珠三角地区水利工程10kV同步电动机常见故障浅析

王伟

（佛山市顺德区水利水电勘测设计院有限公司，广东 佛山 528300）

引言

随着珠三角地区经济的进一步发展，工农业生产规模不断扩大，水利工程作为社会经济发展的主要基础设施，其建设步伐也在不断加快。在大中型轴流式抽水泵站中，高电压等级、大功率的同步电动机作为电能转换成机械能的载体，直接拖动轴流水泵工作。同步电动机由于其独特的结构，在运行时能给供配电网提供相应的容性无功，可以有效改善泵站供配电系统的功率因数，在珠三角地区的水利工程中得到了较为广泛的应用。在长期的实际运行中，同步电动机由于受强大的电、热、机械力等作用，以及周围环境(特别是珠三角地区特有的潮湿的气候)的共同影响，加上电机自身内部结构（包括其励磁控制系统）较异步电动机复杂，对使用环境和使用要求均有更高的标准，这使得同步电动机故障较异步电动机要复杂。本文对珠三角地区实际应用中常见的10kV同步电动机故障类型及故障原因进行总结后，对减少同步电动机故障的一些改进性措施进行认真的分析探讨[1]。

1 泵站10kV同步电动机常见故障类型及原因分析。10kV同步电动机是整个泵站拖动系统中的核心动力转换设备，其工作可靠性直接影响到水泵机组能否高效稳定的运行。10kV同步电动机发生故障的类型及原因是多种多样的，因此，在日常运行过程中，对不同故障类型和故障原因进行分析总结，可以有效提高水泵机组故障检修效率，保证泵站水泵机组高效稳定的运行。

1.1 同步电动机定子过热

在实际工程应用中，同步电动机发生定子过热故障时，尤其当故障发生在夏季时，其定子绕组温度可以上升到100℃～110℃左右，给机组正常稳定运行带来巨大的安全隐患。10kV同步电动机造成定子发热故障的原因很多，具体归纳为如下几个主要原因：

（1）电机拖动系统负载不正常。珠三角的水利工程中，电机拖动的主要负载为水泵。当河水中的水草、垃圾袋或其它垃圾偶然穿过拦污栅进入水泵的叶轮室，突然与叶轮发生缠绕时，叶轮转动的阻力陡然增加，从而导致电机输出的功率增加。拖动系统输出与输入保持平衡是电机高效稳定运行的重要保障。当高压同步电动机在运行过程中，其拖动系统中负载量突然增加，定子绕组内部所形成的定子电流就会同时增加，从而造成定子线圈铜耗量大大增加，在定子绕组中剧烈发热温升，热量的不断积累就会导致电机定子出现过热故障。当同步电动机由于负载波动造成的定子发热故障时，应立即停机检查，清除缠绕物，故障即可排除。

（2）定子通风系统不良。珠三角地区属潮湿亚热带气候，空气湿度常年在90%以上，空气中的灰尘容易堆积。当定子通风系统由于外部灰尘过厚而被堵塞时，电动机运行过程中内部产生的热量就不能及时散去，造成定子温度过高，从而大大降低了水泵机组工作效率。为增强同步电动机的综合散热性能，应按照水泵机组检修维护制度，定期派专人对电动机进行一次解体除尘维护工作，必要时还可以在泵房中增装通风机，以加速厂房内空气流通性能，降低水泵机组的外部环境温度。

（3）励磁电流过大。励磁系统是同步电动机高效运行的核心系统之一。当水泵机组拖动系统外部负载量恒定时，按照同步电动机U形运行曲线可知，同步电动机定子电流会随励磁电流的增大而剧烈增加，定子绕组铜耗量剧烈增大，伴随绕组温度剧烈升高，从而形成发热故障。因此，在10kV同步电动机日常运行中，应该采取先进的控制技术，保证同步电动机励磁电流在规定允许范围内，保障同步电动机处于最优运行工况。

1.2 集电环火花严重

珠三角地区的水利工程中，特别是顺德的泵站工程，10kV同步电动机的启动方式多数为直接启动，其启动电流通常是额定电流的6倍。当同步电动机在正常启动时由于绝缘及空气湿度等原因在集电环处产生火花，或在运行中由于接触不良等原因造成集电环与电刷间发生火花严重时，将会导致同步电动机启动失败或异常停机[2]。

1.2.1 启动时集电环火花严重。同步电动机在启动过程中，当两集电环间绝缘套管上由于长期运行吸附大量碳粉以及遇到潮湿的天气时，就会导致两集电环间的绝缘性能下降，加上同步电动机在启动过程中，内部转子绕组会形成较高等级的感应电压，会将集电环上的碳粉间隔层击穿，从而造成集电环发生短路。在强大的热效应和动效应的共同作用下，就会导致导电杆或支撑件发生变形损坏。因此，应加强10kV水泵机组的日常维护力度，定期利用压缩空气对电机集电环进行除尘工作，及时清扫集电环之间附着的碳粉，并利用相关仪器仪表测量两集电环间的对地绝缘电阻值，如发现绝缘电阻低于规范要求时，应该立即对相关部件采取更换处理。

1.2.2 运行中集电环火花严重。集电环与电刷间接触压力不足、接触面接触不良、设备型号不匹配等都会造成同步电动机在运行过程中，集电环与电刷间发生严重的火花，从而降低水泵机组的运行效率。在运行过程中，应根据设计要求，调整好集电环与电刷间的压力并保证其接触面受力均匀。选用与集电环相匹配的电刷设备，并防止不同型号电刷混用情况的发生。如长期运行集电环表面出现粗糙现象时，应采用砂纸沿集电环表面的圆弧方向进行打磨，使集电环表面光滑平整，保证集电环与电刷间具有高效的运行性能。

1.3 转子绕组短路环火花严重

同步电动机在启动过程中其转子阻尼绕组的短路环产生严重火花时，将导致整个水泵拖动系统不能牵入同步，同步电动机无法正常启动。10kV同步电动机在启动过程中，尤其是当水泵机组在经长时间停运后突然启动时，由于热胀冷缩的原因将会造成短路环连接螺栓发生松动、连接处出现开焊（虚焊）等现象，电动机转子阻尼绕组将会感应出强大的感应电流，从而在短路环连接不良处发生打火现象。因此，在日常运行过程中，应在水泵机组投运前，仔细检查电动机转子阻尼绕组的短路环，观测是否有松动或开焊（虚焊）情况发生。若有应立即采取相应紧固或重新焊接措施，保证同步电动机高效稳定的运行。

1.4 励磁系统故障

由于受当时建设技术水平和投资资金的制约，很多泵站所采用的老式励磁装置在电路设计、动态响应、实时调节等方面均不能满足现代智能控制的需求，使电动机在启动过程中，经常出现启动时间拉长、启动困难，甚至无法启动情况的发生。在运行中，也会出现电动机出现失步运行工况时，其失步保护需要较长的延时才能跳闸，各种冲击使电动机遭受巨大损伤，从而大大威胁到同步电动机的高效稳定运行。为了提高同步电动机的综合运行效率，迫切需要对传统的励磁系统进行技术改造。

2 改进措施研究

为了提高水泵机组10kV高压同步电动机综合运行性能，除了上述的基本检修维护措施外，可以采取DJL型同步电机可控硅励磁装置对传统高压同步电动机的励磁系统进行升级改造，提高同步电动机综合启动性能，保障整个水泵电动机拖动系统在运行和启动过程免受损害。DJL型同步电机可控硅励磁装置集中了数字式精密调节器及集成电路模拟式调节器各自优点，实现了PID调节器动态调节各功能电路间的相互紧密结合，将同步电动机励磁调节器的硬件精简到最少，并结合先进的智能控制软件功能，有效解决了传统同步电动机励磁系统分立元件多、维护困难、实时响应性和可靠性差、智能监控水平低等不足。

结束语。建立完善的针对性的检修维护制度，并对传统的励磁系统进行技术升级改造，可以大大缩短10kV高压同步电动机故障检修时间，及时消除电机故障，保障水泵高压同步电动机拖动系统高效稳定的运行。

[1]杜宗轩等.电气设备运行技术问答[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]朱林海,谢利宗.泵站电动机绝缘老化原因分析与鉴别[J].湖南水利水电,2004,(1):47-48.