故障檢修與技術(shù)維護

斯坦福發(fā)電機（電球）常見故障原因和檢查

 

摘要：同步發(fā)電機作為柴油發(fā)電機組成套設(shè)備中的重要組成部分，其正常運行對于柴油發(fā)電機組的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。然而，在實際運行中，同步發(fā)電機也會出現(xiàn)各種故障，這些故障會直接影響發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。此外，當斯坦福發(fā)電機許久沒有進行保養(yǎng)，或長時間擱置，就有可能導(dǎo)致斯坦福發(fā)電機不發(fā)電。一般情況下，斯坦福發(fā)電機常見故障多發(fā)生在勵磁調(diào)壓裝置和各電氣連接部位。下面康明斯公司在本文將從其旗下品牌斯坦福發(fā)電機的故障類型入手，分析其原因和解決方法，以便更好地維護和管理同步發(fā)電機。

 一、斯坦福發(fā)電機的常見故障

 

      斯坦福發(fā)電機通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。 定子由定子鐵芯、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1、斯坦福發(fā)電機過熱

      斯坦福發(fā)電機沒有按規(guī)定的技術(shù)條件運行，如定子電壓過高，鐵損增大；負荷電流過大，定子繞組銅損增大；頻率過低，使冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變慢，影響斯坦福發(fā)電機散熱；功率因數(shù)太低，使轉(zhuǎn)子勵磁電流增大，造成轉(zhuǎn)子發(fā)熱。應(yīng)檢查監(jiān)視儀表的指示是否正常。如不正常，要進行必要的調(diào)節(jié)和處理（調(diào)整裝置電路如圖2所示），使斯坦福發(fā)電機按照規(guī)定的技術(shù)條件運行。

（1）斯坦福發(fā)電機的三相負荷電流不平衡，過載的一相繞組會過熱；若三相電流之差超過額定電流的10%，即屬于嚴重蛄相電流不平衡，三相電流不平衡會產(chǎn)生負序磁場，從而增加損耗，引起磁極繞組及套箍等部件發(fā)熱。應(yīng)調(diào)整三相負荷，使各相電流盡量保持平衡。

（2）風(fēng)道被積塵堵塞，通風(fēng)不良，造成斯坦福發(fā)電機散熱困難。應(yīng)清除風(fēng)道積塵、油垢、使風(fēng)道暢通無阻。

（3）進風(fēng)溫度過高或進水溫度過高，冷卻器有堵塞現(xiàn)象。應(yīng)降低進風(fēng)或進水溫度清除冷卻器內(nèi)的堵塞物。在故障未排除前，應(yīng)限制斯坦福發(fā)電機負荷，以降低斯坦福發(fā)電機溫度。

（4）軸承加潤滑脂過多或過少，應(yīng)按規(guī)定加潤滑脂，通常為軸承室的1/2～1/3（轉(zhuǎn)速低的取上限，轉(zhuǎn)速高的取下限），并以不超過軸承室的70%為宜。

（5）軸承磨損。若磨損不嚴重，使軸承局部過熱；若磨損嚴重，有可能使定子和轉(zhuǎn)子摩擦，造成定子和轉(zhuǎn)子避部過熱。應(yīng)檢查軸承有無噪音，若發(fā)現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子摩擦，應(yīng)立即停機進行檢修或更換軸承。

（6）定子鐵芯絕緣損壞，引起片間短路，造成鐵芯局部的渦流損失增加而發(fā)熱，嚴重時會使定子繞組損壞。應(yīng)立即停機進行檢修。

（7）定子繞組的并聯(lián)導(dǎo)線斷裂，使其他導(dǎo)線的電流增大而發(fā)熱。應(yīng)立即停機進行檢修。

 

圖1  斯坦福發(fā)電機結(jié)構(gòu)組成

圖2  同步發(fā)電機整流穩(wěn)壓調(diào)節(jié)裝置

 

2、中性線對地有異常電壓

（1）正常情況下，由于高次諧波影響或制造工藝等原因造成各磁極下的氣隙不均、磁勢不等而出現(xiàn)的很低電壓，若電壓在一至數(shù)伏，不會有危險，不必處理。

（2）斯坦福發(fā)電機繞組有短路或?qū)Φ亟^緣不良，使用電設(shè)備及斯坦福發(fā)電機性能變壞，容易發(fā)熱，應(yīng)及時檢修，以免事故擴大。

（3）空載時中性線對地?zé)o電壓，而有負荷時出現(xiàn)電壓，是由于三相不平衡引起的，應(yīng)調(diào)整三相負荷使其基本平衡。

3、發(fā)電機過電流

（1）負荷過大，應(yīng)減輕負荷。

（2）輸電線路發(fā)生相間短路或接地故障，應(yīng)對線路進行檢修，故障排除后即可恢復(fù)正常。

4、端電壓過高

（1）與電網(wǎng)并列的斯坦福發(fā)電機電網(wǎng)電壓過高，應(yīng)降低并列的斯坦福發(fā)電機的電壓。

（2）勵磁裝置的故障引起過勵磁，應(yīng)及時檢修勵磁裝置。

5、無功功率不足

      由于勵磁裝置電壓源復(fù)勵補償不足，不能提供電樞反應(yīng)所需的勵磁電流，使斯坦福發(fā)電機端電壓低于電網(wǎng)電壓，送不出額定無功功率，應(yīng)采取下列措施：

（1）在斯坦福發(fā)電機與勵磁電抗器之間接入一臺三相調(diào)壓器，以提高斯坦福發(fā)電機端電壓，使勵磁裝置的磁勢逐漸增大。

（2）改變勵磁裝置電壓磁通勢與斯坦福發(fā)電機端電壓的相位，使合成總磁通勢增大，可在電抗器每相繞組兩端并聯(lián)數(shù)千歐、10W的電阻。

（3）減小變阻器的阻值，使斯坦福發(fā)電機的勵磁電流增大。

6、定子繞組絕緣擊穿、短路

（1）定子繞組受潮

      對于長期停用或經(jīng)較長時間檢修的斯坦福發(fā)電機、投入運行前應(yīng)測量絕緣電阻，不合格者不準投入運行。發(fā)電機受潮后，發(fā)電機電氣性能會受到嚴重影響，可能會發(fā)生短路（短路時電流實測波形如圖3所示），從而會引起內(nèi)部燒毀或失火等事故。因此，要進行烘干處理。

（2）繞組本身缺陷或檢修工藝不當

      造成繞組絕緣擊穿或機械損傷。應(yīng)按規(guī)定的絕緣等級選擇絕緣材料，嵌裝繞組及浸漆干燥等要嚴格按工藝要求進行。

（3）繞組過熱

      絕緣過熱后會使絕緣性能降低，有時在高溫下會很快造成絕緣擊穿。應(yīng)加強日常的巡視檢查，防止斯坦福發(fā)電機各部分發(fā)生過熱而損壞繞組絕緣。

（4）絕緣老化

      一般斯坦福發(fā)電機運行15～20年以上，其繞組絕緣老化，電氣性能變化，甚至使絕緣擊穿。要做好斯坦福發(fā)電機的檢修及預(yù)防性試驗，若發(fā)現(xiàn)絕緣不合格，應(yīng)及時更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組，以延長斯坦福發(fā)電機的使用壽命。

（5）斯坦福發(fā)電機內(nèi)部進入金屬異物

      在檢修斯坦福發(fā)電機后切勿將金屬物件、零件或工具遺落到定子膛中；綁緊轉(zhuǎn)子的綁扎線、緊固端部零件，以不致發(fā)生由于離心力作用而松脫。

（6）過電壓擊穿

      過電壓擊穿時，可采用專業(yè)的試驗儀進行測試，原理如圖4所示。

① 線路遭受雷擊，而防雷保護不完善。應(yīng)完善防雷保護設(shè)施。

② 誤操作，如在空載時，將斯坦福發(fā)電機電壓升得過高。應(yīng)嚴格按操作規(guī)程對斯坦福發(fā)電機進行升壓，防止誤操作。

③ 斯坦福發(fā)電機內(nèi)部過電壓，包括操作過電壓、弧光接地過電壓和諧振過電壓等，應(yīng)加強繞組絕緣預(yù)防性試驗，及時發(fā)現(xiàn)和消除定子繞組絕緣中存在的缺陷。

 

圖3  發(fā)電機短路時A相電流實測波形圖

圖4  發(fā)電機電壓擊穿試驗儀原理

 

7、定子鐵芯松馳

      由于制造裝配不當，鐵芯沒有緊固好，從而造成鐵芯片間短路。

（1）鐵芯疊片松弛，當斯坦福發(fā)電機運轉(zhuǎn)時鐵芯產(chǎn)生振動而損壞絕緣；鐵芯片個別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過熱，使絕緣老化，就按原計劃條中的方法進行處理。

（2）鐵芯片邊緣有毛刺或檢修時受機械損傷。應(yīng)用細銼刀除去毛刺，修整損傷處，清潔表面，再涂上一層硅鋼片漆。

（3）有焊錫或銅粒短接鐵芯，應(yīng)刮除或鑿除金屬熔接焊點，處理好表面。

（4）繞組發(fā)生弧光短路，也可能造成鐵芯短路，應(yīng)將燒損部分用鑿子清除后，處理好表面。

       如果是整個鐵芯松馳，對于小型斯坦福發(fā)電機，鐵芯位置與結(jié)構(gòu)參考圖5、圖6所示，可用兩塊小于定子繞組端部內(nèi)徑的鐵板，穿上雙頭螺栓，收緊鐵芯。待恢復(fù)原形后，再將鐵芯原來夾緊螺栓緊。如果局部性鐵芯松弛，可先在松弛片間涂刷硅鋼片漆，再在松弛部分打入硬質(zhì)絕緣材料即可。

 

圖5  發(fā)電機定子鐵芯位置平面圖

圖6  發(fā)電機定子結(jié)構(gòu)示意圖

 

8、失磁后不能發(fā)電

（1）停機后經(jīng)常失去剩磁，是由于勵磁機磁極所用的材料接近軟鋼，剩磁較少。當停機后勵磁繞組沒有電流時磁場就消失，應(yīng)備有蓄電池，在發(fā)電前先進行充磁。

（2）斯坦福發(fā)電機的磁極失去磁性，應(yīng)在繞組中通入比額定電流大的直流電流（時間很短）進行充磁，即能恢復(fù)足夠的剩磁。

9、勵磁電抗器溫度過高

（1）電抗器線圈局部短路，應(yīng)檢修電抗器。

（2）電抗器磁路的氣隙過大，應(yīng)調(diào)整磁路氣隙。

10、電壓升不起來

（1）勵磁回路斷線，使電壓升不起來。應(yīng)檢查勵磁回路有無斷線，接觸是否良好。

（2）剩磁消失，如果勵磁機電壓表無批示說明剩磁消失，應(yīng)對勵磁機充磁。

（3）勵磁機的磁場線圈極性接反，應(yīng)將它的正、負連接線對換。

（4）在斯坦福發(fā)電機檢修中做某些試驗時誤把磁場線圈通以反向直流電，導(dǎo)致剩磁消失或反向，應(yīng)重新進行充磁。

11、轉(zhuǎn)子故障

      同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是其主要部件之一，如果轉(zhuǎn)子出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致發(fā)電機無法正常運行。轉(zhuǎn)子故障的類型主要有以下幾種：

（1）轉(zhuǎn)子繞組短路：由于轉(zhuǎn)子繞組受到過電壓或過流等因素的影響，導(dǎo)致繞組短路。這種故障會導(dǎo)致同步發(fā)電機的電氣性能下降，甚至可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子損壞。

（2）轉(zhuǎn)子繞組斷路：轉(zhuǎn)子繞組斷路是指轉(zhuǎn)子繞組中有一段或多段線圈斷開。這種故障會導(dǎo)致發(fā)電機輸出功率下降，同時也會使發(fā)電機的電壓和頻率不穩(wěn)定。

（3）轉(zhuǎn)子不平衡：轉(zhuǎn)子不平衡是指轉(zhuǎn)子的重心與轉(zhuǎn)軸軸線不在同一條直線上。這種故障會導(dǎo)致發(fā)電機產(chǎn)生振動，使機器運行不穩(wěn)定。

      對于轉(zhuǎn)子故障，可以通過檢查轉(zhuǎn)子的繞組、進行平衡校正等方式來解決。如果故障比較嚴重，需要更換轉(zhuǎn)子。

 

二、發(fā)電機故障檢查方法

 

1、常見檢查方法

（1）檢查電源：首先檢查控制電源是否正常，電池電壓是否足夠。

（2）檢查接線：檢查斯坦福發(fā)電機的接線是否正確。同時檢查發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組引線和斯坦福發(fā)電機的接地點是否牢固連接。

（3）檢查穩(wěn)壓器：檢查穩(wěn)壓器的繼電器是否工作正常，并且相互之間的互感器、穩(wěn)壓器是否運作正常。

（4）檢查監(jiān)測器：檢查監(jiān)測器是否工作正常，監(jiān)測器是否連接正確。

（5）檢查保護器：檢查保護器的設(shè)定是否合理，并檢查保護器的動作是否正常。

（6）檢查地線：檢查斯坦福發(fā)電機的地線是否良好。地線應(yīng)該是個獨立的電路接在地面上，且不和其他的電路共用。

      對于其他方面，還可以檢查斯坦福發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是否松動，是否出現(xiàn)故障。如果在檢查過程中發(fā)現(xiàn)相關(guān)故障，可以根據(jù)具體情況進行排除。

2、不發(fā)電故障檢查

      斯坦福發(fā)電機不發(fā)電多是因剩磁消失或內(nèi)部接線錯誤而引起，可用下述方法檢查：

（1）檢查風(fēng)扇皮帶緊度是否合適。如過松會使斯坦福發(fā)電機轉(zhuǎn)速不足，造成成發(fā)電微弱。

（2）檢查整流子與碳刷配合情況。實際證明，斯坦福發(fā)電機故障大多發(fā)生在此處。拆下防塵罩重點檢查以下幾個方面：

① 觀察整流子表面情況，如出現(xiàn)碳黑色燒蝕斑跡或有油污將直接影響電流輸出，應(yīng)使用“00”號砂紙磨光，并用清潔布蘸汽油擦凈。如出現(xiàn)有光澤的紫灰色氧化膜，因它具有良好的耐磨性，可不磨出。

② 檢查碳刷與整流子結(jié)合壓力。用手指或螺絲刀在兩碳刷上加壓，如發(fā)電立即正常，說明碳刷彈簧過軟或碳刷過度磨損，應(yīng)更換新配件。若在運輸途中或田間作業(yè)時，可用鐵絲將碳刷彈簧固定端提起，與碳刷架接線螺釘相接，以作臨時補救辦法。

③ 用觀察碳刷與整流子間火花大小檢查兩者貼合是否緊密。將發(fā)動機控制在中速以上，然后搭接電樞，磁場接線柱，增大輸出電流，此時，碳刷與整流子接合面間應(yīng)出現(xiàn)微弱的小火花。如出現(xiàn)很大的電弧狀火花，會使碳刷與整流子很快燒壞，影響正常發(fā)電。這時可用手指對碳刷加壓，若火花消除發(fā)電正常，說明碳刷結(jié)合壓力過小；若火花仍不能消除，說明整流子表面失圓，云母突出，或電樞線圈部分短路，斷電，碰鐵。

（3）若上述檢查均正常，仍不發(fā)電，可用擦火法檢查斯坦福發(fā)電機接線及內(nèi)部情況，檢查時，拆下調(diào)節(jié)器，把電樞接線柱和磁場接線柱連一導(dǎo)線分別與電池接線柱相碰，觀察火花的情況。磁場線頭與電池接線柱相碰，通常有四種現(xiàn)象：

① 發(fā)出藍白色的小火花，說明激磁電路聯(lián)接良好。

② 無火花，說明激磁電路斷路。此時，將磁場線頭接到電池接線柱上，然后拆下斯坦福發(fā)電機上的磁場接線柱的柱頭，與機殼相碰，如有火花，則說明連線完好，而是激磁線圈發(fā)生斷路；如仍無火花，則說明連線斷路。

③ 若發(fā)出暗紅色的小火花，說明激磁線路某處接觸不良。此毛病常因假焊造成。

④ 發(fā)出很強的大火花并伴有響聲，說明激磁電路碰鐵。此時應(yīng)拆下斯坦福發(fā)電機上的磁場接線柱線頭，將調(diào)節(jié)器處的磁場線頭再與電池接線柱相碰，如有火花，即證明磁場線圈碰鐵。

3、發(fā)電不正常的檢查

（1）接地劃火法：

      將發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在中速以上，而后將斯坦福發(fā)電機的電樞磁場線柱暫時短路，用螺絲刀將電樞接線柱瞬間與機殼觸碰一下，如出現(xiàn)很強的藍白色大火花，說明發(fā)電正常；如出現(xiàn)暗紅色小火花或無火花，說明不發(fā)電。這時將風(fēng)扇皮帶調(diào)緊一些，拆下電樞、磁場接線柱上去往調(diào)節(jié)器的線頭，然后再按上法試一下，如火花正常，說明皮帶過松或到調(diào)節(jié)器的電樞、磁場連線碰鐵。如仍無火花說明斯坦福發(fā)電機有故障。接地劃火法簡便易行，但不能準確地查出斯坦福發(fā)電機發(fā)電不足的故障。

（2）空載電壓法：

      也叫蓄電池檢測法，電路如圖7所示。首先將風(fēng)扇皮帶的緊度調(diào)整適中，拆下通往調(diào)節(jié)器的電樞、磁場接線頭，而后用導(dǎo)線將斯坦福發(fā)電機上的電樞、磁場接線柱短路。在蓄電池正極搭鐵電系中，用直流電壓表（5—50伏）的負表筆與斯坦福發(fā)電機的電樞或磁場接線柱相接。正表筆接機殼，觀察表針讀數(shù)。220瓦斯坦福發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速1250轉(zhuǎn)/分，電壓應(yīng)為12.5伏。當轉(zhuǎn)速達2800轉(zhuǎn)/分時，可達35伏。150瓦斯坦福發(fā)電機轉(zhuǎn)速1650轉(zhuǎn)/分時，可達27伏。如電壓值低于要求值3伏以上時，說明斯坦福發(fā)電機不正常。

（3）發(fā)電機試驗法：

      電路參考圖8所示，將斯坦福發(fā)電機電樞，磁場接線柱短接后，串一電流表接到蓄電池的負極，蓄電池正極接斯坦福發(fā)電機外殼。如果在機車上檢查時，應(yīng)將調(diào)節(jié)器三個接線柱用導(dǎo)線短接。電路接通后，斯坦福發(fā)電機立即平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。對于150瓦斯坦福發(fā)電機電流不大于6.5安，220瓦斯坦福發(fā)電機不大于5.5安。如斯坦福發(fā)電機不轉(zhuǎn)，說明斯坦福發(fā)電機內(nèi)部短路，斷短或接錯；如聲音正常而電流很大，說明激磁線圈或電樞線圈間發(fā)生短路；如電流正常而有雜音，說明軸承缺油；如電流大而又有雜音，說明軸承間隙過大，造成轉(zhuǎn)子掃膛或某部分裝配不當發(fā)生摩擦；如聲音正常但電流小（3—4安），整流子又有較大火花出現(xiàn)，說明電樞繞組局部斷路。

      用這種方法檢查斯坦福發(fā)電機的故障時，要注意兩點：

① 電流和聲音都正常，有時仍不能發(fā)電，這是因為斯坦福發(fā)電機磁極鐵芯不能被磁化引起。當磁極鐵芯質(zhì)量不好，或被猛烈撞擊造成磁分子嚴重紊亂時，激磁線圈在12伏電壓下建立的磁場不能將鐵芯磁化。這樣鐵芯就無剩磁，不能發(fā)電，此時應(yīng)將充磁電壓提高一倍。

② 發(fā)電機做直流發(fā)電機試驗時的轉(zhuǎn)速高低，與電源電壓成正比，與每極磁通成反比。所以當斯坦福發(fā)電機運轉(zhuǎn)后，若摘掉磁場線頭，磁場突然減小，斯坦福發(fā)電機轉(zhuǎn)速就會突然升高。此時由于磁場很弱，斯坦福發(fā)電機反電勢很低，從而使通往電樞內(nèi)的電流增大很多，因此做此試驗時不應(yīng)將磁場線脫開。

 

圖7  調(diào)壓器電壓信號蓄電池檢測法

圖8  調(diào)壓器電壓信號發(fā)電機檢測法

 

總結(jié)：

     同步發(fā)電機的故障類型比較多，需要及時檢查維護，確保發(fā)電機的正常運行。如果發(fā)電機出現(xiàn)的故障情況比較復(fù)雜，還可以根據(jù)具體情況進行更詳細的排查和修復(fù)。總之，斯坦福發(fā)電機起動故障需要進行詳細的檢測和排查，根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的解決方法。只有這樣，才能確保同步發(fā)電機能夠正常起動并運行。另外，用戶的管理部門要加強對同步發(fā)電機的管理和維護，確保柴油發(fā)電機組的穩(wěn)定性和可靠性。 

 

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