同步電機(jī)常見故障的原因分析與維修

1、高 級(jí) 技 師 專 業(yè) 論 文論文題目：同步電動(dòng)機(jī)常見故障的原因分析與維修姓 名： 張軍 單 位： 山東晉煤明水化工有限公司職 業(yè) 名 稱： 維修電工 同步電動(dòng)機(jī)常見故障的原因分析與維修張 軍（山東晉煤明水化工集團(tuán)有限公司明泉化肥廠，濟(jì)南，250200）內(nèi)容摘要：本文闡述同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中頻繁損壞的原因不僅在電動(dòng)機(jī)本身及設(shè)備原因，勵(lì)磁控制柜技術(shù)性能太差也是造成同步機(jī)頻繁損壞的主要原因之一。 關(guān)鍵詞：同步電動(dòng)機(jī)；故障；維修引言：同步電動(dòng)機(jī)，由于其具有一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是能向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，支持電網(wǎng)電壓，已在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但是，長(zhǎng)期以來在運(yùn)行過程中，發(fā)生同步電動(dòng)機(jī)及其勵(lì)磁裝置損壞的事故

2、屢見不鮮。特別是一些連續(xù)性生產(chǎn)的企業(yè)，由于同步電動(dòng)機(jī)的頻繁損壞，直接影響生產(chǎn)的安全、連續(xù)及穩(wěn)定進(jìn)行，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，成為一個(gè)十分棘手的問題。本文綜合多年來我廠同步機(jī)出現(xiàn)的各類故障及與同行業(yè)相關(guān)部門溝通、交流，將同步機(jī)常見的故障原因及維修方法總結(jié)如下：一、同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的主要故障現(xiàn)象同步電動(dòng)機(jī)的損壞現(xiàn)象主要表現(xiàn)在：（1）定子繞組端部綁扎線崩斷，絕緣蹭壞，連接處開焊；(2) 定子線圈在槽口處及線圈跨接部位斷裂，進(jìn)而引起接地、短路；(3) 轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組線圈串聯(lián)接頭處產(chǎn)生裂紋，開焊，局部過熱烤焦絕緣；（4）轉(zhuǎn)子磁級(jí)的燕尾楔松動(dòng)，退出；（5）轉(zhuǎn)子線圈絕緣損傷；（6）起動(dòng)繞組籠條短路環(huán)焊接處

3、開焊，甚至籠條斷裂；（7）電刷滑環(huán)松動(dòng)；（8）風(fēng)葉裂斷；（9）定子鐵芯松動(dòng)，運(yùn)行中噪聲增大等故障。按照設(shè)計(jì)理論計(jì)算同步機(jī)定、轉(zhuǎn)子線圈的使用壽命應(yīng)在20年左右，而在我們生產(chǎn)運(yùn)行過程中由于電機(jī)所帶的負(fù)載及線圈溫升等主要技術(shù)指標(biāo)均在額定指標(biāo)以下，并且現(xiàn)在電機(jī)定子線圈的絕緣等級(jí)均采用f極絕緣，因此，電機(jī)的正常使用壽命還應(yīng)更長(zhǎng)些。但據(jù)相關(guān)維修企業(yè)統(tǒng)計(jì)，部分損壞的同步電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行時(shí)間大多在10年以下，有的僅運(yùn)行23年；有的電動(dòng)機(jī)剛大修好，投入運(yùn)行不到半年又再次嚴(yán)重?fù)p壞。電機(jī)損壞率高，人們一般認(rèn)為是電動(dòng)機(jī)制造質(zhì)量問題，把問題歸結(jié)到電機(jī)制造廠。為此多家電機(jī)制造廠，在制造工藝中對(duì)某些部位進(jìn)行種種加強(qiáng)措施，但效果

4、并不顯著，電機(jī)損壞事故仍不斷出現(xiàn)，原因說不清楚。二、同步電動(dòng)機(jī)損壞的主要原因及維修方法幾年來，我們通過對(duì)本廠同步電動(dòng)機(jī)的損壞情況及勵(lì)磁裝置運(yùn)行狀況進(jìn)行長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)、分析和研究，并且與許多勵(lì)磁生產(chǎn)廠家及上海、山東等許多大型高壓電機(jī)維修企業(yè)的資深專家進(jìn)行多次溝通、交流。認(rèn)為造成同步電機(jī)電機(jī)損壞的主要原因主要有以下幾個(gè)方面。1 電機(jī)制造方面的原因及處理方法同步電動(dòng)機(jī)在出廠前雖然都做了各項(xiàng)出廠試驗(yàn)，并且也全部合格。但在運(yùn)輸、安裝、試運(yùn)過程中由于各種原因造成電機(jī)各部位的連接螺栓松動(dòng)，從而引起電機(jī)故障。螺栓松動(dòng)引起的故障主要有以下幾點(diǎn)：（1）、電機(jī)啟動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)子啟動(dòng)繞組環(huán)形短路環(huán)連接部位打火。（2）、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞

5、組線圈串聯(lián)接頭處產(chǎn)生裂紋，開焊，局部過熱烤焦絕緣；（3）、轉(zhuǎn)子磁級(jí)的燕尾楔松動(dòng)，退出；（4）轉(zhuǎn)子線圈絕緣損傷；（5）、風(fēng)葉裂斷；因此，電機(jī)在試車前，首先要將電機(jī)的護(hù)罩拆開，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈固定螺栓、電機(jī)轉(zhuǎn)子啟動(dòng)繞組環(huán)形短路環(huán)螺栓、電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)葉固定螺栓等進(jìn)行全面的檢查、緊固。另外，每年的計(jì)劃?rùn)z修時(shí)都要對(duì)上述部位進(jìn)行檢查、緊固。2電機(jī)安裝方面的原因及處理方法 電機(jī)安裝不當(dāng)就會(huì)造成電機(jī)震動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間震動(dòng)對(duì)電機(jī)危害非常大，也是造成電機(jī)損壞的原因之一。造成電機(jī)震動(dòng)的原因主要有以下兩個(gè)方面。一是安裝過程中電機(jī)與設(shè)備的對(duì)中不合格。在電機(jī)與被驅(qū)動(dòng)設(shè)備之間，其傳動(dòng)軸必須精確對(duì)中，否則就會(huì)引起振動(dòng)。對(duì)中分平行對(duì)中和角

6、度對(duì)中。平行對(duì)中對(duì)于撓性聯(lián)軸器最大偏差不允許超過0.05mm。對(duì)于剛性連軸器不允許超過0.025mm。角度對(duì)中不允許超過0.05mm。二是設(shè)備的管道配置不合理，造成設(shè)備、電機(jī)整體振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成設(shè)備整體基礎(chǔ)下沉。因此設(shè)備的配管必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配置，不允許隨意改動(dòng)。3勵(lì)磁方面的原因及處理方法因?yàn)閯?lì)磁自身設(shè)計(jì)不合理造成的電機(jī)損壞是最大的隱患，并且在短時(shí)間內(nèi)也發(fā)現(xiàn)不了。通過與江蘇、上海、石家莊等許多勵(lì)磁生產(chǎn)廠家的專家進(jìn)行溝通交流，并在實(shí)際運(yùn)行過程中對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)過程、投勵(lì)過程、運(yùn)行過程中定子、轉(zhuǎn)子的狀態(tài)波形進(jìn)行拍攝，并對(duì)拍攝的波形進(jìn)行對(duì)比、分析認(rèn)為：造成電機(jī)頻繁損壞的主要原因是勵(lì)磁設(shè)計(jì)不合理

7、所致。（1） 目前我們所用的老式可控硅勵(lì)磁裝置，無論是半控橋還是全控橋，由于啟動(dòng)時(shí)采集不到滑差信號(hào)，大部分采用計(jì)時(shí)投勵(lì)，投勵(lì)角度不合理，電機(jī)每次起動(dòng)均受到一定的損傷。對(duì)于主電路為橋式半控勵(lì)磁裝置，其主電路（圖-1）所示。iftt 0 0uf 圖1半控橋式勵(lì)磁裝置主電路 圖2使用半控橋式勵(lì)磁柜電機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子回路波形 電機(jī)在起動(dòng)過程中，存在滑差，在轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)將感應(yīng)一交變電勢(shì)，其正半波通過z q形成回路，產(chǎn)生+if； 而其負(fù)半波則通kq及rf回路，產(chǎn)生-if，如（圖-2）所示。由于電路的不對(duì)稱，形成+if與-if電流不對(duì)稱，定子電流也因此而強(qiáng)烈脈動(dòng)，電機(jī)將遭受脈振轉(zhuǎn)矩強(qiáng)烈振動(dòng)，甚至在整個(gè)車間內(nèi)都可以

8、聽到電機(jī)起動(dòng)過程發(fā)出的強(qiáng)烈振動(dòng)聲。這種聲音一直持續(xù)到電機(jī)起動(dòng)結(jié)束才消失，電機(jī)起動(dòng)過程所受強(qiáng)烈脈振是電機(jī)損傷的重要原因之一。電機(jī)起動(dòng)過程中定子電流及轉(zhuǎn)子電流變化波形如（圖-3）及（圖-2）所示。實(shí)際起動(dòng)電流的包絡(luò)線期望起動(dòng)電流的包絡(luò)線圖3電機(jī)起動(dòng)過程中定子電流波形和理想的電流波形id 勵(lì)磁裝置為全控橋的電路。（如圖4） 圖4全控橋式勵(lì)磁裝置主電路對(duì)于勵(lì)磁裝置為全控橋的電路，隨著電機(jī)起動(dòng)過程滑差減小，轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)感應(yīng)電勢(shì)逐步減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到50%以上時(shí)，勵(lì)磁回路感應(yīng)電流負(fù)半波通路不暢，將處于時(shí)通時(shí)斷，似通非通狀態(tài)，同樣形成+if與-if電流不對(duì)稱，由此同樣形成脈振轉(zhuǎn)矩，造成電機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，損傷電機(jī)

9、。無論是全控橋，還是半控橋，電機(jī)起動(dòng)過程中，投勵(lì)時(shí)往往聽到一聲沉悶的沖擊聲，且起動(dòng)投勵(lì)時(shí)投勵(lì)電流越大，聲音越響。有些單位常采用減小勵(lì)磁電流的方法來減輕對(duì)電機(jī)的沖擊，待電機(jī)起動(dòng)結(jié)束后，再將勵(lì)磁調(diào)至正常值。以上這種現(xiàn)象是由于目前所用的可控硅勵(lì)磁裝置投勵(lì)時(shí)所選擇的“轉(zhuǎn)子位置角”極不合理造成的。這種沖擊，同樣使電機(jī)遭受損傷。由于可控硅勵(lì)磁裝置本身存在的上述缺陷，使電機(jī)在每次起動(dòng)過程中均遭受強(qiáng)烈脈振，在投勵(lì)時(shí)遭受沖擊損傷，但并不是一次就使電機(jī)當(dāng)場(chǎng)損壞，而是每次啟動(dòng)時(shí)都使電機(jī)產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，造成電機(jī)內(nèi)部暗傷，并逐步累積，發(fā)展成電機(jī)的內(nèi)部故障。上述電機(jī)起動(dòng)過程中所出現(xiàn)的脈振，投勵(lì)時(shí)受的沖擊，都是由于勵(lì)磁裝置起

10、動(dòng)回路及投勵(lì)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不合理所造成，通過改善起動(dòng)回路及投勵(lì)時(shí)合理選擇轉(zhuǎn)子位置角，起動(dòng)過程中的脈振和投勵(lì)沖擊現(xiàn)象完全可以消除。（2）傳統(tǒng)老式可控硅勵(lì)磁裝置失步保護(hù)裝置不靈敏，使電機(jī)不斷受到失步危害的損壞。傳統(tǒng)可控硅勵(lì)磁裝置采用gl型反時(shí)限繼電器“兼作失步保護(hù)”，而電機(jī)“過負(fù)荷”與電機(jī)“失步”是完全不同的兩個(gè)概念，通過分析電機(jī)失步時(shí)的暫態(tài)過程，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及實(shí)拍電機(jī)失步的暫態(tài)波形，可以充分證明：用過負(fù)荷繼電器兼作失步保護(hù)，當(dāng)電機(jī)失步時(shí)，它不能動(dòng)作，有的雖能動(dòng)作，但動(dòng)作時(shí)延大大加長(zhǎng)，實(shí)際上起不到保護(hù)作用。同步電機(jī)的失步故障分為三類：即失勵(lì)失步、帶勵(lì)失步和斷電失步。失勵(lì)失步是由于勵(lì)磁系統(tǒng)的種種原因，使同步電

11、動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組失去直流勵(lì)磁或嚴(yán)重欠勵(lì)磁，使同步電動(dòng)機(jī)失去靜態(tài)穩(wěn)定，滑出同步。電機(jī)發(fā)生失勵(lì)失步時(shí)，丟轉(zhuǎn)不明顯，負(fù)載基本不變，定子電流過流不大，電機(jī)無異常聲音，gl型繼電器往往拒動(dòng)或動(dòng)作時(shí)間大大加長(zhǎng)。失勵(lì)失步一般不能被值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，待發(fā)現(xiàn)電機(jī)冒煙時(shí)，電機(jī)已失步了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，并已造成了電機(jī)或勵(lì)磁裝置的損傷損壞。應(yīng)當(dāng)指出的是，電機(jī)的失勵(lì)失步，大多不當(dāng)場(chǎng)損壞電機(jī)，而是造成電機(jī)的內(nèi)部暗傷，經(jīng)常出現(xiàn)電機(jī)冒煙后，停機(jī)檢查，往往又查不出毛病，電機(jī)還能再投入運(yùn)行。失勵(lì)失步主要會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，尤其是起動(dòng)繞組（阻尼條）的過熱、變形、開焊，甚至波及到定子繞組端部。電機(jī)失勵(lì)失步時(shí)在轉(zhuǎn)子回路還會(huì)產(chǎn)生高電壓，造成勵(lì)磁

12、裝置主回路元件損壞，引起滅磁電阻發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至造成整臺(tái)勵(lì)磁裝置燒壞事故。帶勵(lì)失步，是由于供電線路遭受雷擊，避雷器動(dòng)作；大機(jī)組或機(jī)組群起動(dòng)，相鄰母線短路等引起母線電壓大幅度波動(dòng)；負(fù)載突增（如壓縮機(jī)憋壓，軋鋼機(jī)咬冷鋼）；運(yùn)行中，電機(jī)短時(shí)間欠勵(lì)磁或失勵(lì)磁（如接插件接觸不良）引起失勵(lì)失步，從失勵(lì)失步過渡到帶勵(lì)失步，電機(jī)起動(dòng)過程中勵(lì)磁系統(tǒng)過早投勵(lì)等原因所引起。電機(jī)在帶勵(lì)失步時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)雖仍有直流勵(lì)磁，但勵(lì)磁電流及定子電流（包絡(luò)線）強(qiáng)烈脈動(dòng)，電機(jī)亦遭受強(qiáng)烈脈振，有時(shí)甚至產(chǎn)生電氣共振和機(jī)械共振。帶勵(lì)失步大多引起電機(jī)產(chǎn)生疲勞效應(yīng)，引起電機(jī)內(nèi)部暗傷，并逐步積累和發(fā)展。帶勵(lì)失步所造成電機(jī)損傷主要表現(xiàn)在：定子繞組

13、綁線崩斷，導(dǎo)線變酥，線圈表面絕緣層被振傷（線圈兩面呈不均勻的鋸齒狀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因絕緣損壞而造成定子鋼芯擊穿。而新線圈表面是平的），并逐步由過熱而烤焦、燒壞，甚至發(fā)展成短路；轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組接頭處產(chǎn)生裂紋，出現(xiàn)過熱、開焊、絕緣烤焦；鼠籠條（起動(dòng)繞組）斷裂，與端環(huán)連接部位開焊變形；轉(zhuǎn)子磁極的燕尾楔松動(dòng)，退出；電刷滑環(huán)松動(dòng)；定子鐵芯松動(dòng)，運(yùn)行中嗓聲增大；嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)斷軸事故。由于電機(jī)和主機(jī)是同軸運(yùn)行，電機(jī)的強(qiáng)烈脈振，同樣會(huì)波及到主機(jī)損傷，如緊固螺絲斷裂等。斷電失步是由于供電系統(tǒng)自動(dòng)重合閘zch裝置或備用電源自動(dòng)投入bzt裝置動(dòng)作，及人工切換電源，使交流電機(jī)供電電源輸送渠道短暫中斷而導(dǎo)致。它對(duì)電機(jī)的危害是非同期沖擊。這種沖擊的大小，與系統(tǒng)容量，線路組抗、電源中斷時(shí)間、負(fù)載性質(zhì)，特別是與電源重新恢復(fù)瞬間的電氣分離角有關(guān)。所以這種沖擊有可能使電機(jī)當(dāng)場(chǎng)損壞，也有可能根本感覺不到。（3）、提高同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁運(yùn)行可靠性所采取的技改措施針對(duì)勵(lì)磁屏技術(shù)性能太差所導(dǎo)致的同步機(jī)故障率高的現(xiàn)象。我廠與相關(guān)勵(lì)磁生產(chǎn)廠家進(jìn)行溝通，一是對(duì)原先設(shè)備所帶的老式勵(lì)磁進(jìn)行改造，二是新上的設(shè)備全部采用新型勵(lì)磁控制設(shè)備。經(jīng)過多方考察、論證我們后來