珠三角地區水利工程10kV同步電動機常見故障淺析

王偉

（佛山市順德區水利水電勘測設計院有限公司，廣東 佛山 528300）

引言

隨著珠三角地區經濟的進一步發展，工農業生產規模不斷擴大，水利工程作為社會經濟發展的主要基礎設施，其建設步伐也在不斷加快。在大中型軸流式抽水泵站中，高電壓等級、大功率的同步電動機作為電能轉換成機械能的載體，直接拖動軸流水泵工作。同步電動機由于其獨特的結構，在運行時能給供配電網提供相應的容性無功，可以有效改善泵站供配電系統的功率因數，在珠三角地區的水利工程中得到了較為廣泛的應用。在長期的實際運行中，同步電動機由于受強大的電、熱、機械力等作用，以及周圍環境(特別是珠三角地區特有的潮濕的氣候)的共同影響，加上電機自身內部結構（包括其勵磁控制系統）較異步電動機復雜，對使用環境和使用要求均有更高的標準，這使得同步電動機故障較異步電動機要復雜。本文對珠三角地區實際應用中常見的10kV同步電動機故障類型及故障原因進行總結后，對減少同步電動機故障的一些改進性措施進行認真的分析探討[1]。

1 泵站10kV同步電動機常見故障類型及原因分析。10kV同步電動機是整個泵站拖動系統中的核心動力轉換設備，其工作可靠性直接影響到水泵機組能否高效穩定的運行。10kV同步電動機發生故障的類型及原因是多種多樣的，因此，在日常運行過程中，對不同故障類型和故障原因進行分析總結，可以有效提高水泵機組故障檢修效率，保證泵站水泵機組高效穩定的運行。

1.1 同步電動機定子過熱

在實際工程應用中，同步電動機發生定子過熱故障時，尤其當故障發生在夏季時，其定子繞組溫度可以上升到100℃～110℃左右，給機組正常穩定運行帶來巨大的安全隱患。10kV同步電動機造成定子發熱故障的原因很多，具體歸納為如下幾個主要原因：

（1）電機拖動系統負載不正常。珠三角的水利工程中，電機拖動的主要負載為水泵。當河水中的水草、垃圾袋或其它垃圾偶然穿過攔污柵進入水泵的葉輪室，突然與葉輪發生纏繞時，葉輪轉動的阻力陡然增加，從而導致電機輸出的功率增加。拖動系統輸出與輸入保持平衡是電機高效穩定運行的重要保障。當高壓同步電動機在運行過程中，其拖動系統中負載量突然增加，定子繞組內部所形成的定子電流就會同時增加，從而造成定子線圈銅耗量大大增加，在定子繞組中劇烈發熱溫升，熱量的不斷積累就會導致電機定子出現過熱故障。當同步電動機由于負載波動造成的定子發熱故障時，應立即停機檢查，清除纏繞物，故障即可排除。

（2）定子通風系統不良。珠三角地區屬潮濕亞熱帶氣候，空氣濕度常年在90%以上，空氣中的灰塵容易堆積。當定子通風系統由于外部灰塵過厚而被堵塞時，電動機運行過程中內部產生的熱量就不能及時散去，造成定子溫度過高，從而大大降低了水泵機組工作效率。為增強同步電動機的綜合散熱性能，應按照水泵機組檢修維護制度，定期派專人對電動機進行一次解體除塵維護工作，必要時還可以在泵房中增裝通風機，以加速廠房內空氣流通性能，降低水泵機組的外部環境溫度。

（3）勵磁電流過大。勵磁系統是同步電動機高效運行的核心系統之一。當水泵機組拖動系統外部負載量恒定時，按照同步電動機U形運行曲線可知，同步電動機定子電流會隨勵磁電流的增大而劇烈增加，定子繞組銅耗量劇烈增大，伴隨繞組溫度劇烈升高，從而形成發熱故障。因此，在10kV同步電動機日常運行中，應該采取先進的控制技術，保證同步電動機勵磁電流在規定允許范圍內，保障同步電動機處于最優運行工況。

1.2 集電環火花嚴重

珠三角地區的水利工程中，特別是順德的泵站工程，10kV同步電動機的啟動方式多數為直接啟動，其啟動電流通常是額定電流的6倍。當同步電動機在正常啟動時由于絕緣及空氣濕度等原因在集電環處產生火花，或在運行中由于接觸不良等原因造成集電環與電刷間發生火花嚴重時，將會導致同步電動機啟動失敗或異常停機[2]。

1.2.1 啟動時集電環火花嚴重。同步電動機在啟動過程中，當兩集電環間絕緣套管上由于長期運行吸附大量碳粉以及遇到潮濕的天氣時，就會導致兩集電環間的絕緣性能下降，加上同步電動機在啟動過程中，內部轉子繞組會形成較高等級的感應電壓，會將集電環上的碳粉間隔層擊穿，從而造成集電環發生短路。在強大的熱效應和動效應的共同作用下，就會導致導電桿或支撐件發生變形損壞。因此，應加強10kV水泵機組的日常維護力度，定期利用壓縮空氣對電機集電環進行除塵工作，及時清掃集電環之間附著的碳粉，并利用相關儀器儀表測量兩集電環間的對地絕緣電阻值，如發現絕緣電阻低于規范要求時，應該立即對相關部件采取更換處理。

1.2.2 運行中集電環火花嚴重。集電環與電刷間接觸壓力不足、接觸面接觸不良、設備型號不匹配等都會造成同步電動機在運行過程中，集電環與電刷間發生嚴重的火花，從而降低水泵機組的運行效率。在運行過程中，應根據設計要求，調整好集電環與電刷間的壓力并保證其接觸面受力均勻。選用與集電環相匹配的電刷設備，并防止不同型號電刷混用情況的發生。如長期運行集電環表面出現粗糙現象時，應采用砂紙沿集電環表面的圓弧方向進行打磨，使集電環表面光滑平整，保證集電環與電刷間具有高效的運行性能。

1.3 轉子繞組短路環火花嚴重

同步電動機在啟動過程中其轉子阻尼繞組的短路環產生嚴重火花時，將導致整個水泵拖動系統不能牽入同步，同步電動機無法正常啟動。10kV同步電動機在啟動過程中，尤其是當水泵機組在經長時間停運后突然啟動時，由于熱脹冷縮的原因將會造成短路環連接螺栓發生松動、連接處出現開焊（虛焊）等現象，電動機轉子阻尼繞組將會感應出強大的感應電流，從而在短路環連接不良處發生打火現象。因此，在日常運行過程中，應在水泵機組投運前，仔細檢查電動機轉子阻尼繞組的短路環，觀測是否有松動或開焊（虛焊）情況發生。若有應立即采取相應緊固或重新焊接措施，保證同步電動機高效穩定的運行。

1.4 勵磁系統故障

由于受當時建設技術水平和投資資金的制約，很多泵站所采用的老式勵磁裝置在電路設計、動態響應、實時調節等方面均不能滿足現代智能控制的需求，使電動機在啟動過程中，經常出現啟動時間拉長、啟動困難，甚至無法啟動情況的發生。在運行中，也會出現電動機出現失步運行工況時，其失步保護需要較長的延時才能跳閘，各種沖擊使電動機遭受巨大損傷，從而大大威脅到同步電動機的高效穩定運行。為了提高同步電動機的綜合運行效率，迫切需要對傳統的勵磁系統進行技術改造。

2 改進措施研究

為了提高水泵機組10kV高壓同步電動機綜合運行性能，除了上述的基本檢修維護措施外，可以采取DJL型同步電機可控硅勵磁裝置對傳統高壓同步電動機的勵磁系統進行升級改造，提高同步電動機綜合啟動性能，保障整個水泵電動機拖動系統在運行和啟動過程免受損害。DJL型同步電機可控硅勵磁裝置集中了數字式精密調節器及集成電路模擬式調節器各自優點，實現了PID調節器動態調節各功能電路間的相互緊密結合，將同步電動機勵磁調節器的硬件精簡到最少，并結合先進的智能控制軟件功能，有效解決了傳統同步電動機勵磁系統分立元件多、維護困難、實時響應性和可靠性差、智能監控水平低等不足。

結束語。建立完善的針對性的檢修維護制度，并對傳統的勵磁系統進行技術升級改造，可以大大縮短10kV高壓同步電動機故障檢修時間，及時消除電機故障，保障水泵高壓同步電動機拖動系統高效穩定的運行。

[1]杜宗軒等.電氣設備運行技術問答[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]朱林海,謝利宗.泵站電動機絕緣老化原因分析與鑒別[J].湖南水利水電,2004,(1):47-48.