水利泵站中的同步電動機應用分析

楊仟

摘 要：結合某水利泵站中的立式軸流泵配同步電動機為例進行分析。目前這種配置在水利泵站中得到廣泛應用，但在機組投運時，往往失步跳閘，在運行中或者常規(guī)交直流耐壓試驗時，電機線圈被擊穿等故障常有發(fā)生。基于此，本文闡述了同步電動機與異步電動機的區(qū)別以及水利泵站同步電動機常見故障及其原因進行，對同步電動機中可控硅勵磁裝置與微機勵磁裝置的應用進行了探討分析。

關鍵詞：同步電動機；水利泵站；故障；原因；應用

一、同步電動機與異步電動機的區(qū)別分析

異步電機（感應電機）的工作原理是通過定子的旋轉磁場在轉子中產(chǎn)生感應電流，產(chǎn)生電磁轉矩，轉子中并不直接產(chǎn)生磁場.因此，轉子的轉速一定是小于同步速的（沒有這個差值，即轉差率，就沒有轉子感應電流），也因此叫做異步電機。

而同步電機轉子本身產(chǎn)生固定方向的磁場（用永磁鐵或直流電流產(chǎn)生），定子旋轉磁場"拖著"轉子磁場（轉子）轉動，因此轉子的轉速一定等于同步速，也因此叫做同步電機.作為電動機時，大部分是用異步機；發(fā)電機都是同步機。

三相交流電通過一定結構的繞組時，要產(chǎn)生旋轉磁場.在旋轉磁場的作用下，轉子隨旋轉磁場旋轉.如果轉子的轉速同旋轉磁場的轉速完全一致，就是同步電機；如果轉子的轉速小于磁場轉速，也就是說兩者不同步，就是異步電機.異步電機結構簡單，應用廣泛.同步電機要求轉子有固定的磁極（永磁或電磁），如交流發(fā)電機和同步交流電動機。

二、水利泵站同步電動機常見故障及其原因分析

1、在水利泵站運行管理中，同步電動機常見的故障。主要有：（1）目前泵站同步電動機中普遍采用可控硅勵磁裝置。當同步電動機啟動時，可控硅插件常出現(xiàn)接觸不良、欠磁、缺相、三相不平衡、勵磁不穩(wěn)定、滅磁性能不良等導致電動機啟動失步跳閘現(xiàn)象。此類現(xiàn)象在我省各大泵站運行中均有多次發(fā)生；（2）同步電動機在運行中或常規(guī)直流耐壓試驗時，電機線圈突然被擊穿待現(xiàn)象也不少見。同步電動機線圈被擊穿是電機線圈絕緣老化、繞組線崩斷，矽鋼片變形和槽楔松動等隱患的必然結果。

2、同步電動機故障原因分析。相關研究分析，同步電動機故障除了同步電動機本身制造加工工藝因素外，其根本在于可控硅勵磁裝置性能只能滿足基本功能要求，缺乏可靠的失步保護引起。失步使同步電動機啟動時失去穩(wěn)定，滑出同步形成啟動脈振。啟動脈振產(chǎn)生脈振轉矩，引起同步電動機的強烈振動，可以在電機層直接感受到。當投勵滑差不能及時捕捉時會形成投勵沖擊使電機遭受沖擊損傷，隨著投勵次數(shù)的增加逐漸形成電機線圈的疲勞效應而產(chǎn)生電機內部暗傷，這些暗傷在電機啟動投運時，或者在進行年度交直流耐壓試驗時便極易顯露出來造成電機線圈燒毀事故。因此解決同步電動機故障，除了提高電機制造加工工藝外，重要的是使可控硅勵磁裝置的性能滿足泵站同步電動機的運行要求，從可控硅勵磁裝置原理設計，到元器件選配等各個環(huán)節(jié)來得到保證。

三、同步電動機中可控硅勵磁裝置與微機勵磁裝置的應用分析

當前我國水利泵站同步電動機配用可控硅勵磁裝置，其主要電路分為三相半控橋和全控橋模式，微機勵磁裝置主電路也分這兩種模式。

1、微機勵磁裝置三相半控橋電路，基本保留了原裝置的技術性能，針對可控硅插板接觸不良、勵磁不穩(wěn)定和滅磁性能差等缺陷，在原理設計時做了一些改進，結合微機技術組成微機勵磁裝置。這套裝置對原可控硅勵磁存在的故障采取了相應措施，主要有：（1）失步保護。失步通常有帶勵失步的失勵失步，它們共同特點是存在一個不減的交流電流，測取其在轉子勵磁回路中的分量信號進行智能分析，準確判斷電機是否失步，并準確工作于跳閘，使電機免遭失步?jīng)_擊；（2）失步不帶載整步。同步電動機在運行中如確認已失步后，電機處于異步運行，裝置中KQJ繼電器自動處于釋放狀態(tài)，通過KQJ常閉觸關，使KQ可控硅在低壓下導通，改善電機異步驅動特性，電機轉速上升后進入臨界滑差，按準角勵對電機實施整步，使電機恢復到同步狀態(tài)；（3）投勵環(huán)節(jié)采用準角強勵整步，電腦自動選擇最佳投勵角投勵；（4）失步檢測。當電機正常運行時，三相可控硅導通角一致，自動處于平衡狀態(tài)。如遇觸沖回路斷線或接觸不良而造成脈沖丟失時，主回路三相不平衡或缺相運行，裝置能自動檢測到失控信號并報警；（5）主電路采用無續(xù)流二極管三相半控橋整流電路，使電機在啟動時振動減小，但要求減少控制，否則易造成三相不平衡或缺相運行，也不能滅磁；（6）獨立的滅磁系統(tǒng)。為彌補主電路不能滅磁的缺陷，另有獨立的滅磁系統(tǒng)，當電機因故跳閘停機時以減少其對電機的損傷程度。該裝置具有結構簡單，價格較低和已采用的BKL可控硅勵磁裝置稍作改進便實現(xiàn)微機勵磁進行泵站監(jiān)控的改造等特點。

2 微機全控勵磁裝置分析。結合某抽水站所采用的勵磁系統(tǒng)是WKLF-41型微機控制增安型無刷同步電動機勵磁系統(tǒng)，其是以電力電子技術、現(xiàn)代化控制理論與微機技術相結合的勵磁調節(jié)系統(tǒng)，它的設計與電機電磁參數(shù)相匹配，適應了供用系統(tǒng)網(wǎng)絡的要求。三相全控橋整流電路，對稱性好，可逆變，因此其性能比三相半控橋優(yōu)越，觸發(fā)器十分可靠性，它采用的方式為雙窄脈沖加尖脈沖的脈沖，其它勵磁裝置存在的起動脈振、投勵滑差捕捉不到、投勵沖擊、運行中起動電阻發(fā)熱等問題，而它完全解決了上述問題，并能實現(xiàn)閉環(huán)調節(jié)和控制，并且加強了同步電動機和供用電網(wǎng)絡和動態(tài)穩(wěn)定性，優(yōu)化了無功分配，具有失步保護和不減載自動再同步性能，還實現(xiàn)的許多控制、限制、保護和自診斷自恢復功能。由于該裝置采用全數(shù)字式勵磁調節(jié)，它有兩個完全獨立的自動通道互為備用，每一個通道具有閉環(huán)自動和開環(huán)手動功能，兩套為工作通道，互為備用通道，并自動跟蹤工作通道工作，在工作通道故障時，備用通道自動切換工作通道，切換過程無抖動，提高了整機可靠性。該裝置具有如下特點：（1）起動過程平穩(wěn)、迅速、無脈振。異步電機在異步起動中具有良好的對稱轉矩特性，滿足電機降壓和全壓啟動；（2）它能夠準確捕捉到滑差，投勵無沖擊。做到真正準角投勵，而且設有零壓計時投勵作為后備投勵環(huán)節(jié)；（3）內外環(huán)雙閉環(huán)調節(jié)使得應用更加穩(wěn)。內環(huán)發(fā)揮同步電動機自身極限同步能力而避免電機失步，作為勵磁電流調節(jié)環(huán)使用，提高勵磁系統(tǒng)調節(jié)的迅速性；外環(huán)在電機負載波動或電網(wǎng)電壓波動時維持功率因素恒定運行，作為功率因素調節(jié)環(huán)使用；（4）定子電壓電流分別由小PT、小CT隔離，為了增強了抗干擾能力，輸入輸出開關理均通過繼電器、光耦隔離。插件和元器件、配線采用進口優(yōu)質元件，大大提高裝置的可靠性；（5）該裝置還擁有失步保護及不減載自動再同步功能。當擾動超過同步電動機同步能力極限而失步時，能迅速檢測并可靠地使電機自動地恢復到同步運行，具有過勵、欠勵、缺相等保護功能；

3、微機勵磁裝置的應用分析。微機勵磁裝置在某抽水站的應用，在機組啟動運行時，該套裝置全數(shù)字勵磁調節(jié)，可直觀的反映機組投勵情況，在機組運行過程中的各種量值（如投勵、運行時間）等能夠及時儲存反映，對提高泵站管理水平具有重要意義。

結束語

綜上所述，泵站同步電動機的故障在于原可控硅勵磁裝置的性能只能滿足基本功能要求。微機勵磁裝置利于泵站現(xiàn)代化管理功能趨于完善，可以有效減少電機故障。

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