■ 神華神東電力熱電公司上灣熱電廠 劉世雄

1 設備概況及存在的問題

神華神東電力熱電公司上灣三期工程裝機容量為2×150 MW，1號、2號機組分別于2009年10日和2009年12月投入運行。與之相配套的鍋爐一次風機電動機型號為YKK560-4，額定功率為1400 kW，額定電壓6 kV，2臺發(fā)電機組共4臺風機電機。每臺電動機有2導向軸承(型號為NU232ECM/C3)和l推力軸承(型號為6232/C3)，均為SKF進口軸承。在投運初期，1號爐一次風機B電動機發(fā)生燒損事故，更換燒損軸承繼續(xù)投運。運行不到3個月，該電機出現(xiàn)異常聲音，振動加大，且聲音逐步增大。測量振速(mm/s)：負荷側(cè)軸承垂直5.7、水平4.1、軸向6.6；非負荷側(cè)軸承垂直25.3、水平10.1、軸向6.7。遠超過M＜2(min/s)的正常值，個別參數(shù)已超過M≥7(mm/s)的危險值。返廠后進行解體后發(fā)現(xiàn)電機兩側(cè)軸承損傷嚴重，經(jīng)分析初步認為屬于軸電流損傷軸承。隨后2臺機組的另3臺一次風機電動機均陸續(xù)出現(xiàn)異常聲音，振動加大，且聲音逐步增大的情況，出現(xiàn)問題與一次風機B電動機一致，經(jīng)初步分析認為也應屬軸電流損傷軸承所致。此問題已嚴重影響到機組的安全、穩(wěn)定運行。為此，在2010年3月起生產(chǎn)廠家對1號、2號爐的4臺一次風機電機依次進行改造。

2 原因分析

返廠進行解體后發(fā)現(xiàn)電機兩側(cè)軸承損傷嚴重(如圖1所示)。經(jīng)初步分析認為屬于軸電流損傷軸承所致，而造成一次風機B電動機軸承受損的主要原因為：磁通脈動造成的軸電壓累積，使油膜擊穿形成軸電流，軸電流持續(xù)不斷地對軸承內(nèi)圈放電，導致軸承滾道產(chǎn)生麻點，這種損害不斷擴大，在滾道上形成搓板狀的傷痕。此時，電動機的異常聲音非常明顯，振動幅度達到并超過危險值。

圖l 1號爐一次風機B電動機軸電流損傷軸承情況圖

2.1 軸電流產(chǎn)生的原因

電動機運行時，轉(zhuǎn)軸兩端之間或軸與軸承之間產(chǎn)生的電位差叫做軸電壓，若軸兩端通過電機機座等構(gòu)成回路，則軸電壓形成了軸電流。軸電壓是伴隨著旋轉(zhuǎn)電機的產(chǎn)生就存在的。一般工頻電機軸電壓產(chǎn)生的原因主要是：(1)磁場不對稱；(2)供電電流中有諧波；(3)制造、安裝不好，由于轉(zhuǎn)子偏心造成氣隙不勻；(4)可拆式定子鐵心兩個半圓間有縫隙；(5)有扇形疊成的定子鐵心的拼片數(shù)目選擇不合適等原因造成，但這些原因歸根到底還是磁通脈動造成的，是制造廠在制造電機時，由于制造的定子、轉(zhuǎn)子沿鐵心圓周方向的磁阻不均，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸交鏈的磁通，從而感應出電動勢。

2.2 軸電流的危害

軸電流是軸電壓通過電機軸、軸承、定子機座構(gòu)成閉合回路產(chǎn)生的。在正常情況下，電動機的軸電壓較低，軸承內(nèi)的潤滑油膜能起到絕緣作用，不會產(chǎn)生軸電流。但當軸電壓較高，或電機起動瞬間油膜未穩(wěn)定形成時，軸電壓將使?jié)櫥湍し烹姄舸┬纬苫芈樊a(chǎn)生軸電流。軸電流局部放電能量釋放產(chǎn)生的高溫，可以融化軸承內(nèi)圈、外圈或滾珠上許多微小區(qū)域，并形成凹槽，從而產(chǎn)生噪聲、振動，若不能及時發(fā)現(xiàn)處理將導致軸承運轉(zhuǎn)性能惡化，最終造成軸承燒毀。對于電機軸承的使用壽命將會大大縮短，輕微的可運行上千小時，嚴重的甚至只能運行幾個小時，就會給現(xiàn)場安全生產(chǎn)帶來極大的影響。

2.3 電機軸電壓的限值

幾乎所有的電機運轉(zhuǎn)時或多或少都會產(chǎn)生軸電壓，電動機所允許的軸電壓或軸電流的大小與軸承狀況、油膜厚度、電機運行狀態(tài)、安裝質(zhì)量、現(xiàn)場運行環(huán)境和軸電流流經(jīng)路徑的阻抗等許多因素有關(guān)。因此，軸電壓的限值難以具體規(guī)定。目前，國內(nèi)或IEC還沒有對軸電壓或軸電流限值的明確規(guī)定。只有個別廠家或研究機構(gòu)對軸電壓等提出一些建議或規(guī)定：如西門子公司規(guī)定電機出廠空載軸電壓要限制在350 mV以內(nèi)，如果超過該值，軸承必須絕緣。實踐中，對于滾動與滑動軸承，通常可按表1所列范圍適當掌握軸電壓限值。

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雖然電機因各種原因產(chǎn)生的軸電壓很低，只有0.5～2 V左右，但因電流回路阻抗很小，所以將有很大軸電流產(chǎn)生，對電機滾動軸承危害很大。使用滾動軸承的大中型電機，一旦發(fā)生軸承損壞事故，在檢修中要特別注意檢查軸承表面痕跡。凡是軸電流引起的燒傷，在拆除軸承檢查時會發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)外圈跑道上有像搓板樣的條形燒傷痕跡，這是軸電流對滾動軸承破壞的重要特征。同時其表面還伴有麻點、傷痕，有的甚至還有裂紋出現(xiàn)。

3 處理措施

3.1 防止軸電流方案

軸電壓是伴隨設備的設計、制造、安裝、運行而產(chǎn)生的，對于用戶而言無法避免。但軸電壓造成損害必須具備2個條件：一是軸電壓存在，二是軸承的絕緣(潤滑油膜)破壞，給軸電流提供了通路，二者缺一不可。既然軸電壓無法避免，就應把重點放在軸電流的防治上。由圖2看出只要切斷任意2只軸承(前軸承、后軸承)的電流通道，閉合回路就不能形成。

3.2 電機修復

處理根據(jù)目前電機狀況對1號爐一次風機B電動機制定如下修復方案：(1)將電機非負荷側(cè)(后軸承側(cè))的軸承端蓋改為防軸電流絕緣端蓋。(2)更換電機軸承、電機外風扇和外風罩。(3)電機重校動平衡和轉(zhuǎn)子外圓同心度。(4)電機總裝出廠試驗合格。

3.3 絕緣端蓋的制成品及總裝

電機的絕緣端蓋應有效解決電機存在的軸電流對電機軸承的電腐蝕的問題。其結(jié)構(gòu)包括端蓋、軸承套、螺釘、軸承室。端蓋、軸承套之間通過螺釘連接，端蓋和軸承套的接觸面之間設有絕緣墊圈，螺釘外設有絕緣管，螺釘?shù)念^端和端蓋之間設有絕緣墊圈，即在端蓋、軸承套、螺釘之間設有絕緣墊圈、絕緣管、絕緣墊圈，通過螺釘將端蓋和軸承套及軸承室隔開。

絕緣端蓋裝配如圖3所示。

改造后，電機非負荷側(cè)(后軸承側(cè))的軸承端蓋結(jié)構(gòu)有較大改變，改造前后如圖4所示。

4 效果

1號爐一次風機B電動機在2010年3月起改造投運后，測得各項參數(shù)正常。溫度：負荷側(cè)軸承59 ℃，非負荷側(cè)軸承44 ℃，電機本體53 ℃；振動(mm)：負荷側(cè)軸承垂直0.005、水平0.022、軸向0.018；非負荷側(cè)軸承垂直0.003、水平0.021、軸向0.012；電機本體垂直0.008、水平0.021、軸向0.006。振速(mm/s)：負荷側(cè)軸承垂直0.4、水平1.6、軸向1.3；非負荷側(cè)軸承垂直0.5、水平1.5、軸向1.3。自改造投運以來一直保持正常參數(shù)生產(chǎn)連續(xù)運行，取得了良好效果。

2010年3月至4月對其余3臺電動機在現(xiàn)場全部進行了改造，效果明顯。通過長時間的穩(wěn)定運行，證明這種方法對防治大型交流異步電動機軸電流的危害是合理可行的。另采用絕緣端蓋需要特別注意結(jié)合處因臟污短路影響絕緣以及固定螺釘和定位銷釘?shù)鹊奶坠芎蛪|片的絕緣。