述，2A引风 机电机实测轴电流34A，每一次在油膜绝缘击穿状态下运行时间 均在1 分钟左右，轴电流未产生能烧损轴承表面的温度，因此在 DCS 显示温度波动时，电机轴承实际运行温度没有明显升高，温 度波动后电机的温度、运行声音及振动未出现异常。2.4 现状分析增加电机负荷侧转轴接地碳刷，并将轴承测温元件改回聚四 氟乙烯材料绝缘固定螺母后，转轴上的电荷通过负荷侧的接地碳 刷可以部分释放，风扇侧轴承衬垫的绝缘效果恢复，即使油膜绝 缘击穿，也无法通过风扇侧轴承衬垫形成电流回路，这样就消除 了轴电流的影响，也不会再出现测温元件外壳流过电流而升温的 现象，引风机电机至今运行情况稳定，轴承温度未再出现异常波 动现象。3 防范措施通过分析查找出2A引风机电机轴承温度异常波动的原因后, 采取以下措施来解决此问题：（1）将2A引风机电机轴承测温元件改回绝缘螺母固定，在 电机负荷侧转轴处安装永久性接地装置。（ 2 ）每周两次对引风机电机进行检查，测量记录轴电压、 轴承温度、振动、油位变化情况。（ 3）对全厂高压电机轴承绝缘要求、测温元件安装情况进 行排查和整改。（4）计划检修期间解体检查2A引风机电机，检查轴颈、轴 承和绝缘垫情况，化验轴承室内油质。4 结束语目前针对电动机轴电流轴电压的研究较少，国标仅在大型 三相异步电动机基本系列技术条件中规定， “对中心高大于 710mm 的大型三相异步电动机，应具有可靠的防止轴电流措施” 对轴电压的数值没有明确的规定。由于对电机轴电流危害的表现 形式认识模糊，导致在锁定轴承温度波动的原因后，仍没有及时 查找到轴电流产生的根部原因。通过此次引风机电机轴承温度异常波动原因的查找，对大型 三相异步电动机的设计要求有了进一步认识，中心高大于 710mm 的大型三相异步电动机，由于定子铁芯采用扇形硅钢片 叠装，很难避免轴电压产生，因此电机风扇侧一定要采用绝缘轴 承，负荷侧转轴要采取可靠地接地措施，以避免轴电流对电机轴 承的危害。