同步發(fā)電機(jī)故障診斷與排除
一、 結(jié)構(gòu)和原理
1、結(jié)構(gòu)
同步發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和其他部件組成。定子部分包括定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座；轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子鐵芯、勵(lì)磁繞組和滑環(huán)（隱極式轉(zhuǎn)子還有套箍、心環(huán)，凸極式轉(zhuǎn)子有磁極、磁軛、轉(zhuǎn)子支架）；其他部件包括電刷裝置、端蓋、軸承和風(fēng)扇等。
2、工作原理
同步發(fā)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，它通過(guò)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子繞組的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋．?dāng)轉(zhuǎn)子在外力帶動(dòng)下，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子導(dǎo)體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即導(dǎo)體切割磁力線，因此在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向可根據(jù)右手定則判定。由于轉(zhuǎn)子磁極的位置使導(dǎo)體以垂直方向切割磁力線，所以此時(shí)定子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。當(dāng)磁極轉(zhuǎn)過(guò)90度后。磁極成水平位置，導(dǎo)體不切割磁力線，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)90度，定時(shí)定子繞組又以垂直方向切割磁力線，使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值，但方向與前相反。當(dāng)轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)90度，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又變?yōu)榱?。這樣轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也發(fā)生正、負(fù)變化。如果轉(zhuǎn)子連續(xù)勻速旋轉(zhuǎn)，在定子繞組中就感應(yīng)出一個(gè)周期性不斷變化的交變電動(dòng)勢(shì)。
二、故障診斷與排除方法
1、 發(fā)電機(jī)過(guò)熱
（1）發(fā)電機(jī)沒(méi)有按規(guī)定的技術(shù)條件運(yùn)行，如定子電壓過(guò)高，鐵損增大；負(fù)荷電流過(guò)大，定子繞組銅損增大；頻率過(guò)低，使冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變慢，影響發(fā)電機(jī)散熱；功率因數(shù)太低，使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流增大，造成轉(zhuǎn)子發(fā)熱。應(yīng)檢查監(jiān)視儀表的指示是否正常。如不正常，要進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)和處理，使發(fā)電機(jī)按照規(guī)定的技術(shù)條件運(yùn)行。
（2）發(fā)電機(jī)的三相負(fù)荷電流不平衡，過(guò)載的一相繞組會(huì)過(guò)熱；若三相電流之差超過(guò)額定電流的10%，即屬于嚴(yán)重蛄相電流不平衡，三相電流不平衡會(huì)產(chǎn)生負(fù)序磁場(chǎng)，從而增加損耗，引起磁極繞組及套箍等部件發(fā)熱。應(yīng)調(diào)整三相負(fù)荷，使各相電流盡量保持平衡。
（3）風(fēng)道被積塵堵塞，通風(fēng)不良，造成發(fā)電機(jī)散熱困難。應(yīng)清除風(fēng)道積塵、油垢、使風(fēng)道暢通無(wú)阻。
（4）進(jìn)風(fēng)溫度過(guò)高或進(jìn)水溫度過(guò)高，冷卻器有堵塞現(xiàn)象。應(yīng)降低進(jìn)風(fēng)或進(jìn)水溫度清除冷卻器內(nèi)的堵塞物。在故障未排除前，應(yīng)限制發(fā)電機(jī)負(fù)荷，以降低發(fā)電機(jī)溫度。
（5）軸承加潤(rùn)滑脂過(guò)多或過(guò)少，應(yīng)按規(guī)定加潤(rùn)滑脂，通常為軸承室的1/2~1/3（轉(zhuǎn)速低的取上限，轉(zhuǎn)速高的取下限），并以不超過(guò)軸承室的70%為宜。
（6）軸承磨損。若磨損不嚴(yán)重，使軸承局部過(guò)熱；若磨損嚴(yán)重，有可能使定子和轉(zhuǎn)子摩擦，造成定子和轉(zhuǎn)子避部過(guò)熱。應(yīng)檢查軸承有無(wú)噪音，若發(fā)現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子摩擦，應(yīng)立即停機(jī)進(jìn)行檢修或更換軸承。
（7）定子鐵芯絕緣損壞，引起片間短路，造成鐵芯局部的渦流損失增加而發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使定子繞組損壞。應(yīng)立即停機(jī)進(jìn)行檢修。
（8）定子繞組的并聯(lián)導(dǎo)線斷裂，使其他導(dǎo)線的電流增大而發(fā)熱。應(yīng)立即停機(jī)進(jìn)行檢修。
2、發(fā)電機(jī)中性線對(duì)地有異常電壓
（1）正常情況下，由于高次諧波影響或制造工藝等原因造成各磁極下的氣隙不均、磁勢(shì)不等而出現(xiàn)的很低電壓，若電壓在一至數(shù)伏，不會(huì)有危險(xiǎn)，不必處理。
（2）發(fā)電機(jī)繞組有短路或?qū)Φ亟^緣不良，使用電設(shè)備及發(fā)電機(jī)性能變壞，容易發(fā)熱，應(yīng)及時(shí)檢修，以免事故擴(kuò)大。
（3）空載時(shí)中性線對(duì)地?zé)o電壓，而有負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)電壓，是由于三相不平衡引起的，應(yīng)調(diào)整三相負(fù)荷使其基本平衡。
3、發(fā)電機(jī)過(guò)電流
（1）負(fù)荷過(guò)大，應(yīng)減輕負(fù)荷。
（2）輸電線路發(fā)生相間短路或接地故障，應(yīng)對(duì)線路進(jìn)行檢修，故障排除后即可恢復(fù)正常。
4、發(fā)電機(jī)端電壓過(guò)高
（1）與電網(wǎng)并列的發(fā)電機(jī)電網(wǎng)電壓過(guò)高，應(yīng)降低并列的發(fā)電機(jī)的電壓。
（2）勵(lì)磁裝置的故障引起過(guò)勵(lì)磁，應(yīng)及時(shí)檢修勵(lì)磁裝置。
5、無(wú)功功率不足
由于勵(lì)磁裝置電壓源復(fù)勵(lì)補(bǔ)償不足，不能提供電樞反應(yīng)所需的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)端電壓低于電網(wǎng)電壓，送不出額定無(wú)功功率，應(yīng)采取下列措施：
（1）在發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁電抗器之間接入一臺(tái)三相調(diào)壓器，以提高發(fā)電機(jī)端電壓，使勵(lì)磁裝置的磁勢(shì)逐漸增大。
（2）改變勵(lì)磁裝置電壓磁通勢(shì)與發(fā)電機(jī)端電壓的相位，使合成總磁通勢(shì)增大，可在電抗器每相繞組兩端并聯(lián)數(shù)千歐、10W的電阻。
（3）減小變阻器的阻值，使發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流增大。
6、定子繞組絕緣擊穿、短路
（1）定子繞組受潮。對(duì)于長(zhǎng)期停用或經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間檢修的發(fā)電機(jī)、投入運(yùn)行前應(yīng)測(cè)量絕緣電阻，不合格者不準(zhǔn)投入運(yùn)行。受潮發(fā)電機(jī)要進(jìn)行烘干處理。
（2）繞組本身缺陷或檢修工藝不當(dāng)，造成繞組絕緣擊穿或機(jī)械損傷。應(yīng)按規(guī)定的絕緣等級(jí)選擇絕緣材料，嵌裝繞組及浸漆干燥等要嚴(yán)格按工藝要求進(jìn)行。
（3）繞組過(guò)熱。絕緣過(guò)熱后會(huì)使絕緣性能降低，有時(shí)在高溫下會(huì)很快造成絕緣擊穿。應(yīng)加強(qiáng)日常的巡視檢查，防止發(fā)電機(jī)各部分發(fā)生過(guò)熱而損壞繞組絕緣。
（4）絕緣老化。一般發(fā)電機(jī)運(yùn)行15~20年以上，其繞組絕緣老化，電氣性能變化，甚至使絕緣擊穿。要做好發(fā)電機(jī)的檢修及預(yù)防性試驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)絕緣不合格，應(yīng)及時(shí)更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組，以延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的使用壽命。
（5）發(fā)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)入金屬異物，在檢修發(fā)電機(jī)后切勿將金屬物件、零件或工具遺落到定子膛中；綁緊轉(zhuǎn)子的綁扎線、緊固端部零件，以不致發(fā)生由于離心力作用而松脫。
（6）過(guò)電壓擊穿：1）線路遭受雷擊，而防雷保護(hù)不完善。應(yīng)完善防雷保護(hù)設(shè)施。2）誤操作，如在空載時(shí)，將發(fā)電機(jī)電壓升得過(guò)高。應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行升壓，防止誤操作。3）發(fā)電機(jī)內(nèi)部過(guò)電壓，包括操作過(guò)電壓、弧光接地過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓等，應(yīng)加強(qiáng)繞組絕緣預(yù)防性試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除定子繞組絕緣中存在的缺陷。
7、定子鐵芯松馳
由于制造裝配不當(dāng)，鐵芯沒(méi)有緊固好。如果是整個(gè)鐵芯松馳，對(duì)于小型發(fā)電機(jī)，可用兩塊小于定子繞組端部?jī)?nèi)徑的鐵板，穿上雙頭螺栓，收緊鐵芯。待恢復(fù)原形后，再將鐵芯原來(lái)夾緊螺栓緊因。如果局部性鐵芯松弛，可先在松弛片間涂刷硅鋼片漆，再在松弛部分打入硬質(zhì)絕緣材料即可。
8、鐵芯片間短路
（1）鐵芯疊片松弛，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)鐵芯產(chǎn)生振動(dòng)而損壞絕緣；鐵芯片個(gè)別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過(guò)熱，使絕緣老化，就按原計(jì)劃條中的方法進(jìn)行處理。
（2）鐵芯片邊緣有毛刺或檢修時(shí)受機(jī)械損傷。應(yīng)用細(xì)銼刀除去毛刺，修整損傷處，清潔表面，再涂上一層硅鋼片漆。
（3）有焊錫或銅粒短接鐵芯，應(yīng)刮除或鑿除金屬熔接焊點(diǎn)，處理好表面。
（4）繞組發(fā)生弧光短路，也可能造成鐵芯短路，應(yīng)將燒損部分用鑿子清除后，處理好表面。
9、發(fā)電機(jī)失去剩磁，起動(dòng)時(shí)不能發(fā)電
（1）停機(jī)后經(jīng)常失去剩磁，是由于勵(lì)磁機(jī)磁極所用的材料接近軟鋼，剩磁較少。當(dāng)停機(jī)后勵(lì)磁繞組沒(méi)有電流時(shí)磁場(chǎng)就消失，應(yīng)備有蓄電池，在發(fā)電前先進(jìn)行充磁。
（2）發(fā)電機(jī)的磁極失去磁性，應(yīng)在繞組中通入比額定電流大的直流電流（時(shí)間很短）進(jìn)行充磁，即能恢復(fù)足夠的剩磁。
10、自動(dòng)勵(lì)磁裝置的勵(lì)磁電抗器溫度過(guò)高
（1）電抗器線圈局部短路，應(yīng)檢修電抗器。
（2）電抗器磁路的氣隙過(guò)大，應(yīng)調(diào)整磁路氣隙。
11、發(fā)電機(jī)起動(dòng)后，電壓升不起來(lái)
（1）勵(lì)磁回路斷線，使電壓升不起來(lái)。應(yīng)檢查勵(lì)磁回路有無(wú)斷線，接觸是否良好。
（2）剩磁消失，如果勵(lì)磁機(jī)電壓表無(wú)批示說(shuō)明剩磁消失，應(yīng)對(duì)勵(lì)磁機(jī)充磁。
（3）勵(lì)磁機(jī)的磁場(chǎng)線圈極性接反，應(yīng)將它的正、負(fù)連接線對(duì)換。
（4）在發(fā)電機(jī)檢修中做某些試驗(yàn)時(shí)誤把磁場(chǎng)線圈通以反向直流電，導(dǎo)致剩磁消失或反向，應(yīng)重新進(jìn)行充磁。
12、發(fā)電機(jī)的振蕩失步
正常情況下，發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率是和負(fù)荷功率相平衡的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障或發(fā)電機(jī)大幅度甩負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)的功率就與用戶的負(fù)荷不相平衡。要想調(diào)整負(fù)荷使其平衡，由于轉(zhuǎn)子慣性和調(diào)速器延時(shí)需要一個(gè)過(guò)程，在此期間，發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行將被破壞，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振蕩。如果故事嚴(yán)重，甚至?xí)拱l(fā)電機(jī)與系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機(jī)振蕩失步時(shí)，值班人員應(yīng)通過(guò)增加勵(lì)磁電流來(lái)創(chuàng)造恢復(fù)同步的條件；也可適當(dāng)
調(diào)整該機(jī)的負(fù)荷，以幫助恢復(fù)同步。
13、發(fā)電機(jī)振動(dòng)
（1）轉(zhuǎn)子不圓或平衡未調(diào)整好，應(yīng)嚴(yán)格制造和安裝質(zhì)量或重新調(diào)整轉(zhuǎn)子的平衡。
（2）轉(zhuǎn)軸彎曲，可采用研磨法、加熱法及錘擊法等校正轉(zhuǎn)軸。
（3）聯(lián)軸節(jié)連接不正，應(yīng)重新高速聯(lián)軸節(jié)配合螺栓的夾緊力，必要時(shí)聯(lián)軸節(jié)端面需重新加工。
（4）結(jié)構(gòu)部件共振，可通過(guò)改變結(jié)構(gòu)部件的支持方法來(lái)改變它固有的頻率。
（5）勵(lì)磁繞組層間短路，應(yīng)檢修勵(lì)磁繞組，并進(jìn)行絕緣處理。
（6）供油量或油壓不足，應(yīng)加大噴嘴直徑升高油壓；加大供油口減小間隙。
（7）供油量過(guò)大或油壓過(guò)高，就減小噴嘴直徑，降低油壓，提高面積壓力，增大間隙。
（8）定子鐵芯裝配松動(dòng)，應(yīng)重新裝壓鐵芯。
（9）軸承密封過(guò)緊，使轉(zhuǎn)軸局部過(guò)熱、彎曲。應(yīng)檢查和調(diào)整軸承密封，使其與軸有適當(dāng)配合間隙。
（10）發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)不對(duì)稱，應(yīng)注意定子鐵芯兩端擋風(fēng)板及轉(zhuǎn)子支架擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)布置和尺寸的選擇，使風(fēng)路系統(tǒng)對(duì)稱，增強(qiáng)蓋板、擋風(fēng)板的剛度并緊固牢靠。
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