1、勵磁裝置在使用中的故障分析及處理辦法中國核工業電機運行技術開發公司 鄧友華隨著改革開放與科學技術的不斷發展， 工業成套設備大都具備了智能化、 微機化 功能。應用廣泛的勵磁裝置也同樣不斷升級換代，推出了保護完善， 運行可靠性更高的 各種微機勵磁產品。新型勵磁裝置通過采用新技術、新工 藝、新器件、新材料，不但強 化了裝置功能，還大幅降低了自身故障率。在 以拖動負載為核心構成的設備系統中，勵 磁裝置只是其中一環。經過長期勵 磁裝置運行實踐，我和同事們遇到不少關于勵磁裝置 故障處理問題。不管多 么先進的設備都不可能終身不出故障，但我們力圖從不可避免中 通過設備設 計、制造者、設備使用維護者的共同努力，

2、盡量降低故障發生的概率，追求 從量變（減少故障）到質變（保障設備長周期安全運行）的飛躍。為了提高 勵磁裝置的 運行維護質量和效率，需要使用人員不斷總結分析，把教訓變成 經驗，將經驗升華為理 論，用理論指導今后的設備維護工作。為此，將積累 的關于勵磁裝置的部分故障事例及 處理辦法拼撰一起，供有興趣同行和讀者 參考或商榷。從下面的事例可以看出，勵磁裝置能否正常可靠運行，除本身質量外， 與其相關聯 的供電系統（如電網容量與穩定性） 、電機性能（如轉矩特性） 、 現場環境（如導電 粉塵、腐蝕性氣體、高溫高濕） 、工藝管理（如負荷忽高忽 低甚至堵轉）等在一定條件 下都會成為勵磁裝置難以正常運行的重要影響

3、因 素。例 1 ：運行中，勵磁電流比正常值低了。故障現象：勵磁裝置正常運行過程中，勵磁電流減小，勵磁電壓約有升 高，電機運 轉正常，沒有報警和其它異常。原因分析：根據歐姆定律 I=U/R ，勵磁電壓 Uf 基本恒定條件下，引起勵 磁電流 If 減小的原因是勵磁輸出回路電阻 R增大了，由正常勵磁繞組直流電 阻rf變成了 R+ ri, n 即是導致 If 降低的故障電阻。輸出回路最容易產生 仃的 地方是電刷與滑環之間的接觸 面，具體說有下列幾種情況引起：( 1)電刷彈簧松動、壓力不足，或電刷磨損變形，減小了與滑環的有效接觸面積，按R=p L/S (式中R為電阻，L為導線長度，S為導電橫截面 積，P

4、為導 電材料在20C時的電阻系數，碳在20C的值p= 10歐mm米)，接觸面S減小，輸出 回路電阻就會增加，比rf大一些，相當于回路中出現了 一個附加電阻rio另一方面，S 減小后，接觸面電流密度增大，電刷溫度升 高，碳是正溫度系數材料，按 R2 二 R11+a (t2-t1 )(式中R1是低溫t1時的 電阻，R2是高溫t2時的電阻，a為導體材料 的電阻溫度系數，碳在0? 100C范圍內溫度系數值a= 0.0005/ C)，電刷溫度升高也會使ri 有所增加。( 2) 電刷與滑環接觸面上粘上了潤滑油或油與塵土混合成的油垢， 在接觸面上形成有礙導電的油污層， 相當于導電回路串入了一個接觸電阻 ri

5、 o(3) 電刷與滑環接觸面間打火。滑環由于磨損，外圓不圓，表面粗 糙，或者電刷跳動等原因，使電刷與滑環接觸面有間隙，根據E=B v/d (式中 E 是電壓 V 加在間距為 d 的間隙上形成的電場強度， B 是微小尖端產生的 場增強因 子，當尖端高度與尖端底之比為8時，B達到100 ),當間隙中某一點E較強，尤其存在微尖端情況下，就會因空氣電離而產生火花。嚴重時火花強度達到2級、3級，甚至發展為弧光。弧光電流密度大，達470A/cm2，溫度高，容易把轉動中的滑環燒傷成糙面，糙面上新形成的微尖端又會產生 新的火花 點，將火花蔓延成片。火花、弧光雖然能導電，但存在阻抗，即在勵磁輸出回路中串入一個附

6、加電阻 ri o(4)勵磁輸出電纜連接處氧化層產生接觸電阻。絕大多數同步電機勵磁繞組的直流電阻rfvO.5 Q,因上述原因產生的 附加電阻ri與 rf 在勵磁輸出回路中是串聯的，因此勵磁電流 If 減小。處理辦法：在勵磁輸出回路中找準故障點，若是油污、氧化層引起的， 仔細清 除。若電刷彈簧松動應重裝，因磨損、電刷與滑環接觸面小于70 或 者更換新電刷后，需要用 00 號細砂紙研磨電刷， 使它能與滑環有良好的吻合。 若是滑環有磨損、燒傷、 表面粗糙，外圓不圓，對于凸凹程度比較嚴重（低 于平面 1mm 以上），應先車削比較 輕微的損傷可用油石或板鋰轉動情況下研 磨，然后用 00 號細砂涂上一層薄薄

7、的凡士林 油進一步拋光， 使滑環表面呈現 金屬光澤，光潔度達 3.2 ？級以上。本例提示：是故障點在電刷與滑環部位，而故障表現為勵磁電流指示減 少幾十安 培，讓人誤以為是勵磁裝置有問題，在勵磁柜上找原因，而忽視了 故障的本來出處。例 2 ：電機啟動時不投勵跳閘故障現象：電機為 280KW 的 TK280- 14/1180 型同步電動機，負載為空 氣壓縮 機，全壓空載啟動。合高壓開關 DL 后，經過幾秒鐘，勵磁裝置不投勵， 且高壓跳閘。原因分析：勵磁裝置設計了滑差、計時兩種投勵方式。由于電機小，采 用全壓空 載啟動，高壓合閘后轉子轉速升至亞同步時前，電機本身凸極效應 拉入同步運行，不像 大電機那

8、樣靠投勵來拉入同步。進入同步前，檢測轉子 感應信號的滑差均小于設定值， 靠凸極效應進入同步后，轉子感應信號消失 了，所以滑差投勵方式不具備條件。只有靠計時投勵方式來投勵了。計時投 勵時間設為 4 秒，完全能滿足計時投勵要求，實際卻沒按此投勵。經查，電 機綜合保護系統中有一 個限時環節， 時間為 4 秒，它的作用是從合閘起計時， 經 4 秒仍未投勵就跳閘，若在 4 秒內投勵了就不跳閘。這個保護時限值與勵 磁裝置的計時投勵時間 4 秒相同，使投 勵、跳閘同時動作。時間相同會造成 動作配合問題， 若投勵快于跳閘， 因勵磁裝置設 有投勵后遇跳閘就滅磁環節， 剛投勵就滅磁，加上表計指針機械慣性，還沒看出

9、勵磁電Uf、電流If指針動作， Uf、 If 就因滅磁變為零了。若跳閘快于投勵，高壓開關的輔助接點 送入勵磁 指針， 依該接點反映的狀態勵磁柜就不會投勵了， 這樣自然沒有 Uf、 If 指示了。處理辦法：電機啟動前，弄清楚是否有高壓保護時限，若有，應協商調 整，讓高壓 綜保時限適當大于勵磁裝置計時投勵設定值， 大于 1 秒以上即可。本例提示：（ 1）現不少廠家沒有不投勵跳閘時限，容易忘記或忽視兩者之間的配合；本例中的不投勵是高壓跳閘造成的，但人們容易把注意力放在 勵磁的 Uf、 If 沒有 指示上，認為是勵磁柜本身質量造成的不投勵，并因該不 投勵引起跳閘。例 3 ：電機啟動時，引起同母線上運行

10、的另一臺同步電動機跳閘。 故障現象：兩臺相同的 3500KW 同步電動機接在同一段 6KV 母線上，該 兩臺電 機不能同時運行，因其中一臺啟動時已投運的另一臺就會跳閘。但該 母線上的其它電機 不受啟動影響仍正常運行，唯獨這兩臺不正常。原因分析：經分析認為，在電機啟動時，由于 6KV 母線電壓下降導致運 行中的 3500KW 同步電動機脫出靜態穩定造成失步所致。為什么同母線上其它 同步電動機仍能 維持同步，唯獨該臺電機會失步呢？這是與電機靜態穩定的 能力及負載率有關。同步電機保持靜態穩定的條件為：PnA Mm EU/Xd - sin S上式中： Pmn 為同步電機的極限穩定能力，其值大于電機負載

11、率時，才 能保持電 機的穩定同步運行。Mmb 電機的最大同步力矩倍數，其值 1.8 為佳。E- 勵磁電流感應至定子的電勢，其值與勵磁電流成正比。U 電機定子側電壓Xd 電機同步電抗，標幺值以 1.1 1.3 左右為宜。S電機功角，穩定極限值 90，超出90電機將脫出穩定而失步。經查，這兩臺 3500KW 電機的 Xd = 1.57, Xd 值較大，故電機穩定能力 差。且電 機負載重，勵磁柜電源亦由同一段母線供電，故當電機啟動母線電 壓下降時 , U、 E 都 同時下降 , 因而造成失步跳閘。處理辦法：按上分析 , 可將勵磁電源改接至另段母線上 , 這樣在電機啟 動時, 僅 U 下降, E 不會

12、下降 , 使 Pm 仍大于負載功率 , 保持電機同步。按 此改后再沒有發生過啟動 跳閘事故 , 本方案的缺點是：如供勵磁電源的母線 故障, 會引起停機 , 增加故障率。對此 , 可采用雙電源供電自切方案 , 以提 高可靠性 , 即勵磁 380V 側的主電源由另段母線供電 , 同段母線的 380V 電源 作為備用電源 , 當主電源失電時自動切換至備用電源 , 切換時間約 為 80ms, 不會影響勵磁及電機的正常工作 , 在主電源恢復正常后 , 備用電源又自動切 換 至主電源。現國內雙電源自動切換開關已有成熟產品 , 需要時可采用。如客觀條件限制 , 實施本方案有困難時 , 可采用另一措施 , 不

13、過效果差 一些, 即電機失 步前, 將運行電機的勵磁電流調升到額定勵磁電流的1.2 倍, 過勵報警值調至大于 1.2倍。電機啟動母線電壓下降時，只 U 下降， E 從 1.2 倍處下降后仍能 保持較高值， 對 防止電機失步跳閘也有較好效果。 啟動結束 后，即刻恢復改過的參數，兩相比較，以前 述方案優先。本例提示：（ 1）不同廠家生產的電動機，保持靜態穩定能力差別較大，同等條件下，質量好的不易失步跳閘，我們采取措施只是利用啟動勵磁輸出 的穩定來彌補電機固 有缺陷（ Xd 較大）造成的穩定能力差，但不能改變 Xd 值。 （ 2）勵磁裝置具有失步再 整步功能，因電機穩定能力差，轉子丟轉明顯 超過再整

14、步臨界滑差，致使再整步失敗， 為終止失步運行，保護電機安全， 勵磁裝置發出跳閘信號。 現場運行人員往往一看跳閘信號是由勵磁柜發出的， 且有故障聲光報警，就誤認為問題在勵磁柜上，勵磁柜質量 差，一啟機就跳 閘，而忽視了電機設計制造上留下的隱患。例 4 ：投運一段時間后，人機界面無響應。 故障現象：勵磁裝置設有良好的人機界 面，也有狀態指示燈，投運一年 多來很正常，稍后一段時間，發現狀態指示燈異常，操 作人機界面無響應， 也沒有報警信息，設備仍正常運行。原因分析：現代勵磁裝置基本采用微機控制，自動化、智能化方面，適 應了現代工 業控制的發展趨勢。同時，微機又是弱信號低電壓（如12V 、5V 等）條

15、件下工作的設備，要求電源穩定性好。在本例中，就是5V 逐漸降至 + 4.75V 致微機內依靠 + 5V 工作的集成器件不能完全正常發揮功能， 表現為人機 對話窗口操作無響應，或狀態燈指示錯誤。經查，是插拔式開關電源 PWR2 插頭上 +5V 輸出口敷銅箔表面氧化了，該氧化層構成 + 5V 輸出 插頭與插槽簧片之間的接觸電 阻，輸出電流會在接觸電阻上產壓降，阻值越 大電壓降落越多， 這樣集成器件實際得到 的電壓， 為+ 5V 扣除接觸壓降后的4V 多了。在 4.8V? 5V 之間器件能正常工作，當低于 4.75V 及以下就不正常 了。插拔式電源有使用方便，接觸可靠的優點，但插頭上的敷銅箔導電截面

16、 小，故電流 密度大，銅箔溫度高于環境溫度，加速了銅箔氧化速度。如濕度 大，有腐蝕氣體也促使 形成氧化層。處理辦法：可使用下列方法之一：（ 1） 停機時將 PWR2 拔出來，用 00 號砂紙去除插頭敷銅箔及插槽簧 片表面上 的氧化層，呈光亮金屬表面，再用 823 固體潤滑防護劑（噴罐式） 搖勻對準揩亮的金屬 表面噴涂一遍，形成防護膜。這種膜的特點是壓接處是 導電的，未壓接處是絕緣的，且 附著力強，耐候性好，潤滑、防氧化作用顯 著。經此處理， PWR2 推入插槽后，人機界面及狀態燈完全正常了（ 2 ） 最好勵磁裝置投運前，噴涂 823 固體防護劑，或者由勵磁柜生 產單位出 廠前噴涂，防于未然，更

17、有意義。本例提示：出現人機界面故障時， 先檢測微機工作電源： 5V、 12V 、 +24V 等。對于本例故障， 大多認為是微機部分存在硬件或程序故障而忽略電 源，即使 檢測到電壓偏低，也認為是電源內部故障引起，誰知氧化層才是故 障元兇。例 5 ：勵磁裝置的“調節方式”鈕 ZA 在“手動”位運行正常， 一打“自 動” 位電機就跳閘。故障現象：啟動同步電動機，一般先將勵磁裝置的調節裝置鈕 ZA 打 “手動” 位，再電機啟動、投勵、帶載運行。在此情況下，把 ZA 打“自動” 位，電機馬上就跳 閘停車。原因分析： ZA 在“自動”位時，勵磁裝置有三種方式供選擇，使用者 根據負載性質選擇相適應的一種，即

18、：A. 恒功率因 素：這種方式對絕大多數負載都適用，比如氣體壓縮機、 風機、水泵、球磨機等。恒功率因素設定值一般按電機銘牌確定為超前 0.9 ， 當電機負載變化時，勵磁裝置自動調節勵磁輸出，使電機的功率因數保持在設定值。B. 恒勵磁電流：當勵磁繞組阻值改變（阻值與溫度有關）或? 380V 電源 電壓改 變時，勵磁裝置將自動調節勵磁電壓，使輸出的勵磁電流保持恒定。 恒勵磁電流設定值 一般確定為正常負載率時的勵磁電流值。如軋鋼 機負載，自動”位 的調節C. 恒無功功率：這種方式僅用于補償有功功率快速變化的負載， 般負載不宜使用。對于新勵磁裝置，第一次 ZA 打“手動”位啟動投勵正常后，方式（上述三

19、種之一）選擇方法為：按說明書關于人機對話界面操作 方法，通過界面操作將顯示屏上的“”對準與負載相應的方式（如恒功率因數），雙擊” 0K鍵予以確認。若確認成功，狀態指示燈中的“手動”燈火， “自動”燈亮。此時，勵磁裝置已經 按所確認的方式進行自動調節了。再把 ZA 從“手動”位打“自動”位。只要第一次選好了自動調節方式，微機會“記住”你的選擇，以后再開 機把 ZA 打“自動”位即可。如果第一次電機啟動后沒有選擇和確認自動調節方式，很可能微機內原 有方式不是所需要的恒功率因數，而是恒勵磁電流（且設定值又很低） 。這種情況下，將已在“手 動”位啟動并帶正常負荷運行的勵磁裝置上的 ZA 打“自動”位，

20、勵磁裝置就會按恒勵功率因素 C0 表指針偏向滯后，根據磁電流設定值調小勵磁電流 If 。 If 減小的同時， 電機定子電流特性曲線Id = f （If）,或U形曲線可知，C0=1時，Id值最小，CO 指針偏離1越遠，Id增大 越多。當COh向滯后而致Id增大到過流保護設定值，就會 跳閘停車如果第一次選擇確認自動調節方式時，由于操作不當選錯了，其結果仍 是打“自 動”跳閘停車。處理辦法：根據負載性質選擇自動調節方式，并按上述正確的人機界面 操作步驟予 以確認即可，進一步的細節詳見說明書。本例提示： ZA 一打“自動”就跳閘，認為勵磁裝置有故障，但該故障不 是裝置本 身固有的。而是操作使用人員暫時

21、不熟悉或疏忽造成的。例 6：有勵磁電流，沒有勵磁電壓。故障現象：電機啟動、停機滅磁都正常，但運行過程中勵磁裝置只有勵 磁電流 If 指示，沒有勵磁電壓 Uf 指示。原因分析：從勵磁裝置原理圖可知，勵磁電流表指針所需信號從分流器 FL 兩端獲取，勵磁電壓表指示所需信號從啟動回路的 KQ/ZQ 兩端獲取。由于有 If 指示，說明主 橋回路工作正常，有 Uf 輸出。電機啟動正常，說明啟 動時，啟動回路暢通。滅磁正 常，說明停機滅磁時啟動回路附加電阻RF 能正常發揮滅磁功能。在此情況下，勵磁電壓表指示為零，有兩種原因引起，一是勵磁電壓表壞了，二是 KQ/ZQ 中有一個壞了（短路）。如果 KQ/ZQ 壞

22、了，造成沒有 Uf 指 示，自然 RF 也帶電發熱，手靠近 RF 就有明顯熱感。RF 有電流流過，則繼電器 RFJ 就會動作而閉鎖主橋觸發脈沖，所以主橋 處于失 控運行狀態，勵磁輸出電壓 Ufs = 0.675U2I （U2I 為勵磁變壓器二次側 電壓），勵磁電 流 Ifs = 0.675U2I/r （75C）? 0.7Ife （Ife 為額定勵磁電流）。 設計時，一般取 RF= 5 ? 8 r f （75C），且RF/rf，故流經R的電流是 九的1/5? 1/8倍，當電機正常負載率不高 時，本例故障不影響電機運行。處理辦法：停機斷電后，仔細檢查，確認并更換Uf 表， KQZQ 三者中的損壞件

23、。本例提示：雖然本例故障對電機運行影響不大，但仍要及時處理，因為 RF 長時間 帶電發熱可能引發新問題。例 7:勵磁電壓 Uf 與理論計算值相差懸殊 故障現象：勵磁裝置投運后，調節儀表板上的增磁、減磁，發現可調范圍小，或者調節過程中跳變，勵磁電壓值奇高、奇低。原因分析：勵磁裝置主回路一般采用半控橋電路，它的同步信號和勵磁變壓器均按 /Y 11 接線，其輸出電壓滿足關系式： Uf = 1.35U2I （cos a + 1） /2式中： U2I 勵磁變壓器二次側線電壓a-可控硅控制角Uf 主橋輸出的直流電壓，即加給電機轉子繞組的勵磁電壓。U2I 為定值時，Uf就是a的單值函數，從顯示屏讀取a值就可

24、以算出相應 Uf。反之，讀取Uf值就可以算出a,即a= COS 1一一 11.35U2I對于增磁減磁調節異常的情況，應讀取一組數。供計算比較之用，比如有一臺勵磁：U2I = 93V, Ufe = 92V，調試時發現異常情況如下表所列：讀數a1400750繼續調小a值Uf75V100V同左不變化按1式計 算a1400750150Uf14.7V79V123.4V按2式計 算Uf75Va79 0通過上表比較及實踐經驗可知A .當讀取的Uf值顯著大于按（1 ）式計算值，即75V14.7V，說明依同步信號發出的觸發脈沖控制角a比勵磁變壓提供的線電壓U2I相位超前了，超前量從a讀數與按（2）式計算的a值相

25、減140- 79? 60。根據 差值60就知道勵磁變壓接線不是 /Y -11，而錯接為 /Y - 1。B. 同理，當讀取的Uf值顯著小于按（1 ）式計算值，則為觸發脈沖滯后了，若a讀取與（2 ）式計算值相差？ 60 那勵磁變壓器就錯接Y 9。（未列 數據）C. 另一種情況是勵磁變壓器接線錯為逆序，其表現為 a差值不為600，變化不定， a 1200 及 a 20 0的某一個值， Uf 跳變； 20 0a 120：可連續調節不跳 變。A? C 是比較常見的勵磁變壓器接線錯誤。除了上述方法判斷外，也可用示波器觀察典型波形來綜合判斷。只有判斷清楚屬于哪一種錯線類型，才能 針對性采取糾正措 施。處理措

26、施：停機斷電后，勵磁變壓器接線更正：對/Y - 1,原邊A、C相互換，副邊a、c相互換；對4 /Y -3,副邊a、c相互換后，再b、c相互 換；對逆 序，在原邊 A、B、C 三相中任選兩根線對調。更改完接線后，再通電檢查，直至勵磁變壓器接線為/Y - 11為止。本例提示：（1）雖然錯在變壓器接線，卻表現為勵磁輸出異常，容易認 為是勵磁裝置本身有問題， 張冠李戴；（ 2）有時接線沒有錯，但上一級 A、B、C 相別不對，也會形成逆序，送電時應予檢查。例 8 ：電機啟動投勵后，功率因素表指示異常。故障現象：勵磁裝置儀表盤上裝功率因數 cos表，合高壓斷路器DL后cos表 指針滯后滿偏，投勵后指針應從滯后擺向超前，但有時發現投勵后指 針嚴重滯后。原因分析：電