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大型交流异步电动机轴电流原因分析及预防措施
作者:山东西子电机 发布日期:2019-07-25 05:58

  

  
  
  
  
  
  
  

大型交流异步电动机因各种原因产生的轴电压很低,一般在0.5-2V,但因电流回路阻抗(Z = r + jωL)很小而使产生的轴电流很大,对电动机滚动轴承危害很大。实践证明,只要有轴电流存在,电动机滚动轴承的使用寿命就加剧缩短。因此,必须高度重视大型电动机的轴电流问题,根据具体原因预先采取针对性的措施(指针对问题的解决办法),可靠预防轴电流对电动机造成的危害。
1轴电流(Electron flow)导致的故障案例
  省神头第二发电厂两台500MW发马达组,有6KV大型交流异步电动机12台,运行多年来因轴电流造成轴承故障情况如下表。
表(1-1) 大型交流异步电动机轴承轴电流(Electron flow)故障表
  2轴电压和轴电流产生的原因
  电动机轴电压延轴向产生,当电动机转轴、轴承(bearing)、定子(组成:定子铁芯、定子绕组和机座)基座或辅助装置与大地构成了闭合回路,在电动机中就会有轴电流产生。轴电流是轴电压通过电动机轴、轴承、定子机座或辅助装置构成闭合回路产生的。电动机轴电压是其两轴承或电动机转轴与轴承间所产生的电压,其产生原因有以下几种。
  2.1磁阻不平衡产生轴电压
  电动机是在正弦交变的电压下运行的,电动机转子(rotor)是在正弦交变的磁场中运行。高压电机高压电动机可用于驱动各种不同机械之用。如压缩机、水泵、破碎机、切削机床、运输机械及其它设备,供矿山、机械工业、石油化工工业、发电机等各种工业中作原动机用。电动机由于扇形冲片与极对数关系不正确,硅钢片铁芯材料的方向性等叠装因素,铁芯槽、通风孔等存在产生的剩余磁通,使磁路中产生不平衡的磁阻,电动机中便产生与轴相交链的交变磁通,在轴的两端感应出轴电压。该电压是沿轴向产生的,如果与轴两侧的轴承直接接触形成闭合回路,将有轴电流(Electron flow)产生。
  2.2逆变电源供电运行产生轴电压
  电动机采用逆变电源供电运行时,由于电源电压含有较高次的谐波分量,在电压脉冲分量的作用下,定子绕组线圈端部、接线部分及转轴之间产生电磁感应,使转轴的电位发生变化,从而产生轴电压。
  2.3静电感应产生轴电压
  在电动机运行的现场周围有较多的高压设备,在强电场的作用下,在转轴的两端感应出轴电压。
  2.4外部电源的介入产生轴电压
  由于运行现场接线比较繁杂,尤其大型电动机的保护,测量元件接线较多,只要接线头搭接在转轴上,就会产生轴电压。
  2.5其他原因
  电动机在运行过程中,负载方面的流体与转体运行摩擦而在旋转体上产生静电荷,电荷逐渐积累便产生轴电压,如静电荷的积累,测温元件绝缘(insulated)破损等因素都有可能导致轴电压的产生。此时若转轴、机座、壳体间形成闭合回路就会产生轴电流。一般静电电流很小,影响较小。
  3轴电流对大型交流异步电动机的危害
  大型交流异步电动机旋转中的轴须采用一定的润滑方式使转子与轴承保持不直接接触,即整个转子在高速旋转时与静子之间有油膜绝缘(insulated)。由于转子对地存在电阻,当它一旦带电,就会建立起对地电压,当电压升高到某一数值,就会在电阻电小的区域击穿,发生电火花放电。这种放电作用会产生以下几种后果。
  3.1在放电区域熔化金属粒子,在金属表面形成极微小的电蚀凹坑。
  3.2凹坑的积聚使表面变得粗糙,失去光泽,如果发生在轴瓦(bearing shell)上则会产生纯机械磨损。

高压电机指额定电压在1000V以上电动机。常使用的是6000V和10000V电压,由于国外的电网不同,也有3300V和6600V的电压等级。高压电机分为:高压同步电机;高压异步电机;高压异步绕线式电动机;高压鼠笼型电机等。
  3.3熔化的金属微粒进入润滑系统(包括:循环润滑系统、集中润滑系统等),使润滑剂受到污染,整个润滑系统的润滑性能变坏,而且含有大量金属微粒的润滑剂会降低油膜电阻,加速电火花侵蚀的进展。
  3.4在轴承承载区产生局部高温,破坏油膜,烧坏金属,增加磨耗,最终造成严重的磨擦损坏。
  3.5长期严重放电运行下,轴承小盖及轴承盒磨损非常严重,电动机运行噪声大,振动很大,最后导致轴承烧损。
  4轴电流的预防措施
  针对轴电流形成的不同原因,应采取有效的防范(解释:防备、戒备)措施。
  4.1由静电(是一种处于静止状态的电荷(electric charge))荷引起的轴电压可在电动机轴伸端安装接地电刷,且使接地电刷可靠接地,并且与转轴可靠接触,将电动机轴电流引入大地,保证转轴为零电位,避免电荷放电形成瞬间轴电流。
  4.2为防止磁阻不平衡等原因产生轴电流,通常在非轴伸端的轴承座和轴承支架处加装绝缘隔板,切断转轴与轴承之间的轴电流回路。检修人员要经常检查轴承座的绝缘强度(strength),用兆欧表测量,绝缘不得低于0.5MΩ,以保证绝缘垫的绝缘作用。
  4.3为了避免其他电动机附件导线绝缘层破损造成的轴电流,检修运行人员要细致巡查并加强导线或垫片绝缘,以消除不必要的轴电流隐患。
  4.4转轴与轴承之间的耐高温润滑油(Lubricating oil),起绝缘、散热及润滑的作用,必须对其保质保量地定期检查,若发现油中带水必须过滤处理,保证润滑油的绝缘性能,对轴电流起到绝缘作用。
  4.5对新投入运行或运行一年左右的大型交流异步电动机要加强巡检。若发现电动机异常现象,应及时采取措施,避免轴电流对电动机轴承产生损坏故障。
  4.6采用一些先进的轴电流测量或监测装置,测量或在线监测轴电流,可实时反映轴电流变化情况,在轴电流超过额定值时可报警。
  5结束语
  大型异步电动机轴电流产生原因很多,危害性很大。当采取加强非轴伸端轴承(bearing)座与支架的绝缘、装设转轴接地碳刷等有效措施(指针对问题的解决办法)后将轴电流控制在安全范围,可将轴承寿命可提高到上万小时,效果明显。从而大大减少维修费用,保证设备长周期稳定运行。
  

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