应用案例

3300kW高压防爆同步电动机转子励磁绕组的故障分析及处理

字号+ 作者: 来源: 2010-03-22 13:17 我要评论( )

 

高压防爆同步电动机的转子励磁绕组是保证同步电动机正常启动运转的关键。吐哈油田采用了两台功率为3 300kW的正压通风式交流高压无刷励磁同步电动机(编号分别是CM203CCfL203D)。同步电动机由佳木斯电机厂生产,其配套静态励磁装置为WLK02H型,是由中国核工业电机运行技术开发公司研制生产的。本文摘取其中较为典型的一例故障进行分析。

20049月,我厂3 300kW无刷励磁同步电动机在正常生产过程中突然发生故障停机,在保护继电器SR469上显示为过载保护动作;从负荷历史曲线来看,当时有功负荷并未增加,但在发生故障停机时的瞬间无功负荷增加很大,导致同步电机功率因数滞后056

根据Siemens S7 PLC和上位监控机上的负荷历史趋势,我们认为故障停机的原因有二:其一是励磁系统出现问题(包括静态励磁系统和旋转励磁系统),致使转子励磁电流大大减小。励磁减小后定子电流先减小后增大,从而使得电机过载保护动作;其二是励磁系统工作正常,电动机本体出现故障,特别是电机转子绕组出现故障的可能性很大。

首先我们对静态励磁系统进行了测试。在电机处于停机状态下,将励磁系统投励开关打到“试验”位置进行调试,通过就地控制柜液晶显示屏可以清楚地看到,在调试状态下静态励磁系统工作十分正常,用示波器看输出波形也很正常。随后我们将励磁调节方式切换到“手动”方式,用“增磁”和“减磁”按钮增大和减小励磁电流,励磁系统反应正常,从显示面板也可以清楚地看到变化,据此可以推断静态励磁部分没有故障。

既然排除了静态励磁部分出现故障的可能性,那么毫无疑问,故障就出在旋转整流部分和电机本体部分。在励磁装置和同步电机生产厂家的现场配合下,经过周密的部署,准备工作完成后,由工艺人员现场启动电机,在经过投励设定延时后,电机无法投励,仍然处在异步运行状态,此时功率因数严重滞后,空载电流很大,于是果断停机。通过此次开机过程中出现的异常现象,进一步确认了问题就出在电机内部。

为了进一步缩小故障查找范围,我们对电机进行了开盖检查。首先对旋转整流盘部分进行了一个测试,测试电路如图1所示。

1

我们严格按照测试步骤进行了如下测试:

(1)打开灭磁电阻与转子绕组接线点,在其中间串接一只40W/220V的白炽灯泡;

(2)断开转子绕组的两个输入端,在其间并接一只100W/220V的白炽灯泡;

(3)打开励磁机电枢绕组的ABC三相出线端,从外部接人试验电源;

(4)外部试验电源通过三相调压器来控制给定电压;

(5)C相功率模块的可控硅C:两端并接一只二极管,方向如图1所示。

经过认真检查,确认电路连接无误后,进行通电试验。通电后10s左右,灯泡H2发亮,说明旋转部分能最终投励。断开电源后,接好示波器,再次通电试验,用示波器测灯泡H1两端电压波形,可以看到一开始示波器有波形,经过约10s后波形消失,此项试验说明灭磁回路和控制模块能够正常工作。第三次通电试验,用示波器测灯泡H2两端的电压波形,一开始示波器无波形显示,经过10s后波形为三相半控桥式整流波形,波形正常。据此可以断定旋转整流部分工作正常。

彻底地排除了励磁系统故障的可能性,故障就锁定在电机本体上。随后,我们组织人员对电机本体进行全面检查,先用500V摇表测转子绕组对地绝缘,绝缘电阻值大于500M),绝缘良好。然后测绕组两端是否导通,经测试,发现转子励磁绕组两端开路。为了进一步证明绕组开路,用直流电桥再次检查转子绕组的直流电阻,测量结果为开路,据此可以断定转子绕组烧断。经过盘车后将转子绕组旋转了一个角度,仔细检查后找到了一个明显烧黑的地方。

打开电机,取下磁极绕组时看到,在相邻两绕组焊接处,由于接触部位铜皮较薄,转子在转动过程中磁极松动,从而使焊接部位发生了疲劳断裂。经过电机厂重新用铜皮焊接,处理完成后,经检查测试定子、转子绕缘和直流电阻均正常。

准备就绪后,现场启动电机,投励过程及其他—切正常。电机空载运行2h后停机检查一切正常。重新开机后带负荷运转,无任何异常情况出现。

经过此次电机绕组故障的查找及分析处理,使我们认识到大型同步电动机在日常运行过程中应注意两方面:一是励磁系统的监控和检查;另一个是电机定子和转子的检查,特别是停机大检修时,一定要开盖详细检查,并做好紧固工作,以免松动造成不必要的事故。

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