同步電動機勵磁系統故障排查及處理

摘 要：對同步電動機勵磁系統原理和常見故障分析及處理進行了敘述，并指出了勵磁系統運行維護應注意的事項。

關鍵詞：同步電動機;勵磁;故障

0? ? 引言

勵磁系統是同步電動機的重要組成部分，其對于同步電動機的運行起著極其重要的作用。某石化企業加氫裝置現有7臺大型壓縮機組，配套的同步電動機均選用了WKLF-400系列微機控制無刷同步電動機勵磁系統。

1? ? 同步電動機勵磁系統工作原理

整套勵磁系統由旋轉勵磁和靜態勵磁兩部分組成。

旋轉勵磁部分安裝在主電機軸上，每套旋轉勵磁包括1個控制模塊、3個整流模塊、1個啟動模塊和8個電阻模塊，其電氣原理圖如圖1所示。

靜態勵磁部分主要是由勵磁調節器、勵磁變壓器、功率單元、電源系統和測量元件、顯示面板組成的靜態勵磁柜，安裝在非防爆場所。其核心控制單元為微機控制同步電動機勵磁調節器，具有雙套調節器自動跟蹤和故障自動切換（調節器雙冗余）的技術性能。靜態勵磁裝置的功率單元采用IGBT斬波方式，并配置有IGBT控制電阻滅磁電路。其電氣原理圖如圖2所示。

2? ? 靜態勵磁系統故障排查及處理

2.1? ? 案例分析

（1）故障現象：2013-03-08T07：59，新氫壓縮機108-K-101B電機開關故障跳閘，現場6 kV開關柜綜保顯示“過負荷反時限跳閘”，動作電流為580 A（額定電流290 A，保護定值348 A）;勵磁柜控制面板“勵磁故障”指示燈亮，故障錄波顯示電機定子電流增至580 A，延時65 s后跳閘，跳閘前電機電流呈現周期性波動波形。

（2）故障排查處理：檢查同步電動機和勵磁輸出電纜的絕緣電阻均合格;對6 kV饋電柜模擬“過電流保護動作”試驗，動作情況與故障錄波一致;檢查勵磁柜勵磁回路接線，發現勵磁正極輸出接線端子有松動現象，同時全面檢查和緊固勵磁回路接線;對勵磁系統進行調試試驗、檢查均正常;檢查勵磁機本體及本體接線端子正常。

通過檢查勵磁系統并采用排除法，確認此次電機停機原因為勵磁柜勵磁輸出接線松動，電機失磁后導致失步，開關過流保護動作跳閘（過流保護先于失步保護動作）。勵磁系統異常引起失步的原因主要包括勵磁繞組匝間短路、勵磁機或旋轉勵磁系統故障、勵磁回路斷線或接觸不良。通過前述檢查可以排除前兩項原因。重新檢查并緊固勵磁回路接線后，重新進行調試，開機試運正常。

2.2? ? 靜態勵磁系統故障排查處理過程中的注意事項

（1）核對所有對外接線無誤后解開轉子接線，確保外部交流、直流電源及母線PT信號完全切斷時進行回路電阻和絕緣測試。

（2）電阻測量主要檢查直流回路（220 V/

24 V）、交流回路（電源、PT和CT）和主回路母線電阻值應符合標準，測試完畢恢復勵磁裝置至交流勵磁機勵磁繞組接線。

（3）絕緣測試需要合空氣開關，解開雙路勵磁電源進線的零線，解開液晶觸摸屏面板接地端子連線，短接并使用500 V搖表搖測直流回路和交流回路（包括勵磁變的二次側）絕緣電阻應不低于0.5 MΩ。

（4）調試試驗包括投勵、兩套調節器手動切換、增減磁、滅磁、保護、勵磁系統和斷路器之間的聯動試驗。

3? ? 旋轉勵磁系統故障排查及處理

3.1? ? 案例分析

（1）故障現象：2017-08-08T15：43，新氫壓縮機107-K-

101A電機開關跳閘，現場6 kV開關柜綜保無故障顯示，靜態勵磁柜“旋轉模塊故障”指示燈亮，后臺監控發“新氫A機組勵磁故障”報警。

（2）故障排查處理：測量同步電動機定子繞組絕緣電阻為2 500 MΩ，檢查高壓配電柜內接線無松動;檢查勵磁柜內中間繼電器等元器件無異常，檢查勵磁柜內各線路無接線松動情況;將勵磁柜內轉換開關打在試驗位置，對勵磁柜各項參數進行檢查均正常;打開現場交流勵磁機端蓋，檢查旋轉勵磁系統;檢測整流盤及主機轉子絕緣電阻，值為10 MΩ;檢查勵磁機接線端子緊固，本體無明顯異常現象。

通過檢查勵磁系統并采取排除法，逐項分析來自勵磁柜且能引起高壓配電柜斷路器分閘的跳閘信號：勵磁調節器跳閘信號、空氣開關跳閘和快熔斷。經檢查空氣開關和快熔正常，而靜態勵磁柜“旋轉模塊故障”指示燈亮，可判斷跳閘信號由勵磁調節器發送。而靜態勵磁裝置具有兩套獨立的控制單元（調節控制通道），手動切換試驗時，A套和B套都無故障出現，由此可考慮失步保護、旋轉模塊故障和旋轉快熔熔斷保護引起的電機跳閘。根據錄波柜顯示跳閘前電機電流波形正常，不存在失步情況;同時DCS記錄顯示最后一次勵磁故障報警持續時間約為15 s，與勵磁機旋轉模塊故障延時跳機的時間設定15 s吻合，綜合分析判斷，確認為勵磁旋轉模塊故障。

勵磁旋轉模塊故障是指安裝在電機側的旋轉整流系統出現了短路或缺相，導致旋轉電樞不對稱運行。勵磁旋轉部分的故障排查，主要是現場對主控模塊、整流模塊、啟動模塊、滅磁電阻等部分的接線檢查和電氣參數測量，通常都可以快速確定故障點。

1）檢查主控模塊。使用萬用表電阻檔對主控模塊各端子間接線和未接線阻值分別進行測量，結果如表1所示。

從測量結果可以看出，主控電源11和13端子間阻值明顯偏低，其正常值應大于2 MΩ，且三相阻值必須平衡。因此，可確定主控電源已經故障。

2）檢查滅磁電阻。短接旋轉整流盤1#母排（L1）和2#母排（L2），用500 V搖表測量L1對地絕緣為0.2 MΩ（正常應大于5 MΩ）。解開各個滅磁電阻模塊接線，使電阻與轉子完全獨立，分別測量各電阻與轉子對地絕緣，最終發現7號電阻模塊故障。

將主控模塊及全部8個滅磁電阻模塊更換后，重新開機運行正常。

3.2? ? 旋轉勵磁系統故障排查處理過程中的注意事項

（1）旋轉勵磁系統故障通常為旋轉整流系統出現了短路或缺相，導致旋轉電樞不對稱運行并產生零序及負序電流，同時在勵磁繞組電流中感應出為交流勵磁機電樞電壓、頻率的基波及2次諧波的特征諧波電流，通過測量特征諧波電流的幅值，取出特征諧波的波形圖，可以對旋轉整流系統丟失脈沖、缺相、短路和不投勵等故障進行初步判斷。

（2）除對整流盤進行常規檢查，如有條件可通過模擬接入假負載，根據示波器波形圖，測試判斷主控模塊工作和啟動回路防誤動作情況。

（3）勵磁旋轉系統檢測前后，應認真核對拆除和恢復的接線一致，端子緊固，防止接線錯誤導致短路故障或勵磁異常。

4? ? 結語

綜上所述，同步電動機的勵磁系統故障類型和故障原因雖然很多，但只要認真分析故障現象，細致排查所有可能的原因，就可以快速找到故障點進行處理。同時要注意以下幾點：

（1）勵磁系統應結合機組檢修進行定期維護、清掃、緊固和聯鎖試驗。

（2）加強機組運行期間勵磁系統的巡檢，細化巡檢內容和標準，特別關注接線松動、過熱等異常情況。

（3）每個運行周期（3～4年）結束后，要對靜態勵磁柜和勵磁旋轉模塊進行全面檢測。勵磁旋轉模塊因現場運行環境惡劣，建議在三個運行周期后進行更換。

[參考文獻]

[1] 北京前鋒科技有限公司.WKLF-400無刷同步電動機勵磁裝置用戶手冊[Z]，2008.

收稿日期：2020-04-13

作者簡介：王洪峰（1979—），男，河北玉田人，電氣工程師，從事化工企業電氣設備技術管理工作。