趙金華

作者通聯(lián)：吐哈油田甲醇廠維修工區(qū) 新疆吐魯番市838202

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1.故障現(xiàn)象

2009年5月以來，吐哈油田甲醇廠3300kW同步電機(jī)在運行過程中勵磁系統(tǒng)發(fā)生了數(shù)次過勵報警故障，因每次報警都在晚上，所以工藝操作人員只能按報警復(fù)位方式復(fù)位后電機(jī)繼續(xù)正常運行，功率因數(shù)為超前0.9。由于工藝生產(chǎn)屬于連續(xù)性生產(chǎn)過程，電機(jī)所帶的壓縮機(jī)負(fù)荷不能隨意停運，所以對于勵磁系統(tǒng)的報警故障原因查找一直未能進(jìn)行，直到切除負(fù)荷后才進(jìn)一步檢查。

2.故障排查與處理

（1）靜態(tài)勵磁的檢測和排查

①在停機(jī)狀態(tài)下，斷開電機(jī)靜態(tài)勵磁屏上DC 220V和AC 380V輸入電壓，同時斷開高壓互感器來的AC 110V。

②用萬用表測量勵磁屏內(nèi)半控橋整流元件，確認(rèn)各二極管和可控硅參數(shù)正常。

③用萬用表測試其他電氣元器件和PCB板，結(jié)果正常。

④排除硬件故障的可能后恢復(fù)斷開的交直流輸入，觀察屏上沒有故障報警信號，然后進(jìn)入靜態(tài)勵磁屏人機(jī)界面操作窗口，查對設(shè)定參數(shù)，未發(fā)現(xiàn)參數(shù)丟失或修改的情況。

⑤將勵磁選擇開關(guān)打到“調(diào)試”位置，靜態(tài)勵磁開始工作，將控制方式選擇為“手動控制”模式，用面板上的“增磁”和“減磁”按鈕分別增加和減小勵磁電流，查看勵磁電流表的指示情況正常。

⑥調(diào)整勵磁輸出，在顯示菜單欄查看這時的可控硅觸發(fā)角α為65°，用示波器觀察靜態(tài)勵磁輸出電壓波形如圖1。

圖1 靜態(tài)勵磁輸出電壓波形圖

⑦改變觸發(fā)角α，用示波器繼續(xù)觀察波形變化，一切正常。

以上測試結(jié)果，完全排除了靜態(tài)勵磁部分故障的可能性。

（2）旋轉(zhuǎn)整流部分的檢測和排查

按照先硬件后軟件的測試步驟進(jìn)行，旋轉(zhuǎn)整流盤的組成原理見圖2。由圖2可知，靜態(tài)勵磁屏輸出的勵磁電流供給與電機(jī)同軸安裝的交流勵磁機(jī)的定子勵磁繞組（固定在電機(jī)底座上），同步電機(jī)異步啟動過程中，交流勵磁機(jī)（這里是發(fā)電機(jī)）的轉(zhuǎn)子電樞切割定子磁場，產(chǎn)生三相對稱交流電，經(jīng)過三相半控橋整流后的勵磁電流送入同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁繞組上，作為同步機(jī)的真正的勵磁電流。圖2中啟動模塊TD由KQ和ZQ反并聯(lián)組成，用于電機(jī)異步啟停過程中投入和切除滅磁電阻RF（8只）。三相半控橋功率模塊（3塊）由三組完全相同的二極管和可控硅串接組成，半控橋功率模塊和啟動模塊的觸發(fā)脈沖由控制模塊KZMK-03B（1塊）供給，該模塊由生產(chǎn)廠家生產(chǎn)并用環(huán)氧樹脂封裝成黑匣子，用戶只管輸入與輸出即可。

圖2 旋轉(zhuǎn)整流盤的組成原理圖

在做好一切防止觸電的安全技術(shù)措施后，打開電機(jī)的人孔，以控制單元為核心，用萬用表按順序依次測試各模塊（表1）。

由表1可知，只有在測試可控硅功率模塊1KGZ的結(jié)電阻時，電阻值時有時無，其他各項參數(shù)都很接近出廠參考值，為此，決定將功率模塊1KGZ從轉(zhuǎn)子上整體取下作進(jìn)一步測量。當(dāng)手輕輕觸到1KGZ可控硅的觸發(fā)極腳上時，觸發(fā)腳Ag從根部脫落，經(jīng)觀察，發(fā)現(xiàn)該觸發(fā)腳是后來焊上去的，由于焊接點的松動，使觸發(fā)腳脫落。導(dǎo)致運行過程中A相觸發(fā)脈沖丟失，此時整流橋的輸出電壓波形為缺相波形（圖3）。從而使整流橋的輸出勵磁電壓平均值減小，由于此時電機(jī)正帶固定負(fù)荷運行，勵磁電流的突然減小必然引起同步機(jī)定子電流的增大和功率因數(shù)的略微滯后，同步電機(jī)的勵磁系統(tǒng)為了保證電機(jī)功率因數(shù)保持在超前（負(fù)的）0.9，就強(qiáng)制靜態(tài)勵磁系統(tǒng)輸出一個較高的電流值，同時旋轉(zhuǎn)整流后的轉(zhuǎn)子勵磁電流也會增大，從而抑制了電機(jī)定子電流的增大，保證電機(jī)不至于失步。在靜態(tài)勵磁系統(tǒng)發(fā)出強(qiáng)勵信號時，也啟動強(qiáng)勵計時，如果計時時間內(nèi)電機(jī)恢復(fù)正常，則系統(tǒng)不會有任何記錄。如果強(qiáng)勵時間到，觸發(fā)脈沖沒有恢復(fù)，則這時靜態(tài)勵磁系統(tǒng)就鎖定初始α角，同時在人機(jī)界面上顯示過勵報警故障。

表1 各模塊測試情況

（3）處理

用相同型號的功率模塊將其更換，并對其余模塊的可控硅觸發(fā)腳及其他隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動的元器件的緊固點和焊點做了全面檢查和緊固后封閉了人孔，準(zhǔn)備作下一步的機(jī)組試運行工作。試運分3步進(jìn)行：①脫開聯(lián)軸器，讓電機(jī)單機(jī)運轉(zhuǎn)24h，在此時間段內(nèi)，密切監(jiān)看勵磁和電機(jī)電流變化，一切都很平穩(wěn)。②電機(jī)帶負(fù)荷輕載運行48h，同樣密切監(jiān)看勵磁和電流變化，一切平穩(wěn)。③電機(jī)滿負(fù)荷運行72h，根據(jù)運行參數(shù)記錄，此期間沒有發(fā)生任何異常情況，隨后電機(jī)一直正常運行至今。

從這次電機(jī)故障排查，得到了許多啟示，電機(jī)在停下來檢修時，除了對外部器件檢查外，應(yīng)對旋轉(zhuǎn)整流部分進(jìn)行檢查，特別是對一些焊接接口的薄弱環(huán)節(jié)。因旋轉(zhuǎn)整流部分一直跟隨電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，這些元器件時刻受到旋轉(zhuǎn)離心力的作用，難免會松動。另外一方面，如果頻繁出現(xiàn)報警等故障，應(yīng)盡快組織停機(jī)檢查，以免引起更大的故障。因故障時電機(jī)定子電流會首先增大，這對定子線圈的絕緣損害很大，另外強(qiáng)勵和過勵對勵磁機(jī)的勵磁繞組和電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁繞組的影響也很大，會使繞組發(fā)熱，絕緣性能降低，可能燒毀繞組。因此，對旋轉(zhuǎn)勵磁部分的維護(hù)和保養(yǎng)應(yīng)該是所有無刷同步電機(jī)使用注意的要點。

圖3 A相觸發(fā)脈沖丟失后整流橋的電壓輸出波形