海上施工发电机故障分析
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作者: 古和亮 惠 丹 蒲 鹏 廖正盛
摘要：海上使用的发电机因其施工环境的特殊性，故障率比较高，而发电机的正常运行重在平常的维护保养。文章根据发电机故障现象从多方面对进行综合分析，找出故障原因，为解决故障提供参考，同时阐述保养方法和预防措施。
关键词：发电机；故障分析；绕组
一、引言
海上施工使用的发电机，由于其施工工况的特殊性，要求其性能可靠、稳定。如果设备一旦损坏短期内不能修复，将严重影响到整个项目的施工，需要通过船舶从陆地运送发电机到海上使用，再将有故障的发电机运回陆地修理。这样运输成本比较高、耽误工期。
二、工作环境
由于施工使用的发电机设备主要在海上操作，最大的问题在于空气潮湿、盐雾大，设备容易腐蚀。电气元件长期处于潮湿的环境中，绝缘值较低，元件容易短路损坏。由于海上设备施工的特殊性，出海施工时间长、人员投入少，只能进行简单的保养，对设备较高级的维护保养比较困难，许多保养指标很难按期完成，导致“小病拖成大病”。
三、故障现象
目前，发电机设备出现的故障主要表现为：发电机绕组绝缘低、绕组线圈烧坏断裂、启动后无法建立电压等。类似故障设备有：300KW康明斯发电机组1台，1200KW三菱发电机组1台，1000KW康明斯发电机组2台。
四、故障分析
发电机绕组故障类型主要有：定子绕组相间短路；定子绕组一相匝间短路；定子绕组单相接地；转子绕组一点接地或两点接地；转子励磁回路电流消失。
（一）定子绕组故障分析
同步电机定子绕组内部故障是电机中常见的破环性很强的故障，其很大的短路电流会产生破坏性严重的电磁力，也可能产生过热而烧毁绕组和铁芯。定子绕组单相接地也是发电机最常见的一种故障，通常指定子绕组与铁芯间的绝缘破环。
定子故障通常都是定子绕组绝缘损坏引起的，主要表现为：绝缘体的自然老化和绝缘击穿。当发电机端口处发生相间短路时，发电机可能出现4倍-5倍于额定电流的大电流，急剧增大的短路电流和产生的巨大的电磁力，对定子绕组、转轴、机座都将产生极大的冲击，使其严重变形、断裂，造成绝缘损坏。
由外部原因引起的绕组绝缘损坏也很常见，如定子铁芯叠装松动、绝缘体表面落上磁性物体、绕组线棒在槽内固定不紧，在运行中因振动使绝缘体发生摩擦而造成绝缘损坏；在发电机制造中因下线安装不严格造成的线棒绝缘局部缺陷、转子零部件在运行中端部接头开焊或脱落等都可能引起绝缘损坏，从而进一步造成绕组接地或相间短路。
（二）转子绕组故障分析
发电机转子绕组故障主要表现为匝间短路和接地故障。发电机转子通常包括多个磁极线圈、线圈引线和阻尼绕组等，具有较大的转动惯量。由于离心力的作用，在运行中线匝绝缘的移动，转子绕组端部的热变形，小的导电粒子或碎物进入转子线匝端部和转子通风沟导致转子绕组匝间短路发生。
通常可以根据下面特征识别转子线圈是否发生匝间短路故障：振动幅值增大；风温提高；在励磁电压不变的条件下，励磁电流增大；励磁电流增大，而无功变小或不变。
转子接地故障在控制屏上一般表现为励磁电流及定子电流增大，励磁电压及机端口电压下降，功率因数上升，并伴有剧烈振动等现象。
五、维护保养
维护保养工作不仅影响发电机的使用寿命，而且还可能影响到操作人员的安全。根据目前发电机设备的故障现象，有针对性地制定了一些维护保养方法和预防措施。
（一）发电机启动前测量绝缘
在发电机设备出海前，对发电机绕组进行绝缘值测量。如果绝缘电阻大于1.0MΩ，发电机即可可靠运行，否则需要对发电机进行检查。
（二）发电机年度检修
鉴于发电机设备施工环境――空气潮湿、盐雾大、电气元件容易腐蚀等特点，我们制定了发电机年度检修计划。主要完成检修项目包括发电机拆解检查、绕组水煮清洁、烘干及喷高温绝缘漆等工作。
（三）发电机轴承润滑
发电机轴承高速转动，容易发热导致轴承损坏和轴承架高温变形，从而引发转子和定子摩擦，损坏绕组线圈。要严格按照说明书要求对发电机轴承进行润滑。润滑油脂太多，轴承不容易散热；而润滑油脂太少，轴承达不到润滑的效果。因此，必须按照要求对轴承加注适量的润滑油脂，在加注新润滑油脂时必须把原来旧的润滑油脂全部挤出，不能新旧润滑油脂混合使用，这样更容易使轴承遭到损坏。
（四）发电机安装加热装置
发电机主要在海上使用，由于盐雾和海水的腐蚀，会对绕组的绝缘造成损害。为解决这个问题，我们给发电机安装加热系统。该加热系统包括两部分：电机内部的加热器和电机外部的控制箱。绕组加热器是电机专用的电伴热带，共2根，包裹于定子绕组上，由附加的控制系统控制加热器工作。每次发电机启动前，先启动加热器工作，待加热一段时间绝缘上升后，启动发电机，发电机运转建压后，加热器自动断电停止工作。
六、结束语
发电机的故障主要由电气元件故障所引起，而发电机的电气元件主要是指定子绕组和转子绕组。在运行过程中，绕组容易遭到烧坏；而在待机期间，发电机容易受潮，需要注重日常的维护保养工作。因此，对绕组电气故障的有效分析和发电机日常维护保养对发电机安全运行意义十分重大。
参考文献：
1、赵令骥.小议农村水电站不对称运行的危害[J].农村电工,2004(4).
2、王军.柴油机几种故障预兆与处理[J].设备管理与维护,2009(6).
（作者单位：海洋石油工程股份有限公司）
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