同步发电机常见故障及处理方法

【学习任务】（1）正确判断同步发电机的故障原因。

（2）正确进行同步发电机的故障处理。

1.发电机的过负荷运行

在事故情况下，发电机允许在短时间内过负荷运行。表15－1所示为发电机定子允许过负荷的数值和时间。值班人员应密切监视定子绕组及转子绕组的温度，保证在允许范围内运行。

表15－1　发电机事故过负荷允许数值

2.发电机的事故运行及处理方式

发电机出现不正常运行时或事故时，应根据仪表指示判明原因，并采取措施，详见表15－2。

表15－2　发电机不正常运行及处理方法

3.发电机的常见故障及对策

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，加之设计、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，同步发电机运行中常见的一些故障分析如下。

1）发电机非同期并列

发电机用准同期法并列时，应满足电压、周波、相位相同这3个条件，如果由于操作不当或其他原因，并列时没有满足这3个条件，发电机就会非同期并列，它可能使发电机损坏，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时，其间存有电压差，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，对发电机也没有什么危险。当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，那么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不同，并列时引起的冲击电流将产生同期力矩，使待并发电机立刻牵入同步。如果相位差在±30°以内，则产生的冲击电流和同期力矩不会造成严重影响。如果相位差很大，则冲击电流和同期力矩将很大，可能达到三相短路电流的2倍，它将使定子线棒和转轴受到一个很大的冲击应力，可能造成定子端部绕组严重变形、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，以保证在并列时电差、相角差不超过允许值。

2）发电机温度升高

（1）定子线圈温度和进风温度正常，而转子温度异常升高，这时可能是转子温度表失灵，应做检查。发电机三相负荷不平衡超过允许值时，也会使转子温度升高，此时应立即降低负荷，并设法调整系统，以减少三相负荷的不平衡度，使转子温度降到允许范围之内。

（2）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，这时就会出现某一点温度突然上升的现象。

（3）当进风温度和定子、转子温度都升高时，就可以判定是冷却水系统发生了故障，此时应立即检查空气冷却器是否断水或水压太低。

（4）当进风温度正常而出风温度异常升高时，就表明通风系统失灵，此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，如操作不当就会使风路受阻，此时应检查挡板的位置并进行纠正。

3）发电机定子绕组损坏

发电机由于定子线棒绝缘击穿，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事故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，同时在发电机旁往往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。

如果发电机内部起火，对于空冷机组则应在确知开关均已跳闸后，开启消防水管，用水进行灭火，同时保持发电机在200 r/min左右的低速盘车。火势熄灭后，仍应保持一段时间的低速运转，待其完全冷却以后再将发电机停转，以免转子由于局部受热而造成大轴弯曲。氢冷和水冷发电机一般不会引起端部起火。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，只有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15 MW及以下的汽轮机，当接地电容电流小于5 A时，在未消除前允许发电机在电网一点接地情况下短时间运行，但至多不超过2 h；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。发电机在运行过程中，有时运行人员没有发现系统的突然波动，汽机驾驶员也没有发来危急信号，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，则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、闪烙等故障时应立即进行检修。发现任何不正常情况，应用2 500 V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与以往测量的数值比较时已下降1/5以下，就必须查明原因，并设法消除；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

当发电机转子因绝缘损坏、绕组变形、端部严重积灰时，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。转子一点接地时，线匝与地之间尚未形成电气回路，因此在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，只是继保信号装置发出“转子一点接地”信号，其发电机可以继续进行。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。(www.xing528.com)

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出力显著降低，发电机功率因数增高，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，它将引起发电机产生剧烈的振动，这时凸极式发电机更为显著。转子线圈短路时，因励磁电流大大超过额定值，如不及时停机，切断励磁回路，转子绕组将会烧损。

为了防止发电机转子绕组接地，运行中要求每个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0.5 MΩ，则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0.5 MΩ以上，当转子绝缘电阻下降到0.01 MΩ时，应视作已经发生了一点接地故障。当转子发生一点接地故障后，则应立即设法消除，以防发展成两点接地。如果是稳定的金属性接地故障，而一时没有条件安排检修，则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坏转子，使事故扩大。转子绕组发生匝间短路事故时，情况与转子两点接地相同，但一般此时短路的匝数不多，影响没有两点接地严重。如果转子两点接地保护装置投入，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，待停机后再对转子和励磁系统进行检查。

5）发电机失磁

（1）发电机失磁原因。运行中的发电机，由于灭磁开关受振动或误动而跳闸、磁场变阻器接触不良、励磁机磁场线圈断线或整流器严重打火、自动电压调整器故障等，造成励磁回路断路时，将使发电机失磁。

（2）失磁后表计上反映情况。发电机失磁后转子励磁电流突然降为零或接近于零，励磁电压也接近为零，且有转差率的摆动，发电机电压及母线电压均较原来降低，定子电流表指示升高，功率因数表指示进相，无功功率表指示为负，表示发电机从系统中吸取无功功率，各表计的指针都摆动，摆动的频率为转差率的1倍。

（3）失磁后产生的影响。发电机失磁后，就从同步运行变成异步运行，从原来向系统输出无功功率变成从系统吸取大量的无功功率，发电机的转速将高于系统的同步转速。这时由定子电流所产生的旋转磁场将在转子表面感应出频率等于转差率的交流感应电动势，它在转子表面产生感应电流，使转子表面发热。发电机所带的有功负荷越大，则转差率越大，感应电动势越大，电流也越大，转子表面的发热也越大。在发电机失磁的瞬间，转子绕组两端将有过电压产生，转子绕组与灭磁电阻并联时，过电压数值与灭磁电阻值有关，灭磁电阻值大，转子绕组的过电压值也大。试验表明，如果灭磁电阻值选择为转子热态电阻值的5倍，则转子的过电压值为转子额定电压值的2～4倍。

（4）失磁后允许运行时间及所带负荷。发电机失磁后，是否可以继续运行，与失磁运行的发电机容量和系统容量的大小有关。大容量的发电机失磁后，应立即从电网中切除，停机处理。发电机容量较小，电网容量较大，一般允许发电机在短时间内低负荷下失磁运行，以待处理失磁故障。对于允许励磁运行的发电机，发生失磁故障后，应立即减小发电机负荷，使定子电流的平均值降低到规定的允许值以下，然后检查灭磁开关是否跳闸。如已跳闸，则应立即合上；如灭磁开关未跳闸或合上后失磁现象仍未消失，则应将自动调节励磁装置停用，并转动磁场变阻器手轮，试行增加励磁电流。此时若仍未能恢复励磁，可以再试行换用备用励磁机供给励磁。经过这些操作后，如果仍不能使失磁现象消失，则可判断为发电机转子发生故障，必须在30 min内安排停机处理。

6）发电机升不起电压

此类故障多发生在自激式同轴直流励磁机励磁的发电机上。

（1）故障现象：发电机升速到额定转速后，给发电机励磁时，励磁电压和发电机定子电压升不上去或励磁电压有，而发电机电压升不到额定值。

（2）故障原因：

①励磁机剩磁消失。

②励磁机并励线圈接线不正确。

③励磁回路断线。

④励磁机换向器片间有短路故障，励磁机碳刷接触不好或安装位置不正确。

⑤发电机定子电压测量回路故障。

（3）一般处理：当发电机启动到额定转速后升压时，如励磁机电压和发电机电压升不起来，就应检查励磁回路接线是否正确、有否断线或接触不良、电刷位置是否正确、接触是否良好等。如以上各项都正常，而励磁机电压表有很小指示时，表示励磁机磁场线圈极性接反，应把它的正、负两根连线对换。如果励磁机电压表没有指示，则表明剩磁消失，应该对励磁机进行充磁。

7）发电机过负荷运行

运行中的发电机应在规定的额定负荷或以下运行，否则发电机定、转子温度将超过其允许数值，使发电机定、转子绝缘很快老化而损坏，所以当发电机过负荷时应进行调整，降低负荷。

当系统发生事故，使电力不足或因系统运行情况突变而威胁到系统的静态稳定时，允许发电机在短时间内过负荷运行，此时值班人员应密切监视定、转子绕组温度，其数值不得超过正常允许的最高监视温度。转子绕组也允许在事故情况有相应的过负荷，但是对任何发电机都禁止在正常情况下使用这些过负荷裕量。