一起高压电动机轴承损坏事故的分析和处理

2016-03-14马永辉邹星光

综合智慧能源 2016年2期

关键词：电动机绝缘风机

马永辉，邹星光

（陕西华电瑶池发电有限公司，陕西彬县 713500）

一起高压电动机轴承损坏事故的分析和处理

马永辉，邹星光

（陕西华电瑶池发电有限公司，陕西彬县 713500）

通过对锅炉二次风机电动机轴承损坏事故进行分析，从事故特征确定原因为电动机产生轴电流。分析了电动机产生轴电流的原因及对轴承的损害，将电动机非轴伸端端盖改为绝缘端盖后，消除了故障隐患。

电动机；轴承损坏；轴电流；绝缘

0 引言

某电厂装有2台200MW循环流化床空冷燃煤发电机组，每台锅炉配备2台二次风机，二次风机配备湘潭电机股份有限公司生产的YKK560－4型高压电动机，电动机轴伸端为双轴承，支持轴承为NU232ECM／C3单列滚柱轴承，定位轴承为6232／C3单列深沟球轴承，非轴伸端轴承为NU232ECM／C3单列滚柱轴承，轴承均为SKF品牌，电动机额定功率为1600 kW，额定电压为6 kV，额定转速为1 450 r／min。该电动机自投运以来频繁发生轴承振动大、运转噪音大等问题，多次更换驱动端和非驱动端轴承，但运行不到3个月就重复发生故障。经分析最终确认故障原因为轴电流导致的轴承损坏。

1 电动机轴承损坏现象和原因分析

由于滚动轴承维护方便、运行可靠，因此，3 000 kW以下电动机几乎全部使用滚动轴承。轴电流对滚动轴承的损害很大，采用此种轴承的电动机只要产生轴电流，就会造成滚动轴承的使用寿命急剧缩短，甚至运行1～2个月便出现轴承温度高、电动机振动大及噪音大的现象。

自2012年以来，＃1，＃2锅炉4台二次风机电动机轴承频繁出现轴承振动大、温度高的异常现象，运行中测量轴伸端轴承X方向振动速度达13mm／s以上，Y方向达9mm／s以上，电动机运转中噪音较大，轴承运行也有较大异音。

前2次异常现象发生后，经停机解体检查，电动机非轴伸端轴承铜合金支架磨损严重断裂损坏，NU232轴伸端内套半边现搓板状，6232轴承游隙约为0.4mm。认为故障原因可能有以下几方面：（1）风机风叶圆周运转偏心，电动机非轴伸端外圈轴线相对偏斜，推力轴承应力集中，铜合金滚柱支架摩擦产生高温，膨胀不均匀；（2）轴承质量不合格，疑为假冒产品；（3）对轮中心不同心，偏差大，导致电动机轴承受力不均。

为此，更换了电动机轴承的供应商，从SKF地区授权代理商处采购备品轴承，更换全部电动机轴伸端和非轴伸端轴承三盘轴承，检修完成后进行试转，刚运行时电动机振动、声音、温度表现正常，两侧轴承振动速度均小于3mm／s，达到优良水平。但运行一段时间（1～2个月）后，轴承振动速度及异音逐步增大，直至振动超标，不得不再次更换轴承。

故障反复出现，但轴承损坏的表现基本一致，即电动机两侧NU232支持轴承出现内跑道搓板状条纹（如图1所示），且轴承游隙变大。

图1 轴承损坏后跑道表面

经查阅资料和咨询厂家，得知这种损坏现象是典型的过电流腐蚀引起的轴承损坏。因此，该电厂购置了SKF公司生产的TKED1型漏电检测笔，对运行中的电动机两侧轴承进行了现场检测。TKED1型漏电检测笔是手持式仪器，简单易用，靠近电动机轴承就可以检测出轴承是否存在放电现象，这种放电现象是电动机轴电压通过电动机轴承对地放电引起的，它会造成滚动体和轴承跑道表面出现电腐蚀，润滑脂降解，从而引起轴承故障，使轴承振动速度和噪音增大。

经漏电笔检测，发现出现过故障的二次风机电动机轴承有明显放电，1min内检测到的放电次数多达120多次，而其他高压电动机均未检测出轴电流的放电现象。这也进一步证明了二次风机电动机轴承损坏的原因就是电动机轴上的电压通过轴承向地面释放时引起轴电流，从而导致轴承电蚀、润滑脂降解及轴承的最终失效。

2 电动机轴电流故障的特征

通过对这几次轴承损坏事件进行曲分析，总结出了电动机轴电流损坏轴承具有以下独有特征：轴电流引起的烧伤，会在轴承内圈和外圈跑道上形成许多搓板样的条形烧伤痕迹，严重时，轴承的表面还会出现一些麻点及伤痕，轴承表面甚至出现裂纹。同时，由于轴承表面的损伤，使轴承温度上升明显，造成润滑油脂流出。

造成搓板样烧痕的原因为：滚动轴承的滚珠或滚柱正常运转时在轴承圈的跑道上滚动，当滚珠或滚柱辗压跑道时，将润滑脂挤向两侧，使辗压接触地方的接触电阻变小，滚珠或滚柱将要离开原碾压位置时，与跑道之间产生小间隙，这时轴电压作用在这个间隙上就会产生放电现象，放电产生的电火花将跑道表面烧成线条状痕迹。烧伤痕迹中线条的条数取决于轴电流的频率、电动机的转速和轴承跑道滚动体的布置。放电产生后继续运行时，后面的滚动体继续向前转动，会辗压前面产生的烧痕，将烧痕压平、压光，最终轴承跑道表面会出现搓板样的条形烧伤痕迹和光亮。

因此，对于使用滚动轴承的大、中型电动机，在检修过程中需要检查轴承表面痕迹，判断是否发生了轴电流损伤轴承的现象。

3 电动机轴电流的产生

电动机轴电流产生的原因是产生了轴电压，而轴电压是通过电动机轴的交变磁链产生的。电动机转子和定子槽、铁心片之间的连接部分和供电电源不平衡等原因，引起电动机内部磁通不平衡，从而产生了轴电压。21世纪以来，高压变频器大量应用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率器件，采用脉冲宽度调制（PWM）方式进行逆变，作为电动机驱动电源，加剧电动机磁通的不平衡，使轴电压生成问题更加严重。

轴电压形成轴承电流有2种基本途径：一是电动机定子绕组和轴承形成一个电压耦合回路，这是由于分布电容的存在而产生的，在这种情况下，轴电压经轴承的耦合回路传到大地，就形成了轴电流，轴电流的大小与轴电压以及电动机内分布电容的参数有关：二是当电动机在转动时，滚珠和滚道之间不断接触，电动机轴上的轴电压超过了轴承跑道与滚动体之间的润滑油层击穿电压，使轴承内、外的滚道相当于短路，轴电压就在轴承上形成很大的放电电流，即电火花加工电流，这种电流使得轴承跑道表面出现烧痕。