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【摘 要】通过介绍云浮发电厂#1增压风机电机轴电流引起的轴承烧损情况及其修复过程，分析了采用滚动轴承的大中型电动机轴电流产生的原因及其对电动机轴承造成的损害，并结合实践经验介绍了轴电流烧伤轴承的特征及防止措施，提出对高压电机检修时一定要注意轴电流问题，以减少不必要的经济损失。
【关键词】轴承烧损；电动机；分析；轴电流；措施
云浮发电厂#1炉#1FGD#1增压风机电机，型号为YKK710-8，额定容量为1600kW，额定电压6kV，额定转速744 r/min，额定电流190.6 A，F级绝缘，其电机轴承为滚动轴承。2010年1月至2010年2月期间，由于检修过程中小失误造成电机因轴电流引起运行故障，连续进行3次抢修。
1.运行及检修情况
2010年1月5日云浮发电厂#1炉#1FGD#1增压风机电机运行中电机驱动端轴承温度出现异常，至1月10日，温度达到90℃，电机运行声音开始出现异常，1月15日电机运行尖叫声音异常明显，振动加大，进行第1次停机抢修，发现电机两端轴承外圈弹道有轴向阶梯深沟槽痕迹，其中非负荷端轴承弹道痕迹十分明显。认为是轴承自身原因引起，更换驱动端23044CC/W33和非驱动端23038CC/W33轴承后投入运行，2010年1月28日，电机温度、声音、振动异常加剧，进行第2次抢修，发现轴承受损现象与上一次相同，用手触摸感觉深沟槽痕迹很明显，其深沟状痕迹位于轴承的下半部位。分析其原因可能是轴电流或装配原因引起，于是在电机非负荷端轴承做绝缘处理，在轴套与大端盖间加了一层约1mm厚的绝缘膜垫片，并对轴承套的固定螺栓加绝缘套管及绝缘垫片。更换轴承后又再次投入运行，约15天后，电机温度、声音、振动迅速出现异常，于是进行第3次检修。
2.电机轴承烧损原因分析及故障排除
电机连续出现3次同样的故障现象，决定在第3次检修前首先对其轴电压进行测试，再解体检修。
2.1 电机轴电压及轴电流测试
测量轴电压的接线[1]，如图1所示，电机运转时，用交流电压表（高内阻）测量电机轴的两端轴电压U1，然后将电机负荷侧（非绝缘端）轴与轴承座短路，确保接触良好，测量非负荷侧（绝缘端）轴承座对地电压U2，若U2≈U1，说明防轴电流的绝缘垫绝缘良好，若U2/U1<0.9，说明绝缘垫绝缘不良，若U2>U1，表明测量不准，应重新测试。
检修前测量为：
U1=0.88V，U2=0.16V，U2/U1=18%，远小于90%。
表明電机防轴电流的绝缘很低。
从损坏的轴承内套看，其轨道上都存在大量麻点。仔细观察，发现这些麻点都是由放电产生。引起放电的原因是电机转子存在较大轴电压，在此电压下电机产生严重的轴电流，电流通过转子和轴承时发生放电现象，使轴承内套产生麻点。麻点又使轴承与转子间的摩擦阻力加大，轴承温度迅速上升。温度升高造成了轴承盒与轴承外套配合出现问题，引起轴承与轴承外套相对运动并磨损轴承盒外盖和内套；同时也使得轴承温度继续升高。由于磨损严重，电机驱动端轴承出现位移，造成转子驱动端与非驱动端不同心，轴承径向受力不均，致使轴承滚柱与内套磨出划痕。在第一次检修时，由于轴承磨损非常严重，电机振动明显，机械划伤的痕迹掩盖了大部分放电麻点，再加上轴电流在电机轴承上引起的烧损事故较少，从而使检修人员忽略了轴电流的存在。第二次检修时，虽然分析原因时提到轴电流，也进行了相应的处理，但没有引起足够重视，没有彻底消除轴电流，从而导致第三次轴承损坏。通过以上测量、分析，确定了三次轴承损坏故障均由轴电流引起。
图1 测量轴电压接线示意图
2.2 故障排除
首先测量定、转子之间气隙，发现转子偏心严重，最大、最小气隙分别为2.0，1.0mm。
然后，先拆卸负荷端端盖，将轴悬空使其不与转子铁芯接触，测量非负荷端轴承座对地（机壳）之间的绝缘为0，当拆卸掉轴承座与大盖连接的6颗螺栓后，再测试其绝缘为0.5MΩ。检查这6颗连接螺栓的螺杆非螺纹段全部有绝缘套管，但绝缘套管长度不够且转子偏心严重，使得螺杆有一小部分与电机端盖直接接触，，使防轴电流的绝缘垫被短接没有起到绝缘作用。同时，由于定转子之间的气隙不均匀使得轴电压升高。因此，电机产生轴电流很快出现故障。
最后，更换缘套管和轴承进行回装并重新调整定、转子之间的气隙，先加380V的低压进行空载试运转，测试非负荷端轴承与轴之间的绝缘为0.5MΩ，需注意的是电机刚装后，由于负荷端没有绝缘垫，这时测试其绝缘仍为0，只有在运行时，两端轴与轴承间形成了油膜，油膜起到了一定的绝缘作用，才能测出其绝缘。第2次抢修时，虽然在端盖与机壳间加了1mm厚的绝缘膜垫片，端盖螺栓也采取了绝缘措施，但由于绝缘套管长度不够使得绝缘膜垫片没有起到绝缘作用。
2.3 运行测试
电机现场就位带载运转后，再接照图1接线方法对电机轴电压进行测试，测试结果为：U1=1.25V，U2=1.16V，U2/U1= 92.8%>90%。这已表明防轴电流的绝缘垫绝缘比较好，同时测试轴承座对地绝缘为0.5MΩ，根据电机原始资料其值大于0.1MΩ即可满足防轴电流要求。
3.产生轴电流的原因及危害[2]
电动机轴电压延轴向产生，当电动机转轴、轴承、定子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。
3.1 电机转轴本身带磁或定子磁场不平衡产生轴电压
电动机是在正弦交变的电压下运行的，电动机转子是在正弦交变的磁场中运行。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，将有轴电流产生。 3.2 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。
3.3 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。
3.4 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。
虽然电机因各种原因产生的轴电压很低，只有0.5～2 V左右，但因电流回路阻抗很小，所以将有很大轴电流产生，对电机产生很大的危害，如果长期存在轴电流，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，严重时足以把轴颈和轴瓦烧坏。
4.轴电流烧伤轴承的特征
有时轴电流作用在电机轴承上引起轴承烧损的事故不会引起人们的注意。在发生轴承烧损事故时，往往只注意从机械配合方面考虑。更换新轴承后，因为电机的轴电流并没有消除，又引起轴承烧损事故，造成不必要的损失。
正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，起到绝缘的作用。对于较低的轴电压，这层润滑油膜仍能保护其绝缘性能，不会产生轴电流。但是当轴电压增加到一定数值时，尤其在电动机启动时，轴承内的润滑油膜还未稳定形成，轴电压将击穿油膜而放电，构成回路，轴电流将从轴承和转轴的金属接触点通过，由于该金属接触点很小，所以这些点的电流密度大，在瞬间产生高温，使轴承局部烧熔，被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅，于是在轴承内表面上烧出小凹坑。一般由于转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金的高，通常表现出来的症状是轴承内表面被压出条状电弧伤痕。见下图2。这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。同時其表面还伴有麻点、伤痕，有的甚至还有裂纹出现。同时，电机轴承温度上升很快，并伴有润滑油脂流出。
造成条状电弧伤痕的烧痕是由于滚柱或滚珠在轴承圈的跑道上滚动和辗压跑道时，在辗压接触地方，接触电阻很小，并将润滑脂挤向两侧，当滚动体将要离开原位置时，产生小间隙，这时会有放电现象产生，类似于电火花作用和影响，将跑道表面烧成线条状痕迹。线条的个数与轴电流频率、电机转速和轴承内状况有关。当后来的滚动体继续向前转动时，因辗压使烧痕压平、压光，所以跑道表面会出现光亮。
5.改进措施
轴电压是伴随设备的设计、制造、安装、运行而产生的，对于我们来说一般无法避免。但轴电压造成的危害必须具备两个条件：一是轴电压存在；二是轴承的绝缘破坏，给轴电流提供通道，两者缺一不可。当电机出现轴电流后，必须采取措施将其消除。具体方法如下：
（1） 在轴端安装接地碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以此消除轴电流。
（2） 对电机轴承绝缘，将电机一端（一般在非驱动端）的滚动轴承与其端盖绝缘，为此要在轴承套与端盖接触面加绝缘圈，并对轴承套的固定螺栓加绝缘套管及绝缘垫片进行绝缘，然后用兆欧表测量其绝缘情况，绝缘不得低于0.5MΩ，以确保完成隔断轴电流的通路。
（3） 为了避免其他电动机附件导线绝缘破损造成的轴电流，往往要求检修运行人员细致检查并加强导线或垫片绝缘，以消除不必要的轴电流隐患。
一般通过以上处理，大多电动机的轴电流微乎其微，已对电动机构不成实质上危害。现场实践证明，经上述方式处理后实际使用寿命可由原几十个小时提高到上万小时，效果比较明显，尤其对高压电动机轴电流的防范效果好，对安全生产具有积极作用。
6.经验总结
电机消除轴电流后运行至今两年多了，目前运行情况良好，电流、声音、振动、温度都很正常，取得了较好的经济效益。通过这起电机故障排除和原因分析，提示检修工作务必细心，特别是检修大电机时一定要注意轴电流问题，需做好以下工作：了解电机防轴电流的结构，检查防轴电流的绝缘垫以及绝缘螺栓套管、垫圈等情况，不能随意更换其中的元件；调整好电机定、转子之间的气隙，尽量使定、转子的磁中心重合；必要时进行轴电压测试，以检查防轴电流绝缘垫的绝缘情况，及早发现问题及早处理。
图2
参考文献：
[1] 西南电业管理局试验研究所 高压电气设备试验方法 北京：利电力出版社， 1993.6.
[2] 刘斌，赵齐：浅谈电动机轴电流产生的原因及防范 [J] 江苏水利 2007年（10）.
【关键词】轴承烧损；电动机；分析；轴电流；措施
云浮发电厂#1炉#1FGD#1增压风机电机，型号为YKK710-8，额定容量为1600kW，额定电压6kV，额定转速744 r/min，额定电流190.6 A，F级绝缘，其电机轴承为滚动轴承。2010年1月至2010年2月期间，由于检修过程中小失误造成电机因轴电流引起运行故障，连续进行3次抢修。
1.运行及检修情况
2010年1月5日云浮发电厂#1炉#1FGD#1增压风机电机运行中电机驱动端轴承温度出现异常，至1月10日，温度达到90℃，电机运行声音开始出现异常，1月15日电机运行尖叫声音异常明显，振动加大，进行第1次停机抢修，发现电机两端轴承外圈弹道有轴向阶梯深沟槽痕迹，其中非负荷端轴承弹道痕迹十分明显。认为是轴承自身原因引起，更换驱动端23044CC/W33和非驱动端23038CC/W33轴承后投入运行，2010年1月28日，电机温度、声音、振动异常加剧，进行第2次抢修，发现轴承受损现象与上一次相同，用手触摸感觉深沟槽痕迹很明显，其深沟状痕迹位于轴承的下半部位。分析其原因可能是轴电流或装配原因引起，于是在电机非负荷端轴承做绝缘处理，在轴套与大端盖间加了一层约1mm厚的绝缘膜垫片，并对轴承套的固定螺栓加绝缘套管及绝缘垫片。更换轴承后又再次投入运行，约15天后，电机温度、声音、振动迅速出现异常，于是进行第3次检修。
2.电机轴承烧损原因分析及故障排除
电机连续出现3次同样的故障现象，决定在第3次检修前首先对其轴电压进行测试，再解体检修。
2.1 电机轴电压及轴电流测试
测量轴电压的接线[1]，如图1所示，电机运转时，用交流电压表（高内阻）测量电机轴的两端轴电压U1，然后将电机负荷侧（非绝缘端）轴与轴承座短路，确保接触良好，测量非负荷侧（绝缘端）轴承座对地电压U2，若U2≈U1，说明防轴电流的绝缘垫绝缘良好，若U2/U1<0.9，说明绝缘垫绝缘不良，若U2>U1，表明测量不准，应重新测试。
检修前测量为：
U1=0.88V，U2=0.16V，U2/U1=18%，远小于90%。
表明電机防轴电流的绝缘很低。
从损坏的轴承内套看，其轨道上都存在大量麻点。仔细观察，发现这些麻点都是由放电产生。引起放电的原因是电机转子存在较大轴电压，在此电压下电机产生严重的轴电流，电流通过转子和轴承时发生放电现象，使轴承内套产生麻点。麻点又使轴承与转子间的摩擦阻力加大，轴承温度迅速上升。温度升高造成了轴承盒与轴承外套配合出现问题，引起轴承与轴承外套相对运动并磨损轴承盒外盖和内套；同时也使得轴承温度继续升高。由于磨损严重，电机驱动端轴承出现位移，造成转子驱动端与非驱动端不同心，轴承径向受力不均，致使轴承滚柱与内套磨出划痕。在第一次检修时，由于轴承磨损非常严重，电机振动明显，机械划伤的痕迹掩盖了大部分放电麻点，再加上轴电流在电机轴承上引起的烧损事故较少，从而使检修人员忽略了轴电流的存在。第二次检修时，虽然分析原因时提到轴电流，也进行了相应的处理，但没有引起足够重视，没有彻底消除轴电流，从而导致第三次轴承损坏。通过以上测量、分析，确定了三次轴承损坏故障均由轴电流引起。
图1 测量轴电压接线示意图
2.2 故障排除
首先测量定、转子之间气隙，发现转子偏心严重，最大、最小气隙分别为2.0，1.0mm。
然后，先拆卸负荷端端盖，将轴悬空使其不与转子铁芯接触，测量非负荷端轴承座对地（机壳）之间的绝缘为0，当拆卸掉轴承座与大盖连接的6颗螺栓后，再测试其绝缘为0.5MΩ。检查这6颗连接螺栓的螺杆非螺纹段全部有绝缘套管，但绝缘套管长度不够且转子偏心严重，使得螺杆有一小部分与电机端盖直接接触，，使防轴电流的绝缘垫被短接没有起到绝缘作用。同时，由于定转子之间的气隙不均匀使得轴电压升高。因此，电机产生轴电流很快出现故障。
最后，更换缘套管和轴承进行回装并重新调整定、转子之间的气隙，先加380V的低压进行空载试运转，测试非负荷端轴承与轴之间的绝缘为0.5MΩ，需注意的是电机刚装后，由于负荷端没有绝缘垫，这时测试其绝缘仍为0，只有在运行时，两端轴与轴承间形成了油膜，油膜起到了一定的绝缘作用，才能测出其绝缘。第2次抢修时，虽然在端盖与机壳间加了1mm厚的绝缘膜垫片，端盖螺栓也采取了绝缘措施，但由于绝缘套管长度不够使得绝缘膜垫片没有起到绝缘作用。
2.3 运行测试
电机现场就位带载运转后，再接照图1接线方法对电机轴电压进行测试，测试结果为：U1=1.25V，U2=1.16V，U2/U1= 92.8%>90%。这已表明防轴电流的绝缘垫绝缘比较好，同时测试轴承座对地绝缘为0.5MΩ，根据电机原始资料其值大于0.1MΩ即可满足防轴电流要求。
3.产生轴电流的原因及危害[2]
电动机轴电压延轴向产生，当电动机转轴、轴承、定子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。
3.1 电机转轴本身带磁或定子磁场不平衡产生轴电压
电动机是在正弦交变的电压下运行的，电动机转子是在正弦交变的磁场中运行。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，将有轴电流产生。 3.2 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。
3.3 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。
3.4 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。
虽然电机因各种原因产生的轴电压很低，只有0.5～2 V左右，但因电流回路阻抗很小，所以将有很大轴电流产生，对电机产生很大的危害，如果长期存在轴电流，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，严重时足以把轴颈和轴瓦烧坏。
4.轴电流烧伤轴承的特征
有时轴电流作用在电机轴承上引起轴承烧损的事故不会引起人们的注意。在发生轴承烧损事故时，往往只注意从机械配合方面考虑。更换新轴承后，因为电机的轴电流并没有消除，又引起轴承烧损事故，造成不必要的损失。
正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，起到绝缘的作用。对于较低的轴电压，这层润滑油膜仍能保护其绝缘性能，不会产生轴电流。但是当轴电压增加到一定数值时，尤其在电动机启动时，轴承内的润滑油膜还未稳定形成，轴电压将击穿油膜而放电，构成回路，轴电流将从轴承和转轴的金属接触点通过，由于该金属接触点很小，所以这些点的电流密度大，在瞬间产生高温，使轴承局部烧熔，被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅，于是在轴承内表面上烧出小凹坑。一般由于转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金的高，通常表现出来的症状是轴承内表面被压出条状电弧伤痕。见下图2。这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。同時其表面还伴有麻点、伤痕，有的甚至还有裂纹出现。同时，电机轴承温度上升很快，并伴有润滑油脂流出。
造成条状电弧伤痕的烧痕是由于滚柱或滚珠在轴承圈的跑道上滚动和辗压跑道时，在辗压接触地方，接触电阻很小，并将润滑脂挤向两侧，当滚动体将要离开原位置时，产生小间隙，这时会有放电现象产生，类似于电火花作用和影响，将跑道表面烧成线条状痕迹。线条的个数与轴电流频率、电机转速和轴承内状况有关。当后来的滚动体继续向前转动时，因辗压使烧痕压平、压光，所以跑道表面会出现光亮。
5.改进措施
轴电压是伴随设备的设计、制造、安装、运行而产生的，对于我们来说一般无法避免。但轴电压造成的危害必须具备两个条件：一是轴电压存在；二是轴承的绝缘破坏，给轴电流提供通道，两者缺一不可。当电机出现轴电流后，必须采取措施将其消除。具体方法如下：
（1） 在轴端安装接地碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以此消除轴电流。
（2） 对电机轴承绝缘，将电机一端（一般在非驱动端）的滚动轴承与其端盖绝缘，为此要在轴承套与端盖接触面加绝缘圈，并对轴承套的固定螺栓加绝缘套管及绝缘垫片进行绝缘，然后用兆欧表测量其绝缘情况，绝缘不得低于0.5MΩ，以确保完成隔断轴电流的通路。
（3） 为了避免其他电动机附件导线绝缘破损造成的轴电流，往往要求检修运行人员细致检查并加强导线或垫片绝缘，以消除不必要的轴电流隐患。
一般通过以上处理，大多电动机的轴电流微乎其微，已对电动机构不成实质上危害。现场实践证明，经上述方式处理后实际使用寿命可由原几十个小时提高到上万小时，效果比较明显，尤其对高压电动机轴电流的防范效果好，对安全生产具有积极作用。
6.经验总结
电机消除轴电流后运行至今两年多了，目前运行情况良好，电流、声音、振动、温度都很正常，取得了较好的经济效益。通过这起电机故障排除和原因分析，提示检修工作务必细心，特别是检修大电机时一定要注意轴电流问题，需做好以下工作：了解电机防轴电流的结构，检查防轴电流的绝缘垫以及绝缘螺栓套管、垫圈等情况，不能随意更换其中的元件；调整好电机定、转子之间的气隙，尽量使定、转子的磁中心重合；必要时进行轴电压测试，以检查防轴电流绝缘垫的绝缘情况，及早发现问题及早处理。
图2
参考文献：
[1] 西南电业管理局试验研究所 高压电气设备试验方法 北京：利电力出版社， 1993.6.
[2] 刘斌，赵齐：浅谈电动机轴电流产生的原因及防范 [J] 江苏水利 2007年（10）.