发电机组频繁损坏原因分析与改进对策

仅供个人参考发电机频繁损坏原分析与进对策大型发电机组，由于其具有一系列优点，特别是能向电网发送无功功率，改善电网质量，在各行各业得到广泛应用。我公球磨机用同步发电机组曾在一段时期内频繁损坏，直接影响到我公司的生产和设备的安全运行。因此正确分析判断发电机组的故障原，并提出相应对策，就成了我们的当务之急。

一、事故征象

我公司现有台同发电机。在年以前平均每年要出现2～次电机烧损的事故事故主要征象为子组端部绑线崩断机定子绕组过热动组笼条开焊裂机起动及运行中出现异常声响，经常启动失败等现象。

尤其是在年1月12日公司7#步发电机组运行过程中突然放炮，造成同步发电机组定子线圈局部严重烧坏，高压电缆接头烧损，电流互感崩坏，由于7#步机脱扣装置拒动，保护不能正常动作，持续大电流起密地变电所密7选Ⅱ线保护动作跳闸响选所带其它用电设备停机。二原的基本判断分析1、电机质量分析：

电机的正常使用寿命一般应在20年左右。统计我公司所损坏的同步电机组，运行寿命大多在年下，尤其是这台同步发电机组大修后，投运仅个月便出现了这次放炮烧损事故。

在事故分析中，部分电气技术人员将事故的主要原因归结到电机的大修上这种大面积的电机损害事故事故原因归结到电机质量上对此提出异议建将视线转移到对励磁统的分析上实证明电机修理厂在电机返修中对其重点部位进行了种种加强措施甚于提高了绝缘等级效果并不显著损坏事故仍不断出现。2励磁系统原因分析：

针对同步发电机组起动运行过程中发生异常声响、电机定子绕组过热动绕组笼条开焊等诸多现象排除电机质量原因引起事故的条件下，有必要对现行的励磁系统进行合理的分析而找出电机频繁损坏的真正原因磁系统设计不合理。三励磁系统存在的要问题与电机故障原因的内在联系励装置起动回路设计不合理，使发电机组经常处在脉振情形下起动。主电路为桥式半控励磁装置，其原理图如图所示。

电机在起动过程中，在转子线圈内将感应一交变电势，其正半波通过ZQ形回路，产+if；而其负半波则通过KQ及成回路，产-if由于负载电路不对称形成+if与if电不称if曲如图所电定子电流因此也产生强烈脉振，其曲线如图电因而遭受到脉振转矩的强振动造成整个厂房大厅内都可以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。

另一方面，由于装置采用的是KGLF-11型式励磁装置拟控制投励检测元件老化测准确，导致投励时间变化对机启动成很大影响着电机起动过程滑差减小子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路不畅，将处于时通时断，似通非通状态，形+if与-if电流不对称，由形成脉振转矩，造成电机产生强烈振动有在运行中受灭磁插件立元件性能的影响磁晶闸管KQ误导通灭电阻发热烧红冒烟。它只有一个高导通电压，电机起动时，特别在转子感应电压较低时不能可靠导通造主机起动转矩不称机组产生强烈振动正是前述的主要事故征象之一。

因此，无论电机质量如何优异，在如此恶劣的条件下电机频繁起动，给电机造成的损伤是可想而知的。电机的寿命因此大打折扣、投励环节设计不合理，经常造成启动不得用于商业用途

仅供个人参考失败，重复启动次数大大增加。励环节原设计为：按同步发电机组转子滑差顺极性无接点投励环节工作，如图4所。

由于控制插件采用的是模拟元件，元件老化和温度漂移以及抗干扰能力弱，造成转子感应电压检测不准确。主要是由于检测感应信号的稳压管12WY和极管性不稳定有电容器的放电时不确定同步机进入亚同步时该投励触发时却没有发信号往造成同步机启动失败是拟励磁装置的通病，结果是造成同步机重复启动，从而带来对电机的损害、励磁装置无可靠的失步保护装置，使电机运行不可靠。

同步发电机组原投励装置采用反时限继电器“兼作失步保护”其理接线如图五而电“过负荷”与电机“失步”是完全不同的两个概念过对电机失步时的示波照相分析其暂态过程场验及实拍电机失步的暂态波形证明过负荷继电器兼作失步保护，当电机失步时，不能动作，有的虽能动作，但动作延时加长，实际上起不到保护作用。如图5所的过流继电器原。发机组的失步事故主要分为失励失步和带励失步两类。

．1失励失步是由于励磁系统的原因，使同步发电机组的励磁绕组失去直流励磁于磨的发电机组过载力矩很大致步发电机组失去静态稳定，滑出同步。电机发生失励失步时，负载基本不变，定子电流增大3倍，电机声音异常而继电器主要用于起动时的电流保护整值为6～的额定值所GL型继电器拒动或动作时间过长此况下失励失步一般不易被值班人员及时发现发电机冒烟时电机已失步了相当时间已造成电机绕组或励磁装置的损坏当指出的是电机的失励失步大不当场坏电机出现电机冒烟后机常规检查往往又查不出毛病，电机还能再投入运行。

由于失步运行，在阻尼绕组中就流过超过额定电流数倍至数十倍的电流尤是负载较重时由转差较大所流过阻尼绕组电流就更大阻尼绕组的温升和热容量般是按时工作制考虑的于长期流过大电流必定会导致阻尼绕组温度过高，造成开焊、笼条断裂，甚至于阻尼绕组完全烧毁。正是在这种状况下，使得电机的寿命大为缩短要指出是电失励失步时还会在转子回路中产生高电压成励磁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。．2带励失步，是由于负载突增（如球磨机胀肚，电机在运行中短时间严重欠励磁；或电机起动过程中励磁系统过早投励等原因引起的。

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励步与失励失步对电机造成的危害其性质是一样的重甚至出现断轴事故于电机和主机是同轴运行的强烈脉振样会波及到主机损伤，如紧固螺丝断裂等。四励磁系改进对策

我公司球磨机用发电机组损坏频繁的主要原因如上述三条，其对策主要为：

、电路：采用无续流二极管的新型三相桥式半控整流电路（图所示），线路简洁、可靠，通过设计合理选配灭磁电阻RF，分级整定KQ的开通电压当电机在异步驱动态时KQ在较低电压下便开通发机组具有良好的异步驱动特性效地消除了原励磁屏在电机异步暂态过程中所存在的脉振足带载起动及再整步的要求；而当电机在同步运行状态时KQ在电压情况下才开通，既起保护元器件的作用，又使电机在正常同步运行时KQ不误导通。不得用于商业用途

、励环节改进：电机

仅供个人参考在起动及再整步过程中按照“角强励磁整步”的原则设计就物理概念而言系指电机转速进入临界滑（即原来所谓的“亚同步”照电机投励瞬间在转子回路中产生的磁场与定子绕组产生的磁场互相吸引力最大（即定子磁场的N极投励后转子绕组产生的极相吸，定子磁场的极投后转子绕组产生的极吸）。在准角时投入强励，使吸力进一步加大，这样电机进入同步便轻松、快速、平滑、无冲击。投励时的滑差大小，可通过数字式功能开关设定；对电机滑差大小的检测，是根据装置回路内测取的转子电压波形，经采样后取得Uf，过变换整形，变成方波，再经过光电隔离，输入电脑系统，最后准确投励。改造后电机起动及投励过的波形见图7

为使电机运行中励磁电压不致过高、过低或失控控电路中设有3K功能开关其中1K用设定励磁电压的上限，它既作为设定励磁装置输出直流电压的上限为机起动及再整步投强励的设定值用来设定电机正常运行时的励磁电压用来设定励磁电压的下限。投励，首先按1K强励设定值运行1秒，然后自动移至正常励磁所设定的位置上。选用的型装置面板上有薄膜面板开关，按动上升键或下降键，可以在1K及3K所定范围内调整励磁电压大小。

由于全部采用数字化开关及电脑控制，使装置性能稳定。完全消除采用电位器控制时存在的诸多弊端。

、失步保护装置：其基本原理是利用同步发电机组失步时，在其转子回路产生不衰减交变电流分量的特征过测取转子励磁回路交变电流信号对其波形特征进行智能分析速确判断电机是否失步于各类失步管滑差大小，装置均能准确动作据体情况作于灭磁整步启动后备保护环节动作于跳闸。而电机未失步，则不管其振荡多大，装置均不误动作。

其中图8）、（b、（c）励磁回路已出现不衰减的交变电流信号，电机已失步，失步保护环节应快速及时动作；8（d是同步振荡，电机未失步，失步保护环节应不误动作。对某些旧电机或已受暗伤的电机有时会出现转子回路开路时励磁回路电流突然下降至零失步保护环节就应快速动作。本系统能根据励磁回路电流波形准确快速地分析电机是否已失步。

失步保护所取信号从串接在励磁回路中的分流器上测取不失真的毫伏信号信经放大变换后输入电脑系统，由电脑系统直接分析，并做出判断输出。

、失步后带载自动再整步：正运转中的同步发电机组，经装置检测，判断确认已失步后，立即动作于灭磁、异步驱动、带载再整步。

型合控制器中的灭磁环节，是采用断励续流灭磁，即电机失步后，立即停发触发脉冲，励磁控制继电器LCJ吸，断开励磁接触器控制回路及励磁主回路。待整流主桥路可控硅关断后，释，电机进入异步驱动状态

电机一旦失步进入异步运行，必须改善电机的异步驱动特性。在电机处于异步运行状态情况下，装置自动使KQJ继电器处于释放状态，通过的闭接点，使KQ可硅在很低电压下便开通，以改善电机的异步驱动特性（图9所）。

同步发电机组异步起动时转子回路感应出很高的电压电压会直接危及电机转子的绕组绝缘此磁装置要及时地在主机起动过程中串接适当的灭磁电阻。

该励磁装置起动灭磁回路中晶闸管KQ导电采用高、低通电压分级整定，保证主机良好的异步驱动性能，如9所。主机起动时，通过阻R、、压管DW3压限幅将转子两端感应的高电压转换为低电压信号Uf，再经（不在不得用于商业用途

仅供个人参考图中滤过比较器处理光耦合器隔离后送至单片机系统单片机检测到该信号和合闸接触器动作信号后，使继电器处释放状态KQ在很低电压（约12V）下便导通，转子回路的正向电流经KQ灭磁电阻流过，反向电流经二极管、RF过，保证了正反向电流的对称性主起动平稳主机起动结束进入同步后微机自动让继电器、动作KQ导电压转入高通值（约250V运行KQ自动关断。

为避免KQ因过电压设定值太低或导通后由于整流电压较高使整流压波形无过零点等原因关不断，或因运行中由于某种原因误导通，造成长时间通电发热烧坏，在装置内设有KQ误导通检测电路。若KQ导通，在KQ与RF回中，直流励电压全部降在KQ上RF两端无过电压处冷态一出现导通后直励磁全部降落在RF继电器KM2线圈得电吸合，其动合触点闭合，电脑系统接收到KQ误通号后，先停发脉，使整流电路转入失控状态KQ在流形过零点自然关断。若关不断，电脑指令继电器（不在图中）动作，通过触点接通报警回路，电铃响，并在液晶面板上使用汉字显示“KQ导通”，提请现场值班人员检查处理。

经改造后，电机在起动过程，转子电流If波曲线趋向平滑KQ两的电压一为零，无任何尖和毛刺，说明灭磁晶闸管导通非常及时起回路特性很好投励后U1动转为正常励磁电压KQ自动关断。当供电系统出现“自动重合闸”、“备用电源自切”或“人工切换电源”时，将出现电能输送渠道的短暂中断防电源恢复瞬间可能造成的“非同期冲击”防击检测环节送给本装置一对接点脑接收到FCJ接信号后同样动作于灭磁步驱动、带载再整步。

、后备保护环节：在发电机组或励磁装置出现再整步不成功、电机起动后或失步后长时间不投励电机投励后拉不进同步起动时间过长或熔断器可控硅二极管整变压器损坏等故障使电机无法正常运行时为保证电机及励磁装置安全装置中特设了一个后备保护环节动于跳闸停机后备保护动作跳闸后控制面板上留有“后备保护动作”信号，也便于分析和记录。

6可控硅误导通检测：设计时采取了对可控硅的开通电压实行分级整定电在起动过程及失步后的异步驱动暂态过程中改善电机的异步驱动特性，使KQ在低电压下便开通；而当电机进入同步后KQ开通电压设定值较高，主要是为了保护电机，保护可控硅、二极管，防止过电压，因此，仅在出现过电压情况下开通。

为避免KQ可硅因过电压设定值太低，或开通后关不断，造成灭磁电阻RF时间通电而过热，装置内设有KQ误通检测装置，若KQ未通，在KQ与回直流励磁电压全部降落在KQ上在磁电阻端无电压，灭磁电阻F处冷态；一旦出现导后，直流电压降落在灭磁电阻上，装置内继电器线得电吸（图其点信号输入电脑系统脑接收到导通信（即RFJ接信号后对于因过电压引起的导通脑统指令其过电压消失后自动关断因压设定值太低造成的KQ误导通，或导通后关不断，电脑指令控制报警继电器合，通过其接点接通报警回路，并控制面板上KQ导通”信号指示灯亮，发出声光信号提请操作员检查处理。

、失控检测系统：由于外部因素，如触发脉冲回路断线或接触不良，造成脉冲丢失控回路同步电源缺相或消失主回路元件损（熔断器熔断造主回路三相不平不得用于商业用途

仅供个人参考衡、缺相运行，但未造成电机失步（若失步，则由失步再整步回路或后备保护环节处理），装置能及时检测到，若秒后故障仍未消除，装置就控制报警继电器B闭，通过其接点，接通报警回路，并控制面板上的“失控”信号指示灯亮，发出声光信号。

失控或缺相检测本理是利用电进入同步后的正常运行情况下直流励磁电压波形特征进行分析，图10是种典型的励磁电压波形，图10）、（b为正常运行，图10）为缺相运行，图（d为失控运行。

当控制器检测到电机出现失步、励磁装置出现KQ可硅误导通、失控或由控制器后备保环节动作于电机跳闸时，控制器面板上分别备有各自的指示灯。按复归按钮，指示灯复位。其KQ可硅误导通、失控，除有灯光信号外，电脑还控制报警继电器吸合，由BXJ接接通音响报警回路。按复位按钮，报警继电器位。五、术改造后的效果

同发电机组励磁装置改造后，在异步驱动过程中平滑快完消除了采用老式励磁屏在电机异步暂态过程中所存在的脉振足带载起动及再整步的要求投按照“准角强励整步”的原则设计有励磁整步的功能，电机拉入同步的过程平滑、快速、可靠，大大减小了对电机的冲击，也确保了发电机组的安全可靠运行其先进完善可靠的带励失步励失步保护系统保证了同步发电机组在发生带励失步和失励失步时速动作护机电机免受损伤一术改造措施，使我公司6KV高同步发电机组及励磁屏故障率、维修量显著降低，经过年行考验，受到基层维护人员的一致好评和充分肯定。

由采用了先进的电脑控制技术有制过程均自动处理面采用新薄膜按键具有完整直观的信号显示系统当机出现失步再步后备保护跳闸励出现失控装是否运行正常等均有信号指示核心部件同步发电机组综合控制器也能指示自身是否发生故障具不停机不减载损伤电机的情况下从容在线更