同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障排查及處理

任志鵬

（寧夏回族自治區(qū)紅寺堡揚(yáng)水管理處，寧夏中寧 755100）

1 前言

根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式對(duì)同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行劃分，可分為旋轉(zhuǎn)磁極式與旋轉(zhuǎn)電樞式兩種，其中旋轉(zhuǎn)磁極式同步電動(dòng)機(jī)又可根據(jù)磁極所在位置結(jié)果的不同分為兩種，即表面突出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)與表面嵌入式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。勵(lì)磁系統(tǒng)作為支撐同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要構(gòu)件，一旦出現(xiàn)故障問題，將嚴(yán)重影響同步電動(dòng)機(jī)輸出功率。因此，應(yīng)當(dāng)針對(duì)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)不同故障進(jìn)行及時(shí)排查與處理，確保同步電動(dòng)機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 WKLF-400系列同步電動(dòng)機(jī)

2.1 靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)故障排查及處理

2.1.1 故障現(xiàn)象

新氫壓縮機(jī)的WKLF-400 系列同步電動(dòng)機(jī)，編號(hào)107-K-101A 出現(xiàn)開關(guān)故障并發(fā)生跳閘，現(xiàn)場(chǎng)6KV開關(guān)柜綜合保護(hù)顯示操作面板顯示“超負(fù)荷反時(shí)限跳閘保護(hù)”字樣，動(dòng)作電流的數(shù)額為580A。設(shè)定的額定電流參數(shù)為290A，保護(hù)閾值為348A。勵(lì)磁柜控制面板顯示“勵(lì)磁故障”燈亮，故障錄波表明同步電動(dòng)機(jī)的定子電流已增加至580A，并在56s 延時(shí)狀態(tài)下完成跳閘，在跳閘前同步電動(dòng)機(jī)的電流狀態(tài)呈現(xiàn)出具有周期性特點(diǎn)的波動(dòng)波形。

2.1.2 故障排查與處理

勵(lì)磁系統(tǒng)故障排查結(jié)果如下：同步電動(dòng)機(jī)與勵(lì)磁系統(tǒng)輸出線纜的電阻絕緣屬性符合標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)6vK開關(guān)柜進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，即進(jìn)行過電保護(hù)試驗(yàn)，試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)與故障錄波具有一致性；對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的回路連接線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)中正極輸出一側(cè)的接線端子存在一定松動(dòng)，同時(shí)細(xì)致檢查和加固勵(lì)磁系統(tǒng)的回路連接線；對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行總體運(yùn)行調(diào)試、檢查均沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，對(duì)勵(lì)磁機(jī)本身及與設(shè)備相連的接線和端子進(jìn)行檢查并未出現(xiàn)問題。

采取排查法對(duì)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確定此次故障導(dǎo)致的同步電動(dòng)機(jī)停機(jī)是由于勵(lì)磁柜內(nèi)勵(lì)磁系統(tǒng)回路連接線出現(xiàn)松動(dòng)而引起的，同步電動(dòng)機(jī)在失磁之后，轉(zhuǎn)子未跟隨定子的磁場(chǎng)變化完成同步旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)失步，電源開關(guān)啟動(dòng)過電保護(hù)完成跳閘，且從結(jié)果來看過電保護(hù)應(yīng)在失步保護(hù)之前完成。勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)異常引發(fā)的失步問題可能由以下幾種原因，包括勵(lì)磁繞組匝間發(fā)生短路問題、勵(lì)磁機(jī)或是旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁部分存在問題、勵(lì)磁系統(tǒng)回路接線發(fā)生斷裂或是接線搭接存在不良。通過上述故障排查能夠?qū)⑶皟蓚€(gè)原因進(jìn)行排除。

2.1.3 故障排查及處理中的注意事項(xiàng)

（1）檢查全部外部接線無異常后解開轉(zhuǎn)子連接線，這樣能夠確保外部交流電、直流電以及母線的PT信號(hào)處于完全切開斷聯(lián)的狀態(tài)，此時(shí)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)的輸電線路實(shí)施絕緣電阻檢查才能保障安全。（2）進(jìn)行電阻測(cè)量應(yīng)主要檢查直流電源回路，包括220V和24V；交流電源回路，包括PT、CT以及電源；主線回路的電阻數(shù)值是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，在完成測(cè)試后需將勵(lì)磁系統(tǒng)復(fù)原至交流勵(lì)磁機(jī)并完成勵(lì)磁繞組全部線路連接[1]。（3）實(shí)施絕緣測(cè)試需合閉空氣開關(guān)，解除連接雙路勵(lì)磁系統(tǒng)的電源輸入線零線，解除顯示操作控制面板的接地端子連接線，進(jìn)行短接并利用500V 搖表遙測(cè)設(shè)備完成直流電路回路和交流電路回路測(cè)試，包括勵(lì)磁發(fā)生變化的二次測(cè)，絕緣測(cè)試電阻應(yīng)大于0.5。

2.2 旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)故障排查及處理

2.2.1 故障現(xiàn)象

新氫壓縮機(jī)的WKLF-400 系列同步電動(dòng)機(jī)，編號(hào)107-K-101B 出現(xiàn)開關(guān)跳閘情況，現(xiàn)場(chǎng)6kV 開關(guān)柜綜合保護(hù)顯示操作面板未顯示異常故障，靜態(tài)勵(lì)磁柜控制面板的“旋轉(zhuǎn)模塊故障”燈明顯點(diǎn)亮，監(jiān)控中心后臺(tái)同步發(fā)出“新氫機(jī)組B 出現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)故障”的警報(bào)。

2.2.2 故障排查與處理

勵(lì)磁系統(tǒng)故障排查結(jié)果如下：檢查同步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部定子的繞組絕緣性能，測(cè)得絕緣電阻數(shù)值為2500，對(duì)高壓配電柜的內(nèi)部線路連接情況進(jìn)行檢查沒有發(fā)現(xiàn)松動(dòng)；對(duì)勵(lì)磁柜的內(nèi)部元器件進(jìn)行檢查如中間繼電器，未發(fā)現(xiàn)異常情況；對(duì)勵(lì)磁柜內(nèi)部各條線路的連接情況進(jìn)行緊固檢查沒有發(fā)現(xiàn)存在松動(dòng)問題；對(duì)勵(lì)磁柜各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢查，利用轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)施試驗(yàn)，最終得出數(shù)據(jù)與額定與標(biāo)定參數(shù)保持一致，因而勵(lì)磁柜也無異常情況；現(xiàn)場(chǎng)打開交流電源勵(lì)磁柜的端蓋，對(duì)旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性檢查；對(duì)整流盤與主機(jī)轉(zhuǎn)子的絕緣性能進(jìn)行檢查，測(cè)得絕緣電阻數(shù)值為10；對(duì)勵(lì)磁機(jī)連接線的端子進(jìn)行緊固檢查，未發(fā)現(xiàn)本體存在異常情況。

采取排查法對(duì)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行檢查，分析發(fā)出跳閘信號(hào)的信號(hào)源，包括空氣開關(guān)、靜態(tài)勵(lì)磁柜、快熔以及高壓配電柜。依次經(jīng)過故障排查發(fā)現(xiàn)，快熔與空氣開關(guān)處于正常狀態(tài)，而靜態(tài)勵(lì)磁柜控制面板的“旋轉(zhuǎn)模塊故障”燈已亮，由此工程技術(shù)人員判斷跳閘信號(hào)是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出。由于靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)配備了兩套各自獨(dú)立的控制單元用于調(diào)整通道，在進(jìn)行手動(dòng)切換時(shí)，A 控制單元與B 控制單元均未出現(xiàn)故障，因而可以考慮失步過度保護(hù)、旋轉(zhuǎn)快熔斷保護(hù)機(jī)制以及選裝模塊故障而引發(fā)的同步電動(dòng)機(jī)跳閘。參照故障錄波顯示在同步電動(dòng)機(jī)發(fā)生跳閘前電流波形處于正常流動(dòng)狀態(tài)，未出現(xiàn)失步狀況；并且DCS 記錄顯示勵(lì)磁故障最后一次的報(bào)警時(shí)長(zhǎng)大約在15s，與工程技術(shù)人員提前設(shè)定的旋轉(zhuǎn)模塊故障延時(shí)跳閘時(shí)間相一致。由此綜合判斷，確定是勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)模塊發(fā)生故障[2]。

勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)模塊故障，一般是由于靠近電機(jī)一側(cè)的旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)存在短路或是缺相問題而導(dǎo)致的，致使旋轉(zhuǎn)電樞處于非平衡狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效果。處理勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)模塊故障主要是在現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)啟動(dòng)功能、整流模塊、主控模組、滅磁電阻等實(shí)施線路連接情況檢查和相關(guān)電氣參數(shù)檢測(cè)，由此快速確定造成旋轉(zhuǎn)模塊發(fā)生故障的源頭。工程技術(shù)人員針對(duì)上述部分依次進(jìn)行檢查與測(cè)量，發(fā)現(xiàn)主控電源11#與13#端子之間的阻值明顯低于其他端子間阻值，且三相阻值之間存在失衡問題。因此，工程技術(shù)人員確認(rèn)主控電源模組存在故障。隨后，工程技術(shù)人員對(duì)滅磁電阻進(jìn)行檢查，解除各個(gè)滅磁電阻的連接線路，確保轉(zhuǎn)子與滅磁電阻各自獨(dú)立，再依次測(cè)量各個(gè)滅磁電阻與轉(zhuǎn)子的對(duì)地絕緣電阻數(shù)值，最終判斷7#滅磁電阻存在問題。最后，工程技術(shù)人員將全部滅磁電阻與主控模塊進(jìn)行更換，待完成調(diào)試后開機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)，確保同步電動(dòng)機(jī)處于正常狀態(tài)。

2.2.3 故障排查及處理中的注意事項(xiàng)

（1）如果顯示旋轉(zhuǎn)模塊故障，則旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)一定存在問題。造成此類問題的原因一般是旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)發(fā)生缺相或是短路問題，致使旋轉(zhuǎn)電樞在非平衡狀態(tài)下運(yùn)行，并由此產(chǎn)生負(fù)序電流以及零序電流。對(duì)此，可利用諧波波形圖對(duì)旋轉(zhuǎn)模塊故障源頭進(jìn)行識(shí)別。利用勵(lì)磁繞組電流對(duì)交流電源支持下的勵(lì)磁機(jī)電樞電壓波形變化、勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行頻率的基礎(chǔ)波形變化，測(cè)量特征諧波幅值，對(duì)缺相、短路或是缺少脈沖等問題進(jìn)行初步識(shí)別。（2）針對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)模塊進(jìn)行檢查的前后，工程技術(shù)人員需保證所拆解的和最終恢復(fù)的線路連接情況一致，各個(gè)端子處于緊固狀態(tài)。

3 AMS-800LF型同步電動(dòng)機(jī)

3.1 勵(lì)磁系統(tǒng)介紹

該規(guī)格型號(hào)的同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)有四項(xiàng)主要功能，包括控制勵(lì)磁電流、控制啟動(dòng)排序、保護(hù)同步電動(dòng)機(jī)、使控制者與控制系統(tǒng)整體建立聯(lián)系。此同步電動(dòng)機(jī)的控制模式有恒勵(lì)磁，即勵(lì)磁參數(shù)設(shè)置為恒定；恒電壓，即設(shè)定恒定電壓保證同步電動(dòng)機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)維持運(yùn)轉(zhuǎn)；恒電壓+恒功率因數(shù)，即通過設(shè)置恒定電壓來調(diào)節(jié)功率因數(shù)變化，進(jìn)而保證同步電動(dòng)機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；恒無功+橫功率因數(shù)控制模式是該規(guī)格型號(hào)同步電動(dòng)機(jī)最為常用的，此模式下的參量單位是KVAr，調(diào)節(jié)控制模式可通過操作面板完成。其中，控制無功需利用PID 調(diào)節(jié)器，實(shí)際的無功數(shù)據(jù)需以主開關(guān)位置所測(cè)的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，通過無功變換器調(diào)整為輸入信號(hào)，再和PLC 控制器中的相關(guān)變量完成對(duì)比分析。在恒功率因數(shù)控制模式下，同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率處于被控制的恒定狀態(tài)，功率因數(shù)可以通過控制面板完成設(shè)定，但不可直接進(jìn)行測(cè)量，因而需要在PLC 控制器中將同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)參量按照等效無功功率進(jìn)行計(jì)算。

3.2 勵(lì)磁系統(tǒng)失步跳閘故障分析

此規(guī)格型號(hào)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)失步跳閘故障的原因較為復(fù)雜，有外部原因?qū)е碌?，也有?nèi)部原因引發(fā)的，且多數(shù)情況為內(nèi)外因素共同導(dǎo)致的。其中，外部原因包括外部電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)變化而產(chǎn)生干擾影響，或是風(fēng)門修正幅度過大而造成的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)異常等；而內(nèi)部原因包括供電系統(tǒng)無法穩(wěn)定支撐勵(lì)磁系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、勵(lì)磁系統(tǒng)本體存在低效勵(lì)磁問題、勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部個(gè)別元器件出現(xiàn)問題、控制模式調(diào)整不當(dāng)、勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部定子或轉(zhuǎn)子發(fā)生移動(dòng)等[3]。就本文所分析案例來說，工程技術(shù)人員通過對(duì)比分析各類原因，討論認(rèn)為同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)失步跳閘故障是由于勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部元器件發(fā)生損壞而引起的，因此故障處理方向得以明確。

3.3 勵(lì)磁系統(tǒng)失步跳閘故障處理

本案例針對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部元器件損壞而引發(fā)的失步跳閘故障采取以下措施進(jìn)行處理：（1）更換電源。同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部元器件發(fā)生損壞多數(shù)由供電系統(tǒng)不穩(wěn)定或電源輸入異常而造成，為保證此次失步跳閘故障處理徹底，工程技術(shù)人員將電源調(diào)整為不間斷電源，以此確保勵(lì)磁系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間得到穩(wěn)定可靠的電力能源支持。針對(duì)AMS-800LF型同步電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，最終選用Hipulse U/120/S/6P 型不間斷電源實(shí)施更換處理，并利用型號(hào)ULK366SZ12-UF-BCB500/0500-03 的電池進(jìn)行搭配，按照三進(jìn)三出的方案開展安裝調(diào)試，并設(shè)定額定容量120kVA。除此之外，工程技術(shù)人員針對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)供電專用變壓器進(jìn)行維護(hù)更換，同時(shí)檢查了勵(lì)磁系統(tǒng)的輸電線路，從而確保供電系統(tǒng)及輸電線路能夠?yàn)閯?lì)磁系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電力支持。（2）更換勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部元器件。通過排查勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部元器件運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并結(jié)合廠家售后回訪交流，工程技術(shù)人員確認(rèn)出現(xiàn)損壞的元器件為勵(lì)磁控制器。由于勵(lì)磁控制器無法穩(wěn)定運(yùn)行，難以有效控制勵(lì)磁電流的大小變化，導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部磁場(chǎng)運(yùn)行出現(xiàn)異常，進(jìn)而影響同步電動(dòng)機(jī)整體運(yùn)轉(zhuǎn)效果。工程技術(shù)人員將對(duì)勵(lì)磁控制器進(jìn)行更換，并進(jìn)行數(shù)次調(diào)試，確保更換后的勵(lì)磁控制器能夠在正常發(fā)揮調(diào)節(jié)控制作用，從而保證勵(lì)磁系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）修正低效勵(lì)磁保護(hù)。工程技術(shù)人員為能夠更好地識(shí)別判斷導(dǎo)致失步跳閘故障的原因，特意重新修正了低效勵(lì)磁保護(hù)程序，將之前的-15%修正為-25%，以此有效保護(hù)勵(lì)磁系統(tǒng)在低效勵(lì)磁狀態(tài)下的安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，造成同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)故障的原因有許多，需要全面分析產(chǎn)生故障的可能性以及導(dǎo)致故障現(xiàn)象的源頭，才能準(zhǔn)確找出造成故障的具體位置。工程技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的維護(hù)管理，定期進(jìn)行緊固和試驗(yàn)，全面掌握勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)加強(qiáng)巡檢的細(xì)致程度，制定巡檢標(biāo)準(zhǔn)和重點(diǎn)檢查內(nèi)容，尤其需要關(guān)注連接線異常以及系統(tǒng)過載預(yù)警等情況，切實(shí)做到盡早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，以保證同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效果。