大型同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)過程中故障原因分析

(山東能源龍口礦業(yè)集團(tuán)熱電有限公司氣體公司 山東 龍口 265703)

同步電動(dòng)機(jī)以其可調(diào)的功率因數(shù)和輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)不敏感等良好的運(yùn)行性能，在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭，是驅(qū)動(dòng)大型風(fēng)機(jī)的優(yōu)選機(jī)型。大型同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)一直是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，如果采用異步啟動(dòng)方法，依靠阻尼繞組進(jìn)行啟動(dòng)，對(duì)電力系統(tǒng)的干擾將十分嚴(yán)重。如果采用減壓?jiǎn)?dòng)，不但需要很大的電抗器，而且啟動(dòng)繞組發(fā)熱嚴(yán)重，很難保證安全運(yùn)行。而利用現(xiàn)代交;直;交調(diào)速技術(shù)對(duì)大型同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行靜止變頻啟動(dòng)，則無(wú)論是效率還是控制性能都比較理想。大型高壓同步電動(dòng)機(jī)在大功率的空氣壓縮機(jī)、大型鼓風(fēng)機(jī)等沒有調(diào)節(jié)速度的要求設(shè)備上優(yōu)勢(shì)明顯，而且同步電動(dòng)機(jī)可以向電網(wǎng)發(fā)送無(wú)功功率，改善電網(wǎng)質(zhì)量，因此得到了廣泛應(yīng)用。我公司原料空氣壓縮機(jī)用同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在近一年來(lái)的機(jī)組啟動(dòng)過程中多次出現(xiàn)無(wú)法正常啟動(dòng)現(xiàn)象嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。

1 事故特點(diǎn)

我公司電機(jī)主要參數(shù)：額定電壓10KV，額定功率3400KW，額定電流225A。現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)空壓機(jī)具備啟動(dòng)條件，開始啟動(dòng)機(jī)組。第一次啟動(dòng)：?jiǎn)?dòng)現(xiàn)場(chǎng)按鈕按下后與以往相比機(jī)組啟動(dòng)緩慢，空壓機(jī)電機(jī)一直低轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，且噪音較大，現(xiàn)場(chǎng)按空壓機(jī)急停按鈕，停止運(yùn)行，啟動(dòng)時(shí)間15s 左右；啟動(dòng)過程中無(wú)定子電流、無(wú)勵(lì)磁電流、無(wú)勵(lì)磁電壓。第二次啟動(dòng)：在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理人員分析后認(rèn)為可能是本次檢修過程中空壓機(jī)軸承增加了墊子，可能導(dǎo)致啟動(dòng)困難，本次啟動(dòng)急停按鈕拍的過早，希望再嘗試一次，啟動(dòng)前將檢修過程中增加的墊子拆下。滅磁試驗(yàn)正常后，進(jìn)行空壓機(jī)第二次啟動(dòng)，第二次啟動(dòng)較以往啟動(dòng)仍然緩慢，空壓機(jī)電機(jī)一直低轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，且噪音較大，同時(shí)勵(lì)磁電流較大（在正常運(yùn)行值附近擺動(dòng)），有定子電流，無(wú)勵(lì)磁電壓，空壓機(jī)現(xiàn)場(chǎng)有濃烈的焦味，電機(jī)冒煙，啟動(dòng)時(shí)間35ss 時(shí)現(xiàn)場(chǎng)按空壓機(jī)急停按鈕，停止啟動(dòng)。第三次啟動(dòng)：將備用勵(lì)磁控制器換上。勵(lì)磁控制器更換完畢后，參數(shù)設(shè)置完畢，啟動(dòng)前進(jìn)行滅磁試驗(yàn)過程中，滅磁正常，在將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)回"0 位"再到"運(yùn)行"位置后勵(lì)磁電流、電壓表指針先回零，后緩慢上升至正常運(yùn)行值附近，同時(shí)勵(lì)磁工作指示燈也伴隨著先滅后亮，再次打到"調(diào)試"位置，重新滅磁，滅磁仍正常，再次將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)回"0 位"再到"運(yùn)行"位置，勵(lì)磁電流、電壓表指針反應(yīng)與上一次一致，后斷開勵(lì)磁柜電源后重新上電，各表針指示正常，勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流表指示在零位。開始第三次啟動(dòng)，啟動(dòng)過程中勵(lì)磁控制柜上勵(lì)磁電壓表指示為"0"，勵(lì)磁電流表指示為"0"，功率因數(shù)表指示為超前靠近零位晃動(dòng)（左下角），定子電流表指示為滿量程最大值，且表針震動(dòng)厲害，隨后啟動(dòng)成功，本次啟動(dòng)時(shí)間19s。本次啟動(dòng)過程中勵(lì)磁柜1#、2#勵(lì)磁控制器均在正常位置,轉(zhuǎn)換開關(guān)位于"運(yùn)行"位置。

2 事故原因分析

2.1 空壓機(jī)機(jī)械部分原因?qū)е聠?dòng)失敗

由于前期剛剛對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行了開缸大修，大修期間對(duì)止推軸承增加墊子，懷疑墊子加大了軸承阻力導(dǎo)致啟動(dòng)失敗，在第二次啟動(dòng)前將檢修過程中增加的墊子撤掉，且將空壓機(jī)零負(fù)載啟動(dòng)，即啟動(dòng)時(shí)空壓機(jī)入口導(dǎo)頁(yè)關(guān)到零。但第二次啟動(dòng)仍然失敗，前兩次啟動(dòng)過程中空壓機(jī)本體無(wú)明顯大的震動(dòng)、撞擊聲，可以排除機(jī)械原因。

2.2 高壓電機(jī)軟啟動(dòng)裝置原因?qū)е聠?dòng)失敗

我公司空壓機(jī)電機(jī)啟動(dòng)方式為通過開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)電機(jī)的異步啟動(dòng)，開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置是用開關(guān)變壓器來(lái)隔離高壓和低壓，開關(guān)變壓器的高壓繞組與電機(jī)串聯(lián)，低壓繞組與可控硅和控制系統(tǒng)相聯(lián)，通過改變其低壓上的電壓來(lái)改變高壓繞組上的電壓，從而達(dá)到改變電機(jī)端電壓的目的，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟起動(dòng)。電機(jī)啟動(dòng)過程中，當(dāng)軟啟動(dòng)裝置檢測(cè)到起動(dòng)電流下降，合星點(diǎn)柜信號(hào)發(fā)出，使星點(diǎn)柜合閘，電機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。通過分析電機(jī)啟動(dòng)電流曲線軟啟動(dòng)裝置可以觸發(fā)，即電機(jī)可以降電壓?jiǎn)?dòng)，但由于無(wú)法檢測(cè)到啟動(dòng)電流下降因此軟啟動(dòng)裝置無(wú)法發(fā)出合星點(diǎn)柜信號(hào)，因此直至手動(dòng)拍閘，啟動(dòng)失敗。

2.3 勵(lì)磁系統(tǒng)原因?qū)е聠?dòng)失敗

由于軟啟動(dòng)裝置的合星點(diǎn)柜信號(hào)是由空壓機(jī)勵(lì)磁柜發(fā)出的，因此考慮勵(lì)磁系統(tǒng)的原因。起動(dòng)過程中隨著電機(jī)的端電壓的逐步升高，電機(jī)電流由小到大逐步變大，能在額定電流以內(nèi)給電機(jī)以充分的加速，然后再逐步的加大電機(jī)的電流，使之接近同步轉(zhuǎn)速。按照"準(zhǔn)角強(qiáng)勵(lì)磁整步"的原則當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入臨界滑差（即原來(lái)所謂的"亞同步"），電機(jī)投勵(lì)瞬間在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的磁場(chǎng)與定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相吸引力最大（即定子磁場(chǎng)的S 極與投勵(lì)后轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的S 極相吸，定子磁場(chǎng)的S 極與投勵(lì)后轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的N 極相吸）。在準(zhǔn)角時(shí)投入強(qiáng)勵(lì)，使吸力進(jìn)一步加大，這樣電機(jī)進(jìn)入同步便輕松、快速、平滑、無(wú)沖擊。對(duì)電機(jī)滑差大小的檢測(cè)，是根據(jù)裝置回路內(nèi)測(cè)取的轉(zhuǎn)子電壓波形，經(jīng)采樣后取得Uf，通過變換整形，變成方波，再經(jīng)過光電隔離，輸入電腦系統(tǒng)，最后準(zhǔn)確投勵(lì)。

通過分析以上原因查閱空壓機(jī)電機(jī)保護(hù)圖紙排除了空壓機(jī)機(jī)械部分原因、高壓電機(jī)軟啟動(dòng)裝置原因?qū)е聠?dòng)失敗，確定為勵(lì)磁控制器不能檢測(cè)同步信號(hào)，無(wú)法發(fā)出同步信號(hào)導(dǎo)致壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于亞同步狀態(tài)運(yùn)行，無(wú)法投勵(lì)，最終導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。通過更換勵(lì)磁控制器第四次啟動(dòng)空壓機(jī)成功。

結(jié)語(yǔ)

機(jī)組啟動(dòng)過程中多次出現(xiàn)無(wú)法正常啟動(dòng)現(xiàn)象嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。本文分析了設(shè)備無(wú)法正常啟動(dòng)的原因，查閱空壓機(jī)電機(jī)保護(hù)圖紙排除了空壓機(jī)機(jī)械部分原因、高壓電機(jī)軟啟動(dòng)裝置原因?qū)е聠?dòng)失敗，確定為勵(lì)磁控制器不能檢測(cè)同步信號(hào)，無(wú)法發(fā)出同步信號(hào)導(dǎo)致壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于亞同步狀態(tài)運(yùn)行，無(wú)法投勵(lì)，最終導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。通過更換勵(lì)磁控制器第四次啟動(dòng)空壓機(jī)成功，保證了正常生產(chǎn)。

[1]周理.大型同步電動(dòng)機(jī)失步保護(hù)裝置的故障分析[J].大電機(jī)技術(shù)，200520（5）：46-4946-49.