江苏省泵站大型立式同步电动机无刷励磁的探索
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作者: 杨华 叶兰华
泵站同步电动机的故障在于原可控硅励磁装置的性能只能满足基本功能要求。微机励磁装置利于泵站现代化管理功能趋于完善，有效地减少电机的故障。本文在分析微机励磁装置两种模式的基础上，推广应用WKLF-41型微机控制增安型无刷同步电动机励磁系统。
1 目前大型泵站同步电动机常见故障
江苏省大部份泵站（如江都泵站、淮阴一站、淮阴二站、刘老涧泵站等）均采用立式轴流泵配同步电动机；这种配置在泵站中得到了广泛的应用，但在机组投运时，往往失步跳闸，在运行中或者常规交直流耐压试验时，电机线圈被击穿等故障常有发生，在泵站运行管理中，同步电动机的故障有：
1）目前泵站同步电动机中普遍采用可控硅励磁装置。当同步电动机启动时，可控硅插件常出现接触不良、欠磁、缺相、三相不平衡、励磁不稳定、灭磁性能不良等导致电动机启动失步跳闸现象。此类现象在我省各大泵站运行中均有多次发生；
2）同步电动机在运行中或常规直流耐压试验时，电机线圈突然被击穿待现象也不少见。同步电动机线圈被击穿是电机线圈绝缘老化、绕组线崩断，矽钢片变形和槽楔松动等隐患的必然结果。
2 同步电动机的故障分析
从同步电动机可控硅励磁装置运行状态的统计分析和对同步电动机启动过程、投励过程的资料分析，我们认为同步电动机出现的故障，除了同步电动机本身制造加工工艺因素外，其根本在于可控硅励磁装置性能只能满足基本功能要求，缺乏可靠的失步保护引起的。失步使同步电动机启动时失去稳定，滑出同步形成启动脉振。启动脉振产生脉振转矩，引起同步电动机的强烈振动，可以在电机层直接感受到。当投励滑差不能及时捕捉时会形成投励冲击使电机遭受冲击损伤，随着投励次数的增加逐渐形成电机线圈的疲劳效应而产生电机内部暗伤，这些暗伤在电机启动投运时，或者在进行年度交直流耐压试验时便极易显露出来造成电机线圈烧毁事故。因此，解决同步电动机的故障，除了提高电机制造加工工艺外，重要的是使可控硅励磁装置的性能满足泵站同步电动机的运行要求，从可控硅励磁装置原理设计，到元器件选配等各个环节来得到保证。
3可控硅励磁装置与微机励磁装置的应用对比
目前，我国大型泵站同步电动机配用可控硅励磁装置，其主要电路分为三相半控桥和全控桥两种模式，微机励磁装置主电路也分这两种模式。
微机励磁装置三相半控桥电路，基本保留了原装置的技术性能，针对可控硅插板接触不良、励磁不稳定和灭磁性能差等缺陷，在原理设计时做了一些改进，结合微机技术组成微机励磁装置。这套装置对原可控硅励磁存在的故障采取了相应措施，主要有：
（1）失步保护。失步通常有带励失步的失励失步，它们共同特点是存在一个不减的交流电流，测取其在转子励磁回路中的分量信号进行智能分析，准确判断电机是否失步，并准确工作于跳闸，使电机免遭失步冲击；
（2）失步不带载整步。同步电动机在运行中如确认已失步后，电机处于异步运行，装置中KQJ继电器自动处于释放状态，通过KQJ常闭触关，使KQ可控硅在低压下导通，改善电机异步驱动特性，电机转速上升后进入临界滑差，按准角励对电机实施整步，使电机恢复到同步状态；
（3）投励环节采用准角强励整步，电脑自动选择最佳投励角投励；
（4）失步检测。当电机正常运行时，三相可控硅导通角一致，自动处于平衡状态。如遇触冲回路断线或接触不良而造成脉冲丢失时，主回路三相不平衡或缺相运行，装置能自动检测到失控信号并报警；
（5）主电路采用无续流二极管三相半控桥整流电路，使电机在启动时振动减小，但要求减少控制，否则易造成三相不平衡或缺相运行，也不能灭磁；
（6）独立的灭磁系统。为弥补主电路不能灭磁的缺陷，另有独立的灭磁系统，当电机因故跳闸停机时以减少其对电机的损伤程度。
该装置具有结构简单，价格较低和已采用的BKL可控硅励磁装置稍作改进便实现微机励磁进行泵站监控的改造等特点。
2 微机全控励磁装置
江苏省淮阴第二抽水站所采用的励磁系统是北京前锋电子应用公司研制的WKLF-41型微机控制增安型无刷同步电动机励磁系统，它是以电力电子技术、现代化控制理论与微机技术相结合的新一代励磁调节系统，它的设计与电机电磁参数相匹配，适应了供用系统网络的要求。在总体设计中，采用了智能化设计，对整机的操作、维护工作减少了很大工作量，原理图如下：
三相全控桥整流电路，对称性好，可逆变，因此，其性能比三相半控桥优越，触发器十分可靠性，它采用的方式为双窄脉冲加尖脉冲的脉冲，其它励磁装置存在的起动脉振、投励滑差捕捉不到、投励冲击、运行中起动电阻发热等问题，而它完全解决了上述问题，并能实现闭环调节和控制，并且加强了同步电动机和供用电网络和动态稳定性，优化了无功分配，具有失步保护和不减载自动再同步性能，还实现的许多控制、限制、保护和自诊断自恢复功能。由于该装置采用全数字式励磁调节，它有两个完全独立的自动通道互为备用，每一个通道具有闭环自动和开环手动功能，两套为工作通道，互为备用通道，并自动跟踪工作通道工作，在工作通道故障时，备用通道自动切换工作通道，切换过程无抖动，提高了整机可靠性。
该装置具有如下特点：
1）起动过程平稳、迅速、无脉振。异步电机在异步起动中具有良好的对称转矩特性，满足电机降压和全压启动；
2）它能够准确捕捉到滑差，投励无冲击。做到真正准角投励，而且设有零压计时投励作为后备投励环节;
3）内外环双闭环调节使得应用更加稳。内环发挥同步电动机自身极限同步能力而避免电机失步，作为励磁电流调节环使用，提高励磁系统调节的迅速性，；外环在电机负载波动或电网电压波动时维持功率因素恒定运行，作为功率因素调节环使用;
4）定子电压电流分别由小PT、小CT隔离，为了增强了抗干扰能力，输入输出开关理均通过继电器、光耦隔离。插件和元器件、配线采用进口优质元件，大大提高装置的可靠性;
5）该装置还拥有失步保护及不减载自动再同步功能。当扰动超过同步电动机同步能力极限而失步时，能迅速检测并可靠地使电机自动地恢复到同步运行，具有过励、欠励、缺相等保护功能;
6）做为新一代微机励磁装置，它能够实现智能化故障检测、定位及显示。自动检测电源、硬件、软件故障，其信号均可在读写器上读出，实现在线更换功能，并且软件故障可自恢复。
3 微机励磁装置的应用
该装置应用在江苏省淮阴第二抽水站，并在机组启动运行中一次投入使用成功。在机组启动运行时，该套装置全数字励磁调节，可清晰直观的反映机组的投励情况，在机组运行过程中的各种量值（如投励、运行时间）等能够及时储存反映，对提高泵站管理水平具有现实的意义，是我国当代泵站同步电动机中占据科技前沿领域的一代新产品。广东东深供水乌沙岭泵站，南京北河口水源厂等均采用北京前锋电应用公司生产的WKLF微机全控励磁装置。得到用户的一致好评，该装置已经过部级动态整组试验，并由水利部科技推广中心作为九八年度同步电动机励磁装置的定点生产基地，在水利系统推广应用。
参考文献
[1]北京前峰无刷励磁设计与应用.北京前峰电子应用公司.
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