2015/3/19 11:18:43
大型高压同步电动机，由于其具有一系列优点，特别是能向电网发送无功功率，改善电网质量，在各行各业得到广泛应用。我公司球磨机用同步电动机曾在一段时期内频繁损坏，直接影响到我公司的生产和设备的安全运行。因此正确分析判断同步电机的故障原因，并提出相应对策，就成了我们的当务之急。
工厂企业常采用l0kV电压等级的同步电机（又称“高压同步电机”）作为大型水泵和风机的驱动装置。由于大型水泵和风机的启动负载力矩比较大，使得高压同步电机的启动过程比较困难和复杂。如果直接启动，启动过程中产生的大电流势必会对整个电网及同网的其它用电设备造成不良的冲击和影响，因此高压同步电机不能直接启动。一般场合通常采用降压异步启动的方法来完成高压同步电机的启动。这种启动方法，电机启动时降压电阻与电机定子绕组串联后接至l0kV电压，降压电阻在电机的启动过程中限制启动大电流。当电机启动到“亚同步”时，系统适时把降压电阻从主回路中切除，投人励磁，电机牵入同步，启动过程结束。电机一旦进人同步运行状态后，三相降压电阻就不得再投人，否则将影响电机的正常运行。
一、事故征象
我公司现有16台1300KW/6KV同步电动机。在2000年以前平均每年要出现2～3次电机烧损的事故。其事故主要征象为：定子绕组端部绑线崩断，电机定子绕组过热，起动绕组笼条开焊、断裂，电机起动及运行中出现异常声响，经常启动失败等现象。尤其是在1999年1月12日我公司7#同步电动机运行过程中突然放炮，造成7#同步电动机定子线圈局部严重烧坏，高压电缆接头烧损，电流互感器崩坏，由于7#同步机脱扣装置拒动，保护不能正常动作，持续大电流引起密地变电所密27选Ⅱ线保护动作跳闸，影响到选Ⅱ所带其它用电设备停机。
二、事故原因的基本判断分析
1、电机质量分析：
电机的正常使用寿命一般应在20年左右。统计我公司所损坏的同步电动机，运行寿命大多在10年以下，尤其是这台7#同步电动机大修后，投运仅4个月便出现了这次放炮烧损事故。在事故分析中，部分电气技术人员将事故的主要原因归结到电机的大修上。这种大面积的电机损害事故，将事故原因归结到电机质量上，我对此提出异议。建议将视线转移到对励磁系统的分析上；事实证明，电机修理厂在电机返修中对其重点部位进行了种种加强措施，甚至于提高了绝缘等级，但效果并不显著。损坏事故仍不断出现。
2、励磁系统原因分析：
针对同步电动机起动运行过程中发生异常声响、电机定子绕组过热、起动绕组笼条开焊、断裂等诸多现象，在排除电机质量原因引起事故的条件下，有必要对现行的励磁系统进行合理的分析，从而找出电机频繁损坏的真正原因：励磁系统设计不合理。
三、励磁系统存在的主要问题与电机故障原因的内在联系
1、励磁装置起动回路设计不合理，使同步电机经常处在脉振情形下起动原主电路为桥式半控励磁装置。
电机在起动过程中，在转子线圈内将感应一交变电势，其正半波通过ZQ形成回路，产生+if；而其负半波则通过KQ及RF形成回路，产生-if。由于负载电路不对称，形成+if与-if电流不对称，if曲线如图2所示。电机定子电流因此也产生强烈脉振，其曲线如图3。电机因而遭受到脉振转矩的强烈振动。造成整个厂房大厅内都可以听到电机起动过程发出的强烈振动声。这种声音一直持续到电机起动结束才消失。另一方面，由于装置采用的是KGLF-11型老式励磁装置模拟控制，其投励检测元件老化，检测不准确，导致投励时间变化，对电机启动造成很大影响。随着电机起动过程滑差减小，转子线圈内感应电势逐步减小，当转速达到50％以上时，励磁回路感应电流负半波通路不畅，将处于时通时断，似通非通状态，形成+if与-if电流不对称，由此形成脉振转矩，造成电机产生强烈振动。有时在运行中受灭磁插件分立元件性能的影响，灭磁晶闸管KQ误导通，灭磁电阻发热烧红冒烟。它只有一个高导通电压，电机起动时，特别在转子感应电压较低时，KQ不能可靠导通，造成主机起动转矩不对称，使机组产生强烈振动。这正是前述的主要事故征象之一。因此，无论电机质量如何优异，在如此恶劣的条件下电机频繁起动，给电机造成的损伤是可想而知的。电机的寿命因此大打折扣。
2、投励环节设计不合理，经常造成启动失败，重复启动次数大大增加。
投励环节原设计为：按同步电动机转子滑差顺极性无接点投励环节工作，由于控制插件采用的是模拟元件，元件老化和温度漂移以及抗干扰能力弱，造成转子感应电压检测不准确。主要是由于检测感应信号的稳压管12WY和三极管3BG性能不稳定，还有对电容器5C的充放电时间不确定；在同步机进入亚同步时，该投励触发时却没有发出信号，往往造成同步机启动失败。这是模拟励磁装置的通病，结果是造成同步机重复启动，从而带来对电机的损害。
3、励磁装置无可靠的失步保护装置，使电机运行不可靠。
同步电动机原投励装置采用反时限继电器“兼作失步保护”，其原理接线如图五；而电机“过负荷”与电机“失步”是完全不同的两个概念，通过对电机失步时的示波照相分析其暂态过程，现场试验及实拍电机失步的暂态波形证明：用过负荷继电器兼作失步保护，当电机失步时，不能动作，有的虽能动作，但动作延时加长，实际上起不到保护作用。如图5所示的过流继电器原理。
同步电机的失步事故主要分为失励失步和带励失步两类。
3．1、失励失步是由于励磁系统的原因，使同步电动机的励磁绕组失去直流励磁。由于球磨机的同步电机过载力矩很大，导致同步电动机失去静态稳定，滑出同步。电机发生失励失步时，负载基本不变，定子电流增大1.5～3倍，电机声音异常，而GL型继电器主要用于起动时的电流保护，其整定值为6～7倍的额定值，所以GL型继电器拒动或动作时间过长。在此情况下失励失步一般不易被值班人员及时发现，待发现电机冒烟时，电机已失步了相当长时间，并已造成电机绕组或励磁装置的损坏。应当指出的是电机的失励失步，大多不当场损坏电机，出现电机冒烟后，停机常规检查，往往又查不出毛病，电机还能再投入运行。