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探讨泵电机轴电流防护措施

文档作者：谢崇富文档来源：中国核工业二三建设有限公司阳江项目部		点击数：	更新时间： 2021年10月16日
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Internal Combustion Engine &amp;amp; Parts
1 轴电流的危害
某电厂变频改造造成轴电压升高，滚动轴承每周损坏
一次，损坏轴承有大量麻点；国内某大型化肥装置的合成
气压缩机组（由中压抽注汽凝汽式蒸汽透平驱动），其透平
的前端轴瓦总是发生异常磨损，每次检修都发现轴瓦间隙
异常超标，存在明显电蚀现象。在电动机运行过程中，如果
在两轴承端或电机转轴与轴承间有轴电流的存在，那么对
于电机轴承的使用寿命将会大大缩短。轻微的可运行上千
小时，严重的甚至只能运行几小时，给现场安全生产带来
极大的影响，同时由于轴承损坏及更换带来的直接和间接
经济损失也不可小计。
2 轴电压、轴电流的产生
轴电压是电动机两轴承端或电机转轴与轴承间所产
生的电压。电动机在运行时，由于电动机扇形冲片、硅钢片
等叠装无法做到完全地一致和对称，或者定子或转子空气
间隙的不对称，会造成在磁路中存在不平衡的磁阻，形成
不对称的磁场，转轴周围交变磁通切割转轴，转轴由于涡
流效应会在轴的两端感应出轴向电压，称为轴电压。轴电
压建立起来后，一旦在转轴及机座、壳体间形成通路，就产
生轴电流。
3 轴电流对轴承的破坏
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，故轴电流没有形成流通路径，不会产生轴电
流。但是当绝缘油膜尚未成型或者被破坏或者轴承有接
地，且当轴电压达到一定数值时，轴电压足以击穿轴和轴
承之间的油膜而放电；轴电流将从转轴、油膜、轴承座和基
础支架等外部回路通过，由于该闭合回路阻抗很小，故电
流密度很大，特别当轴电流在轴承和转轴间的金属接触点
通过时，该金属接触点很小，轴电流甚至能达到上千安培，
在瞬间产生高温，灼伤轴瓦；当润滑油中渗入混入的金属
微粒后，油膜绝缘阻值降低，加速电火花进一步侵蚀扩展；
同时，轴电流的电解作用使润滑油碳化，熔化的金属微粒
和碳化物混入轴承润滑系统，使润滑剂受到污染，造成润
滑剂的性能变差，轴承温度升高[1]。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。
4 轴电流的防范
针对轴电流形成的根本原因，一般在现场采用如下防
范措施：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防止轴电流形成的重点在于防
止轴电流回路的形成，为消除轴电压通过轴承、轴承座、基
础支架等处形成回路，往往在非轴伸端的轴承座和轴承支
架处加绝缘隔板，以切断轴电流的回路。③对于轴与轴瓦
之间的润滑油，它同时起到绝缘隔离作用，应加强对其纯
度和状况的例行检查，一旦发现润滑油被污染，必须立即
做过滤或更换处理，否则容易造成轴承甚至设备的重大损
坏。④轴瓦测温线外皮破损导致绝缘下降的同时，又触动
到转动部件，也会形成轴电流回路，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[2]。⑤为避免轴电流所引发的重大设备事故，宜装设轴
电流保护设施，它能监视绝缘层电阻的下降情况并发出报
警信号，便于运行维护人员及时查找故障原因并予以排
除，对于安全生产具有积极意义[3]。
5 案例分析
5.1 泵及泵电机泵是高速转动的设备，泵采用直立
式、单级、混流式轴封泵。泵体和电机分开，电动机位于上
部，电动机上设有飞轮，以增加泵的转动惯量，当泵断电
时，泵仍能持续转动几分钟，保证反应堆系统的安全停堆
或运行。泵电机采用直接启动的方式，电机极数为3 级，额
定工作电压6600V，名义工作电流666.7A，名义功率
6500kW，用电频率50Hz。在冷态工况下，电机的输入功率
为8586kW，输入电流为793 A，电机转速1500RPM，出口
压力3800kg/m2。
5.2 主电机的主要功能部件泵电机按结构可自上而
下进行分解，主要包括六大功能部件和两个相对独立的辅
助系统即：飞轮、上部推力轴承、转子、定子、下部导向轴
承、支撑框架和顶轴系油顶升统、空气冷却系统。其中，油
顶升系统油一台顶轴油泵、一台油冷器及相关辅助油管构
成，连接了泵电机的上部轴承室和下部轴承室，构成一个
闭合回路，用于实现转子的顶升、润滑油的冷却和循环；空
气冷却系统位于泵电机的中部，主要用于定子散热。
5.3 泵轴电流防治根据轴电流的防范措施，防止轴
电流形成的重点在于防止轴电流回路的形成。基于泵的重
要性和轴电流对轴承的破坏性，对于轴电流的防治，泵电
机在设计上针对不同部件采取了不同的应对方式，主要通
过增加绝缘垫板、设置稳定的润滑油绝缘层和严格控制轴
上部件装配间隙等措施，阻断轴电流回路连通。
5.3.1 上部推力轴承轴电流防护处理通常所说的将
——————————————————————— 作者简介:谢崇富（1980-），男，广西荔浦人，机械工程师，研究方
向为机械技术及施工。
探讨泵电机轴电流防护措施
谢崇富
（中国核工业二三建设有限公司阳江项目部，阳江529941）
摘要: 本文介绍了轴电压、轴电流产生的原因和给电机带来的危害，并结合泵电机所采用的电机形式和具体结构，阐述了泵电机
如何在结构设计、装配上实现对轴电流的规避，保证泵电机轴承及整机的安全。
关键词: 轴电压；轴电流；轴承室；绝缘；装配
·41·
万方数据
内燃机与配件
轴承与地绝缘，说得准确点应该是轴承座与大地绝缘的缘
故。上部推力轴承位于泵电机上部的轴承室内，直接与电
机转轴接触，轴承座通过轴承支架与电机定子外壳对接，
定子外壳与主接地干线连接。因此，为消除轴电压通过轴
承、轴承座、支撑框架等处形成回路，对于泵电机上部推力
轴承，主要通过在轴承支架和定子保护外壳之间加装绝缘
垫板，以切断轴电流的回路，具体要求如下：
①在制造车间进行上部推力轴承的组装期间，严格控
制组装间内环境的温湿度；
②在绝缘垫板安装前，做好对绝缘垫板本体、轴承支
架和定子保护外壳与绝缘垫板直接接触的连接面检查；
③调整绝缘垫板的安装位置，确保轴承支架定位销能
顺利就位；
④连接轴承支架和定子保护外壳，利用500V 摇表检
查两者间的绝缘电阻，其阻值必须大于2000 kΩ；
⑤安装轴承支架绝缘定位销，再次利用500V 摇表检
查两者间的绝缘电阻，其阻值必须大于2000 kΩ。
备注：由于绝缘销是由金属部件和绝缘材料部件装配
而成，绝缘部件材料较脆且易碎，为防止泵电机在制造厂
调试完毕后运往安装现场的过程中发生损坏，出厂前需要
将该绝缘销更换为金属销。待泵电机在现场就位后再拆除
金属销，重新安装绝缘销，完成后利用500V 摇表检查上
部推力轴承的对地绝缘阻值：如果环境湿度小于60%，绝
缘电阻应不小于100kΩ，如果湿度大于60%，绝缘电阻应
不小于3kΩ。
5.3.2 下部导向轴承轴电流防护处理下部导向轴承
安装于电机底部的下部轴承室内，轴承室的外壳与定子保
护外壳相连，定子保护外壳与接地干线连同。下部导向轴
承在电机运行过程中主要起到对转轴的导向作用，不直接
与转轴连接，因此，要防止轴电流回路的形成就是要确保
轴承和轴之间的绝对绝缘。因此，对于下部导向轴承的轴
电流防护，应从下部轴承部件的装配入手，严格控制装配过
程中环境温湿度，做好部件的装配工作，确保各个装配间隙
满足设计要求；同时，部件的装配完成后，利用500V 摇表
检查部件之间的绝缘电阻，其阻值必须大于2000kΩ。
5.3.3 油顶升系统轴电流防护处理顶轴油泵安装在
泵电机的上部，其安装支座与焊接在上部轴承室外侧的托
架连接，出于对设备和人员的保护，一般将顶轴油泵的电
机外壳通过导线与接地干线连接，这同时也为上部轴承的
轴电流导通提供了一条路径。因此，参照上部轴承的安装
方式，在顶轴油泵的安装设计中，在油泵电机和油泵本体
之间增设一块绝缘垫板，将油泵电机与油泵本体隔绝，切
断轴电流通过顶轴油泵的外壳接地保护系统形成的回路，
保证上部推力轴承的绝缘，其具体组装要求是：在完成油
泵电机和泵的连接后，利用500V 摇表检查顶轴油泵电机
和安装托架之间的绝缘电阻，其阻值必须大于2000kΩ。
油顶升系统中，油冷器和与油冷器连接的辅助油管连
接着泵电机的上部轴承室和下部轴承室，由于下部轴承室
通过定子保护外壳已经于接地干线连接，要保证上部轴承
室的绝对绝缘，则必须对油冷器和辅助油管的安装进行绝
缘处理；同样参照上部轴承的绝缘设计方式，针对油冷器
和辅助油管，设计方同样采用增加绝缘垫板的方式将其上
下部轴承室进行隔离绝缘，其具体做法如下：
①在油冷器安装前，利用500V 摇表检查上部轴承室
的对地绝缘电阻，如果环境湿度小于60%，绝缘电阻应不小
于100kΩ，如果环境湿度大于60%，绝缘电阻应不小于3kΩ；
②在油冷器上部支腿与上部轴承室连接的支座上加装
一块绝缘板，并使用8 套双头绝缘螺柱进行紧固，油冷器下
部支腿直接安装在下部轴承室的支座上，安装过程中特别
是油冷器吊装就位时应注意对绝缘板和绝缘螺柱的保护；
③在油冷器就位完成对支座螺柱的紧固过程中，必须
严格按照对称紧固的方式分步按规定力矩值紧固各个螺
柱，否则若螺柱受力不均，容易将绝缘垫板压坏或直接损
坏绝缘螺柱；
④油冷器安装完成，参照第一步步骤和要求利用
500V 摇表检查上部轴承室的对地绝缘电阻，若绝缘阻值
满足标准要求，则进行下一步安装，若绝缘阻值不满足上
述要求，则需将油冷器拆除，对各绝缘部件进行重新检查
或者更换，再安装，再检查，直至上部轴承室的对地绝缘电
阻满足要求为止；
⑤连接辅助油管和上部轴承室的过程时，参照上述安
装方式，在上部轴承室的接口法兰上增加绝缘垫板，并通
过绝缘螺栓将其与辅助油管进行连接；
⑥严格按照对称紧固的顺序和规定力矩值紧固辅助
油管连接螺栓，避免压坏绝缘垫或损坏绝缘螺栓；
⑦所有辅助油管连接完毕后，参照第一步方式和要求
检查上部轴承室的对地绝缘电阻，直至满足要求为止。
5.3.4 提供稳定的轴承润滑油绝缘层油顶升系统的
润滑油在泵电机运行中起到三重作用：冷却、润滑和顶升。
其中润滑油的冷却和润滑作用是我们最常见的润滑油所
起到的作用，主要以此来保证轴承的良好运行状态。而所
谓顶升作用是指，在泵电机运行前，首先开启顶轴油泵，让
上部轴承室、油冷却器和下部轴承室内的润滑油循环起
来，通过系统循环给轴承室加压，在垂直方向上将转子顶
升，让转子悬浮于轴承座之上。当油顶升系统压力稳定后，
泵电机转子被顶升0.06~0.08mm，轴承室内轴承部件和转
轴之间形成的间隙了充满了压力稳定、流速均匀的润滑油
膜，形成一道连续而稳定的绝缘层，切断了轴电流回路，同
时它亦减轻了转子与轴承之间的摩擦。这一设计，改变了
以往由于电机启动时润滑油膜尚未完全形成或者形成油
膜不均，而容易造成电机轴承磨损加剧或者损坏的现象。
6 结束语
泵电机在设计结构上，通过增加绝缘板、设置间隙和
隔离层等方式，实现了泵电机上部轴承的对地绝缘，限制
了轴电流回路的形成，尽可能地避免轴电流对电机轴承的
电蚀现象，保证轴承和整机的安全运行。虽然如此，但作为
这样的结构设计形式，它增大了对设备部件的装配要求，
特别是泵电机轴承组件的制作精度、安装精度要求。
参考文献:
[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].二版.北京：
电力出版社，2001.
[2]宁屹.宁峻发电机上导油槽油色变黑成因分析及处理[J].江
西电力，2007.
[3]许丽娜，苏华利.发电机组轴电流的危害及轴电流保护[J].
上海电机学院学报，2009.

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