引風機電動機軸承燒損故障原因分析

林彤

（浙江浙能樂清發電有限責任公司，浙江 樂清 325609）

引風機電動機軸承燒損故障原因分析

林彤

（浙江浙能樂清發電有限責任公司，浙江 樂清 325609）

某引風機運行過程中發生了電動機軸承燒損故障，分析原因為增裝的測溫元件未使用絕緣底座，造成軸承通過測溫元件保護外套與電動機外殼接地，在轉子、機座、前后軸承等部件構成回路，產生軸電流，從而導致電動機軸承燒損。

引風機；電動機軸承；測溫元件；絕緣；軸電流；軸電壓

在發電機組運行過程中，需要實時測量設備的溫度，以實現對主設備及輔助設備的檢測、調整、控制及保護的功能，確保機組的連續安全、穩定、經濟運行。而測溫元件的選型、校驗及安裝等因素往往直接影響機組正常運行，以下就是一起由于測溫元件選型不當而造成的引風機電動機軸承燒損的故障分析。

1 故障設備概況

為配合取消脫硫旁路改造工程，對某600 MW發電機組實施了增壓風機拆除、引風機增容項目。增容后的引風機電動機由上海電動機廠生產，相關參數見表1。

表1 引風機電動機參數

該電動機為滑動軸承臥式電動機，前軸承（軸伸端）與軸承座單點接地，后軸承（非軸伸端）不接地。裝有定子線圈及軸承測溫元件，熱電阻采用三線制雙支型鉑熱電阻（分度號Pt100）。軸承振動部件元件采用專用的耐振型熱電阻。但前、后軸承各僅有1支測溫元件，軸承溫度高停引風機保護邏輯僅能配置單點保護。為了滿足熱控專業防止保護失靈原則的要求，在電動機前、后軸承各新增裝1支測溫元件，命名為電動機前、后軸承溫度2，原測溫元件命名為電動機前、后軸承溫度1。

2 故障經過

某日16∶06，3B引風機電動機后軸承溫度2顯示值開始跳變，溫度最高至98℃，后又回落。檢查3B引風機電動機無異常，且軸承回油溫度正常。

16∶46，3B引風機電動機前軸承溫度2、后軸承溫度2同時跳變。后軸承溫度2嚴重偏離正常運行溫度值，最高至282℃；同時發現潤滑油系統溫度也有一定升高。

16∶55，撤出AGC（自動發電控制），機組負荷從504 MW開始往下減。3B引風機電動機后軸承溫度1保持在67℃，前軸承溫度1維持在55℃。

17∶00，3B引風機電動機后軸承溫度2變壞點，前軸承溫度2上升，溫度高達243℃。

17∶30，機組負荷減到331 MW，現場檢查發現3B引風機電動機后軸承端蓋處有火星冒出。打開電動機前軸承溫度2和后軸承溫度2測溫元件，發現2支溫度元件均燒斷開路，整個元件接線端子處發黑，并有燒焦的味道。

19∶04，3B引風機停止運行，引風機電動機前、后軸承溫度1分別上升至108℃與96℃后緩慢下降。

22∶00，更換電動機前、后軸承溫度2測溫元件后，4支軸承溫度元件均在40℃左右。

23∶55，為檢查故障原因，重啟3B引風機，發現3B引風機電動機前軸承溫度1與2均迅速上升，前軸承溫度2上升至85℃時，立即手動停運3B引風機。故障歷史曲線如圖1所示。

第2日01∶50，就地檢查發現軸承溫度實際升高，將前軸承溫度2測溫元件拆下，待軸承溫度回復至40℃時第2次試啟3B引風機，發現電動機前軸承溫度1上升過快，至85℃時，手動停運3B引風機。分析原因可能是電動機軸承損壞，安排軸承解體檢查。

3 故障處理措施

對3B引風機前軸承進行解體，頂起前軸承側主軸，將軸承下瓦翻出后發現燒損嚴重，上瓦有局部燒損，軸頸有明顯的電灼痕跡。具體解體情況如圖2、圖3、圖4所示。

圖1 3B引風機故障歷史曲線

圖2 前軸承下瓦

圖3 前軸承上瓦

圖4 前軸頸

經分析該軸承已無法繼續使用，對燒損的軸承進行更換。對新瓦進行修整，同時將前軸頸打磨光滑，直至軸頸與軸承的各個裝配間隙均滿足要求后，將下瓦放回原位，并將軸復位。對引風機的油系統進行檢查，發現油箱及濾網中潤滑油中含有大量金屬顆粒，于是更換引風機的潤滑油，并清洗油箱及油管路。

對3B引風機后軸承進行解體，頂起后軸承側主軸，將后軸承下瓦翻出后發現起皮較為嚴重，下瓦、軸頸電灼現象非常明顯。解體情況如圖5、圖6所示。

圖5 后軸承下瓦

圖6 后軸頸

從后軸承下瓦的檢查情況來看，該軸承也已經無法繼續使用，需進行更換。對新的后軸承進行修刮，至軸承各個間隙均滿足要求后，將軸承裝復。同時對后軸承的軸頸進行打磨，將其打磨至符合標準，并對潤滑油進行濾油。解體過程中檢查發現新增裝的電動機前、后軸承溫度2測溫元件底座為非絕緣材料制作，而原前、后軸承溫度1測溫元件底座為絕緣材料制作。軸承、軸承座及電動機機殼通過電動機前、后軸承溫度2測溫元件導通。更換上述2支測溫元件，檢測軸系與軸承座之間的絕緣合格后，將前軸承絕緣接地線進行連接。

引風機檢修裝復后，首先試轉引風機電動機，各項指標均正常，停電動機進行聯軸器的裝復。然后，啟動引風機，風機進行試轉，試轉階段風機各個參數指標正常，軸承最高溫度≤57℃，風機故障處理完成，可以正式投運。

4 故障原因分析

圖7 軸電流回路構成的通徑

通過對3B引風機電動機前、后軸承燒損故障的歷史曲線、解體及處理情況分析，可知軸承燒損故障的直接原因為測溫元件選型不當，間接原因為軸電流電灼。這與故障過程中后軸承端蓋處有火星冒出，前、后軸承2支溫度元件燒斷開路及轉子前、后軸頸明顯的電灼痕跡與軸電流傷害現象吻合。

3B引風機電動機采用前軸承與軸承室單點接地，后軸承不接地方式阻止軸電流的產生。由于環繞電動機軸的磁路不平衡，軸的兩端感應出軸電壓，而后軸承不接地并且絕緣，使得軸電流無法構成回路。

造成電動機磁路不平衡的因素很多，諸如轉子運轉不同心、定子鐵芯扇型沖片疊裝接縫不對稱、硅鋼片磁導取向不同造成磁導率不同、鐵心槽和通風孔的存在等因素均會導致磁路不平衡。大型交流異步電動機因各種原因產生的軸電壓一般在0.5～2 V，但由于電流回路阻抗很小，導致產生的軸電流很大，對電動機軸承的使用壽命具有極大的破壞性。

由于電動機前、后軸承增裝的溫度測溫元件2未使用絕緣底座，造成后軸承通過測溫元件金屬保護外套與電動機外殼接地，軸電流在軸系、機座、前后軸承等部件構成回路。軸電流回路構成的通徑如圖7所示。正常情況下，轉軸與軸承間有潤滑油膜的存在，起到絕緣的作用。對于較低的軸電壓，這層潤滑油膜仍能保護其絕緣性能，不至于產生軸電流。但是，在電動機啟動時，軸承內的潤滑油膜還未穩定形成，軸電壓將擊穿油膜而放電，構成回路，軸電流從軸承和轉軸的金屬接觸點通過。由于該金屬接觸點很小，所以這些點的電流密度大，在瞬間會產生高溫，使軸承局部燒熔。被燒熔的軸承合金在碾壓力的作用下飛濺，在軸承內表面燒出小凹坑，同時小凹坑又增加了軸承和轉子之間的摩擦阻力，從而使軸承的溫度迅速升高加快了放電現象，擊穿軸承油膜，形成惡性循環，最終導致前、后軸承燒損。由于轉軸硬度及機械強度比軸承高，通常表現出來的癥狀是軸承內表面被壓出條狀電弧傷痕，這也與本次電動機解體情況相吻合。

5 結語

軸電壓是大型異步電動機正常運行過程中由于制造、安裝工藝等多種因素造成的，往往無法避免，一旦構成回路形成軸電流后危害性甚大，對電動機軸承具有極大的破壞性。采取加強單側軸承座與支架的絕緣、裝設轉軸接地碳刷等有效措施能將軸電流控制在安全范圍內，測溫元件的安裝位置與軸承的金屬部分直接接觸，所以其選型和安裝也是十分重要的環節，如果忽視其對軸電流回路形成產生的影響，將會對機組的安全運行構成很大的潛在威脅，所以熟知電動機防范軸電流措施的原理對于設備檢修、維護及運行都是十分有必要的。

[1]GB/T 13002-2008旋轉電動機 熱保護[S].北京：中國電力出版社，2008.

[2]趙家禮.電動機修理手冊[M].北京：機械工業出版社，1992.

[3]朱啟東.電機學[M].北京：科學出版社，1982.

（本文編輯：陸 瑩）

Cause Analysis On Overburning of Motor Bearings of Induced Draft Fan

LIN Tong
（Zhejiang Zheneng Yueqing Power Generation Co.，Ltd.，Yueqing 325609，China）

Overburning of motor bearing happened in the operation of induced draft fan in a power plant.The reason is concluded by analysis that the added temperature measurer does not use insulating material，resulting bearing earthing though protective sleeve of temperature measurer and motor casing.Therefore，a return circuit among rotor，the frame and the front and back bearings is formed and shaft current is produced，leading to overburning of motor bearings.

induced draft fan；motor bearing；temperature measurer；insulation；shaft current；shaft voltage

TK268

B

1007-1881（2015）05-0042-03

2015-03-06

林 彤（1974），男，工程師，從事發電廠設備管理工作。