同步電機常見故障的原因分析與維修.doc

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高 級 技 師 專 業(yè) 論 文 論文題目：同步電動機常見故障的原因分析與維修 姓 名： 張軍 單 位： 山東晉煤明水化工有限公司 職 業(yè) 名 稱： 維修電工 同步電動機常見故障的原因分析與維修 張 軍 （山東晉煤明水化工集團有限公司明泉化肥廠，濟南，250200） 內容摘要：本文闡述同步電動機在運行過程中頻繁損壞的原因不僅在電動機本身及設備原因，勵磁控制柜技術性能太差也是造成同步機頻繁損壞的主要原因之一。 關鍵詞：同步電動機；故障；維修 引言：同步電動機，由于其具有一系列優(yōu)點，特別是能向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，支持電網(wǎng)電壓，已在各行各業(yè)得到廣泛應用。但是，長期以來在運行過程中，發(fā)生同步電動機及其勵磁裝置損壞的事故屢見不鮮。特別是一些連續(xù)性生產(chǎn)的企業(yè)，由于同步電動機的頻繁損壞，直接影響生產(chǎn)的安全、連續(xù)及穩(wěn)定進行，嚴重影響企業(yè)的經(jīng)濟效益，成為一個十分棘手的問題。本文綜合多年來我廠同步機出現(xiàn)的各類故障及與同行業(yè)相關部門溝通、交流，將同步機常見的故障原因及維修方法總結如下： 一、同步電動機運行中出現(xiàn)的主要故障現(xiàn)象 同步電動機的損壞現(xiàn)象主要表現(xiàn)在：（1）定子繞組端部綁扎線崩斷，絕緣蹭壞，連接處開焊；(2) 定子線圈在槽口處及線圈跨接部位斷裂，進而引起接地、短路；(3) 轉子勵磁繞組線圈串聯(lián)接頭處產(chǎn)生裂紋，開焊，局部過熱烤焦絕緣；（4）轉子磁級的燕尾楔松動，退出；（5）轉子線圈絕緣損傷；（6）起動繞組籠條短路環(huán)焊接處開焊，甚至籠條斷裂；（7）電刷滑環(huán)松動；（8）風葉裂斷；（9）定子鐵芯松動，運行中噪聲增大等故障。 按照設計理論計算同步機定、轉子線圈的使用壽命應在20年左右，而在我們生產(chǎn)運行過程中由于電機所帶的負載及線圈溫升等主要技術指標均在額定指標以下，并且現(xiàn)在電機定子線圈的絕緣等級均采用F極絕緣，因此，電機的正常使用壽命還應更長些。但據(jù)相關維修企業(yè)統(tǒng)計，部分損壞的同步電動機，運行時間大多在10年以下，有的僅運行2～3年；有的電動機剛大修好，投入運行不到半年又再次嚴重損壞。 電機損壞率高，人們一般認為是電動機制造質量問題，把問題歸結到電機制造廠。為此多家電機制造廠，在制造工藝中對某些部位進行種種加強措施，但效果并不顯著，電機損壞事故仍不斷出現(xiàn)，原因說不清楚。 二、同步電動機損壞的主要原因及維修方法 幾年來，我們通過對本廠同步電動機的損壞情況及勵磁裝置運行狀況進行長期統(tǒng)計、分析和研究，并且與許多勵磁生產(chǎn)廠家及上海、山東等許多大型高壓電機維修企業(yè)的資深專家進行多次溝通、交流。認為造成同步電機電機損壞的主要原因主要有以下幾個方面。 1． 電機制造方面的原因及處理方法 同步電動機在出廠前雖然都做了各項出廠試驗，并且也全部合格。但在運輸、安裝、試運過程中由于各種原因造成電機各部位的連接螺栓松動，從而引起電機故障。螺栓松動引起的故障主要有以下幾點：（1）、電機啟動瞬間轉子啟動繞組環(huán)形短路環(huán)連接部位打火。（2）、轉子勵磁繞組線圈串聯(lián)接頭處產(chǎn)生裂紋，開焊，局部過熱烤焦絕緣；（3）、轉子磁級的燕尾楔松動，退出；（4）轉子線圈絕緣損傷；（5）、風葉裂斷；因此，電機在試車前，首先要將電機的護罩拆開，對電機轉子線圈固定螺栓、電機轉子啟動繞組環(huán)形短路環(huán)螺栓、電機轉子風葉固定螺栓等進行全面的檢查、緊固。另外，每年的計劃檢修時都要對上述部位進行檢查、緊固。 2．電機安裝方面的原因及處理方法 電機安裝不當就會造成電機震動，長時間震動對電機危害非常大，也是造成電機損壞的原因之一。造成電機震動的原因主要有以下兩個方面。一是安裝過程中電機與設備的對中不合格。在電機與被驅動設備之間，其傳動軸必須精確對中，否則就會引起振動。對中分平行對中和角度對中。平行對中對于撓性聯(lián)軸器最大偏差不允許超過0.05mm。對于剛性連軸器不允許超過0.025mm。角度對中不允許超過0.05mm。二是設備的管道配置不合理，造成設備、電機整體振動，嚴重時還會造成設備整體基礎下沉。因此設備的配管必須嚴格按設計要求進行配置，不允許隨意改動。 3．勵磁方面的原因及處理方法 因為勵磁自身設計不合理造成的電機損壞是最大的隱患，并且在短時間內也發(fā)現(xiàn)不了。通過與江蘇、上海、石家莊等許多勵磁生產(chǎn)廠家的專家進行溝通交流，并在實際運行過程中對電機的啟動過程、投勵過程、運行過程中定子、轉子的狀態(tài)波形進行拍攝，并對拍攝的波形進行對比、分析認為：造成電機頻繁損壞的主要原因是勵磁設計不合理所致。 （1） 目前我們所用的老式可控硅勵磁裝置，無論是半控橋還是全控橋， 由于啟動時采集不到滑差信號，大部分采用計時投勵，投勵角度不合理，電機每次起動均受到一定的損傷。 對于主電路為橋式半控勵磁裝置，其主電路（圖-1）所示。 If t t 0 0 Uf 圖1半控橋式勵磁裝置主電路 圖2使用半控橋式勵磁柜電機起動時轉子回路波形 電機在起動過程中，存在滑差，在轉子線圈內將感應一交變電勢，其正半波通過Z Q形成回路，產(chǎn)生+If； 而其負半波則通KQ及RF回路，產(chǎn)生-If，如（圖-2）所示。由于電路的不對稱，形成+If與-If電流不對稱，定子電流也因此而強烈脈動，電機將遭受脈振轉矩強烈振動，甚至在整個車間內都可以聽到電機起動過程發(fā)出的強烈振動聲。這種聲音一直持續(xù)到電機起動結束才消失，電機起動過程所受強烈脈振是電機損傷的重要原因之一。電機起動過程中定子電流及轉子電流變化波形如（圖-3）及（圖-2）所示。 實際起動電流的包絡線 期望起動電流的包絡線 圖3電機起動過程中定子電流波形和理想的電流波形 ID 勵磁裝置為全控橋的電路。（如圖4） 圖4全控橋式勵磁裝置主電路 對于勵磁裝置為全控橋的電路，隨著電機起動過程滑差減小，轉子線圈內感應電勢逐步減小，當轉速達到50%以上時，勵磁回路感應電流負半波通路不暢，將處于時通時斷，似通非通狀態(tài)，同樣形成+If與-If電流不對稱，由此同樣形成脈振轉矩，造成電機產(chǎn)生強烈振動，損傷電機。 無論是全控橋，還是半控橋，電機起動過程中，投勵時往往聽到一聲沉悶的沖擊聲，且起動投勵時投勵電流越大，聲音越響。有些單位常采用減小勵磁電流的方法來減輕對電機的沖擊，待電機起動結束后，再將勵磁調至正常值。以上這種現(xiàn)象是由于目前所用的可控硅勵磁裝置投勵時所選擇的“轉子位置角”極不合理造成的。這種沖擊，同樣使電機遭受損傷。 由于可控硅勵磁裝置本身存在的上述缺陷，使電機在每次起動過程中均遭受強烈脈振，在投勵時遭受沖擊損傷，但并不是一次就使電機當場損壞，而是每次啟動時都使電機產(chǎn)生疲勞效應，造成電機內部暗傷，并逐步累積，發(fā)展成電機的內部故障。 上述電機起動過程中所出現(xiàn)的脈振，投勵時受的沖擊，都是由于勵磁裝置起動回路及投勵環(huán)節(jié)設計不合理所造成，通過改善起動回路及投勵時合理選擇轉子位置角，起動過程中的脈振和投勵沖擊現(xiàn)象完全可以消除。 （2）傳統(tǒng)老式可控硅勵磁裝置失步保護裝置不靈敏，使電機不斷受到失步危害的損壞。 傳統(tǒng)可控硅勵磁裝置采用GL型反時限繼電器“兼作失步保護”，而電機“過負荷”與電機“失步”是完全不同的兩個概念，通過分析電機失步時的暫態(tài)過程，現(xiàn)場試驗及實拍電機失步的暫態(tài)波形，可以充分證明：用過負荷繼電器兼作失步保護，當電機失步時，它不能動作，有的雖能動作，但動作時延大大加長，實際上起不到保護作用。 同步電機的失步故障分為三類：即失勵失步、帶勵失步和斷電失步。 失勵失步是由于勵磁系統(tǒng)的種種原因，使同步電動機的勵磁繞組失去直流勵磁或嚴重欠勵磁，使同步電動機失去靜態(tài)穩(wěn)定，滑出同步。電機發(fā)生失勵失步時，丟轉不明顯，負載基本不變，定子電流過流不大，電機無異常聲音，GL型繼電器往往拒動或動作時間大大加長。失勵失步一般不能被值班人員及時發(fā)現(xiàn)，待發(fā)現(xiàn)電機冒煙時，電機已失步了相當長時間，并已造成了電機或勵磁裝置的損傷損壞。 應當指出的是，電機的失勵失步，大多不當場損壞電機，而是造成電機的內部暗傷，經(jīng)常出現(xiàn)電機冒煙后，停機檢查，往往又查不出毛病，電機還能再投入運行。 失勵失步主要會引起電機轉子繞組，尤其是起動繞組（阻尼條）的過熱、變形、開焊，甚至波及到定子繞組端部。電機失勵失步時在轉子回路還會產(chǎn)生高電壓，造成勵磁裝置主回路元件損壞，引起滅磁電阻發(fā)熱，嚴重時甚至造成整臺勵磁裝置燒壞事故。 帶勵失步，是由于供電線路遭受雷擊，避雷器動作；大機組或機組群起動，相鄰母線短路等引起母線電壓大幅度波動；負載突增（如壓縮機憋壓，軋鋼機咬冷鋼）；運行中，電機短時間欠勵磁或失勵磁（如接插件接觸不良）引起失勵失步，從失勵失步過渡到帶勵失步，電機起動過程中勵磁系統(tǒng)過早投勵等原因所引起。 電機在帶勵失步時，勵磁系統(tǒng)雖仍有直流勵磁，但勵磁電流及定子電流（包絡線）強烈脈動，電機亦遭受強烈脈振，有時甚至產(chǎn)生電氣共振和機械共振。帶勵失步大多引起電機產(chǎn)生疲勞效應，引起電機內部暗傷，并逐步積累和發(fā)展。帶勵失步所造成電機損傷主要表現(xiàn)在：定子繞組綁線崩斷，導線變酥，線圈表面絕緣層被振傷（線圈兩面呈不均勻的鋸齒狀，嚴重時會因絕緣損壞而造成定子鋼芯擊穿。而新線圈表面是平的），并逐步由過熱而烤焦、燒壞，甚至發(fā)展成短路；轉子勵磁繞組接頭處產(chǎn)生裂紋，出現(xiàn)過熱、開焊、絕緣烤焦；鼠籠條（起動繞組）斷裂，與端環(huán)連接部位開焊變形；轉子磁極的燕尾楔松動，退出；電刷滑環(huán)松動；定子鐵芯松動，運行中嗓聲增大；嚴重時甚至出現(xiàn)斷軸事故。由于電機和主機是同軸運行，電機的強烈脈振，同樣會波及到主機損傷，如緊固螺絲斷裂等。 斷電失步是由于供電系統(tǒng)自動重合閘ZCH裝置或備用電源自動投入BZT裝置動作，及人工切換電源，使交流電機供電電源輸送渠道短暫中斷而導致。它對電機的危害是非同期沖擊。這種沖擊的大小，與系統(tǒng)容量，線路組抗、電源中斷時間、負載性質，特別是與電源重新恢復瞬間的電氣分離角有關。所以這種沖擊有可能使電機當場損壞，也有可能根本感覺不到。 （3）、提高同步電動機勵磁運行可靠性所采取的技改措施 針對勵磁屏技術性能太差所導致的同步機故障率高的現(xiàn)象。我廠與相關勵磁生產(chǎn)廠家進行溝通，一是對原先設備所帶的老式勵磁進行改造，二是新上的設備全部采用新型勵磁控制設備。經(jīng)過多方考察、論證我們后來新上的同步機全部采用蘇州友明科技有限公司生產(chǎn)的LZK-1型勵磁控制柜，老式控制柜由石家莊勝科達公司進行全面改造。 三、結束語： 通過更換勵磁生產(chǎn)廠家及對老式勵磁進行改造后，再觀察電機啟動過程平滑、快速，并且徹底消除了電機啟動過程中振動聲音。同步電機的故障率大大的降低。確保了生產(chǎn)的穩(wěn)定，為企業(yè)的安全生產(chǎn)奠定了堅實的基礎。 參考文獻：（1）、薛 黎 明 同步電動機運行中存在的問題及解決的技術措施 2013-7-26