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摘要：发电机是风电机组不可缺少的组成部分，为机组的安全稳定运行提供保证。随着风电机组运行时间的增加，发电机系统的故障也逐渐显现，发电机故障主要分为电气故障和机械故障两大类。因此本文就发电机的这两大类故障进行分析。
关键词：发电机 电气故障 机械故障
一、电气故障
按照发电机的子系统划分，发电机电气类的故障包括定子故障、转子故障和冷却系统故障。
(1)定子故障：主要有定子绕组过热、绝缘损伤和接地。绝缘故障主要原因是磨损、污染、裂纹、腐蚀等；电磁和机械振动造成定子槽锲产生移位、脱落等。定子铁心故障主要源自制造安装过程的机械缺陷，引起局部叠片间的短路。故障造成过热、绝缘烧损、短路(匝问、相间或三相短路)，严重时造成定子绕组或绝缘烧损、铁心烧损，甚至爆炸。
(2)转子故障：分为转子绕组故障和转子本体故障。绕组故障主要是由于绝缘磨损引起的接地、匝间短路，其结果造成转子绕组烧损、发电机失磁、部件磁化等。此外匝间短路造成磁通量不对称和转子受力不平衡，引起转子振动。由于接头开焊、热变形和振动也可能导致断线故障，造成电弧放电和电源电流波动。转子本体故障除了典型的机械故障(弯曲、裂纹、套件松动)外，电源中的负序电压引起转子内涡流损耗，导致过热和疲劳裂纹。
(3)冷却系统故障：主要有定子和转子冷却系统的泄漏和堵塞故障。原因有冷却管道材料缺陷、安装不当、振动、冷却介质含有杂质等。冷却系统故障的结果是冷却效率下降，导致温度升高、结构过热，绝缘烧损。
二、机械故障
机械故障主要指发电机机械结构产生的故障，包括转子本体及其支撑结构故障、发电机机架及基础连接部分的故障等。
(1)转子本体故障：转子不平衡、不对中、转子裂纹、套件松动等。
(2)支撑轴承故障：滚动轴承失效、油膜轴承的油膜失稳等。
(3)机架和基础；机架开裂、基础松动、结构共振等。
为了保证发电机的安全运行，需要维护人员定期对发电机进行检查维护，在其出现问题时能分析判断、准确描述，以供后台提供支持。现针对内蒙古某风场发电机损坏的情况，我们阅读了相关资料并结合现场排查、检修经验，以各类故障发电机分析及检修为切入点力求探究发电机问题的一般解决办法。
1、发电机转子铁芯与转子轴不同心，发电机局部扫膛（如图1）。
在众多发电机故障中，这是一个比较特殊的问题，发生的几率比较低。在检查发电机转子同轴测试时发现，转子整体正常，不弯曲，但在非负荷端侧，铁芯局部变形，程椭圆形，最低点和最高点相差0.5mm，造成发电机槽锲脱落和发电机震动，严重危害风电机组的安全稳定运行。
询问各电机制造、维修厂家，这种现象的出现主要有以下三点：其一、在发电机制造过程中，可能存在铁芯不平整，但误差不会超过0.1mm，后期通过动平衡可以找回。如此大的误差可以排除安装工艺的问题。其二、发电机通风采用无风扇鼓风系统，其风路的轴向风压偏大，由端部回风，定、转子气隙内和定子膛内风量分配不均，转子铁芯温差大。其三、发电机转子铁芯压紧工艺难度大，在转子铁芯现场叠片后，没有保证几根螺杆对铁芯的压紧力一致，在发电机启、停过程中热胀冷缩不均匀，导致铁芯波浪度增大。在发电机大修期间，应对铁芯进行一下检查：
①检查铁芯各部位振动值和噪声；②全面检查齿部和轭部；③检查所有拉紧螺杆与搭焊处有无裂纹；④做铁损试验。
2、发电机转子轴支架松动及转子压芯板松动脱落，发电机振动较大，伴有扫膛现象出现（如图2）。
发电机转子轴与铁芯一般是过盈配合，发电机转子轴松动就是发电机的根基的不稳，将会引起一系列发电机故障，发电机在运行过程中，由于各种内外部激励作用而产生振动。
从振动产生的机理上区分，发电机振动主要源自以下激励：
(1)电磁振动：发电机转子和定子磁场产生交变的径向力和(或)轴向分力，导致与交变作用力相同频率的结构振动，这种振动以2倍电网频率为主要成分。在发电机的气隙中，定子和转子磁场相互作用，产生随时间和空间周期性变化的径向力，在该周期力的作用下，定子铁心和机座产生随时间周期性变形，从而引起振动。
(2)转子的机械振动：由于发电机转子存在质量不平衡，在运行过程中产生离心力，引起的周期性结构振动，振动频率以转子旋转频率为主要成分。此外，转子如果存在其它安装问题，如轴系不对中、转子弯曲等，也会造成振动。当转子存在故障时，如转子裂纹、部件脱落、铁心或线圈松动、断条等，将产生附加的异常振动，不同故障产生的振动频率存在差异，可以据此进行转子故障的振动诊断。
(3)轴承引起的振动（如图3）：发电机转子两端用轴承支撑，风电机组发电机转子的支撑轴承通常为滚动轴承。滚动轴承运行中产生的振动主要源自滚动体与内外圈接触产生的激励。由于轴承制造和安装误差，造成内外圈表面存在波纹，或者滚动体大小不均等问题，将引起的振动。在正常工作状态下，由于不同部位承载的滚子数不同，导致轴承的承载刚度发生变化，引起轴心起伏振动。对于重载轴承，滚动体与内外圈接触可能产生变形，也产生振动。除此之外，如果滚动轴承内外圈或滚动体上发生局部故障(点蚀、裂纹、剥落、压痕等)，每当故障点经过受力区时，将产生冲击激励，引起附加的周期性冲击振动和结构固有振动。
定、转子都是由相互绝缘的硅钢片叠成，是发电机的磁路部分。定、转子铁芯的损坏和变形主要由以下几个方面原因造成：
①轴承过度磨损或装配不良，造成定、转子相擦，使铁芯表面损伤，进而造成硅钢片间短路，电机铁损增加，使电机温升过高。这时应用细锉等工具去除毛刺，消除硅钢片短接，清理干净后涂上绝缘漆，并加热烘干。
②拆除旧绕组时用力过大，使盗槽歪斜和向外张开。此时应用尖嘴钳、木榔头等工具予以修整，使齿糟复位，并在不好复位的有缝隙的硅钢片间加入青壳纸、胶木板等硬质绝缘材料。
③因受潮等原因造成铁芯表面锈蚀。此时需用砂纸打磨干净，清理后涂上
绝缘漆。
④绕组接地产生高热烧毁铁芯糟或齿部。可用凿子或刮刀等工具将熔积物剔除干净，涂上绝缘漆烘干。
⑤铁芯与机座间结合松动，可拧紧原有定位螺钉。若定位螺钉失效，可在机座上重钻定位孔并攻丝，旋紧定位螺钉。
4、发电机转子轴、端盖室磨损（如图5）。
①轴弯曲：若弯曲不大，可通过磨光轴颈、滑环的方法进行修复；若弯曲超过0.2mm，可将转轴放于压力机下，在拍弯曲处加压矫正，矫正后的轴表面用车床切削磨光；如果弯曲过大，则需另换新轴。
②轴颈磨损和端盖室磨损：轴颈磨损不大时，可在轴颈上镀一层铬，再磨削至需要尺寸；磨损较多时，可在轴颈上进行堆焊，再到车床上切削磨光；如果轴颈磨损过大时，也在轴颈上车削2-3mm，再车一套筒，趁热套在轴颈上，然后车削到所需尺寸。
③轴裂纹或断裂：轴的横向裂纹深度不超过轴直径的10％-15％、纵向裂纹不超过轴长的10％时，可用堆焊法补救，然后再精车至所需尺寸。若轴的裂纹较严重，就需要更换新轴。
5、油脂（如图6）
三、结语
发电机在电力系统中是一项重要的专业，也是电力系统的基本组成部分，随着电力负荷的大幅度增加，电力网的扩大，发电机数量大大增加，机组容量也在不断地增大，因此对发电机运行稳定性要求越来越高，对发电机各方面的要求也越来越严。本文分析了发电机在实际运行中存在的问题，对发电机故障及产生原因进行分析，解决了关于发电机故障处理的一些问题，使发电机运行更加稳定、安全、可靠。
参考文献
[1]海上施工发电机故障分析[J].古和亮,惠丹,蒲鹏,廖正盛.中国集体经济. 2011(03) .
[2]风力发电机组的调试及排故[J].胡国强.电工文摘.2013(04) .
[3]基于深度学习的发电机故障挖掘方法研究[J].谢川.电网与清洁能源. 2016(02).
论文作者:王寅,郭存满
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/19
标签：转子论文; 发电机论文; 故障论文; 定子论文; 轴颈论文; 裂纹论文; 铁芯论文; 《电力设备》2017年第13期论文;