無刷勵磁同步電機過勵報警故障處理

趙金華

作者通聯(lián)：吐哈油田甲醇廠維修工區(qū) 新疆吐魯番市838202

E-mail：zhaojinhua@petrochina.com.cn

1.故障現(xiàn)象

2009年5月以來，吐哈油田甲醇廠3300kW同步電機在運行過程中勵磁系統(tǒng)發(fā)生了數(shù)次過勵報警故障，因每次報警都在晚上，所以工藝操作人員只能按報警復位方式復位后電機繼續(xù)正常運行，功率因數(shù)為超前0.9。由于工藝生產(chǎn)屬于連續(xù)性生產(chǎn)過程，電機所帶的壓縮機負荷不能隨意停運，所以對于勵磁系統(tǒng)的報警故障原因查找一直未能進行，直到切除負荷后才進一步檢查。

2.故障排查與處理

（1）靜態(tài)勵磁的檢測和排查

①在停機狀態(tài)下，斷開電機靜態(tài)勵磁屏上DC 220V和AC 380V輸入電壓，同時斷開高壓互感器來的AC 110V。

②用萬用表測量勵磁屏內(nèi)半控橋整流元件，確認各二極管和可控硅參數(shù)正常。

③用萬用表測試其他電氣元器件和PCB板，結果正常。

④排除硬件故障的可能后恢復斷開的交直流輸入，觀察屏上沒有故障報警信號，然后進入靜態(tài)勵磁屏人機界面操作窗口，查對設定參數(shù)，未發(fā)現(xiàn)參數(shù)丟失或修改的情況。

⑤將勵磁選擇開關打到“調(diào)試”位置，靜態(tài)勵磁開始工作，將控制方式選擇為“手動控制”模式，用面板上的“增磁”和“減磁”按鈕分別增加和減小勵磁電流，查看勵磁電流表的指示情況正常。

⑥調(diào)整勵磁輸出，在顯示菜單欄查看這時的可控硅觸發(fā)角α為65°，用示波器觀察靜態(tài)勵磁輸出電壓波形如圖1。

圖1 靜態(tài)勵磁輸出電壓波形圖

⑦改變觸發(fā)角α，用示波器繼續(xù)觀察波形變化，一切正常。

以上測試結果，完全排除了靜態(tài)勵磁部分故障的可能性。

（2）旋轉整流部分的檢測和排查

按照先硬件后軟件的測試步驟進行，旋轉整流盤的組成原理見圖2。由圖2可知，靜態(tài)勵磁屏輸出的勵磁電流供給與電機同軸安裝的交流勵磁機的定子勵磁繞組（固定在電機底座上），同步電機異步啟動過程中，交流勵磁機（這里是發(fā)電機）的轉子電樞切割定子磁場，產(chǎn)生三相對稱交流電，經(jīng)過三相半控橋整流后的勵磁電流送入同步電機的轉子勵磁繞組上，作為同步機的真正的勵磁電流。圖2中啟動模塊TD由KQ和ZQ反并聯(lián)組成，用于電機異步啟停過程中投入和切除滅磁電阻RF（8只）。三相半控橋功率模塊（3塊）由三組完全相同的二極管和可控硅串接組成，半控橋功率模塊和啟動模塊的觸發(fā)脈沖由控制模塊KZMK-03B（1塊）供給，該模塊由生產(chǎn)廠家生產(chǎn)并用環(huán)氧樹脂封裝成黑匣子，用戶只管輸入與輸出即可。

圖2 旋轉整流盤的組成原理圖

在做好一切防止觸電的安全技術措施后，打開電機的人孔，以控制單元為核心，用萬用表按順序依次測試各模塊（表1）。

由表1可知，只有在測試可控硅功率模塊1KGZ的結電阻時，電阻值時有時無，其他各項參數(shù)都很接近出廠參考值，為此，決定將功率模塊1KGZ從轉子上整體取下作進一步測量。當手輕輕觸到1KGZ可控硅的觸發(fā)極腳上時，觸發(fā)腳Ag從根部脫落，經(jīng)觀察，發(fā)現(xiàn)該觸發(fā)腳是后來焊上去的，由于焊接點的松動，使觸發(fā)腳脫落。導致運行過程中A相觸發(fā)脈沖丟失，此時整流橋的輸出電壓波形為缺相波形（圖3）。從而使整流橋的輸出勵磁電壓平均值減小，由于此時電機正帶固定負荷運行，勵磁電流的突然減小必然引起同步機定子電流的增大和功率因數(shù)的略微滯后，同步電機的勵磁系統(tǒng)為了保證電機功率因數(shù)保持在超前（負的）0.9，就強制靜態(tài)勵磁系統(tǒng)輸出一個較高的電流值，同時旋轉整流后的轉子勵磁電流也會增大，從而抑制了電機定子電流的增大，保證電機不至于失步。在靜態(tài)勵磁系統(tǒng)發(fā)出強勵信號時，也啟動強勵計時，如果計時時間內(nèi)電機恢復正常，則系統(tǒng)不會有任何記錄。如果強勵時間到，觸發(fā)脈沖沒有恢復，則這時靜態(tài)勵磁系統(tǒng)就鎖定初始α角，同時在人機界面上顯示過勵報警故障。

表1 各模塊測試情況

（3）處理

用相同型號的功率模塊將其更換，并對其余模塊的可控硅觸發(fā)腳及其他隨轉子一起轉動的元器件的緊固點和焊點做了全面檢查和緊固后封閉了人孔，準備作下一步的機組試運行工作。試運分3步進行：①脫開聯(lián)軸器，讓電機單機運轉24h，在此時間段內(nèi)，密切監(jiān)看勵磁和電機電流變化，一切都很平穩(wěn)。②電機帶負荷輕載運行48h，同樣密切監(jiān)看勵磁和電流變化，一切平穩(wěn)。③電機滿負荷運行72h，根據(jù)運行參數(shù)記錄，此期間沒有發(fā)生任何異常情況，隨后電機一直正常運行至今。

從這次電機故障排查，得到了許多啟示，電機在停下來檢修時，除了對外部器件檢查外，應對旋轉整流部分進行檢查，特別是對一些焊接接口的薄弱環(huán)節(jié)。因旋轉整流部分一直跟隨電機轉子轉動，這些元器件時刻受到旋轉離心力的作用，難免會松動。另外一方面，如果頻繁出現(xiàn)報警等故障，應盡快組織停機檢查，以免引起更大的故障。因故障時電機定子電流會首先增大，這對定子線圈的絕緣損害很大，另外強勵和過勵對勵磁機的勵磁繞組和電機轉子勵磁繞組的影響也很大，會使繞組發(fā)熱，絕緣性能降低，可能燒毀繞組。因此，對旋轉勵磁部分的維護和保養(yǎng)應該是所有無刷同步電機使用注意的要點。

圖3 A相觸發(fā)脈沖丟失后整流橋的電壓輸出波形