大型同步電動機異步起動過程中故障原因分析

(山東能源龍口礦業集團熱電有限公司氣體公司 山東 龍口 265703)

同步電動機以其可調的功率因數和輸出轉矩對電網電壓波動不敏感等良好的運行性能，在電氣傳動領域中獨占鰲頭，是驅動大型風機的優選機型。大型同步電動機的啟動一直是個相當復雜的問題，如果采用異步啟動方法，依靠阻尼繞組進行啟動，對電力系統的干擾將十分嚴重。如果采用減壓啟動，不但需要很大的電抗器，而且啟動繞組發熱嚴重，很難保證安全運行。而利用現代交;直;交調速技術對大型同步電動機進行靜止變頻啟動，則無論是效率還是控制性能都比較理想。大型高壓同步電動機在大功率的空氣壓縮機、大型鼓風機等沒有調節速度的要求設備上優勢明顯，而且同步電動機可以向電網發送無功功率，改善電網質量，因此得到了廣泛應用。我公司原料空氣壓縮機用同步電動機驅動，在近一年來的機組啟動過程中多次出現無法正常啟動現象嚴重影響安全生產。

1 事故特點

我公司電機主要參數：額定電壓10KV，額定功率3400KW，額定電流225A。現場檢修時空壓機具備啟動條件，開始啟動機組。第一次啟動：啟動現場按鈕按下后與以往相比機組啟動緩慢，空壓機電機一直低轉速不平穩運轉，且噪音較大，現場按空壓機急停按鈕，停止運行，啟動時間15s 左右；啟動過程中無定子電流、無勵磁電流、無勵磁電壓。第二次啟動：在現場生產管理人員分析后認為可能是本次檢修過程中空壓機軸承增加了墊子，可能導致啟動困難，本次啟動急停按鈕拍的過早，希望再嘗試一次，啟動前將檢修過程中增加的墊子拆下。滅磁試驗正常后，進行空壓機第二次啟動，第二次啟動較以往啟動仍然緩慢，空壓機電機一直低轉速不平穩運轉，且噪音較大，同時勵磁電流較大（在正常運行值附近擺動），有定子電流，無勵磁電壓，空壓機現場有濃烈的焦味，電機冒煙，啟動時間35ss 時現場按空壓機急停按鈕，停止啟動。第三次啟動：將備用勵磁控制器換上。勵磁控制器更換完畢后，參數設置完畢，啟動前進行滅磁試驗過程中，滅磁正常，在將轉換開關轉回"0 位"再到"運行"位置后勵磁電流、電壓表指針先回零，后緩慢上升至正常運行值附近，同時勵磁工作指示燈也伴隨著先滅后亮，再次打到"調試"位置，重新滅磁，滅磁仍正常，再次將轉換開關轉回"0 位"再到"運行"位置，勵磁電流、電壓表指針反應與上一次一致，后斷開勵磁柜電源后重新上電，各表針指示正常，勵磁電壓、勵磁電流表指示在零位。開始第三次啟動，啟動過程中勵磁控制柜上勵磁電壓表指示為"0"，勵磁電流表指示為"0"，功率因數表指示為超前靠近零位晃動（左下角），定子電流表指示為滿量程最大值，且表針震動厲害，隨后啟動成功，本次啟動時間19s。本次啟動過程中勵磁柜1#、2#勵磁控制器均在正常位置,轉換開關位于"運行"位置。

2 事故原因分析

2.1 空壓機機械部分原因導致啟動失敗

由于前期剛剛對空壓機進行了開缸大修，大修期間對止推軸承增加墊子，懷疑墊子加大了軸承阻力導致啟動失敗，在第二次啟動前將檢修過程中增加的墊子撤掉，且將空壓機零負載啟動，即啟動時空壓機入口導頁關到零。但第二次啟動仍然失敗，前兩次啟動過程中空壓機本體無明顯大的震動、撞擊聲，可以排除機械原因。

2.2 高壓電機軟啟動裝置原因導致啟動失敗

我公司空壓機電機啟動方式為通過開關變壓器式高壓電機軟起動裝置實現電機的異步啟動，開關變壓器式高壓電機軟起動裝置是用開關變壓器來隔離高壓和低壓，開關變壓器的高壓繞組與電機串聯，低壓繞組與可控硅和控制系統相聯，通過改變其低壓上的電壓來改變高壓繞組上的電壓，從而達到改變電機端電壓的目的，以實現電機的軟起動。電機啟動過程中，當軟啟動裝置檢測到起動電流下降，合星點柜信號發出，使星點柜合閘，電機轉入正常運行。通過分析電機啟動電流曲線軟啟動裝置可以觸發，即電機可以降電壓啟動，但由于無法檢測到啟動電流下降因此軟啟動裝置無法發出合星點柜信號，因此直至手動拍閘，啟動失敗。

2.3 勵磁系統原因導致啟動失敗

由于軟啟動裝置的合星點柜信號是由空壓機勵磁柜發出的，因此考慮勵磁系統的原因。起動過程中隨著電機的端電壓的逐步升高，電機電流由小到大逐步變大，能在額定電流以內給電機以充分的加速，然后再逐步的加大電機的電流，使之接近同步轉速。按照"準角強勵磁整步"的原則當電機轉速進入臨界滑差（即原來所謂的"亞同步"），電機投勵瞬間在轉子回路中產生的磁場與定子繞組產生的磁場互相吸引力最大（即定子磁場的S 極與投勵后轉子繞組產生的S 極相吸，定子磁場的S 極與投勵后轉子繞組產生的N 極相吸）。在準角時投入強勵，使吸力進一步加大，這樣電機進入同步便輕松、快速、平滑、無沖擊。對電機滑差大小的檢測，是根據裝置回路內測取的轉子電壓波形，經采樣后取得Uf，通過變換整形，變成方波，再經過光電隔離，輸入電腦系統，最后準確投勵。

通過分析以上原因查閱空壓機電機保護圖紙排除了空壓機機械部分原因、高壓電機軟啟動裝置原因導致啟動失敗，確定為勵磁控制器不能檢測同步信號，無法發出同步信號導致壓縮機長時間處于亞同步狀態運行，無法投勵，最終導致啟動失敗。通過更換勵磁控制器第四次啟動空壓機成功。

結語

機組啟動過程中多次出現無法正常啟動現象嚴重影響安全生產。本文分析了設備無法正常啟動的原因，查閱空壓機電機保護圖紙排除了空壓機機械部分原因、高壓電機軟啟動裝置原因導致啟動失敗，確定為勵磁控制器不能檢測同步信號，無法發出同步信號導致壓縮機長時間處于亞同步狀態運行，無法投勵，最終導致啟動失敗。通過更換勵磁控制器第四次啟動空壓機成功，保證了正常生產。

[1]周理.大型同步電動機失步保護裝置的故障分析[J].大電機技術，200520（5）：46-4946-49.