發電機是電力系統的“心臟”，其能否安全運行，將直接關系到電力系統的穩定和電能的質量。汽輪發電機的絕緣材料長期處在高溫和潮濕的惡劣環境下，并且承受著巨大的機械應力，極易發生絕緣故障。與變壓器相比，發電機增加了旋轉部分，除了電氣絕緣故障外，還有各種機械故障。另外，發電機本身機械結構復雜，還有龐大的輔機設備，使得發電機系統的任一部件發生故障都可能導致整個系統停止運行。
汽輪發電機的故障大致可歸為以下幾種典型故障：
(1)定子鐵芯故障。
鐵芯故障通常發生在大型汽輪發電機上。由于制造或安裝過程中損傷了定子鐵芯，形成片間短路，流過短路處的環流隨時間逐漸增大，致使硅鋼片熔化，并流入定子槽，從而燒壞繞組絕緣，最后因定子繞組接地導致發電機定子鐵芯燒毀。小型發電機則可能由于自身振動過于劇烈、軸承損壞等原因，造成定、轉子間摩擦而使定子鐵芯損壞。這類故障的早期征兆是大的短路電流、高溫和絕緣材料的熱解。
(2)繞組主絕緣故障。
1)絕緣老化。主要發生在大容量的汽輪發電機定子槽內。環氧云母絕緣因存在放電而受損，最后引發絕緣事故。
2)絕緣的先天性缺陷。主絕緣中存在空洞或雜質而引起局部放電，局部放電進一步發展，從而引起絕緣故障。
(3)定子繞組股線故障。
繞組股線故障主要是股線短路故障，多發生在電負荷大，定子繞組承受較大的電、熱以及機械應力的大型發電機中。定子線棒通常由多根股線組合而成，股間有絕緣，并需進行換位。在運行中，若發生嚴重的繞組振動，則可能損壞股線問的絕緣，導致股線問短路而產生電弧放電，進而侵蝕和熔化其他股線，破壞定子線棒的主絕緣，可能發生接地故障或相間短路故障。另外，當繞組振動過大時，也會引起槽口等處的定子線棒股線問的絕緣疲勞斷裂，從而導致電弧放電。
(4)定子端部繞組故障。
發電機運行時，持續的機械應力或因暫態過程產生巨大的沖擊力，可使定子端部繞組發生機械位移。大型汽輪發電機中，此類位移有時可達幾毫米，從而使端部產生振動，引發疲勞磨損，使絕緣材料出現裂縫，從而發生局部放電。這類故障的先兆是振動和局部放電。
(5)轉子繞組故障。
汽輪發電機轉子繞組故障主要是由于電、熱、機械應力引起的。譬如，轉子離心力使轉子絕緣損壞從而引起繞組匝間短路，造成局部過熱，進而損壞主絕緣。匝間短路會使發電機轉子出現磁通量不對稱，轉子受力不平衡，引起轉子振動。可通過監測機組振動是否加大，氣隙磁通波形畸變程度等現象來診斷該類故障。
(6)轉子本體故障。
強大的離心力同樣也可能引起轉子本體故障。
例如：轉子自重力的作用導致剛體疲勞，使轉子本體及與之相連的部件的表面發生裂紋；進一步發展，將導致轉子發生災難性的故障。轉子過熱也會引起嚴重的疲勞斷裂；電力系統突發暫態過程時，會對轉子產生沖擊應力，若發電機和系統之問存在共振條件時，轉子會激發扭振現象。轉子或聯軸器發生機械故障時，會導致轉子偏心引起振動，引發轉子本體故障。
(7)冷卻水系統故障。
因冷卻水質不潔等原因會引起部分冷卻水管道堵塞，導致汽輪發電機局部過熱，并最后燒壞發電機絕緣。其先兆是定子線棒或冷卻水的溫度偏高，材料熱解使冷卻介質中產生雜質微粒，使發電機的放電量增加。
汽輪發電機的故障機理：
1、內部原因
1)在設計制造過程中，要根據發電機容量、工作環境和運行要求進行電磁設計，科學合理地加工部件和正確選擇電機材料。譬如，發電機絕緣材料選用不當、材料不符合規定，都會造成絕緣材料磨損、腐蝕、變形、破裂和老化等。
2)汽輪發電機組自身的結構特點。例如，由于發電機冷卻水系統的故障，引起部分冷卻水管道堵塞或漏水，導致汽輪發電機局部過熱或繞組受潮，并最后燒壞發電機絕緣。
3)汽輪發電機組自身的工作特點。汽輪發電機的絕緣材料長期處在高溫和潮濕的惡劣環境下，并且承受著巨大的機電應力，極易發生絕緣故障。由于汽輪發電機與大電網相連，當電力系統突發暫態過程時，會對轉子產生沖擊。機電系統之間存在共振條件時，會引發破壞性的轉子扭振現象。
2、外部原因
1)安裝調試不到位。汽輪發電機組在運輸、安裝、調試的環節中出現問題，造成設備故障缺陷。譬如，汽輪發電機在安裝或大修后，如果軸系對中不好，或者發電機定子和轉子的中心不重合，極易引起軸系的彎曲振動，破壞機組轉子本體及轉子絕緣。
2)運行操作管理問題。運行人員沒有按照操作規程正確調控發電機組，或者采取了錯誤的操作方法，造成人為故障等。譬如，使發電機組長期超負荷運行，會引起發電機過熱，使發電機絕緣過早老化。
3)維護管理問題。維護人員沒有嚴格按照維護規定的技術要求完成各項工作。在維修過程中，如果維修不當，沒有達到修理技術要求，修理質量不高，很容易造成發電機組內部絕緣被人為損傷。
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