摘 要：對(duì)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理和常見(jiàn)故障分析及處理進(jìn)行了敘述，并指出了勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：同步電動(dòng)機(jī);勵(lì)磁;故障

0? ? 引言

勵(lì)磁系統(tǒng)是同步電動(dòng)機(jī)的重要組成部分，其對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行起著極其重要的作用。某石化企業(yè)加氫裝置現(xiàn)有7臺(tái)大型壓縮機(jī)組，配套的同步電動(dòng)機(jī)均選用了WKLF-400系列微機(jī)控制無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。

1? ? 同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理

整套勵(lì)磁系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁和靜態(tài)勵(lì)磁兩部分組成。

旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁部分安裝在主電機(jī)軸上，每套旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁包括1個(gè)控制模塊、3個(gè)整流模塊、1個(gè)啟動(dòng)模塊和8個(gè)電阻模塊，其電氣原理圖如圖1所示。

靜態(tài)勵(lì)磁部分主要是由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁變壓器、功率單元、電源系統(tǒng)和測(cè)量元件、顯示面板組成的靜態(tài)勵(lì)磁柜，安裝在非防爆場(chǎng)所。其核心控制單元為微機(jī)控制同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，具有雙套調(diào)節(jié)器自動(dòng)跟蹤和故障自動(dòng)切換（調(diào)節(jié)器雙冗余）的技術(shù)性能。靜態(tài)勵(lì)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(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)故障排查及處理

2.1? ? 案例分析

（1）故障現(xiàn)象：2013-03-08T07：59，新氫壓縮機(jī)108-K-101B電機(jī)開(kāi)關(guān)故障跳閘，現(xiàn)場(chǎng)6 kV開(kāi)關(guān)柜綜保顯示“過(guò)負(fù)荷反時(shí)限跳閘”，動(dòng)作電流為580 A（額定電流290 A，保護(hù)定值348 A）;勵(lì)磁柜控制面板“勵(lì)磁故障”指示燈亮，故障錄波顯示電機(jī)定子電流增至580 A，延時(shí)65 s后跳閘，跳閘前電機(jī)電流呈現(xiàn)周期性波動(dòng)波形。

（2）故障排查處理：檢查同步電動(dòng)機(jī)和勵(lì)磁輸出電纜的絕緣電阻均合格;對(duì)6 kV饋電柜模擬“過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作”試驗(yàn)，動(dòng)作情況與故障錄波一致;檢查勵(lì)磁柜勵(lì)磁回路接線，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁正極輸出接線端子有松動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)全面檢查和緊固勵(lì)磁回路接線;對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試試驗(yàn)、檢查均正常;檢查勵(lì)磁機(jī)本體及本體接線端子正常。

通過(guò)檢查勵(lì)磁系統(tǒng)并采用排除法，確認(rèn)此次電機(jī)停機(jī)原因?yàn)閯?lì)磁柜勵(lì)磁輸出接線松動(dòng)，電機(jī)失磁后導(dǎo)致失步，開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘（過(guò)流保護(hù)先于失步保護(hù)動(dòng)作）。勵(lì)磁系統(tǒng)異常引起失步的原因主要包括勵(lì)磁繞組匝間短路、勵(lì)磁機(jī)或旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)故障、勵(lì)磁回路斷線或接觸不良。通過(guò)前述檢查可以排除前兩項(xiàng)原因。重新檢查并緊固勵(lì)磁回路接線后，重新進(jìn)行調(diào)試，開(kāi)機(jī)試運(yùn)正常。

2.2? ? 靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)故障排查處理過(guò)程中的注意事項(xiàng)

（1）核對(duì)所有對(duì)外接線無(wú)誤后解開(kāi)轉(zhuǎn)子接線，確保外部交流、直流電源及母線PT信號(hào)完全切斷時(shí)進(jìn)行回路電阻和絕緣測(cè)試。

（2）電阻測(cè)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(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試完畢恢復(fù)勵(lì)磁裝置至交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組接線。

（3）絕緣測(cè)試需要合空氣開(kāi)關(guān)，解開(kāi)雙路勵(lì)磁電源進(jìn)線的零線，解開(kāi)液晶觸摸屏面板接地端子連線，短接并使用500 V搖表?yè)u測(cè)直流回路和交流回路（包括勵(lì)磁變的二次側(cè)）絕緣電阻應(yīng)不低于0.5 MΩ。

（4）調(diào)試試驗(yàn)包括投勵(lì)、兩套調(diào)節(jié)器手動(dòng)切換、增減磁、滅磁、保護(hù)、勵(lì)磁系統(tǒng)和斷路器之間的聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)。

3? ? 旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)故障排查及處理

3.1? ? 案例分析

（1）故障現(xiàn)象：2017-08-08T15：43，新氫壓縮機(jī)107-K-

101A電機(jī)開(kāi)關(guān)跳閘，現(xiàn)場(chǎng)6 kV開(kāi)關(guān)柜綜保無(wú)故障顯示，靜態(tài)勵(lì)磁柜“旋轉(zhuǎn)模塊故障”指示燈亮，后臺(tái)監(jiān)控發(fā)“新氫A機(jī)組勵(lì)磁故障”報(bào)警。

（2）故障排查處理：測(cè)量同步電動(dòng)機(jī)定子繞組絕緣電阻為2 500 MΩ，檢查高壓配電柜內(nèi)接線無(wú)松動(dòng);檢查勵(lì)磁柜內(nèi)中間繼電器等元器件無(wú)異常，檢查勵(lì)磁柜內(nèi)各線路無(wú)接線松動(dòng)情況;將勵(lì)磁柜內(nèi)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打在試驗(yàn)位置，對(duì)勵(lì)磁柜各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢查均正常;打開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)交流勵(lì)磁機(jī)端蓋，檢查旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng);檢測(cè)整流盤(pán)及主機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣電阻，值為10 MΩ;檢查勵(lì)磁機(jī)接線端子緊固，本體無(wú)明顯異常現(xiàn)象。

通過(guò)檢查勵(lì)磁系統(tǒng)并采取排除法，逐項(xiàng)分析來(lái)自勵(lì)磁柜且能引起高壓配電柜斷路器分閘的跳閘信號(hào)：勵(lì)磁調(diào)節(jié)器跳閘信號(hào)、空氣開(kāi)關(guān)跳閘和快熔斷。經(jīng)檢查空氣開(kāi)關(guān)和快熔正常，而靜態(tài)勵(lì)磁柜“旋轉(zhuǎn)模塊故障”指示燈亮，可判斷跳閘信號(hào)由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)送。而靜態(tài)勵(lì)磁裝置具有兩套獨(dú)立的控制單元（調(diào)節(jié)控制通道），手動(dòng)切換試驗(yàn)時(shí)，A套和B套都無(wú)故障出現(xiàn)，由此可考慮失步保護(hù)、旋轉(zhuǎn)模塊故障和旋轉(zhuǎn)快熔熔斷保護(hù)引起的電機(jī)跳閘。根據(jù)錄波柜顯示跳閘前電機(jī)電流波形正常，不存在失步情況;同時(shí)DCS記錄顯示最后一次勵(lì)磁故障報(bào)警持續(xù)時(shí)間約為15 s，與勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)模塊故障延時(shí)跳機(jī)的時(shí)間設(shè)定15 s吻合，綜合分析判斷，確認(rèn)為勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)模塊故障。

勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)模塊故障是指安裝在電機(jī)側(cè)的旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)出現(xiàn)了短路或缺相，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)電樞不對(duì)稱運(yùn)行。勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)部分的故障排查，主要是現(xiàn)場(chǎng)對(duì)主控模塊、整流模塊、啟動(dòng)模塊、滅磁電阻等部分的接線檢查和電氣參數(shù)測(cè)量，通常都可以快速確定故障點(diǎn)。

1）檢查主控模塊。使用萬(wàn)用表電阻檔對(duì)主控模塊各端子間接線和未接線阻值分別進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表1所示。

從測(cè)量結(jié)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(yīng)大于2 MΩ，且三相阻值必須平衡。因此，可確定主控電源已經(jīng)故障。

2）檢查滅磁電阻。短接旋轉(zhuǎn)整流盤(pán)1#母排（L1）和2#母排（L2），用500 V搖表測(cè)量L1對(duì)地絕緣為0.2 MΩ（正常應(yīng)大于5 MΩ）。解開(kāi)各個(gè)滅磁電阻模塊接線，使電阻與轉(zhuǎn)子完全獨(dú)立，分別測(cè)量各電阻與轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣，最終發(fā)現(xiàn)7號(hào)電阻模塊故障。

將主控模塊及全部8個(gè)滅磁電阻模塊更換后，重新開(kāi)機(jī)運(yùn)行正常。

3.2? ? 旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)故障排查處理過(guò)程中的注意事項(xiàng)

（1）旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)故障通常為旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)出現(xiàn)了短路或缺相，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)電樞不對(duì)稱運(yùn)行并產(chǎn)生零序及負(fù)序電流，同時(shí)在勵(lì)磁繞組電流中感應(yīng)出為交流勵(lì)磁機(jī)電樞電壓、頻率的基波及2次諧波的特征諧波電流，通過(guò)測(cè)量特征諧波電流的幅值，取出特征諧波的波形圖，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)整流系統(tǒng)丟失脈沖、缺相、短路和不投勵(lì)等故障進(jìn)行初步判斷。

（2）除對(duì)整流盤(pán)進(jìn)行常規(guī)檢查，如有條件可通過(guò)模擬接入假負(fù)載，根據(jù)示波器波形圖，測(cè)試判斷主控模塊工作和啟動(dòng)回路防誤動(dòng)作情況。

（3）勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)檢測(cè)前后，應(yīng)認(rèn)真核對(duì)拆除和恢復(fù)的接線一致，端子緊固，防止接線錯(cuò)誤導(dǎo)致短路故障或勵(lì)磁異常。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)故障類(lèi)型和故障原因雖然很多，但只要認(rèn)真分析故障現(xiàn)象，細(xì)致排查所有可能的原因，就可以快速找到故障點(diǎn)進(jìn)行處理。同時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

（1）勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合機(jī)組檢修進(jìn)行定期維護(hù)、清掃、緊固和聯(lián)鎖試驗(yàn)。

（2）加強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行期間勵(lì)磁系統(tǒng)的巡檢，細(xì)化巡檢內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)，特別關(guān)注接線松動(dòng)、過(guò)熱等異常情況。

（3）每個(gè)運(yùn)行周期（3～4年）結(jié)束后，要對(duì)靜態(tài)勵(lì)磁柜和勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)模塊進(jìn)行全面檢測(cè)。勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)模塊因現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境惡劣，建議在三個(gè)運(yùn)行周期后進(jìn)行更換。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 北京前鋒科技有限公司.WKLF-400無(wú)刷同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置用戶手冊(cè)[Z]，2008.

收稿日期：2020-04-13

作者簡(jiǎn)介：王洪峰（1979—），男，河北玉田人，電氣工程師，從事化工企業(yè)電氣設(shè)備技術(shù)管理工作。