1.2.2 發電機故障

大型發電機是電力系統的核心，是十分重要和昂貴的設備，其運行可靠性對系統的正常運行、用戶的不間斷供電、保證電能質量以至整個社會的安全運轉都起著極其重要的作用。

汽輪發電機按其結構，可以劃分為幾個大的子系統：定子、轉子、氫、油、水系統。要進行故障診斷，就應該首先對故障的性質有一個清楚的認識。

2003年全國共有100MW及以上發電機1072臺。全年共發生發電機本體故障42次，年故障率為3.91次/（百臺·年）。另外，還有異常故障61次和外部故障14次。在42次發電機本體故障類型中，相間故障有3次，占本體故障總數的7.14%；鐵心故障有12次，占本體故障總數的28.57%；內部引線故障有2次，占本體故障總數的4.76%；轉子接地有8次，占本體故障總數的19.05%；定子接地有13次，占本體故障總數的30.95%；定子匝間短路有4次，占本體故障總數的9.52%[7]。

同步發電機是一個有機的整體，其故障往往并不直接表現為純機械或純電氣故障，而是多因素多類型故障的耦合，可能存在故障的主從聯系和同時發生。如機械故障會引發發電機繞組的機械振動、位移和絕緣磨損，產生電氣故障；發電機轉子和定子繞組出現故障時，氣隙磁通發生畸變，電磁場分布不均勻，可能導致機械彎曲、松動、不平衡等機械故障等，因此應在監測和診斷技術的采集數據的相關性、綜合性上考慮。

據統計，發電機70%的故障屬于電氣故障，本書將發電機的電氣故障作為研究重點，圖1-2為汽輪發電機組電氣故障診斷對象的一種分解方法[4]。

從圖1-2可以看出汽輪發電機組的電氣故障，包括定子故障、轉子故障和冷卻系統故障。

1. 定子故障

定子故障主要有定子繞組過熱，定子絕緣損傷和定子接地。定子繞組故障的主要原因有磨損、污染、裂紋、腐蝕等原因造成的絕緣失效和機械振動造成的槽部線棒移位，冷卻水泄漏。定子鐵心的故障主要是由于定子鐵心在制造、安裝過程中的機械缺陷引起局部疊片間短路。定子故障的后果有定子接地，定子繞組絕緣擊穿，定子繞組絕緣燒損，定子繞組匝間短路、相間短路或三相短路，定子繞組燒損，定子絕緣燒損，定子鐵心燒傷和爆炸事故等。

2. 轉子故障

轉子故障分為轉子繞組故障和轉子本體故障，轉子繞組故障又分為接地故障、匝間短路和斷線。接地故障和匝間短路主要是由絕緣磨損引起的，故障后果有轉子兩點接地，轉子繞組匝間短路，轉子繞組燒損，發電機失磁，發電機和汽輪機部件磁化等。同時匝間短路還會出現磁通量的不對稱和轉子受力不平衡，引起轉子振動。斷線主要是由接頭開焊和熱變形引起，斷線后會產生電弧放電和電源電流波動。轉子本體的故障一方面表現為純粹的機械故障，另一方面電源中的負序電壓引起的轉子渦流損耗，會導致過熱引發疲勞裂紋；電力系統大的瞬態過程也會對轉子產生應力沖擊，引起扭振損傷。

3. 冷卻系統故障

水冷卻系統的故障主要有定子斷水、漏水及轉子漏水故障。主要原因是冷卻水管道系統的材料缺陷、安裝缺陷、機械振動或因水中雜質造成的電腐蝕以及冷卻器泄漏，引起冷卻效率降低，溫度升高，線棒過熱和絕緣熱解。水冷卻管道的異物堵塞和氣堵，空心導線的放電損壞也會導致發電機過熱，最終燒壞絕緣。故障的直接表現形式是定子線棒和冷卻水的溫度升高，絕緣熱解。故障的后果有定子繞組過熱，定子繞組絕緣降低，定子繞組接地，繞組短路或燒損，定子繞組或定子引出線燒損，機組減負載運行或強迫停運，發電機燒毀等。

同步發電機的另一類主要故障是轉子支撐軸系的機械故障：發電機轉子本體、轉子支撐和發電機機架的故障等。轉子軸系故障診斷主要依據振動信號的特征分析，理論比較成熟，實踐經驗也很豐富。故障的常見形式有：不平衡、不對中、轉子裂紋、機械松動、軸承失效、油膜失穩等。

汽輪發電機組作為一個有機的整體，其故障往往并不直接表現為純機械或純電氣故障，而是多因素、多類型故障的耦合，可能存在故障間的主從聯系和同時發生。