电机故障的突发事件及恢复过程

有些表现为定子接地、转子接地或者剧烈振动的电机故障是由某种突发事件引起的，而与故障前的绝缘状态关系不大。所以没有办法对它们的发生进行预测。这类事件包括：

1）制造或修理过程中发生的定子绕组接线错误，导致产生极大的环流。

2）制造或修理后电机内部存在松动的金属元部件，从而在运行中磨穿定子或转子绝缘结构。

3）运行误操作，如同步电动机或发电机的非同期并网、冷却系统误停。

此类故障通常发生在新机投运或修后再投入运行后不久，尽管如此，大多数电机绕组故障并非由突发事件引起。相比之下，大多数电机的绕组故障是绝缘结构逐渐劣化引起的，即绝缘结构的电气或机械强度不再能承受正常运行情况下的应力水平，或不能承受正常操作过程中的电气和（或）机械的暂态变化。这是由于绝缘结构以有机材料为主，其热特性和机械特性远差于铜、铝或钢材料，故电机材料的劣化通常是指绝缘结构劣化而非铜导体和铁心叠片。

绝缘结构的故障过程，抑或可用术语称为劣化过程或老化过程，通常是十分缓慢的。大多数的工业通用电动机和发电机的设计寿命达到10～40年而无须重绕。因此，故障过程至少会经历与此相当的时间。预测由老化所引起的故障什么时候发生是不可能的，这是由于故障发生需要两个独立的前提条件。第一个条件是由老化所造成的绝缘结构电气或机械强度的下降。第8～13章将详细分析各种劣化过程如何引起这种老化。然而，通常用于定子绕组和转子绕组的绝缘结构，即使已经严重劣化，仍有继续运行的惊人能力。因此，故障发生的第二个条件是机械或电气的瞬时冲击。这些瞬时冲击包括：

1）电力系统遭受雷击，会引起陡上升沿的“尖峰”过电压，导致弱化的定子绕组匝间或对地绝缘被击穿。(www.xing528.com)

2）电源系统发生单相接地故障，会引起大约两倍额定电压的过电压^[1]，导致老化的定子绝缘结构被击穿，并由感应电压造成转子绝缘击穿。

3）检修中的高电压试验（见第15.2、15.6和15.16节），定子绝缘结构会承受高于正常运行电压的试验电压。

4）电源（或电网）故障引起流经定子的突发性冲击电流（以及转子中感应产生的电流）会在绕组上产生超过正常水平的机械应力[见式（1.3）]。机械应力的突然增加会使老化的绝缘结构发生断裂，特别是在线圈端部。导致电流冲击的一种情况是电动机或发电机在出线位置发生相间短路。

5）电动机起动（指异步电机）或非同期（仅指同步电机），会使定子绕组及转子中流过很大的电流。该电流会在定子及异步电机转子中产生很大的机械力，以致绝缘或导体发生断裂。在同步电机转子中，还会使转子表面流过很大的负序电流，导致迅速过热甚至可能熔化。类似地，如果三相断路器的触头仅闭合两相，也会产生很大的电流，导致类似的后果。

6）运行人员的误操作，例如带负载情况下忘记闭合转子绕组回路开关或者跳开励磁开关，都会引起电机中的过电压或过电流。与此类似，人为关闭或未打开电机的冷却水系统，或通风回路堵塞，都将导致绝缘过热熔化，特别是那些已经老化的绝缘结构。

值得注意的是，新绕组由于具有足够的电气和机械强度往往能够经受住以上的突发工况。的确，正如第15.2、15.6和15.16节中所述，制造商对新绕组的设计要求是能够承受住所有可能的电压暂态过程和大部分可能的电流暂态过程，例如发电机出口三相短路。但是，随着绝缘结构的老化其承受暂态冲击的能力也随之下降。最终，当绝缘结构劣化到一定程度，那些以往能够经受的暂态冲击现在则会引起电机故障。因此，电机发生故障的时间不但取决于绕组的状态，也取决于何时发生暂态冲击。而何时发生暂态冲击又取决于运行操作人员何时犯错，或者电力系统某个地方何时发生异常事件。因此，故障的发生时间或者说剩余寿命是无法预测的，因为无法预测外部事件何时会发生^[2]。我们认为，假设一个外部事件会发生，能确定的仅仅是“发生故障的风险”。这一问题将在第14章中继续论述。