1.2.2 发电机故障

大型发电机是电力系统的核心，是十分重要和昂贵的设备，其运行可靠性对系统的正常运行、用户的不间断供电、保证电能质量以至整个社会的安全运转都起着极其重要的作用。

汽轮发电机按其结构，可以划分为几个大的子系统：定子、转子、氢、油、水系统。要进行故障诊断，就应该首先对故障的性质有一个清楚的认识。

2003年全国共有100MW及以上发电机1072台。全年共发生发电机本体故障42次，年故障率为3.91次/（百台·年）。另外，还有异常故障61次和外部故障14次。在42次发电机本体故障类型中，相间故障有3次，占本体故障总数的7.14%；铁心故障有12次，占本体故障总数的28.57%；内部引线故障有2次，占本体故障总数的4.76%；转子接地有8次，占本体故障总数的19.05%；定子接地有13次，占本体故障总数的30.95%；定子匝间短路有4次，占本体故障总数的9.52%[7]。

同步发电机是一个有机的整体，其故障往往并不直接表现为纯机械或纯电气故障，而是多因素多类型故障的耦合，可能存在故障的主从联系和同时发生。如机械故障会引发发电机绕组的机械振动、位移和绝缘磨损，产生电气故障；发电机转子和定子绕组出现故障时，气隙磁通发生畸变，电磁场分布不均匀，可能导致机械弯曲、松动、不平衡等机械故障等，因此应在监测和诊断技术的采集数据的相关性、综合性上考虑。

据统计，发电机70%的故障属于电气故障，本书将发电机的电气故障作为研究重点，图1-2为汽轮发电机组电气故障诊断对象的一种分解方法[4]。

从图1-2可以看出汽轮发电机组的电气故障，包括定子故障、转子故障和冷却系统故障。

1. 定子故障

定子故障主要有定子绕组过热，定子绝缘损伤和定子接地。定子绕组故障的主要原因有磨损、污染、裂纹、腐蚀等原因造成的绝缘失效和机械振动造成的槽部线棒移位，冷却水泄漏。定子铁心的故障主要是由于定子铁心在制造、安装过程中的机械缺陷引起局部叠片间短路。定子故障的后果有定子接地，定子绕组绝缘击穿，定子绕组绝缘烧损，定子绕组匝间短路、相间短路或三相短路，定子绕组烧损，定子绝缘烧损，定子铁心烧伤和爆炸事故等。

2. 转子故障

转子故障分为转子绕组故障和转子本体故障，转子绕组故障又分为接地故障、匝间短路和断线。接地故障和匝间短路主要是由绝缘磨损引起的，故障后果有转子两点接地，转子绕组匝间短路，转子绕组烧损，发电机失磁，发电机和汽轮机部件磁化等。同时匝间短路还会出现磁通量的不对称和转子受力不平衡，引起转子振动。断线主要是由接头开焊和热变形引起，断线后会产生电弧放电和电源电流波动。转子本体的故障一方面表现为纯粹的机械故障，另一方面电源中的负序电压引起的转子涡流损耗，会导致过热引发疲劳裂纹；电力系统大的瞬态过程也会对转子产生应力冲击，引起扭振损伤。

3. 冷却系统故障

水冷却系统的故障主要有定子断水、漏水及转子漏水故障。主要原因是冷却水管道系统的材料缺陷、安装缺陷、机械振动或因水中杂质造成的电腐蚀以及冷却器泄漏，引起冷却效率降低，温度升高，线棒过热和绝缘热解。水冷却管道的异物堵塞和气堵，空心导线的放电损坏也会导致发电机过热，最终烧坏绝缘。故障的直接表现形式是定子线棒和冷却水的温度升高，绝缘热解。故障的后果有定子绕组过热，定子绕组绝缘降低，定子绕组接地，绕组短路或烧损，定子绕组或定子引出线烧损，机组减负载运行或强迫停运，发电机烧毁等。

同步发电机的另一类主要故障是转子支撑轴系的机械故障：发电机转子本体、转子支撑和发电机机架的故障等。转子轴系故障诊断主要依据振动信号的特征分析，理论比较成熟，实践经验也很丰富。故障的常见形式有：不平衡、不对中、转子裂纹、机械松动、轴承失效、油膜失稳等。

汽轮发电机组作为一个有机的整体，其故障往往并不直接表现为纯机械或纯电气故障，而是多因素、多类型故障的耦合，可能存在故障间的主从联系和同时发生。