高压防爆同步电动机转子励磁绕组的故障处理

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吐哈油田采用了两台功率为3.3MW的正压通风式交流高压无刷励磁同步电动机（编号分别是CM203C和CM203D），其配套静态励磁装置为WLK-02H型，本文就就较为典型的一列故障进行分析。
  2004年9月，该同步电动机突然发生故障停机，保护继电器SR469上显示为过载保护动作。从负荷历史曲线来看，当时有功负荷并未增加，但在发生故障停机时的瞬间无功负荷增加很大，导致同步电动机功率因数滞后0.56。
  根据Siemens S7 PLC和上位监控机上的负荷历史趋势，故障停机的原因有二：一是励磁系统出现问题（包括静态励磁系统和旋转励磁系统），致使转子励磁电流大大减小。励磁减小后定子电流先减小后增大，从而使电动机过载保护动作；二是励磁系统工作正常，电动机本体出现故障，特别是电机转子绕组出现故障的可能性很大。
  首先对静态励磁系统进行测试。在停机状态下，将励磁系统打到“试验”位置进行调试，通过液晶显示屏可清楚地看到，在调试状态下静态励磁系统工作十分正常，用示波器看输出波形也很正常。随后将励磁调节方式切换到手动方式，用“增磁”和“减磁”按钮增大和减小励磁电流，励磁系统反应正常，从显示面板也可清楚地看到变化，据此可以推断静态励磁部分没有故障。
  由此断定故障应出在旋转整流和电机本体部分。在励磁装置和同步电机生产厂家的现场配合下准备工作完成后 ，启动电机，在经过投励设定延时后，电机无法投励，仍然处于异步运行状态，此时功率因数严重滞后，空载电流很大。由此进一步确认了问题出在电机内部。
   为进一步缩小故障查找范围，对电机进行了开盖检查。首先对旋转整流盘部分进行了一个测试。   
   我们严格按照测试步骤进行如下测试：（1）打开灭磁电阻与转子绕组接线点，在其中间串接一只40W/220V的白帜灯泡；（2）断开转子绕组的两个输入端，在其间并接一只100W/220V的白帜灯泡；（3）打开励磁机电枢绕组的A、B、C三相出线端，从外部接入试验电源；（4）外部试验电源通过三相调压器来控制给定电压；（5）在C相功率模块的可控硅Cg两端并接一只二极管，方向如图一所示。经过认真检查，确认电路连接无误后，进行通电实验。通电后10s左右，灯泡H2发亮，说明旋转部分能最终投励。断开电源后，接好示波器，再次通电试验。用示波器测灯泡H1两端电压波形，再次通电试验。用示波器测灯泡H1两端电压波形，开始示波器有波形，经过约10s后波形消失。此试验说明灭磁回路和控制模块能够正常工作。第三次通电实验，用示波器测灯泡H2两端的电压波形，开始示波器无波形显示，经过10s后波形为三相半控桥式整流波形，波形正常。据此可以断定旋转整流部分工作正常。
  排除了励磁系统故障，最后故障就锁定在电机本体上。随后组织对电机本体进行全面检查，500V摇表测转子绕组对地绝缘，绝缘电阻值大于500MΩ,绝缘良好.后测绕组两端是否导通,用摇表测时,发现转子绕组两端开路.再次用直流电桥检查转子绕组的直流电阻,测量结果为开路,据此可以断定转子绕组烧断.经过盘车后将转子绕组旋转了一个角度,仔细检查后找到了一个明显烧黑的地方.取下磁极绕组时看到在相邻两绕组焊接处,由于接触部位铜皮较薄,转子在转动过程中磁极松动,使焊接部位发生了疲劳断裂.经过电机厂家重新用铜皮焊接后,经检查测试定子、转子绝缘和直流电阻正常。
   准备就绪后，现场启动电机，投励过程及其他一切正常。电机空载运行2h后停机检查一切正常。重新开机后带负荷运转，无任何异常情况出现。
   因此，大型同步电动机在日常运行过程中应注意两方面：一是励磁系统的监控和检查，二是电机定子和转子的检查。特别是在停厂大检修时，一定要开盖详细检查，并作好紧固工作，以免松动造成不必要的事故。

CEMFBJS

顶一下,谢谢

kolarxiao

    前辈，您好！励磁绕组焊接部位疲劳断裂应该是个很常见的失效模式，不知道要做这个失效分析，关键因素应该考虑哪些。
还有，您那边有励磁绕组紧固和压紧装置的详细图示吗？工程图之类的，这个我一直都没弄清楚。多谢！！！

kolarxiao

    或者说，对于大型的同步凸极电机的失效分析，您认为哪些是要关键考虑的，特别是转子这块，T尾，铜导线焊接接头，磁极线圈，上、下托板的固定件以及本身？