關(guān)于大型同步電機(jī)失步停機(jī)的故障分析

白鳳雷

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200)

大型機(jī)組的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為隱極式轉(zhuǎn)子高壓無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)和同步由勵(lì)磁控制系統(tǒng)(ECS)控制，同步電動(dòng)機(jī)采用無(wú)刷勵(lì)磁技術(shù)，因此能夠?qū)⒒h(huán)、碳刷、火花等問(wèn)題加以克服[1]。同步電動(dòng)機(jī)有超強(qiáng)的抗過(guò)載能力，具備恒定的轉(zhuǎn)速，可以根據(jù)需要調(diào)整功率因數(shù)，在轉(zhuǎn)矩方面較少受到電源電壓之影響，因此在大型高爐煉鐵鼓風(fēng)機(jī)中，采用同步電動(dòng)機(jī)較為普遍，已成為當(dāng)今世界煉鐵裝備發(fā)展的趨勢(shì)之一[2][3]。

1 事情經(jīng)過(guò)

2020年8月7日，某公司高爐鼓風(fēng)機(jī)主控室上位機(jī)發(fā)出主電機(jī)停機(jī)報(bào)警信息。崗位人員立即查看主機(jī)電流、逆止閥等狀態(tài)，確認(rèn)機(jī)組停機(jī)后，立刻啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，快速開啟撥風(fēng)系統(tǒng)的快開閥進(jìn)行應(yīng)急處理，避免事故發(fā)生，并組織啟動(dòng)備用機(jī)組，及時(shí)恢復(fù)了生產(chǎn)。

2 原因分析

故障發(fā)生后相關(guān)人員立即到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行事故處理及分析，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勵(lì)磁柜進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁柜有如下報(bào)警信息顯示。

（1）A073/AL電機(jī)失步監(jiān)控啟動(dòng)。

（2）F074/SD電機(jī)失步故障。

2.1 造成同步電機(jī)失步保護(hù)動(dòng)作主要有三種情況

（1）由于供電電源或與電網(wǎng)的短暫中斷而導(dǎo)致的“斷電失步”。

（2）由于電機(jī)負(fù)荷的大幅度突變，導(dǎo)致電機(jī)失去動(dòng)態(tài)穩(wěn)定而導(dǎo)致帶勵(lì)失步[4]。

（3）由于電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)或勵(lì)磁電源故障以及某些不正常狀態(tài)，導(dǎo)致電機(jī)失勵(lì)或嚴(yán)重欠勵(lì)，失去穩(wěn)定而滑出同步導(dǎo)致失勵(lì)失步[5]。

2.2 直接原因分析

結(jié)合2.1所述的幾種失步情況，組織對(duì)此次故障進(jìn)行系統(tǒng)排查。

2.2.1 供電電源系統(tǒng)排查

對(duì)風(fēng)機(jī)主電機(jī)供電電源系統(tǒng)進(jìn)行檢查，調(diào)取110 kV主變系統(tǒng)故障錄波，未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)電壓電流發(fā)生較大波動(dòng)，故排除第一種情況。

2.2.2 負(fù)荷波動(dòng)情況排查

對(duì)風(fēng)機(jī)負(fù)荷情況進(jìn)行檢查，調(diào)取風(fēng)量、電流電壓運(yùn)行參數(shù)曲線，未發(fā)現(xiàn)大的波動(dòng)，也排除第二種情況。

2.2.3 勵(lì)磁系統(tǒng)狀態(tài)排查

調(diào)取與勵(lì)磁系統(tǒng)相關(guān)的勵(lì)磁電流和功率因數(shù)曲線，發(fā)現(xiàn)電機(jī)的勵(lì)磁電流以及功率因數(shù)均發(fā)生突變。勵(lì)磁電流從82.5 A下降至58.9 A，再升高至145 A又降至58.3 A后停機(jī)，功率因數(shù)變化值為-0.99、-0.98、-0.86、-0.93。

發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題后，立即組織專業(yè)人員對(duì)電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行檢查，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)勵(lì)磁機(jī)定轉(zhuǎn)子均無(wú)故障點(diǎn)后，將排查重點(diǎn)放在勵(lì)磁控制系統(tǒng)。勵(lì)磁通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖見(jiàn)圖1。

在對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁柜7UM62綜保裝置與PLC存在通信故障，此通信故障在電機(jī)停機(jī)后仍然間歇性出現(xiàn)。通信故障報(bào)文見(jiàn)圖2。

圖1 勵(lì)磁通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

圖2 通信故障報(bào)文

通過(guò)對(duì)電機(jī)恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)模式邏輯分析得知，西門子7UM62綜保裝置內(nèi)置模擬量輸出通信模塊，是通過(guò)PROFIBUS DP將測(cè)量的電壓、電流、有功、無(wú)功功率等值，傳輸給勵(lì)磁柜PLC做勵(lì)磁電流PID調(diào)節(jié)，當(dāng)DP網(wǎng)段中有站點(diǎn)發(fā)生閃斷時(shí)，首先延時(shí)一定時(shí)間后，如果故障沒(méi)有恢復(fù)會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸丟失，立即將故障信息發(fā)送給停機(jī)邏輯聯(lián)鎖程序。通信診斷功能塊見(jiàn)圖3。

經(jīng)過(guò)在實(shí)驗(yàn)室搭建測(cè)試平臺(tái)，再次驗(yàn)證7UM62綜保裝置通信中斷期間，勵(lì)磁柜PLC無(wú)法準(zhǔn)確從7UM62綜保裝置讀取電流、有功、無(wú)功等數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖4）。因此，可以判斷7UM62綜保裝置通信故障是導(dǎo)致電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)失控，電機(jī)失去動(dòng)態(tài)穩(wěn)定而失步，造成3#高爐鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)跳機(jī)的直接原因。

圖3 通信診斷功能塊

圖4 7UM62與S7-300的通信仿真測(cè)試

2.3 管理原因分析

專業(yè)人員對(duì)進(jìn)口西門子綜保、勵(lì)磁系統(tǒng)關(guān)鍵性的認(rèn)知不夠深入，僅按照《繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 995-2016）要求，對(duì)保護(hù)裝置的保護(hù)邏輯功能、引入端子外的交直流回路、操作回路以及輔助繼電器進(jìn)行周期性檢驗(yàn)，校驗(yàn)周期為6年[1]。但沒(méi)有對(duì)綜保裝置通信功能進(jìn)行有效的檢測(cè)。同時(shí)存在著對(duì)大型傳動(dòng)設(shè)備的勵(lì)磁控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部程序解讀、邏輯關(guān)系、數(shù)據(jù)傳輸、關(guān)鍵點(diǎn)的控制等方面駕馭能力不足；勵(lì)磁變頻系統(tǒng)程序、邏輯控制方面技術(shù)力量單??；缺少類似的故障經(jīng)驗(yàn)總結(jié)等問(wèn)題。

所以針對(duì)正常運(yùn)行時(shí)無(wú)法開柜檢查的關(guān)鍵設(shè)備，日常點(diǎn)巡檢過(guò)程中對(duì)隱蔽部位設(shè)備設(shè)施缺乏有效的檢查手段；對(duì)內(nèi)部元件已接近可靠使用壽命周期的認(rèn)識(shí)不足，缺乏產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造方面的專業(yè)知識(shí)；未能先期發(fā)現(xiàn)在線運(yùn)行關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)部隱患，提前制定積極有效的應(yīng)對(duì)措施及合理的更換周期，都是造成此次故障的管理原因。

3 改進(jìn)措施

（1）組織維護(hù)人員對(duì)電機(jī)7UM62綜保裝置進(jìn)行更換，重新配置參數(shù)，在確認(rèn)勵(lì)磁系統(tǒng)狀態(tài)正常后，開機(jī)試驗(yàn)運(yùn)行正常，恢復(fù)備用。

（2）依據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置運(yùn)行管理規(guī)程》（DL/T 587-2016）“3.7微機(jī)保護(hù)裝置的使用年限一般不低于12年,對(duì)于運(yùn)行不穩(wěn)定、工作環(huán)境惡劣的微機(jī)保護(hù)裝置可根據(jù)運(yùn)行情況適當(dāng)縮短使用年限”的規(guī)定，同時(shí)結(jié)合7UM62綜保裝置已達(dá)11年使用年限的現(xiàn)狀，計(jì)劃在系統(tǒng)檢修期間，對(duì)同批次的7UM62綜保裝置進(jìn)行預(yù)防更換，徹底消除安全隱患。

（3）堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，解決突出關(guān)鍵問(wèn)題。開展微機(jī)綜合保護(hù)裝置深層次技術(shù)交流，從設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計(jì)理念、制造工藝、控制邏輯角度入手，深入交流設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理，避免長(zhǎng)期運(yùn)行的設(shè)備出現(xiàn)不受控點(diǎn)。同時(shí)，針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和技術(shù)規(guī)范，增加在線局部放電等檢測(cè)手段，預(yù)判關(guān)鍵設(shè)備的劣化趨勢(shì)，提前制定并執(zhí)行相應(yīng)的改善措施，提升關(guān)鍵設(shè)備的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上的分析結(jié)果，再次驗(yàn)證了電子元器件的可靠使用周期一般為10年左右，在采取積極改正措施后，能夠消除大型機(jī)組運(yùn)行中可能存在的不穩(wěn)定因素。在實(shí)踐中針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)采取有效的方法對(duì)其進(jìn)行管理維護(hù)，確保能夠正常運(yùn)行，為公司的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供重要保障。