发电机断路器的短路故障及其特征分析

发电机断路器安装在电站的发电机出口和升压变压器之间，用于发电机的控制和保护。正因为发电机断路器在电站中特殊的安装位置和及其功能，决定了发电机断路器和输配电系统中的高压断路器在短路故障开断和关合能力方面的不同。在图1中，根据不同的短路故障位置，发电机断路器的主要短路故障有：

系统源故障，由于从故障点到电力系统的等效阻抗比较小，因此系统源故障的特点是短路电流大。此外，升压变压器的对地电容很小，发电机断路器开断系统源短路故障电流后，断口间要承很高的TRV（暂态恢复电压）上升率。特别是假设输配电系统为无限大功率电源（系统的阻抗为零）时，变压器上的压降就等于系统电压，在这种情况下TRV的上升率和峰值达到值。因此，发电机断路器开断系统源故障的TRV特征和输配电系统中高压断路器开断短路故障的TRV特征相反，在输配电系统中短路电流增大时，系统的等效电路呈过阻尼振荡电路，TRV的上升率和峰值将降低；反之，短路电流减小时，系统的等效电路呈欠阻尼振荡电路，TRV的上升率和峰值将增大。

1、发电机过热

（1）发电机没有按规定的技术条件运行，如定子电压过高，铁损增大；负荷电流过大，定子绕组铜损增大；

频率过低，使冷却风扇转速变慢，影响发电机散热；功率因数太低，使转子励磁电流增大，造成转子发热。应检查监视仪表的指示是否正常。如不正常，要进行必要的调节和处理，使发电机按照规定的技术条件运行。

（2）发电机的三相负荷电流不平衡，过载的一相绕组会过热；

若三相电流之差超过额定电流的10%，即属于严重蛄相电流不平衡，三相电流不平衡会产生负序磁场，从而增加损耗，引起磁极绕组及套箍等部件发热。应调整三相负荷，使各相电流尽量保持平衡。

（3）风道被积尘堵塞，通风不良，造成发电机散热困难。应清除风道积尘、油垢、使风道畅通无阻。

（4）进风温度过高或进水温度过高，冷却器有堵塞现象。应降低进风或进水温度清除冷却器内的堵塞物。在故障未排除前，应限制发电机负荷，以降低发电机温度。

（5）轴承加润滑脂过多或过少，应按规定加润滑脂，通常为轴承室的1/2~1/3(转速低的取上限，转速高的取下限)，并以不超过轴承室的70%为宜。

（6）轴承磨损。若磨损不严重，使轴承局部过热；若磨损严重，有可能使定子和转子摩擦，造成定子和转子避部过热。应检查轴承有无噪音，若发现定子和转子摩擦，应立即停机进行检修或更换轴承。

（7）定子铁芯绝缘损坏，引起片间短路，造成铁芯局部的涡流损失增加而发热，严重时会使定子绕组损坏。应立即停机进行检修。

（8）定子绕组的并联导线断裂，使其他导线的电流增大而发热。应立即停机进行检修。

2、发电机中性线对地有异常电压

（1）正常情况下，由于高次谐波影响或制造工艺等原因造成各磁极下的气隙不均、磁势不等而出现的很低电压，若电压在一至数伏，不会有危险，不必处理。

（2）发电机绕组有短路或对地绝缘不良，导致电设备及发电机性能变坏，容易发热，应及时检修，以免事故扩大。

（3）空载时中性线对地无电压，而有负荷时出现电压，是由于三相不平衡引起的，应调整三相负荷使其基本平衡。

3、发电机电流过大

（1）负荷过大，应减轻负荷。

（2）输电线路发生相间短路或接地故障，应对线路进行检修，故障排除后即可恢复正常。

4、发电机端电压过高

（1）与电网并列的发电机电网电压过高，应降低并列的发电机的电压。

（2）励磁装置的故障引起过励磁，应及时检修励磁装置。  

5、功率不足

由于励磁装置电压源复励补偿不足，不能提供电枢反应所需的励磁电流，使发电机端电压低于电网电压，送不出额定无功功率，应采取下列措施：

（1）在发电机与励磁电抗器之间接入一台三相调压器，以提高发电机端电压，使励磁装置的磁势逐渐增大。

（2）改变励磁装置电压磁通势与发电机端电压的相位，使合成总磁通势增大，可在电抗器每相绕组两端并联数千欧、10W的电阻。

（3）减小变阻器的阻值，使发电机的励磁电流增大。

6、定子绕组绝缘击穿、短路

（1）定子绕组受潮。对于长期停用或经较长时间检修的发电机、投入运行前应测量绝缘电阻，不合格者不准投入运行。受潮发电机要进行烘干处理。

（2）绕组本身缺陷或检修工艺不当，造成绕组绝缘击穿或机械损伤。应按规定的绝缘等级选择绝缘材料，嵌装绕组及浸漆干燥等要严格按工艺要求进行。

（3）绕组过热。绝缘过热后会使绝缘性能降低，有时在高温下会很快造成绝缘击穿。应加强日常的巡视检查，防止发电机各部分发生过热而损坏绕组绝缘。

（4）绝缘老化。一般发电机运行15~20年以上，其绕组绝缘老化，电气性能变化，甚至使绝缘击穿。要做好发电机的检修及预防性试验，若发现绝缘不合格，应及时更换有缺陷的绕组绝缘或更换绕组，以延长发电机的使用寿命。

（5）发电机内部进入金属异物，在检修发电机后切勿将金属物件、零件或工具遗落到定子膛中；绑紧转子的绑扎线、紧固端部零件，以不致发生由于离心力作用而松脱。

（6）过大电压击穿：

①、线路遭受雷击，而防雷保护不完善。应完善防雷保护设施。

②、误操作，如在空载时，将发电机电压升得过高。应严格按操作规程对发电机进行升压，防止误操作。

③、发电机内部过电压，包括操作过电压、弧光接地过电压和谐振过电压等，应加强绕组绝缘预防性试验，及时发现和消除定子绕组绝缘中存在的缺陷。

7、定子铁芯松驰

由于制造装配不当，铁芯没有紧固好。如果是整个铁芯松驰，对于小型发电机，可用两块小于定子绕组端部内径的铁板，穿上双头螺栓，收紧铁芯。待恢复原形后，再将铁芯原来夹紧螺栓紧因。如果局部性铁芯松弛，可先在松弛片间涂刷硅钢片漆，再在松弛部分打入硬质绝缘材料即可。

8、铁芯片间短路

（1）铁芯叠片松弛，当发电机运转时铁芯产生振动而损坏绝缘；铁芯片个别地方绝缘受损伤或铁芯局部过热，使绝缘老化，就按原计划条中的方法进行处理。

（2）铁芯片边缘有毛刺或检修时受机械损伤。应用细锉刀除去毛刺，修整损伤处，清洁表面，再涂上一层硅钢片漆。

（3）有焊锡或铜粒短接铁芯，应刮除或凿除金属熔接焊点，处理好表面。

（4）绕组发生弧光短路，也可能造成铁芯短路，应将烧损部分用凿子清除后，处理好表面。  

9、发电机失去剩磁，起动时不能发电

（1）停机后经常失去剩磁，是由于励磁机磁极所用的材料接近软钢，剩磁较少。当停机后励磁绕组没有电流时磁场就消失，应备有蓄电池，在发电前先进行充磁。

（2）发电机的磁极失去磁性，应在绕组中通入比额定电流大的直流电流(时间很短)进行充磁，即能恢复足够的剩磁。  

10、自动励磁装置的励磁电抗器温度过高

（1）电抗器线圈局部短路，应检修电抗器。

（2）电抗器磁路的气隙过大，