同步电动机失步的保护对策探讨

同步电动机失步的保护对策探讨 郭洪力

中国石油宁夏石化公司 宁夏银川 750021

摘要：伴随着我国工业水平的发展，同步电动机被广泛应用在各个领域中。本文分析了一起同步电动机失步故障，并结合几种失步情况，对此次故障进行系统排查，确定导致电机励磁调节失控、电机失去动态稳定而失步的原因，提出整改方案和预防措施，并在此基础上做了相应的改进。

关键词：同步电动机；失步；保护对策

引言

一般大型同步电动机的启动可分为异步启动和同步启动，启动后其正常运行时功率因数的调节，既可保证调节电网的功率因数，提高电网的品质，又可在超前运行情况下，减少无功补偿设施的投资，但大型同步电动机启动方式和运行保护设置、整定不合适，反而会给电网带来危害，影响电网系统安全稳定和自身设备运行的可靠性。企业配置大型同步电动机应用适宜，可以提高电网运行效率。

1原因分析

1.1带励失步

电动机在带励失步时，虽仍有直流励磁，但励磁电流及定子电流强烈脉动，电机也遭受强烈脉振，有时甚至产生电气共振，和机械共振，结果引起电机疲劳损伤，甚至造成定子绕组绑线崩断，导线松动，线圈表面绝缘层被振伤，笼条断裂等，由于电机和主电机同轴运行，电机的强烈脉振，同样会波及到主机，如紧固螺钉断裂等。

1.2换向器和电刷运行不正常

出现这种故障的原因有很多。表面不干净，出现油渍或者灰尘会出现这种问题，片间云母存在松动，换向片的凸片，换向器长时间使用，未获得更换也是造成障碍的主要原因。点数方面，如因为松动导致的接触不良，电动机电刷选择不同等也是造成电刷故障的原因。

1.3管理原因分析

专业人员对进口西门子综保、励磁系统关键性的认知不够深入，仅按照《继电保护和电网安全自动装置检验规程》（DL/T995-2016）要求，对保护装置的保护逻辑功能、引入端子外的交直流回路、操作回路以及辅助继电器进行周期性检验，校验周期为6年。但没有对综保装置通信功能进行有效的检测。同时存在着对大型传动设备的励磁控制系统、PLC控制系统内部程序解读、逻辑关系、数据传输、关键点的控制等方面驾驭能力不足；励磁变频系统程序、逻辑控制方面技术力量单薄；缺少类似的故障经验总结等问题。

所以针对正常运行时无法开柜检查的关键设备，日常点巡检过程中对隐蔽部位设备设施缺乏有效的检查手段；对内部元件已接近可靠使用寿命周期的认识不足，缺乏产品设计、制造方面的专业知识；未能先期发现在线运行关键设备内部隐患，提前制定积极有效的应对措施及合理的更换周期，都是造成此次故障的管理原因。

2同步电动机失步的保护对策探讨

2.1控制系统

实现新型励磁技术的关键是在设计完善的主电路以后，还必须设计有效的控制系统。要求控制系统具有下列功能。

（1）基本逻辑功能:①电机运行状态检测;②起动投励时序控制;③实时运行控制;④故障诊断和保护;⑤停机时序控制。

（2）控制系统应具备的新技术:①控制系统核心为高集成度微机综合控制器;②综合控制器内的微处理器采用外部WATCHDOG定时器和低电压复位电路以防止死机或程序跑飞，所有外部电路接口均光电隔离，保证处理器的可靠工作;③点阵式液晶屏显示，具有汉字提示和系统状态显示;④主从式RS—485通信接口，完整的接口通信协议，支持多机联网，支持远程操作;⑤在线参数修改，EEPROM存储，存储参数设置校验码，保证参数的完整正确;⑥单一时钟源，所有实时事件中断驱动，高精度的数字计数器，计时误差小于2μs;⑦对运行状态信号采用特征分析方法，由软件智能识别电机起动，转差捕捉，失步处理，缺相、失控报警等。

2.2旋转励磁系统故障排查处理

（1）旋转励磁系统故障通常为旋转整流系统出现了短路或缺相，导致旋转电枢不对称运行并产生零序及负序电流，同时在励磁绕组电流中感应出为交流励磁机电枢电压、频率的基波及2次谐波的特征谐波电流，通过测量特征谐波电流的幅值，取出特征谐波的波形图，可以对旋转整流系统丢失脉冲、缺相、短路和不投励等故障进行初步判断。

（2）除对整流盘进行常规检查，如有条件可通过模拟接入假负载，根据示波器波形图，测试判断主控模块工作和启动回路防误动作情况。

（3）励磁旋转系统检测前后，应认真核对拆除和恢复的接线一致，端子紧固，防止接线错误导致短路故障或励磁异常。

2.3管理措施

（1）组织维护人员对电机7UM62综保装置进行更换，重新配置参数，在确认励磁系统状态正常后，开机试验运行正常，恢复备用。

（2）依据《继电保护和安全自动装置运行管理规程》（DL/T587-2016）“3.7微机保护装置的使用年限一般不低于12年,对于运行不稳定、工作环境恶劣的微机保护装置可根据运行情况适当缩短使用年限”的规定，同时结合7UM62综保装置已达11年使用年限的现状，计划在系统检修期间，对同批次的7UM62综保装置进行预防更换，彻底消除安全隐患。

（3）坚持问题导向，解决突出关键问题。开展微机综合保护装置深层次技术交流，从设备的研发、设计理念、制造工艺、控制逻辑角度入手，深入交流设备的内部结构及原理，避免长期运行的设备出现不受控点。同时，针对关键设备运行状态和技术规范，增加在线局部放电等检测手段，预判关键设备的劣化趋势，提前制定并执行相应的改善措施，提升关键设备的稳定性。

2.4主要控制环节

（1）异步驱动环节。主电路采用无续流二极管的新型整流电路，分级整定V1的开通电压。当电机在异步驱动状态时，使V1在较低电压下便开通，电动机具有良好的异步驱动特性，满足带载起动及再整步的要求;当电机在同步运行状态时，V1在过电压情况下才开通，既起到保护元器件的作用，又使电机在正常同步运行时，V1不易误导通。

（2）投励控制环节。电机在起动及再整步过程中，按照“准角强励整步”的原则设计。所谓准角投励，系指电机转速进入临界转差，按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时投励，这样电机进入同步时轻松、快速、平滑、无冲击。投励时的转差大小，可通过面板按键菜单操作设定。

（3）带励失步、失励失步保护环节。失步保护所取信号，是从串接在励磁回路的分流器上测取其不失真的毫伏信号。此信号经放大，变换，光耦隔离后输入微处理器控制系统，再对其波形特征进行智能分析、判断，确认已失步后，根据具体情况动作于关桥灭磁异步驱动带载再整步或直接动作于跳闸停机。如电机未失步，则不管其振荡多大，装置均不动作。

结语

根据以上的分析结果，再次验证了电子元器件的可靠使用周期一般为10年左右，在采取积极改正措施后，能够消除大型机组运行中可能存在的不稳定因素。在实践中针对关键设备应采取有效的方法对其进行管理维护，确保能够正常运行，为公司的安全稳定可靠运行提供重要保障。

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