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。
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www.cechina.cn,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www.cechina.cn,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www.cechina.cn,投
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,其原理图如图1所示。
电机在起动过程中www.cechina.cn,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www.cechina.cn,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,如图4所示。
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。