摘要：通过某电厂用6kV电动机发生内部故障，频繁来谐波、接地报警、母线线电压摆动现象，进行具体问题分析，阐述了电机故障与厂用系统谐振异同点，为避免运行人员误判，妥善处理类似事故能力提供帮助。
关键字：电机故障；谐振；异同点；处理
0前言
火电厂中，磨煤机、送风机等6kV异步电动机多为鼠笼电机。结构主要包括定、转子两个部分，定子由定子绕组和铁心组成，其中定子绕组是电动机的心脏；转子由多根导电铜条镶在转子铁芯槽内，经两端部环短接，因其导电铜条与端部短接环形似“鼠笼”。鼠笼转子因长期频繁启动、轴承磨损等原因易使铜条焊点开裂、鼠笼断条，定、转子间隙不均衡而摩擦，破坏定子绝缘。电机故障能引起6kV系统线电压摆动，相电压降低或升高，PT开口三角有零序电压输出，并低频周期摆动，来“6kV母线接地”和“有谐波”光字，易使运行人员以谐振误判，延误处理或扩大事故。
1 事故概述
某电厂装机容量为6×200MW。2014年5月16日20时37分，4号机组DCS画面“6kVⅣA段进线PT接地报警”、“6kVⅣA段母线接地报警”、“6kVⅣA段有谐波”光字牌间歇性闪烁，6kV母线线电压有波动。消谐装置 “谐波”、“消谐”报警灯闪烁，小电流接地装置间歇性隙报警，怀疑母线谐振，改变谐振条件，停止4号炉1号磨煤机运行，谐振、接地现象消失，测量电机绝缘不合格，解体发现电机转子铜条断并有电弧灼伤，定子绕组有铜条碎块扎入，定、转子有摩擦痕迹。
2016年10月28日16时28分，3号机组DCS画面“6kVⅢA段进线PT接地报警”、 “6kVⅢA段有谐波”光字牌间歇性闪烁，6kV母线线电压有波动。消谐装置 “谐波”、“消谐”报警灯闪烁，小电流接地装置间歇性报警，怀疑6kVⅢA段母线谐振，询问锅炉3号炉1号送风机倒高速操作，停止3号炉1号送风机运行，谐振、接地现象消失，运行人员测电机绝缘合格，后经交流耐压试验不合格，解体发现电机转子有硬伤，定子绕组绝缘破坏，定、转子有摩擦痕迹。
2 电机内部故障分析
2.1运行中电机常见故障
电机故障分为启动故障与运行中故障，运行中故障通常有电气和机械两个方面。电气方面主要有绕组短路和接地、绕组过热和转子断条、断路等；机械方面有扫膛、振动、轴承过热、损坏等故障。定、转子扫堂，转子断条、定子绕组绝缘损坏接地是电机最为常见的内部故障。
2.2 6kV厂用母线电压互感器接线方式
某电厂6kV厂用母线工作进线电压互感器接线方式，开口三角接引1YJ电压继电器，当开口三角有零序电压时，1YJ继电器励磁发“6kV某段进线PT接地报警”。6kV厂用母线段电压互感器接线方式，开口三角接引小电流接地检测装置和消谐装置，当开口三角有零序电压或有谐波产生时，小电流接地检测装置延时报警或消谐装置动作，发出“6kV某段母线接地报警”、“6kV某段有谐波”，并投入消谐装置电阻，以消除谐振。
以上两电压互感器在机组运行时均投入运行，相当于在母联上并联在一起，二次绕组、开口三角电压输出是相同的。
2.3 4号炉1号磨煤机电机内部故障分析
电机解体后，发现定子绕组及铁芯有多道白色划痕，且电机C相绕组有一铜条碎块插入，转子鼠笼一铜条磨损变薄、折断，折断剩余铜条（约50CM）被电弧灼伤变黑，转子漆面有摩擦痕迹。
查阅4号机故障录波器波形，高厂变三相对地电压波形畸变，波形不规则，对地电压UA、UB、UC交替升高或降低，幅度小，故障间隔长。后期故障间隔逐渐缩短，稳定为C相电压降低：30V*6000/100=1800V，B、C相升高:72V*6000/100=4320V。升高相对地电压未超过线电压（6kV）。查阅4号机DCS内6kV母线电压变动范围：5800V-6280V。
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电机故障初期，6kV系统三相相电压不平衡，在PT开口三角有间断电压及谐波波形，后期，开口三角电压及谐波波形稳定。1YJ动作，发出先间歇性后稳定的“6kVⅣA段进线PT接地报警”光字。小电流接地装置及消谐装置动作，DCS画面内“6kVⅣA段母线接地报警”、“6kVⅣA段有谐波”光字间歇性闪烁后稳定。电机负载没有变，在定、转子产生摩擦或转子断条时，定子、转子异步力矩变小，转子若正常旋转，就需要定子磁场增强，获得正常的异步力矩，在发电机无功未增加时，6kV线电压降低。在发电机无功增加或故障瞬间正常时，6kV线电压恢复正常。
2.4 3号炉1号送风机电机内部故障分析
电机解体后，发现定子绕组及铁芯有划痕，电机端部绕组严重磨损，转子铜条正常，转子表面摩擦掉漆，端部倒风孔条有硬伤。送风机故障初期，电机内部进入金属异物，致使转子震动，定、转子之间气隙过小摩擦，电机高速旋转金属异物碰上转子端部倒风孔条，金属异物或转子振动导致定子绕组及铁芯绝缘损坏。
查阅3号机故障录波器波形，电机故障初期三相对地电压波形畸变，波形不规则，对地电压UA、UB、UC略有升高或降低，间隔长，后期故障间隔逐渐缩短。升高相对地电压未没有超过线电压（6kV）。电机转子摩擦或异物卡涩，其负载没变，转子若正常旋转，必须增强定子磁场，以克服摩擦或卡涩阻力，在发电机无功未增加时，6kV线电压降低。在发电机无功增加或故障瞬间正常时，6kV线电压恢复正常。
2.5 6kV厂用系统谐振介绍
某电厂6kV厂用为中性点不接地系统。电磁式PT励磁电感非线性特性，以及电压互感器一次线圈中性点直接接地，这种励磁特性和接线方式极易因运行设备故障、切换操作等“激发”因素，使三相对地电压的不平衡，导致电压互感器铁芯饱和，励磁电感变小，感抗降低，与系统对地电容容抗相匹配，如果XC0与XL接近相等时，造成谐振，产生过电压。单相孤光接地故障产生铁磁谐振过电压最为常见。
若6kV厂用负荷C相电缆弧光接地时，接地点D、E、F短接，C相电压UC降低或为零，A、B相电压上升或为线电压UL，PT一次绕组感抗不变，电流小。当接地瞬间消失后，非故障相对地电容在故障期间承载的线电压电荷，只能通过PT一次绕组（R与XL）流入大地。PT一次线圈电流增加，铁芯饱和，线圈励磁电感变小，感抗下降，参数匹配时XC0与R、电感XL就构成了谐振回路，产生了铁磁谐振过电压。
XC0与XL比值，影响谐振的频率，频率不同，故障损坏程度就不同。谐振时可能导致一相、两相或三相对地电压升高，也可能各相电压轮流升高，升高相电压高达2倍-3.5倍相电压，电压互感器一次线圈承受高电压和大电流，可能PT一次保险一相或两相熔断，低电压动作。严重时PT烧损，避雷器爆炸。
铁磁谐振时，各相对地电压不同，PT开口三角有零序电压输出，且波形畸变有谐波产生。
3 电机故障与谐振区别处理与应对
电机故障与谐振相同点是，都发出“母线或工作分支接地”和“母线有谐波”光字，相对地电压降低或升高。不同点是，电机故障，线电压变化并摆动，升高相相对地电压不超过线电压，PT一次保险不会熔断；而厂用系统谐振，线电压不变，升高相相对地电压超过线电压，达2 -3.5倍相电压,PT一次保险熔断，严重时互感器、避雷器烧损。
若根据现象及参数等判断电机故障原因，应及时选出故障电机，将其停电测绝缘，处理故障电机。若判断为厂用谐振，通常情况下PT一次保险熔断时，谐振即解除，当PT保险不熔断，应考虑将快切装置闭锁，以防厂用电源切换。采取改变系统参数方法，启停设备，或瞬停倒厂用电等方法解决，谐振过电压对设备危害极大，必须及时采取措施。
4 结束语
电动机内部故障及厂用谐振事故都是严重威胁系统安全的，发现母线接地、有谐波光字，要注意检查母线线电压变化情况，查阅故障录波器波形及升高相电压情况加以分析，准确判断电机故障还是厂用谐振，不要盲目以有谐波报警，就认为系统谐振，误以谐振故障处理，若以改变参数消谐，多次停启故障电机，会造成电机更大损坏，扩大事故，必须准确判断，不能误判以免造成不必要的损坏。
作者简介：
赵英勇（1968- ）男，工程师，从事电厂安全管理工作。
论文作者:赵英勇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/17
标签：电压论文; 谐振论文; 转子论文; 电机论文; 故障论文; 母线论文; 绕组论文; 《基层建设》2019年第18期论文;