同步电机常见故障的原因分析与维修

1、高 级 技 师 专 业 论 文论文题目：同步电动机常见故障的原因分析与维修姓 名： 张军 单 位： 山东晋煤明水化工有限公司职 业 名 称： 维修电工 同步电动机常见故障的原因分析与维修张 军（山东晋煤明水化工集团有限公司明泉化肥厂，济南，250200）内容摘要：本文阐述同步电动机在运行过程中频繁损坏的原因不仅在电动机本身及设备原因，励磁控制柜技术性能太差也是造成同步机频繁损坏的主要原因之一。 关键词：同步电动机；故障；维修引言：同步电动机，由于其具有一系列优点，特别是能向电网发送无功功率，支持电网电压，已在各行各业得到广泛应用。但是，长期以来在运行过程中，发生同步电动机及其励磁装置损坏的事故

2、屡见不鲜。特别是一些连续性生产的企业，由于同步电动机的频繁损坏，直接影响生产的安全、连续及稳定进行，严重影响企业的经济效益，成为一个十分棘手的问题。本文综合多年来我厂同步机出现的各类故障及与同行业相关部门沟通、交流，将同步机常见的故障原因及维修方法总结如下：一、同步电动机运行中出现的主要故障现象同步电动机的损坏现象主要表现在：（1）定子绕组端部绑扎线崩断，绝缘蹭坏，连接处开焊；(2) 定子线圈在槽口处及线圈跨接部位断裂，进而引起接地、短路；(3) 转子励磁绕组线圈串联接头处产生裂纹，开焊，局部过热烤焦绝缘；（4）转子磁级的燕尾楔松动，退出；（5）转子线圈绝缘损伤；（6）起动绕组笼条短路环焊接处

3、开焊，甚至笼条断裂；（7）电刷滑环松动；（8）风叶裂断；（9）定子铁芯松动，运行中噪声增大等故障。按照设计理论计算同步机定、转子线圈的使用寿命应在20年左右，而在我们生产运行过程中由于电机所带的负载及线圈温升等主要技术指标均在额定指标以下，并且现在电机定子线圈的绝缘等级均采用F极绝缘，因此，电机的正常使用寿命还应更长些。但据相关维修企业统计，部分损坏的同步电动机，运行时间大多在10年以下，有的仅运行23年；有的电动机刚大修好，投入运行不到半年又再次严重损坏。电机损坏率高，人们一般认为是电动机制造质量问题，把问题归结到电机制造厂。为此多家电机制造厂，在制造工艺中对某些部位进行种种加强措施，但效果

4、并不显著，电机损坏事故仍不断出现，原因说不清楚。二、同步电动机损坏的主要原因及维修方法几年来，我们通过对本厂同步电动机的损坏情况及励磁装置运行状况进行长期统计、分析和研究，并且与许多励磁生产厂家及上海、山东等许多大型高压电机维修企业的资深专家进行多次沟通、交流。认为造成同步电机电机损坏的主要原因主要有以下几个方面。1 电机制造方面的原因及处理方法同步电动机在出厂前虽然都做了各项出厂试验，并且也全部合格。但在运输、安装、试运过程中由于各种原因造成电机各部位的连接螺栓松动，从而引起电机故障。螺栓松动引起的故障主要有以下几点：（1）、电机启动瞬间转子启动绕组环形短路环连接部位打火。（2）、转子励磁绕

5、组线圈串联接头处产生裂纹，开焊，局部过热烤焦绝缘；（3）、转子磁级的燕尾楔松动，退出；（4）转子线圈绝缘损伤；（5）、风叶裂断；因此，电机在试车前，首先要将电机的护罩拆开，对电机转子线圈固定螺栓、电机转子启动绕组环形短路环螺栓、电机转子风叶固定螺栓等进行全面的检查、紧固。另外，每年的计划检修时都要对上述部位进行检查、紧固。2电机安装方面的原因及处理方法 电机安装不当就会造成电机震动，长时间震动对电机危害非常大，也是造成电机损坏的原因之一。造成电机震动的原因主要有以下两个方面。一是安装过程中电机与设备的对中不合格。在电机与被驱动设备之间，其传动轴必须精确对中，否则就会引起振动。对中分平行对中和角

6、度对中。平行对中对于挠性联轴器最大偏差不允许超过0.05mm。对于刚性连轴器不允许超过0.025mm。角度对中不允许超过0.05mm。二是设备的管道配置不合理，造成设备、电机整体振动，严重时还会造成设备整体基础下沉。因此设备的配管必须严格按设计要求进行配置，不允许随意改动。3励磁方面的原因及处理方法因为励磁自身设计不合理造成的电机损坏是最大的隐患，并且在短时间内也发现不了。通过与江苏、上海、石家庄等许多励磁生产厂家的专家进行沟通交流，并在实际运行过程中对电机的启动过程、投励过程、运行过程中定子、转子的状态波形进行拍摄，并对拍摄的波形进行对比、分析认为：造成电机频繁损坏的主要原因是励磁设计不合理

7、所致。（1） 目前我们所用的老式可控硅励磁装置，无论是半控桥还是全控桥，由于启动时采集不到滑差信号，大部分采用计时投励，投励角度不合理，电机每次起动均受到一定的损伤。对于主电路为桥式半控励磁装置，其主电路（图-1）所示。Iftt 0 0Uf 图1半控桥式励磁装置主电路 图2使用半控桥式励磁柜电机起动时转子回路波形 电机在起动过程中，存在滑差，在转子线圈内将感应一交变电势，其正半波通过Z Q形成回路，产生+If； 而其负半波则通KQ及RF回路，产生-If，如（图-2）所示。由于电路的不对称，形成+If与-If电流不对称，定子电流也因此而强烈脉动，电机将遭受脉振转矩强烈振动，甚至在整个车间内都可以

8、听到电机起动过程发出的强烈振动声。这种声音一直持续到电机起动结束才消失，电机起动过程所受强烈脉振是电机损伤的重要原因之一。电机起动过程中定子电流及转子电流变化波形如（图-3）及（图-2）所示。实际起动电流的包络线期望起动电流的包络线图3电机起动过程中定子电流波形和理想的电流波形ID 励磁装置为全控桥的电路。（如图4） 图4全控桥式励磁装置主电路对于励磁装置为全控桥的电路，随着电机起动过程滑差减小，转子线圈内感应电势逐步减小，当转速达到50%以上时，励磁回路感应电流负半波通路不畅，将处于时通时断，似通非通状态，同样形成+If与-If电流不对称，由此同样形成脉振转矩，造成电机产生强烈振动，损伤电机

9、。无论是全控桥，还是半控桥，电机起动过程中，投励时往往听到一声沉闷的冲击声，且起动投励时投励电流越大，声音越响。有些单位常采用减小励磁电流的方法来减轻对电机的冲击，待电机起动结束后，再将励磁调至正常值。以上这种现象是由于目前所用的可控硅励磁装置投励时所选择的“转子位置角”极不合理造成的。这种冲击，同样使电机遭受损伤。由于可控硅励磁装置本身存在的上述缺陷，使电机在每次起动过程中均遭受强烈脉振，在投励时遭受冲击损伤，但并不是一次就使电机当场损坏，而是每次启动时都使电机产生疲劳效应，造成电机内部暗伤，并逐步累积，发展成电机的内部故障。上述电机起动过程中所出现的脉振，投励时受的冲击，都是由于励磁装置起

10、动回路及投励环节设计不合理所造成，通过改善起动回路及投励时合理选择转子位置角，起动过程中的脉振和投励冲击现象完全可以消除。（2）传统老式可控硅励磁装置失步保护装置不灵敏，使电机不断受到失步危害的损坏。传统可控硅励磁装置采用GL型反时限继电器“兼作失步保护”，而电机“过负荷”与电机“失步”是完全不同的两个概念，通过分析电机失步时的暂态过程，现场试验及实拍电机失步的暂态波形，可以充分证明：用过负荷继电器兼作失步保护，当电机失步时，它不能动作，有的虽能动作，但动作时延大大加长，实际上起不到保护作用。同步电机的失步故障分为三类：即失励失步、带励失步和断电失步。失励失步是由于励磁系统的种种原因，使同步电

11、动机的励磁绕组失去直流励磁或严重欠励磁，使同步电动机失去静态稳定，滑出同步。电机发生失励失步时，丢转不明显，负载基本不变，定子电流过流不大，电机无异常声音，GL型继电器往往拒动或动作时间大大加长。失励失步一般不能被值班人员及时发现，待发现电机冒烟时，电机已失步了相当长时间，并已造成了电机或励磁装置的损伤损坏。应当指出的是，电机的失励失步，大多不当场损坏电机，而是造成电机的内部暗伤，经常出现电机冒烟后，停机检查，往往又查不出毛病，电机还能再投入运行。失励失步主要会引起电机转子绕组，尤其是起动绕组（阻尼条）的过热、变形、开焊，甚至波及到定子绕组端部。电机失励失步时在转子回路还会产生高电压，造成励磁

12、装置主回路元件损坏，引起灭磁电阻发热，严重时甚至造成整台励磁装置烧坏事故。带励失步，是由于供电线路遭受雷击，避雷器动作；大机组或机组群起动，相邻母线短路等引起母线电压大幅度波动；负载突增（如压缩机憋压，轧钢机咬冷钢）；运行中，电机短时间欠励磁或失励磁（如接插件接触不良）引起失励失步，从失励失步过渡到带励失步，电机起动过程中励磁系统过早投励等原因所引起。电机在带励失步时，励磁系统虽仍有直流励磁，但励磁电流及定子电流（包络线）强烈脉动，电机亦遭受强烈脉振，有时甚至产生电气共振和机械共振。带励失步大多引起电机产生疲劳效应，引起电机内部暗伤，并逐步积累和发展。带励失步所造成电机损伤主要表现在：定子绕组

13、绑线崩断，导线变酥，线圈表面绝缘层被振伤（线圈两面呈不均匀的锯齿状，严重时会因绝缘损坏而造成定子钢芯击穿。而新线圈表面是平的），并逐步由过热而烤焦、烧坏，甚至发展成短路；转子励磁绕组接头处产生裂纹，出现过热、开焊、绝缘烤焦；鼠笼条（起动绕组）断裂，与端环连接部位开焊变形；转子磁极的燕尾楔松动，退出；电刷滑环松动；定子铁芯松动，运行中嗓声增大；严重时甚至出现断轴事故。由于电机和主机是同轴运行，电机的强烈脉振，同样会波及到主机损伤，如紧固螺丝断裂等。断电失步是由于供电系统自动重合闸ZCH装置或备用电源自动投入BZT装置动作，及人工切换电源，使交流电机供电电源输送渠道短暂中断而导致。它对电机的危害是非同期冲击。这种冲击的大小，与系统容量，线路组抗、电源中断时间、负载性质，特别是与电源重新恢复瞬间的电气分离角有关。所以这种冲击有可能使电机当场损坏，也有可能根本感觉不到。（3）、提高同步电动机励磁运行可靠性所采取的技改措施针对励磁屏技术性能太差所导致的同步机故障率高的现象。我厂与相关励磁生产厂家进行沟通，一是对原先设备所带的老式励磁进行改造，二是新上的设备全部采用新型励磁控制设备。经过多方考察、论证我们后来