试论发电机内部故障及预防

张振宇

摘要：发电机定子绕组内部故障是发电机多见的破坏性很强的故障，内部故障时很大的短路电流会形成破坏性强大的电磁力，也许过热，烧毁绕组和铁芯。故障产生的非同步磁场也许大大的超过设计允许值，导致转子的严重损伤。大型发电机内部故障还可能对电力系统的运行安全造成巨大危害。所以，针对各种不同的故障和不正常运行状态，配置可靠的继电保护装置。

关键词：发电机;故障;短路;预防;定子绕组

发电机的稳定运行是确保电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机自身是一个价值不菲的电器元件，所以，应该针对各种故障和不正常运行状况，装设功能完备的继电保护装置，规范运行规程、完善规章制度，严格执行操作规程。

1.发电机故障的常见类型

1.1定子绕组相间短路：危害极大。

1.2定子绕组发生一相匝间短路：能够发展为单相接地短路和相间短路。

1.3定子绕组单相接地：较为多见，可造成铁芯烧伤或部分融毁。

1.4轉子绕组匝间短路和接地短路：一点接地或两点接地。一点接地时危害不厉害;两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡状态，能够导致发电机的剧烈振动或将转子绕组烧损。

1.5转子励磁回路励磁电流急剧降低或为零;从系统吸取无功功率，形成异步，从而导致系统电压下降，甚至可使系统瓦解。

2.发电机的不正常运行状态

设备的设计不良，回路的接地、断线，部件的松动、控制设备的产品质量不良、周边设备的故障等原因造成的不正常运行。

2.1因为外部短路导致的定子绕组过电流：温度上升，绝缘老化导致定子线圈的击穿。

2.2因为负荷等超出发电机额定容量而导致的三相对称过负荷：温度上升，绝缘老化击穿定子线圈。

2.3因为外部不对称短路或不对称负荷而导致的发电机负序过电流和过负荷：在转子中感应出100Hz的倍频电流，可使转子个别部位灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大事故。

2.4因为忽然甩负荷引发的定子绕组过电压：调速系统惯性较大，在发电机忽然甩负荷时，转速急剧上升可能引起过电压，导致发电机绕组绝缘击穿，应装设过电压保护。

2.5因为励磁回路故障或强励时长而导致的转子绕组过负荷，使转子温度上升，绝缘老化，导致转子损坏。

2.6因为转子绕组发生一点接地时，不会造成对发电机的危害。但当发电机转子绕组出现不同位置的两点接地或者匝间短路时，很大的短路电流可能烧毁转子本体。另外由于部分转子绕组被短路，使气隙磁场不均匀或者发生畸变，致使发电机转动时所受的电磁转矩不均匀，并造成发电机振动，损毁发电机。

2.7因为汽轮发电机机主汽门忽然关闭而导致的发电机逆功率。当机炉保护动作或者调速控制回路故障以及一些人为因素造成发电机转为电动机运行时，发电机将从系统吸收有功功率，应装设逆功率保护。

3.发电机的非电气类故障

发电机的非电气故障是造成发电机停机的重要故障类型，小到障碍、缺陷，大到严重故障引发全停，甚至造成严重的电气故障，损毁发电机的部件，构成严重经济损失。常见类型有：

3.1定子空心铜线（水冷）发电机漏水，可能导致发电机短路。

3.2定子内冷水回路堵塞、引水管破裂、断水等而引起的定子线圈的过热而损坏。

3.3定子绕组端部振动大且松动。因而不能承受短路时的巨大机械力而导致的损坏。

3.4发电机轴瓦漏油，可能导致起火。

3.5发电机端部漏磁。

3.6电刷及滑环过热、磨损等。

3.7发电机轴承断油及过热。

3.8发电机转子机械部件松动或脱落。

3.9发电机转子扫膛。

3.10发电机漏氢，可能导致起火爆炸。

国家电力公司为了预防“因定子绕组端部固定结构及工艺不良、漏水、水路不通、局部过热、振动摩擦等原因;转子绕组绝缘不良、紧固部件不牢或机械强度不良等原因，引发严重的电气故障”，与2000年颁布了《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》。其中第11项“防止发电机损坏事故”规定：“为防止定子绕组端部松动引起相间短路，大修时应检查定子绕组线圈的磨损、紧固情况”;“防止定子绕组相间短路”应“加强对大型发电机环形接线、过渡线、鼻部手包绝缘、引水管水接头等处的检查……对定子绕组端部手包绝缘施加直流电压测量，不合格的应及时消除”;“防止定、转子水路堵塞、漏水”;“防止水路堵塞过热”;“防止转子漏水”当“水内冷发电机发出漏水报警信号，应做好调试、维护和定期检验工作，确保装置反应灵敏、动作可靠”;“防止转子匝间短路”;“防止漏氢”;“防止发电机非全相运行”发电机变压器组的主断路器出现非全相运行时，其相关保护应及时启动断路器失灵保护，在主断路器无法断开时，断开与其连接在同一母线上的所有电源;“防止发电机非同期并网”;“防止发电机局部过热”;“防止发电机内遗留金属异物”，大修时应对端部紧固件（如连接片紧固的螺栓和螺母、支架固定螺母和螺栓、引线夹板螺栓、汇流管所用卡板和螺栓等）紧固情况及定子铁芯边缘矽钢片有无断裂等进行检查;“当发电机定子回路发生单相接地故障……定子接地保护报警时，应立即停机”;“当发电机转子绕组发生一点接地时，应立即查明故障点与性质。如系稳定性的金属接地，应立即停机处理”;“防止励磁系统故障引起发电机损坏”等等。

综上所述，发电机内部故障造成的破坏尤其严重。特别是大型发电机内部故障还可能对电力系统的安全运行造成巨大危害。因此，在日常运行过程中严格执行运行规程，配置可靠的发电机内部短路主保护，严格执行《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》防止发电机发生故障等是电力工作者的重要任务。

参考文献

[1]张磊 柴彤.大型火力发电机组故障分析.中国电力出版社.

[2]张建平.等.电气设备检修技术问答. 中国电力出版社.

[3]王维俭.等..大型发电机变压器内部故障分析与继电保护. 中国电力出版社.

[4]防止电力生产重大事故的二十五项重点要求.

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