同步电机的失步事故可分为三类:即欠励失步、过励失步和断电失步。
欠励失步是由于励磁系统的种种原因,使同步电动机的励磁绕组失去直流励磁或严重欠励磁,转子磁场滞后旋转磁场很大角度(图5-a)使同步电动机失去静态稳定,滑出同步。电动机发生欠励失步时,丢转不明显,负载基本不变,定子电流过流不大,电机无明显异常声音,GL型继电器往往拒动或动作时间大大加长。欠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。
电机的欠励失步,大多不当初损坏电机,而是造成电机设备的内部暗伤,经常出现电机冒烟后,查不出毛病,电机还能再投入运行。但线棒的绝缘已受了很大的损伤。
欠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。电机欠励失步时在转子回路还会产生高电压,造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事故。
过励失步,是由于励磁装置故障或调节不当等原因造成励磁电流增大,电机在过励失步时,励磁系统虽仍有直流励磁,但励磁电流及定子电流都很大并且产生强烈脉振,转子磁场超前旋转磁场很大角度(图5-b),有时甚至产生电磁共振和机械共振。过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。过励失步所造成电机损伤主要表现在:定子绕组绑线崩断,导线变酥,线圈表面绝缘层被振伤,并逐步由过热而烤焦、烧坏,甚至发展成短路;转子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;定了铁芯松动。运行中噪声增大;严重时甚至出现断轴事故。由于电机和水泵是同轴运行,电机的强烈脉振,同样会波及到水泵损伤,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。这种运行状态是最为危险的。
3、分离元件可控硅励磁装置,控制部分技术性能太差,同样影响电动机使用寿命。
在多年使用可控硅励磁装置中感到,励磁装置故障率太高,经常出现起动可控硅KQ误导通,插件接触不良,脉冲丢失,三相电流丢波缺相,不平衡,励磁电流、电压不稳定,甚至直接引起电机失励等故障,这是由于该励磁装置的控制部分存在很多缺陷,电机运行的可靠性也因此得不到保障,它同样是引起电机损伤的重要原因。
二、为了减少同步电动机频繁损坏所采取的技改措施
同步电动机故障率高,据统计绝大部分都是励磁装置技术性能太差所导致。要提高同步电动机运行的可靠性,必须对老式励磁装置用较少的投资进行适当改造,消除电机起动过程中的脉振、投励的冲击,增装可靠的的失步保护,解决运行中原控制插件经常出现接插件接触不良、欠励、缺相、丢波、三相不平衡、励磁电流、电压不稳定、灭磁性能差等技术问题。鉴于上述情况,我们和甘肃省科学院科技开发中心有关专家经过分析、研究、攻关、针对造成电机损坏的根本原因,研制成功WJ-KLF10系列同步电动机综合控制器,并以此作为核心控制部件,成功地对原励磁装置进行了技术改造。
在制定对老式励磁装置改造方案时,充分考虑工厂现场的实际应用情况,采用现代控制技术及理论,吸取国内外励磁装置制作厂商众家之长,做到设计原理新颖成熟、功能齐全、控制手段先进、现场改造方便、投入资金少、运行可靠、维修简便。
1、 改造的励磁装置在技术上的主要特点
我们对原励磁装置进行改造时,保留原励磁装置上的整流变压器(部分变压器需要对其变化及接法作一些改动)、快速熔断器、二极管、可控硅等元件。主回路基本上没有改变。而原控制插件由于存在种种缺陷,采用WJ-KLF10系列同步电动机综合控制器替代,该控制器设计原理新颖,并采用先进的微机控制技术,功能完善,操作方便,性能稳定可靠,寿命长,信号显示系统直观,,有利于运行操作人员监控。其外观尺寸与原控制插件箱大小相仿,正好安置于原控制插件位置上,安装接线十分方便。改造后同步电动机励磁装置在技术上具有以下特点:
(1) 改造后电机在异步驱动过程中平滑、快速,完全消除采用老式励磁屏在电机异步暂态过程中所存在的脉振,满足带载起动及再整步的要求。
(2) 投励按照“准角强励整步”的原则设计,并具有强励磁整步的功能,电机拉入同步的过程平滑、快速、可靠。
(3) 具有先进完善的过励失步,欠励失步保护系统,保证电机发生过励失步和欠励失步时,快速动作,以免电机受损伤。
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