故障檢修與技術(shù)維護

斯坦福發(fā)電機（電球）常見(jiàn)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)電機組的穩定性和可靠性至關(guān)重要。然而，在實(shí)際運行中，同步發(fā)電機也會(huì )出現各種故障，這些故障會(huì )直接影響發(fā)電系統的正常運行。此外，當斯坦福發(fā)電機許久沒(méi)有進(jìn)行保養，或長(cháng)時(shí)間擱置，就有可能導致斯坦福發(fā)電機不發(fā)電。一般情況下，斯坦福發(fā)電機常見(jiàn)故障多發(fā)生在勵磁調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(lèi)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(jiàn)故障

 

      斯坦福發(fā)電機通常由定子、轉子、端蓋及軸承等部件構成。 定子由定子鐵芯、線(xiàn)包繞組、機座以及固定這些部分的其他結構件組成。 轉子由轉子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉軸等部件組成。結構如圖1所示。

1、斯坦福發(fā)電機過(guò)熱

      斯坦福發(fā)電機沒(méi)有按規定的技術(shù)條件運行，如定子電壓過(guò)高，鐵損增大；負荷電流過(guò)大，定子繞組銅損增大；頻率過(guò)低，使冷卻風(fēng)扇轉速變慢，影響斯坦福發(fā)電機散熱；功率因數太低，使轉子勵磁電流增大，造成轉子發(fā)熱。應檢查監視儀表的指示是否正常。如不正常，要進(jìn)行必要的調節和處理（調整裝置電路如圖2所示），使斯坦福發(fā)電機按照規定的技術(shù)條件運行。

（1）斯坦福發(fā)電機的三相負荷電流不平衡，過(guò)載的一相繞組會(huì )過(guò)熱；若三相電流之差超過(guò)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(huì )產(chǎn)生負序磁場(chǎng)，從而增加損耗，引起磁極繞組及套箍等部件發(fā)熱。應調整三相負荷，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。應清除風(fēng)道積塵、油垢、使風(fēng)道暢通無(wú)阻。

（3）進(jìn)風(fēng)溫度過(guò)高或進(jìn)水溫度過(guò)高，冷卻器有堵塞現象。應降低進(jìn)風(fēng)或進(jìn)水溫度清除冷卻器內的堵塞物。在故障未排除前，應限制斯坦福發(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(guò)多或過(guò)少，應按規定加潤滑脂，通常為軸承室的1/2～1/3（轉速低的取上限，轉速高的取下限），并以不超過(guò)軸承室的70%為宜。

（5）軸承磨損。若磨損不嚴重，使軸承局部過(guò)熱；若磨損嚴重，有可能使定子和轉子摩擦，造成定子和轉子避部過(guò)熱。應檢查軸承有無(wú)噪音，若發(fā)現定子和轉子摩擦，應立即停機進(jìn)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(shí)會(huì )使定子繞組損壞。應立即停機進(jìn)行檢修。

（7）定子繞組的并聯(lián)導線(xiàn)斷裂，使其他導線(xiàn)的電流增大而發(fā)熱。應立即停機進(jìn)行檢修。

 

圖1  斯坦福發(fā)電機結構組成

圖2  同步發(fā)電機整流穩壓調節裝置

 

2、中性線(xiàn)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、磁勢不等而出現的很低電壓，若電壓在一至數伏，不會(huì )有危險，不必處理。

（2）斯坦福發(fā)電機繞組有短路或對地絕緣不良，使用電設備及斯坦福發(fā)電機性能變壞，容易發(fā)熱，應及時(shí)檢修，以免事故擴大。

（3）空載時(shí)中性線(xiàn)對地無(wú)電壓，而有負荷時(shí)出現電壓，是由于三相不平衡引起的，應調整三相負荷使其基本平衡。

3、發(fā)電機過(guò)電流

（1）負荷過(guò)大，應減輕負荷。

（2）輸電線(xiàn)路發(fā)生相間短路或接地故障，應對線(xiàn)路進(jìn)行檢修，故障排除后即可恢復正常。

4、端電壓過(guò)高

（1）與電網(wǎng)并列的斯坦福發(fā)電機電網(wǎng)電壓過(guò)高，應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(guò)勵磁，應及時(shí)檢修勵磁裝置。

5、無(wú)功功率不足

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

（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(cháng)期停用或經(jīng)較長(cháng)時(shí)間檢修的斯坦福發(fā)電機、投入運行前應測量絕緣電阻，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(huì )受到嚴重影響，可能會(huì )發(fā)生短路（短路時(shí)電流實(shí)測波形如圖3所示），從而會(huì )引起內部燒毀或失火等事故。因此，要進(jìn)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。應按規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(jìn)行。

（3）繞組過(guò)熱

      絕緣過(guò)熱后會(huì )使絕緣性能降低，有時(shí)在高溫下會(huì )很快造成絕緣擊穿。應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(guò)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)電機的檢修及預防性試驗，若發(fā)現絕緣不合格，應及時(shí)更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組，以延長(cháng)斯坦福發(fā)電機的使用壽命。

（5）斯坦福發(fā)電機內部進(jìn)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；綁緊轉子的綁扎線(xiàn)、緊固端部零件，以不致發(fā)生由于離心力作用而松脫。

（6）過(guò)電壓擊穿

      過(guò)電壓擊穿時(shí)，可采用專(zhuān)業(yè)的試驗儀進(jìn)行測試，原理如圖4所示。

① 線(xiàn)路遭受雷擊，而防雷保護不完善。應完善防雷保護設施。

② 誤操作，如在空載時(shí)，將斯坦福發(fā)電機電壓升得過(guò)高。應嚴格按操作規程對斯坦福發(fā)電機進(jìn)行升壓，防止誤操作。

③ 斯坦福發(fā)電機內部過(guò)電壓，包括操作過(guò)電壓、弧光接地過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓等，應加強繞組絕緣預防性試驗，及時(shí)發(fā)現和消除定子繞組絕緣中存在的缺陷。

 

圖3  發(fā)電機短路時(shí)A相電流實(shí)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(méi)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)電機運轉時(shí)鐵芯產(chǎn)生振動(dòng)而損壞絕緣；鐵芯片個(gè)別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過(guò)熱，使絕緣老化，就按原計劃條中的方法進(jìn)行處理。

（2）鐵芯片邊緣有毛刺或檢修時(shí)受機械損傷。應用細銼刀除去毛刺，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，應刮除或鑿除金屬熔接焊點(diǎn)，處理好表面。

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

       如果是整個(gè)鐵芯松馳，對于小型斯坦福發(fā)電機，鐵芯位置與結構參考圖5、圖6所示，可用兩塊小于定子繞組端部?jì)葟降蔫F板，穿上雙頭螺栓，收緊鐵芯。待恢復原形后，再將鐵芯原來(lái)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)電機定子結構示意圖

 

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(méi)有電流時(shí)磁場(chǎng)就消失，應備有蓄電池，在發(fā)電前先進(jìn)行充磁。

（2）斯坦福發(fā)電機的磁極失去磁性，應在繞組中通入比額定電流大的直流電流（時(shí)間很短）進(jìn)行充磁，即能恢復足夠的剩磁。

9、勵磁電抗器溫度過(guò)高

（1）電抗器線(xiàn)圈局部短路，應檢修電抗器。

（2）電抗器磁路的氣隙過(guò)大，應調整磁路氣隙。

10、電壓升不起來(lái)

（1）勵磁回路斷線(xiàn)，使電壓升不起來(lái)。應檢查勵磁回路有無(wú)斷線(xiàn)，接觸是否良好。

（2）剩磁消失，如果勵磁機電壓表無(wú)批示說(shuō)明剩磁消失，應對勵磁機充磁。

（3）勵磁機的磁場(chǎng)線(xiàn)圈極性接反，應將它的正、負連接線(xiàn)對換。

（4）在斯坦福發(fā)電機檢修中做某些試驗時(shí)誤把磁場(chǎng)線(xiàn)圈通以反向直流電，導致剩磁消失或反向，應重新進(jìn)行充磁。

11、轉子故障

      同步發(fā)電機的轉子是其主要部件之一，如果轉子出現故障，會(huì )導致發(fā)電機無(wú)法正常運行。轉子故障的類(lèi)型主要有以下幾種：

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

（2）轉子繞組斷路：轉子繞組斷路是指轉子繞組中有一段或多段線(xiàn)圈斷開(kāi)。這種故障會(huì )導致發(fā)電機輸出功率下降，同時(shí)也會(huì )使發(fā)電機的電壓和頻率不穩定。

（3）轉子不平衡：轉子不平衡是指轉子的重心與轉軸軸線(xiàn)不在同一條直線(xiàn)上。這種故障會(huì )導致發(fā)電機產(chǎn)生振動(dòng)，使機器運行不穩定。

      對于轉子故障，可以通過(guò)檢查轉子的繞組、進(jìn)行平衡校正等方式來(lái)解決。如果故障比較嚴重，需要更換轉子。

 

二、發(fā)電機故障檢查方法

 

1、常見(jiàn)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(xiàn)：檢查斯坦福發(fā)電機的接線(xiàn)是否正確。同時(shí)檢查發(fā)電機轉子繞組引線(xiàn)和斯坦福發(fā)電機的接地點(diǎn)是否牢固連接。

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

（4）檢查監測器：檢查監測器是否工作正常，監測器是否連接正確。

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

（6）檢查地線(xiàn)：檢查斯坦福發(fā)電機的地線(xiàn)是否良好。地線(xiàn)應該是個(gè)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)電機的轉子是否松動(dòng)，是否出現故障。如果在檢查過(guò)程中發(fā)現相關(guān)故障，可以根據具體情況進(jìn)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部接線(xiàn)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(guò)松會(huì )使斯坦福發(fā)電機轉速不足，造成成發(fā)電微弱。

（2）檢查整流子與碳刷配合情況。實(shí)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(diǎn)檢查以下幾個(gè)方面：

① 觀(guān)察整流子表面情況，如出現碳黑色燒蝕斑跡或有油污將直接影響電流輸出，應使用“00”號砂紙磨光，并用清潔布蘸汽油擦凈。如出現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(shuō)明碳刷彈簧過(guò)軟或碳刷過(guò)度磨損，應更換新配件。若在運輸途中或田間作業(yè)時(shí)，可用鐵絲將碳刷彈簧固定端提起，與碳刷架接線(xiàn)螺釘相接，以作臨時(shí)補救辦法。

③ 用觀(guān)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(dòng)機控制在中速以上，然后搭接電樞，磁場(chǎng)接線(xiàn)柱，增大輸出電流，此時(shí)，碳刷與整流子接合面間應出現微弱的小火花。如出現很大的電弧狀火花，會(huì )使碳刷與整流子很快燒壞，影響正常發(fā)電。這時(shí)可用手指對碳刷加壓，若火花消除發(fā)電正常，說(shuō)明碳刷結合壓力過(guò)??；若火花仍不能消除，說(shuō)明整流子表面失圓，云母突出，或電樞線(xiàn)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(xiàn)及內部情況，檢查時(shí)，拆下調節器，把電樞接線(xiàn)柱和磁場(chǎng)接線(xiàn)柱連一導線(xiàn)分別與電池接線(xiàn)柱相碰，觀(guān)察火花的情況。磁場(chǎng)線(xiàn)頭與電池接線(xiàn)柱相碰，通常有四種現象：

① 發(fā)出藍白色的小火花，說(shuō)明激磁電路聯(lián)接良好。

② 無(wú)火花，說(shuō)明激磁電路斷路。此時(shí)，將磁場(chǎng)線(xiàn)頭接到電池接線(xiàn)柱上，然后拆下斯坦福發(fā)電機上的磁場(chǎng)接線(xiàn)柱的柱頭，與機殼相碰，如有火花，則說(shuō)明連線(xiàn)完好，而是激磁線(xiàn)圈發(fā)生斷路；如仍無(wú)火花，則說(shuō)明連線(xiàn)斷路。

③ 若發(fā)出暗紅色的小火花，說(shuō)明激磁線(xiàn)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(shuō)明激磁電路碰鐵。此時(shí)應拆下斯坦福發(fā)電機上的磁場(chǎng)接線(xiàn)柱線(xiàn)頭，將調節器處的磁場(chǎng)線(xiàn)頭再與電池接線(xiàn)柱相碰，如有火花，即證明磁場(chǎng)線(xiàn)圈碰鐵。

3、發(fā)電不正常的檢查

（1）接地劃火法：

      將發(fā)動(dòng)機轉速穩定在中速以上，而后將斯坦福發(fā)電機的電樞磁場(chǎng)線(xiàn)柱暫時(shí)短路，用螺絲刀將電樞接線(xiàn)柱瞬間與機殼觸碰一下，如出現很強的藍白色大火花，說(shuō)明發(fā)電正常；如出現暗紅色小火花或無(wú)火花，說(shuō)明不發(fā)電。這時(shí)將風(fēng)扇皮帶調緊一些，拆下電樞、磁場(chǎng)接線(xiàn)柱上去往調節器的線(xiàn)頭，然后再按上法試一下，如火花正常，說(shuō)明皮帶過(guò)松或到調節器的電樞、磁場(chǎng)連線(xiàn)碰鐵。如仍無(wú)火花說(shuō)明斯坦福發(fā)電機有故障。接地劃火法簡(jiǎn)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)扇皮帶的緊度調整適中，拆下通往調節器的電樞、磁場(chǎng)接線(xiàn)頭，而后用導線(xiàn)將斯坦福發(fā)電機上的電樞、磁場(chǎng)接線(xiàn)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(chǎng)接線(xiàn)柱相接。正表筆接機殼，觀(guān)察表針讀數。220瓦斯坦福發(fā)電機轉子轉速1250轉/分，電壓應為12.5伏。當轉速達2800轉/分時(shí)，可達35伏。150瓦斯坦福發(fā)電機轉速1650轉/分時(shí)，可達27伏。如電壓值低于要求值3伏以上時(shí)，說(shuō)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(chǎng)接線(xiàn)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(chē)上檢查時(shí)，應將調節器三個(gè)接線(xiàn)柱用導線(xiàn)短接。電路接通后，斯坦福發(fā)電機立即平穩旋轉。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，說(shuō)明斯坦福發(fā)電機內部短路，斷短或接錯；如聲音正常而電流很大，說(shuō)明激磁線(xiàn)圈或電樞線(xiàn)圈間發(fā)生短路；如電流正常而有雜音，說(shuō)明軸承缺油；如電流大而又有雜音，說(shuō)明軸承間隙過(guò)大，造成轉子掃膛或某部分裝配不當發(fā)生摩擦；如聲音正常但電流?。?—4安），整流子又有較大火花出現，說(shuō)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(shí)，要注意兩點(diǎn)：

① 電流和聲音都正常，有時(shí)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(shí)，激磁線(xiàn)圈在12伏電壓下建立的磁場(chǎng)不能將鐵芯磁化。這樣鐵芯就無(wú)剩磁，不能發(fā)電，此時(shí)應將充磁電壓提高一倍。

② 發(fā)電機做直流發(fā)電機試驗時(shí)的轉速高低，與電源電壓成正比，與每極磁通成反比。所以當斯坦福發(fā)電機運轉后，若摘掉磁場(chǎng)線(xiàn)頭，磁場(chǎng)突然減小，斯坦福發(fā)電機轉速就會(huì )突然升高。此時(shí)由于磁場(chǎng)很弱，斯坦福發(fā)電機反電勢很低，從而使通往電樞內的電流增大很多，因此做此試驗時(shí)不應將磁場(chǎng)線(xiàn)脫開(kāi)。

 

圖7  調壓器電壓信號蓄電池檢測法

圖8  調壓器電壓信號發(fā)電機檢測法

 

總結：

     同步發(fā)電機的故障類(lèi)型比較多，需要及時(shí)檢查維護，確保發(fā)電機的正常運行。如果發(fā)電機出現的故障情況比較復雜，還可以根據具體情況進(jìn)行更詳細的排查和修復?？傊?，斯坦福發(fā)電機起動(dòng)故障需要進(jìn)行詳細的檢測和排查，根據具體情況采取相應的解決方法。只有這樣，才能確保同步發(fā)電機能夠正常起動(dòng)并運行。另外，用戶(hù)的管理部門(mén)要加強對同步發(fā)電機的管理和維護，確保柴油發(fā)電機組的穩定性和可靠性。 

 

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