大型高压同步电动机

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，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，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，投运仅4个月便出现了这次放炮烧损事故。

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，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，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。

3．1、失励失步是由于励磁系统的原因，使同步电动机的励磁绕组失去直流励磁。由于球磨机的同步电机过载力矩很大，导致同步电动机失去静态稳定，滑出同步。电机发生失励失步时，负载基本不变，定子电流增大1.5～3倍，电机声音异常，而GL型继电器主要用于起动时的电流保护，其整定值为6～7倍的额定值，所以GL型继电器拒动或动作时间过长。在此情况下失励失步一般不易被值班人员及时发现，待发现电机冒烟时，电机已失步了相当长时间，并已造成电机绕组或励磁装置的损坏。应当指出的是电机的失励失步，大多不当场损坏电机，出现电机冒烟后，停机常规检查，往往又查不出毛病，电机还能再投入运行。

由于失步运行，在阻尼绕组中就流过超过额定电流数倍至数十倍的电流，尤其是负载较重时，由于转差较大，所以流过阻尼绕组电流就更大。阻尼绕组的温升和热容量，一般是按短时工作制考虑的，由于长期流过大电流，必定会导致阻尼绕组温度过高，造成开焊、笼条断裂，甚至于阻尼绕组完全烧毁。正是在这种状况下，使得电机的寿命大为缩短。需要指出的是，电机失励失步时还会在转子回路中产生高电压，造成励磁装置主回路元件损坏，引起灭磁电阻发热，严重时甚至造成整台励磁装置烧坏。

3．2、带励失步，是由于负载突增（如球磨机胀肚），电机在运行中短时间严重欠励磁；或电机起动过程中励磁系统过早投励等原因引起的。

电机在带励失步时，励磁系统虽仍有直流励磁，但励磁电流及定子电流（包络线）强烈