2006/2/22 14:34:00
一、同步电动机运行中经常发生的问题
甘肃景电管理局一、二期工程共有同步电动机63台，其中2240KW同步电动机24台；2000KW同步电动机16台；1400KW同步电动机23台。经过多年运行发现，同步电动机损坏主要表现在：定子绕组端部绑线崩断，绝缘蹭坏，连接处开焊；导线在槽口处及端点断裂，齿压板松动，进而引起短路；转子励磁绕组接头处产生裂纹，开焊；短路环开焊；局部过热烤焦绝缘；转子磁级的燕尾楔松动，退出；转子线圈绝缘损伤；起动绕组笼条断裂；电刷滑环松动；风叶裂断；定子铁芯松动，运行中噪声增大等故障。
按照电机的正常使用寿命（指线圈）应在 20年左右，一般电机运行所带负载及温升等主要技术指标均在额定值以下，因此电机的正常使用寿命还应更长些。但据统计所损坏的同步电动机，运行时间大多在10年以下，有的仅运行2～3年；有的电动机刚大修好，投入运行不到半年又再次严重损坏。电机损坏率高，人们一般认为是电动机制造质量问题，把问题归结到电机制造厂。为此多家电机制造厂，在制造工艺中对某些环节、部位进行加强措施，但效果并不显著，电机损坏事故仍不断出现。
多年来，我们通过对本单位同步电动机及励磁装置运行长期统计、分析和研究，到许多厂家和单位了解同步电动机运行情况，对大量调查研究数据进行数理统计分析；对电机损坏现象作技术分析研究；对电机的起动过程、投励过程、灭磁过程、正常运行中的各种典型状态波形进行摄片，对所摄波形特征进行分析；上述各项分析研究结果表明：
导致电机损坏的原因不在电机本身，其根本原因在电动机外部，是电动机所配励磁装置只能满足一般基本使用功能，其技术性能很差所致。
1、目前所用的可控硅励磁装置，电机每次起动均受损伤
甘肃景电管理局一期工程同步电动机励磁装置主电路为桥式半控励磁装置，其主电路（图l）所示。
图1半控桥式励磁装置主回路
图2使用半控桥式励磁装置电机起动时转子回路波形
电机在起冲过程中，存在滑差，在转子线圈内将感应一交变电势，其正半波通过Z Q形成回路，产生+if；而其负半波则通KQ及RF回路，产生-if，如（图-2）所示。由于电路的不对称，形成+if与-if电流不对称，定子电流也因此而强烈脉动，电机将遭受脉振转矩强烈振动，甚至在整个厂房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，电机起动过程所受强烈脉振是电机损伤的重要原因之一。电机起动过程中定子电流及转子电流变化波形如（图-3）及（图-2）所示。
图3电机起动过程中定子电流波形
甘肃景电管理局二期工程同步电动机励磁装置主电路是全控桥（图-4），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，同样形成+if与-if电流不对称，由此同样形成脉振转矩，造成电机产生强烈振动，损坏电机。
图4全控桥式励磁装置主回路
无论是全控桥，还是半控桥，电机起动过程投励时往往听到一声沉闷的冲击声，且起动投励时投励电流越大，声音越响。一般可用减小励磁电流的方法来减轻电机的冲击，待电机起动结束后，方将励磁调正常。这是由于目前所用的可控硅励磁装置投励时所选择的“转子位置角”极不合理。这种冲击，同样使电机遭受损伤。
由于可控硅励磁装置本身存在的上述缺陷，使电机在每次起动过程中均遭受强烈脉振，在投励时遭受冲击损伤，但并不是一次就使电机当场损坏，而是每次启动都使电机产生疲劳效应，造成电机内部暗伤，并逐步累积，发展成电机的内部故障。
上述电机起动过程中所出现的脉振，投励时受的冲击，是由于励磁装置起动回路及投励环节设计不合理所造成，通过改善起动回路及投励时合理选择转子位置角，起动过程中的脉振和投励冲击现象完全可以消除。
2、分立元件可控硅励磁装置无可靠的失步保护装置，使电机不断受到失步危害损坏。
分离元件可控硅励磁装置采用GL型反时限继电器或用DL继电器组成的定时限过流保护兼作失步保护，而电机“过负荷”与电机“失步“是完全不同的两个概念，通过分析电机失步时的暂态过程，现场试验及实拍的电机失步暂态波形，可以充分证明：用过负荷继电器兼作失步保护，当电机失步时，它不能动作，有的虽能动作，但动作时延大大加长，实际上起不到保护电机作用。
同步电机的失步事故可分为三类：即欠励失步、过励失步和断电失步。
欠励失步是由于励磁系统的种种原因，使同步电动机的励磁绕组失去直流励磁或严重欠励磁，转子磁场滞后旋转磁场很大角度(图5-a)使同步电动机失去静态稳定，滑出同步。电动机发生欠励失步时，丢转不明显，负载基本不变，定子电流过流不大，电机无明显异常声音，GL型继电器往往拒动或动作时间大大加长。欠励失步一般不能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，并已造成了电机或励磁装置的损伤损坏。
电机的欠励失步，大多不当初损坏电机，而是造成电机设备的内部暗伤，经常出现电机冒烟后，查不出毛病，电机还能再投入运行。但线棒的绝缘已受了很大的损伤。
欠励失步主要会引起电机转子绕组，尤其是起动绕组（阻尼条）的过热、变形、开焊，甚至波及到定子绕组端部。电机欠励失步时在转子回路还会产生高电压，造成励磁装置主回路元件损坏，引起灭磁电阻发热。严重时甚至造成整台励磁装置烧坏事故。
过励失步，是由于励磁装置故障或调节不当等原因造成励磁电流增大，电机在过励失步时，励磁系统虽仍有直流励磁，但励磁电流及定子电流都很大并且产生强烈脉振，转子磁场超前旋转磁场很大角度(图5-b),有时甚至产生电磁共振和机械共振。过励失步大多引起电机产生疲劳效应，引起电机内部暗伤，并逐步积累和发展。过励失步所造成电机损伤主要表现在：定子绕组绑线崩断，导线变酥，线圈表面绝缘层被振伤，并逐步由过热而烤焦、烧坏，甚至发展成短路；转子环连接部位开焊变形；转子磁极的燕尾楔松动，退出；电刷滑环松动；定了铁芯松动。运行中噪声增大；严重时甚至出现断轴事故。由于电机和水泵是同轴运行，电机的强烈脉振，同样会波及到水泵损伤，如紧固螺丝断裂等。
断电失步是由于供电系统自动重合闸ZCH装置或备用电源自动BZT装置动作，及人工切换电源，使交流电机供电电源输送渠道短暂中断而导致。它对电机的危害是非同