同步发电机常见故障排除方法

发电机在运行中会不断受到振动、发热、电晕等各种机械力和电磁力的作用，同时由于设计、制造、运行管理以及系统故障等原因，常常引起发电机温度升高、转子绕组接地、定子绕组绝缘损坏、励磁机碳刷打火、发电机过负载等故障。了解同步发电机运行中的一些常见故障及措施，有利于提高发电机运行中的日常维护水平。

1.发电机非同期并列

同步发电机采用准同步法并联操作时，应满足准同步法并联条件，如果由于操作不当或其他原因，并列时没有满足条件，发电机就会出现非同期并列，可能使发电机损坏，并对系统造成强烈的冲击，因此应注意防止此类故障的发生。

当待并发电机与系统的电压不相同，其间存有电压差时，在并列时就会产生一定的冲击电流。一般当电压相差在±10%以内时，冲击电流不太大，对发电机影响不大。如果并列时电压相差较多，特别是大容量电机并列时，如果其电压远低于系统电压，则在并列时除了产生很大的电流冲击外，还会使系统电压下降，可能使事故扩大。一般在并列时，应使待并发电机的电压稍高于系统电压。

如果待并发电机电压与系统电压的相位相差很大时，冲击电流和同期力矩将很大，可能达到三相短路电流的两倍，它将使定子绕组和转轴承受很大的冲击力，可能造成定子绕组端部严重变形，联轴器螺栓被剪断等严重后果。

为防止非同期并列，有些厂在手动准同期装置中加装了电压差检查装置和相角闭锁装置，以保证在并列时电压差、相角差不超过允许值。

2.发电机温度升高

发电机三相负荷不平衡超过允许值时，会使转子温度升高，此时应立即降低负荷，并设法调整系统已减少三相负荷的不对称度，使转子温度降到允许范围之内。

转子温度和进风温度正常，而定子温度异常升高，可能是定子温度表失灵。测量定子温度用的电阻式测温元件的电阻值有时会在运行中逐步增大，甚至开路，这时会出现某一点温度突然上升的现象。

当进风温度和定子、转子温度都升高，表明冷却水系统发生了故障，这时应立即检查空气冷却器是否断水或水压太低。当进风温度正常而出风温度异常升高，表明通风系统失灵，这时必须停机进行检查。有些发电机组通风道内装有导流挡板，如果操作不当就可能使风路受阻，这时应检查挡板的位置并纠正。

3.发电机定子绕组损坏

发电机由于定子绕组绝缘击穿，接头开焊等情况将会引起接地或相间短路故障。当发电机发生相间短路故障或在中性点接地系统运行的发电机发生接地时，由于在故障点通过大量电流，将引起系统突然波动，同时在发电机旁可以听到强烈的响声，视察窗外可以看见电弧的火光，这时发电机的继电保护装置将立即动作，使主开关、灭磁开关和危急遮断器跳闸，发电机停止运行。

对于在中性点不接地的系统中运行的发电机，发生定子绕组接地故障时，发电机的接地保护装置动作报警。运行人员应立即查明接地点，如接地点在发电机内部，则应立即采取措施，迅速将其切断。如接地点在发电机外部，则应迅速查明原因，并将其消除。

对于容量15MW及以下的汽轮机，当接地电容电流小于5A时，在未消除故障前，允许发电机在电网一点接地情况下短时间运行，但不超过2h；对容量或接地电容电流大于上述规定的发电机，当定子回路单相接地时，应立即将发电机从电网中解列，并断开励磁。

发电机在运行中，有时运行人员没有发现系统的突然波动，但发电机因差动保护动作使主断路器跳闸，这时值班人员应检查灭磁开关是否也已跳闸。若由于操作机构失灵没有跳闸时，应立即手动将其跳闸，并把磁场变阻器调回到阻值最大位置，将自动励磁调解装置停用，然后对差动保护范围内的设备进行检查，当发现设备有烧损、闪络等故障时应立即进行检修。

发现任何不正常情况时，应用2500V摇表测量一次回路的绝缘电阻，如测得的绝缘电阻值换算到标准温度下的阻值比以往测量的数值下降1/5以下，就必须查明原因，并设法消除故障。如测得的绝缘电阻值正常，则发电机可经零起升压后并网运行。

4.发电机转子绕组接地

发电机转子因绝缘损坏、绕组变形、端部严重积灰时，都将会引起发电机转子接地故障。转子绕组接地分为一点接地和两点接地。当转子绕组一点接地时，线匝与地之间尚未形成电气回路，因此故障点没有电流通过，各种表计指示正常，励磁回路仍能保持正常状态，只是继电保护信号装置发出“转子一点接地”信号，其发电机可以继续运行。但转子绕组一点接地后，如果转子绕组或励磁系统中任一处再发生接地，就会造成两点接地。

转子绕组发生两点接地故障后，部分转子绕组被短路，因为绕组直流电阻减小，所以励磁电流将会增大。如果绕组被短路的匝数较多，就会使主磁通大量减少，发电机向电网输送的无功功率显著降低，发电机功率因数增加，甚至变为进相运行，定子电流也可能增大，同时由于部分转子绕组被短路，发电机磁路的对称性被破坏，将引起发电机产生剧烈的振动。

为了防止发电机转子绕组接地，运行中要求每个班值班人员均应通过绝缘监视表计测量一次励磁回路绝缘电阻，若绝缘电阻低于0.5MΩ时，值班人员必须采取措施。对运行中励磁回路可能清扫到的部分进行吹扫，使绝缘电阻恢复到0.5MΩ以上，当转子绝缘电阻下降到0.01MΩ时，就应视作已经发生了一点接地故障。

当转子绕组发生一点接地故障后，就应立即设法消除，以防止发展成两点接地。如果是稳定的金属性接地故障，而一时没有条件安排检修时，就应投入转子两点接地保护装置，以防止发生两点接地故障后，烧损转子，使事故扩大。

转子绕组发生匝间短路故障时，情况与转子两点接地相同，但一般这时短路的匝数不多，影响没有两点接地严重。如果转子两点接地保护装置投入时，则它的继电器也将动作，此时应立即切断发电机主断路器，使发电机与系统解列并停机，同时切断灭磁开关，把磁场变阻器放在电阻最大位置，待停机后对转子和励磁系统进行检查。(www.xing528.com)

小　结

三相同步电机的不对称稳定运行采用对称分量法分析。正序阻抗就是对称运行时的同步电抗。在一定的定子负序磁动势下，由于转子感应电流起着削弱负序磁场的作用，使得定子绕组中的感应电动势减小，因此负序电抗小于正序电抗。零序电流不建立基波气隙磁通，因此零序电抗的性质是漏电抗。

不对称运行对电机的主要影响是转子发热和电机振动。如发电机转子采用较强的阻尼系统可以改善这种情况。

同步发电机失磁时，电机转速高于同步速，发电机处于异步运行状态。同步发电机的失磁运行将引起发电机温度升高，同时系统无功功率的不足致使电压水平降低。对于不允许无励磁运行的发电机应立即从电网上解列。对于允许无励磁运行的发电机，应在规定无励磁运行的允许时间内使机组恢复励磁，否则也应该将发电机自系统解列。

6.单击“修改”面板中的“偏移”按钮，对称偏移箱体底座后安装孔的轴线，偏移的距离为4.25。

7.单击“图层”面板中的“匹配”按钮，利用“图层匹配”命令将偏移出来的两条点画线变为粗实线。

发电机突然短路时，励磁绕组和阻尼绕组感应出对电枢反应磁通起抵制作用的电流，使电枢反应磁通被挤到励磁绕组和阻尼绕组的漏磁路上，其磁路的磁阻比稳态运行时的主磁路磁阻增大很多，因此次暂态电抗和暂态电抗比稳态电抗xd小得多，使得突然短路电流比稳定短路电流大很多倍。

由于突然短路电流很大，一般可达额定电流20倍左右，将产生很大的电磁力和电磁转矩，因此同步发电机的设计、制造和运行都必须考虑，避免造成严重事故。

习　题

（1）从磁路和电路两个方面来分析同步发电机三相突然短路电流大的原因？

（2）同步发电机三相突然短路时，定子各相电流的直流分量起始值与短路瞬间转子的空间位置是否有关？与其对应的励磁绕组中的交流分量幅值是否也与该位置有关？为什么？

（3）同步发电机三相突然短路时，定子各相电流的交流分量起始值与短路瞬间转子的空间位置是否有关？与其对应的激磁绕组中的直流分量起始值是否也与该位置有关？为什么？

（4）同步发电机三相突然短路时，定子、转子各分量短路电流为什么会衰减？衰减时哪些分量是主动的？哪些分量是随动的？为什么会有此区别？

（5）为什么变压器的x+=x-，而同步电机x+≠x-？

8.将“细实线”层设置为当前层，单击“绘图”面板中的“样条曲线”按钮，绘制箱体底座后安装孔处局部剖视图的波浪线。

9.单击“修改”面板中的“修剪”按钮，修剪两条偏移出来的轮廓线和波浪线。

（6）一台汽轮发电机有下列参数：，=0.208s，Ta=0.132s。设发电机在空载额定电压下发生三相突然短路，试求：

1）在最不利情况下定子突然短路电流的表达式。

2）最大冲击电流值。

3）在短路后经过0.5s时的短路电流瞬时值。

4）在短路后经过3s时的短路电流瞬时值。