同步電機(jī)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(jī)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(jī)常見故障的原因分析與維修 張 軍 （山東晉煤明水化工集團(tuán)有限公司明泉化肥廠，濟(jì)南，250200） 內(nèi)容摘要：本文闡述同步電動機(jī)在運行過程中頻繁損壞的原因不僅在電動機(jī)本身及設(shè)備原因，勵磁控制柜技術(shù)性能太差也是造成同步機(jī)頻繁損壞的主要原因之一。 關(guān)鍵詞：同步電動機(jī)；故障；維修 引言：同步電動機(jī)，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(yīng)用。但是，長期以來在運行過程中，發(fā)生同步電動機(jī)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(jī)的頻繁損壞，直接影響生產(chǎn)的安全、連續(xù)及穩(wěn)定進(jìn)行，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)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(jī)出現(xiàn)的各類故障及與同行業(yè)相關(guān)部門溝通、交流，將同步機(jī)常見的故障原因及維修方法總結(jié)如下： 一、同步電動機(jī)運行中出現(xiàn)的主要故障現(xiàn)象 同步電動機(jī)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(jìn)而引起接地、短路；(3) 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子磁級的燕尾楔松動，退出；（5）轉(zhuǎn)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(fēng)葉裂斷；（9）定子鐵芯松動，運行中噪聲增大等故障。 按照設(shè)計理論計算同步機(jī)定、轉(zhuǎn)子線圈的使用壽命應(yīng)在20年左右，而在我們生產(chǎn)運行過程中由于電機(jī)所帶的負(fù)載及線圈溫升等主要技術(shù)指標(biāo)均在額定指標(biāo)以下，并且現(xiàn)在電機(jī)定子線圈的絕緣等級均采用F極絕緣，因此，電機(jī)的正常使用壽命還應(yīng)更長些。但據(jù)相關(guān)維修企業(yè)統(tǒng)計，部分損壞的同步電動機(jī)，運行時間大多在10年以下，有的僅運行2～3年；有的電動機(jī)剛大修好，投入運行不到半年又再次嚴(yán)重?fù)p壞。 電機(jī)損壞率高，人們一般認(rèn)為是電動機(jī)制造質(zhì)量問題，把問題歸結(jié)到電機(jī)制造廠。為此多家電機(jī)制造廠，在制造工藝中對某些部位進(jìn)行種種加強(qiáng)措施，但效果并不顯著，電機(jī)損壞事故仍不斷出現(xiàn)，原因說不清楚。 二、同步電動機(jī)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(jī)的損壞情況及勵磁裝置運行狀況進(jìn)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(jī)維修企業(yè)的資深專家進(jìn)行多次溝通、交流。認(rèn)為造成同步電機(jī)電機(jī)損壞的主要原因主要有以下幾個方面。 1． 電機(jī)制造方面的原因及處理方法 同步電動機(jī)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(jī)各部位的連接螺栓松動，從而引起電機(jī)故障。螺栓松動引起的故障主要有以下幾點：（1）、電機(jī)啟動瞬間轉(zhuǎn)子啟動繞組環(huán)形短路環(huán)連接部位打火。（2）、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子磁級的燕尾楔松動，退出；（4）轉(zhuǎn)子線圈絕緣損傷；（5）、風(fēng)葉裂斷；因此，電機(jī)在試車前，首先要將電機(jī)的護(hù)罩拆開，對電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈固定螺栓、電機(jī)轉(zhuǎn)子啟動繞組環(huán)形短路環(huán)螺栓、電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)葉固定螺栓等進(jìn)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(jìn)行檢查、緊固。 2．電機(jī)安裝方面的原因及處理方法 電機(jī)安裝不當(dāng)就會造成電機(jī)震動，長時間震動對電機(jī)危害非常大，也是造成電機(jī)損壞的原因之一。造成電機(jī)震動的原因主要有以下兩個方面。一是安裝過程中電機(jī)與設(shè)備的對中不合格。在電機(jī)與被驅(qū)動設(shè)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(shè)備的管道配置不合理，造成設(shè)備、電機(jī)整體振動，嚴(yán)重時還會造成設(shè)備整體基礎(chǔ)下沉。因此設(shè)備的配管必須嚴(yán)格按設(shè)計要求進(jìn)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(shè)計不合理造成的電機(jī)損壞是最大的隱患，并且在短時間內(nèi)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(jìn)行溝通交流，并在實際運行過程中對電機(jī)的啟動過程、投勵過程、運行過程中定子、轉(zhuǎn)子的狀態(tài)波形進(jìn)行拍攝，并對拍攝的波形進(jìn)行對比、分析認(rèn)為：造成電機(jī)頻繁損壞的主要原因是勵磁設(shè)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(jī)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(jī)起動時轉(zhuǎn)子回路波形 電機(jī)在起動過程中，存在滑差，在轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)將感應(yīng)一交變電勢，其正半波通過Z Q形成回路，產(chǎn)生+If； 而其負(fù)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(qiáng)烈脈動，電機(jī)將遭受脈振轉(zhuǎn)矩強(qiáng)烈振動，甚至在整個車間內(nèi)都可以聽到電機(jī)起動過程發(fā)出的強(qiáng)烈振動聲。這種聲音一直持續(xù)到電機(jī)起動結(jié)束才消失，電機(jī)起動過程所受強(qiáng)烈脈振是電機(jī)損傷的重要原因之一。電機(jī)起動過程中定子電流及轉(zhuǎn)子電流變化波形如（圖-3）及（圖-2）所示。 實際起動電流的包絡(luò)線 期望起動電流的包絡(luò)線 圖3電機(jī)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(jī)起動過程滑差減小，轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)感應(yīng)電勢逐步減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到50%以上時，勵磁回路感應(yīng)電流負(fù)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(zhuǎn)矩，造成電機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，損傷電機(jī)。 無論是全控橋，還是半控橋，電機(jī)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(jī)的沖擊，待電機(jī)起動結(jié)束后，再將勵磁調(diào)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(zhuǎn)子位置角”極不合理造成的。這種沖擊，同樣使電機(jī)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(jī)在每次起動過程中均遭受強(qiáng)烈脈振，在投勵時遭受沖擊損傷，但并不是一次就使電機(jī)當(dāng)場損壞，而是每次啟動時都使電機(jī)產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，造成電機(jī)內(nèi)部暗傷，并逐步累積，發(fā)展成電機(jī)的內(nèi)部故障。 上述電機(jī)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(shè)計不合理所造成，通過改善起動回路及投勵時合理選擇轉(zhuǎn)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(hù)裝置不靈敏，使電機(jī)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(hù)”，而電機(jī)“過負(fù)荷”與電機(jī)“失步”是完全不同的兩個概念，通過分析電機(jī)失步時的暫態(tài)過程，現(xiàn)場試驗及實拍電機(jī)失步的暫態(tài)波形，可以充分證明：用過負(fù)荷繼電器兼作失步保護(hù)，當(dāng)電機(jī)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(hù)作用。 同步電機(jī)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(jī)的勵磁繞組失去直流勵磁或嚴(yán)重欠勵磁，使同步電動機(jī)失去靜態(tài)穩(wěn)定，滑出同步。電機(jī)發(fā)生失勵失步時，丟轉(zhuǎn)不明顯，負(fù)載基本不變，定子電流過流不大，電機(jī)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(jī)冒煙時，電機(jī)已失步了相當(dāng)長時間，并已造成了電機(jī)或勵磁裝置的損傷損壞。 應(yīng)當(dāng)指出的是，電機(jī)的失勵失步，大多不當(dāng)場損壞電機(jī)，而是造成電機(jī)的內(nèi)部暗傷，經(jīng)常出現(xiàn)電機(jī)冒煙后，停機(jī)檢查，往往又查不出毛病，電機(jī)還能再投入運行。 失勵失步主要會引起電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)失勵失步時在轉(zhuǎn)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(yán)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(jī)組或機(jī)組群起動，相鄰母線短路等引起母線電壓大幅度波動；負(fù)載突增（如壓縮機(jī)憋壓，軋鋼機(jī)咬冷鋼）；運行中，電機(jī)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(jī)起動過程中勵磁系統(tǒng)過早投勵等原因所引起。 電機(jī)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(luò)線）強(qiáng)烈脈動，電機(jī)亦遭受強(qiáng)烈脈振，有時甚至產(chǎn)生電氣共振和機(jī)械共振。帶勵失步大多引起電機(jī)產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，引起電機(jī)內(nèi)部暗傷，并逐步積累和發(fā)展。帶勵失步所造成電機(jī)損傷主要表現(xiàn)在：定子繞組綁線崩斷，導(dǎo)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(yán)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yán)重時甚至出現(xiàn)斷軸事故。由于電機(jī)和主機(jī)是同軸運行，電機(jī)的強(qiáng)烈脈振，同樣會波及到主機(jī)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(jī)供電電源輸送渠道短暫中斷而導(dǎo)致。它對電機(jī)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(fù)載性質(zhì)，特別是與電源重新恢復(fù)瞬間的電氣分離角有關(guān)。所以這種沖擊有可能使電機(jī)當(dāng)場損壞，也有可能根本感覺不到。 （3）、提高同步電動機(jī)勵磁運行可靠性所采取的技改措施 針對勵磁屏技術(shù)性能太差所導(dǎo)致的同步機(jī)故障率高的現(xiàn)象。我廠與相關(guān)勵磁生產(chǎn)廠家進(jìn)行溝通，一是對原先設(shè)備所帶的老式勵磁進(jìn)行改造，二是新上的設(shè)備全部采用新型勵磁控制設(shè)備。經(jīng)過多方考察、論證我們后來新上的同步機(jī)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(dá)公司進(jìn)行全面改造。 三、結(jié)束語： 通過更換勵磁生產(chǎn)廠家及對老式勵磁進(jìn)行改造后，再觀察電機(jī)啟動過程平滑、快速，并且徹底消除了電機(jī)啟動過程中振動聲音。同步電機(jī)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(chǔ)。 參考文獻(xiàn)：（1）、薛 黎 明 同步電動機(jī)運行中存在的問題及解決的技術(shù)措施 2013-7-26