Zh u a n gb e n g yo n g Yu Yan jiu 主 电厂直流电机启动异常原因分析及处理对策 李培俊 (广东 国华粤 电台山发电有限公司, 广东 台山 529228) 摘要: 介绍了台山电厂主机 直流油泵电机启动异常的故障情况, 根据启动原理和故障录波分析, 深入研究 了电机 发生启动故障的 原因, 并提出相应的解决对策 , 为处理直流电机常见故障积累了一定的经验。 关键词: 直流 电机 ; 启动异常 : 处理对策 1 台山 电厂主机直流 油泵电机启动异 常情 况介绍 台山发电厂 1~5 号机组各安装了 I 台主机直流油泵电机, 由上海南洋公司生产, 型号为 zBL4—18o一21, 功率为 15kW , 额定电流为 76A , 额定转速为 2 950 r/ min。 运行 方式设置为 : 机 组运行期 间作 为备用 , 但每 月定期启动 次。 2011年 12 月 l 0 日, 对 3 号机 组 的主 机直 流油泵 电机 例行 试 启检 查 , 在 启动 时 , 主接 触器 出现 了反复 吸合抖 动现象 , 电机启动 异常 。随后 电气 专业 组对控 制 回路进 行彻 底检 查 , 发现 电机绝 缘合 格 , 电机励 磁 绕组、 电枢绕组直阻正常; 电机换向器、 电机碳刷、 刷 架、 引线电缆、 绕组等外观均未出现异常情况。在检查 期间曾更换 1 个新接触器进行现场试启(拆下的接触 器经 检查与新接触 器参数相 同 , 其吸合 电压 为 130 V , 返 回电压为 110 V ) ,在接触器 吸合抖动几 下之后 , 接 触器 自保持 , 电机 试启 成功 且能 够平 稳运 行 , 可 以判 定 电机完好 。后进行 远方操 作 , 但主接 触器 反复吸合 抖动, 仍然不能正常启动。 在启动过程中, 用数字式万用表测量 就地控制柜的母线电压, 发现电压在启动时最低为 110 V 。 经专业 组讨论 决定更换为 同型号 的备用 电机 , 经试验验 证 备用电机相关参数合格, 安装后试启一次成功。而对拆下的直 流电机进行相同的试验, 各试验数据均在合格范围内。采用直 流感应法对 碳刷 中性 线位置进行 了测量 , 碳刷上 所接指针 式毫 伏表无摆动 , 说 明碳刷 处于磁极 中性线位置 。此外, 对 128 片 电 枢绕组间电阻的测量结果表明, 每相邻 2 片问电阻试验数据最 大误差 4. 45%, 小于标准要求 10%。 根据 以上 试验数据 可 以判定原 电机正常 , 证 明 电机启动 异 常不是电机本体的问题, 要继续查找其他原因。 89 v , 然 后逐渐升 高 , 在 1 473 ms 时电压升至 220 V , 启动过 程 完成 。 i _蔫 一】 】 lt小 4 l螂 滞 # 2 因分析 台山电厂主 机直流 油泵 电机启 动异 常故 障录波及 原 2011年 12 月l2 日, 为进 一步确认 启动 过程 中就 地控制 柜 的直流 电源 电压下 降的原 因,专业组决 定对 1~5 号主机直 流 油泵 电机 的启 动 电压进行录波 。 2. 1 录 波 试 验 方 案 录取 1~5 号主机 直流油泵 电机在 正常启动 时刀闸下 口 电 压和主接触器 c 线圈两端电压, 1、 2 号机录波时还加录了启动 接 触器 1C 的辅助触 点。 以 3 号主机直 流油泵 电机 的录波 图为例 , 作简要 分析 。如 图 1所示 , 主接触器触头闭合瞬间进线电压为 81 v , 然后逐渐 升高, 约 289 ms 后进线 电压升至 88 v , 启动接触器 1c 吸合, 电 压 突然 间上 升至启动前 电压 ; 随后经 过 30 ms 后 电压又 恢复 到 图 1 3 号 主机 直流油泵 电机的故 障录波 图 2. 2直流电机的启动原理 与交 流 电机 一样 , 直流 电机 启动 时 , 也应 符合两 个基本 要 求 : (1) 要有足 够大 的启动 转矩 ; (2) 启 动 电流不 能超 过安全 范 围。直流电机在启动的瞬问, 转子还未转动, 反电势尚未建立 (E =0) , 即在额 定电压下直接启动 , 此时启动 电流 为 J『 5 = 于直流 电机 电枢绕组 的电阻 R。 很 小 , 因此启动 电流 般高达额 定 电流 , n的 10~ 20 倍 ,严 重超 过 了电机换 向的启 动电流要求。同时, 电枢电流过大必然产生较大的启动转矩, 使 电动机及其拖动的机械突然遭受巨大的冲击,从而损坏电机、 传动机构及生产机械, 因此, 必须对启动电流的大小加以限制。 般采 取在 电枢 电路 内串接启 动变 组器 (多 级启动) 的方 法限制启动电流, 使得启动电流 2. 3故 障 录 波 分 析 (1) 启动 时进线 电压有 明显 降低 的情况 。 对 比 1~5 号发 电 机主机 直流油 泵启动 过程 的录波 图可知 , 在 电机 启动 时, 进 线 电压均有不同程度的降低, 其中 3 号主机直流油泵电机的降幅 最大 , 降至 81 V (仅 为启动前 电压 的 1/ 3) , 降幅 达 155 V , 而其 他 电机 的进线 电压 的最小 降幅 也有 100 V 左右 。因此 , 在 直流 电机启动过程中, 进线电压明显降低为其共性问题 (1~5 号发 电机的进线电压依次为 120 V 、 139V 、 81 V 、 96V 、 92 v ) 。 (2) 启动的主要过 程为 : 启动时 电压 为最低点 , 随后逐渐 上 升至一定值, 启动接触器 1c 动作切除启动电阻, 电压会有不同 程度的下降, 最后逐渐上升至额定电压值。 (3) 启动 时间不等 。 最短启动 时间为 974 ms, 最 长启动时间 为 3 670 ms, 相差较大 。 (4) 对 3 号发电机主机直流油泵在本次启动录波时出现电 R 。由 非常大 , 一一(1. 5~2. 5) 厶 。 机 电信息2012 年第 27期总第 345 期 45 压抖动的分析: 3 号发电机主机直流油泵启动时电压最低, 仅为 8l V , 随后逐渐上升至 88 v , 此时启动接触器 1c 动作切除启 动 电阻 , 电压再次降低 , 当低 于主接 触器 C 的返 回 电压时 , 主接 触器 C 返 回, 电压 会急剧上 升至启动 前 电压 , 由于 此时还在 启 动信号 保持延 时 (4 s) 之 内 , 故主 接触器 C 再次 吸合 启动直 流 电机, 并使 电压 逐渐升高至额定 电压 , 在 4 S 时 间内如此 循环反 复多次 , 直 至超 过合闸保持时间 , 接 触器 不再吸合 , 启动 失败 。 因此, 主机 直流油泵在 定期启动 时出现主 接触器跳跃 且最 终不能 正常合 闸是 由于 启动 时电压过 低和切 除启动 电阻后 电 压 降低 。 2 . 4直流油泵启动 电压 过低 的原 因分析 假设直流母线为无穷大直流 电源系统, 电压为 U, 电缆电 阻为 R , 直流电机 电枢电阻R 。 , 启动电阻为 尺 , 直流电机电枢 反应反电动势为 E (庐C X / 1 ,X 电机转速, 为电机磁通) 。启动控制回路如图 2 所示。 , 其中 c 为电机固定系数, n 为 图 2直流油泵 电机启动控 制回路接线图 假设 电机 电枢和 启动 电阻两端 电压为 Ux(即录波 电压) , 则 有 : E, = 又知录波 电压满 足公式 (2) : Ux=220 V ( 1) E, 故可得 : l+ E (2) Ux= (U- E ) 。 坩 (3) 由上式可知 , 在启动 瞬间 E=O且 尺 。 为常数 , 则启动 电阻 。 越大 、 电缆 电阻 吼 越小 , 启动瞬间 的电压越大 。因此 , 启 动电压 过低 的原因是电缆 电阻太大或启动 电阻太 小。 根据 以上分 析 , 由于直流 电机启动 时总 电阻太 小 , 启动 电 流 过大 , 导致 电机 启动 过程 中电压 降低 , 并且 由于启动 电阻太 小, 电源柜内分压 较低, 当其低于接触器返回电压时, 会导 致接触器抖 动合 闸不成功 。 3台山电厂 主机 直流油泵电机启动异常 的故 障处理 针对 电机 启动异常的 问题 , 解 决方法有 以下 2 个 : (1)并联一根动力电缆, 以达到减小电缆 电阻R 的 目的。 但此 方法投 资大 , 耗 费人力多, 而且 效果不一定明显 。 (2) 增大启动 电阻。 此方法不会增 加新的投资 , 只需将启动 电阻改接 。图 3 为启动 电阻连接片 示意图 , 只需接入不 同的端 子, 即可调节启动电阻的大小。由 3~5 号机组的主机直流油泵 启动录 波分 析 , 只需将 现有 的 1片 电阻增加 为 4 片 电阻 , 即可 达到预期 目的。 计算过程如 下: 图 3直流油泵 电机启 动电阻接线 图 单根 电缆电阻如公式 (4)所示 : R ￡ =pL/ S 其 中, p=0. 017 5Q · Ⅱ Ⅱ n / m (铜) : L=IO0m: S=251 / 11 212。 故 电缆 总电阻可计算为: R ￡ = (0. 017 5 x 100/ 25) × 2=0. 14 Q 改接后 总启动 回路电阻 (电枢 电阻 R . 太小 , 可 略去不计) : 尺 ( 1. 1/ 20) × 4=0. 055 × 4=0. 22 n 则 电源刀 闸电压 (即录波 电压) 为: (4) (5) (6) _ 220X 0. 22=134 V (7) 从 以上 计算结果分析 ,改接 后启动 电压应 在 134 V 左右 , 高于接触器的返回电压 l 10v , 可以避免接触器的合闸抖动, 此 方法可行 。 3~5 号主机 直流油泵调 整启动 电阻后 的实 际录波 电压分 别为: 128 V 、 143 V 、 130 V , 均高于接触器的返回电压 l 1O v , 从 改接 后至 今均未再出现接触器抖动情况 , 证 明改造是成功的 。 4 结 语 作为 发电厂的重要辅机 设备, 直流 电机可 以保 障机 组停备 用期间各系统运行的可靠性。尤其当汽、 机油泵类直流电机出 现故 障后 , 更要第一 时间采用故 障录波 手段 , 全面核对 、 分析控 制 回路和 各元件 , 逐一排查 引起 电机故障 的可 能原因。 目前 电 厂使 用 的直流 电机 普遍存 在单极 电阻启动 情况 ,启动 电流过 大 , 启动时对 电气 元件和机械部件 的冲击较大 , 影响 了其寿 命。 另外, 一般的并励电动机并不会考虑设计欠励保护, 在电机空 载 试运或轻 载运行 时, 若 发生励 磁回路 开路 , 就 可能造成 电动 机“ 飞车”的严重后果 , 因此在 日常的检修维护中, 要注意及时 发现 设备 隐患, 不断 改进 结构和工 艺流程 。 [ 参考文献 ] [1] 陈启卷. 电气设备及系统[M ] . 北京: 中国电力出版社, 2006 [2] 许建 国. 电机与拖动基础 [M ] . 第 2 版. 北京: 高等教育出版社, 2009 [3] 陈隆昌, 阎治安 , 刘新正. 控制 电机 [M ] . 第 3 版. 西安: 西安 电 子科技大学出版社, 2003 收稿 日期 : 2012— 05— 28 作者简介: 李培俊 (1986一) , 男, 内蒙古凉城县人, 电气一次点 检员, 助理工程师, 长期从事 600 / VlW 机组发电机 、 各种高低压 电 动机及电缆的点检、 检修、 维护等技术管理工作。