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故障检修与技术维护 |
斯坦福发电机（电球）常见故障原因和检查 |
摘要：同步发电机作为柴油发电机组成套设备中的重要组成部分，其正常运行对于柴油发电机组的稳定性和可靠性至关重要。然而，在实际运行中，同步发电机也会出现各种故障，这些故障会直接影响发电系统的正常运行。此外，当斯坦福发电机许久没有进行保养，或长时间搁置，就有可能导致斯坦福发电机不发电。一般情况下，斯坦福发电机常见故障多发生在励磁调压装置和各电气连接部位。下面康明斯公司在本文将从其旗下品牌斯坦福发电机的故障类型入手，分析其原因和解决方法，以便更好地维护和管理同步发电机。
一、斯坦福发电机的常见故障
斯坦福发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。 定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。 转子由转子铁芯（或磁极、磁扼）绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。结构如图1所示。
1、斯坦福发电机过热
斯坦福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，影响斯坦福发电机散热；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（调整装置电路如图2所示），使斯坦福发电机按照规定的技术条件运行。
（1）斯坦福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。
（2）风道被积尘堵塞，通风不良，造成斯坦福发电机散热困难。应清除风道积尘、油垢、使风道畅通无阻。
（3）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，应限制斯坦福发电机负荷，以降低斯坦福发电机温度。
（4）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。
（5）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。
（6）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。
（7）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。
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图1 斯坦福发电机结构组成 |
图2 同步发电机整流稳压调节装置 |
2、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）斯坦福发电机绕组有短路或对地绝缘不良，使用电设备及斯坦福发电机性能变坏，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、发电机过电流
（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、端电压过高
（1）与电网并列的斯坦福发电机电网电压过高，应降低并列的斯坦福发电机的电压。
（2）励磁装置的故障引起过励磁，应及时检修励磁装置。
5、无功功率不足
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，使斯坦福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）在斯坦福发电机与励磁电抗器之间接入一台三相调压器，以提高斯坦福发电机端电压，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斯坦福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，使斯坦福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斯坦福发电机、投入运行前应测量绝缘电阻，不合格者不准投入运行。发电机受潮后，发电机电气性能会受到严重影响，可能会发生短路（短路时电流实测波形如图3所示），从而会引起内部烧毁或失火等事故。因此，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，防止斯坦福发电机各部分发生过热而损坏绕组绝缘。
（4）绝缘老化
一般斯坦福发电机运行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。要做好斯坦福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，以延长斯坦福发电机的使用寿命。
（5）斯坦福发电机内部进入金属异物
在检修斯坦福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）过电压击穿
过电压击穿时，可采用专业的试验仪进行测试，原理如图4所示。
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，将斯坦福发电机电压升得过高。应严格按操作规程对斯坦福发电机进行升压，防止误操作。
③ 斯坦福发电机内部过电压，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。
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图3 发电机短路时A相电流实测波形图 |
图4 发电机电压击穿试验仪原理 |
7、定子铁芯松驰
由于制造装配不当，铁芯没有紧固好，从而造成铁芯片间短路。
（1）铁芯叠片松弛，当斯坦福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。
如果是整个铁芯松驰，对于小型斯坦福发电机，铁芯位置与结构参考图5、图6所示，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。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。
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图5 发电机定子铁芯位置平面图 |
图6 发电机定子结构示意图 |
8、失磁后不能发电
（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）斯坦福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。
9、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，应调整磁路气隙。
10、电压升不起来
（1）励磁回路断线，使电压升不起来。应检查励磁回路有无断线，接触是否良好。
（2）剩磁消失，如果励磁机电压表无批示说明剩磁消失，应对励磁机充磁。
（3）励磁机的磁场线圈极性接反，应将它的正、负连接线对换。
（4）在斯坦福发电机检修中做某些试验时误把磁场线圈通以反向直流电，导致剩磁消失或反向，应重新进行充磁。
11、转子故障
同步发电机的转子是其主要部件之一，如果转子出现故障，会导致发电机无法正常运行。转子故障的类型主要有以下几种：
（1）转子绕组短路：由于转子绕组受到过电压或过流等因素的影响，导致绕组短路。这种故障会导致同步发电机的电气性能下降，甚至可能导致转子损坏。
（2）转子绕组断路：转子绕组断路是指转子绕组中有一段或多段线圈断开。这种故障会导致发电机输出功率下降，同时也会使发电机的电压和频率不稳定。
（3）转子不平衡：转子不平衡是指转子的重心与转轴轴线不在同一条直线上。这种故障会导致发电机产生振动，使机器运行不稳定。
对于转子故障，可以通过检查转子的绕组、进行平衡校正等方式来解决。如果故障比较严重，需要更换转子。
二、发电机故障检查方法
1、常见检查方法
（1）检查电源：首先检查控制电源是否正常，电池电压是否足够。
（2）检查接线：检查斯坦福发电机的接线是否正确。同时检查发电机转子绕组引线和斯坦福发电机的接地点是否牢固连接。
（3）检查稳压器：检查稳压器的继电器是否工作正常，并且相互之间的互感器、稳压器是否运作正常。
（4）检查监测器：检查监测器是否工作正常，监测器是否连接正确。
（5）检查保护器：检查保护器的设定是否合理，并检查保护器的动作是否正常。
（6）检查地线：检查斯坦福发电机的地线是否良好。地线应该是个独立的电路接在地面上，且不和其他的电路共用。
对于其他方面，还可以检查斯坦福发电机的转子是否松动，是否出现故障。如果在检查过程中发现相关故障，可以根据具体情况进行排除。
2、不发电故障检查
斯坦福发电机不发电多是因剩磁消失或内部接线错误而引起，可用下述方法检查：
（1）检查风扇皮带紧度是否合适。如过松会使斯坦福发电机转速不足，造成成发电微弱。
（2）检查整流子与碳刷配合情况。实际证明，斯坦福发电机故障大多发生在此处。拆下防尘罩重点检查以下几个方面：
① 观察整流子表面情况，如出现碳黑色烧蚀斑迹或有油污将直接影响电流输出，应使用“00”号砂纸磨光，并用清洁布蘸汽油擦净。如出现有光泽的紫灰色氧化膜，因它具有良好的耐磨性，可不磨出。
② 检查碳刷与整流子结合压力。用手指或螺丝刀在两碳刷上加压，如发电立即正常，说明碳刷弹簧过软或碳刷过度磨损，应更换新配件。若在运输途中或田间作业时，可用铁丝将碳刷弹簧固定端提起，与碳刷架接线螺钉相接，以作临时补救办法。
③ 用观察碳刷与整流子间火花大小检查两者贴合是否紧密。将发动机控制在中速以上，然后搭接电枢，磁场接线柱，增大输出电流，此时，碳刷与整流子接合面间应出现微弱的小火花。如出现很大的电弧状火花，会使碳刷与整流子很快烧坏，影响正常发电。这时可用手指对碳刷加压，若火花消除发电正常，说明碳刷结合压力过小；若火花仍不能消除，说明整流子表面失圆，云母突出，或电枢线圈部分短路，断电，碰铁。
（3）若上述检查均正常，仍不发电，可用擦火法检查斯坦福发电机接线及内部情况，检查时，拆下调节器，把电枢接线柱和磁场接线柱连一导线分别与电池接线柱相碰，观察火花的情况。磁场线头与电池接线柱相碰，通常有四种现象：
① 发出蓝白色的小火花，说明激磁电路联接良好。
② 无火花，说明激磁电路断路。此时，将磁场线头接到电池接线柱上，然后拆下斯坦福发电机上的磁场接线柱的柱头，与机壳相碰，如有火花，则说明连线完好，而是激磁线圈发生断路；如仍无火花，则说明连线断路。
③ 若发出暗红色的小火花，说明激磁线路某处接触不良。此毛病常因假焊造成。
④ 发出很强的大火花并伴有响声，说明激磁电路碰铁。此时应拆下斯坦福发电机上的磁场接线柱线头，将调节器处的磁场线头再与电池接线柱相碰，如有火花，即证明磁场线圈碰铁。
3、发电不正常的检查
（1）接地划火法：
将发动机转速稳定在中速以上，而后将斯坦福发电机的电枢磁场线柱暂时短路，用螺丝刀将电枢接线柱瞬间与机壳触碰一下，如出现很强的蓝白色大火花，说明发电正常；如出现暗红色小火花或无火花，说明不发电。这时将风扇皮带调紧一些，拆下电枢、磁场接线柱上去往调节器的线头，然后再按上法试一下，如火花正常，说明皮带过松或到调节器的电枢、磁场连线碰铁。如仍无火花说明斯坦福发电机有故障。接地划火法简便易行，但不能准确地查出斯坦福发电机发电不足的故障。
（2）空载电压法：
也叫蓄电池检测法，电路如图7所示。首先将风扇皮带的紧度调整适中，拆下通往调节器的电枢、磁场接线头，而后用导线将斯坦福发电机上的电枢、磁场接线柱短路。在蓄电池正极搭铁电系中，用直流电压表（5—50伏）的负表笔与斯坦福发电机的电枢或磁场接线柱相接。正表笔接机壳，观察表针读数。220瓦斯坦福发电机转子转速1250转/分，电压应为12.5伏。当转速达2800转/分时，可达35伏。150瓦斯坦福发电机转速1650转/分时，可达27伏。如电压值低于要求值3伏以上时，说明斯坦福发电机不正常。
（3）发电机试验法：
电路参考图8所示，将斯坦福发电机电枢，磁场接线柱短接后，串一电流表接到蓄电池的负极，蓄电池正极接斯坦福发电机外壳。如果在机车上检查时，应将调节器三个接线柱用导线短接。电路接通后，斯坦福发电机立即平稳旋转。对于150瓦斯坦福发电机电流不大于6.5安，220瓦斯坦福发电机不大于5.5安。如斯坦福发电机不转，说明斯坦福发电机内部短路，断短或接错；如声音正常而电流很大，说明激磁线圈或电枢线圈间发生短路；如电流正常而有杂音，说明轴承缺油；如电流大而又有杂音，说明轴承间隙过大，造成转子扫膛或某部分装配不当发生摩擦；如声音正常但电流小（3—4安），整流子又有较大火花出现，说明电枢绕组局部断路。
用这种方法检查斯坦福发电机的故障时，要注意两点：
① 电流和声音都正常，有时仍不能发电，这是因为斯坦福发电机磁极铁芯不能被磁化引起。当磁极铁芯质量不好，或被猛烈撞击造成磁分子严重紊乱时，激磁线圈在12伏电压下建立的磁场不能将铁芯磁化。这样铁芯就无剩磁，不能发电，此时应将充磁电压提高一倍。
② 发电机做直流发电机试验时的转速高低，与电源电压成正比，与每极磁通成反比。所以当斯坦福发电机运转后，若摘掉磁场线头，磁场突然减小，斯坦福发电机转速就会突然升高。此时由于磁场很弱，斯坦福发电机反电势很低，从而使通往电枢内的电流增大很多，因此做此试验时不应将磁场线脱开。
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图7 调压器电压信号蓄电池检测法 |
图8 调压器电压信号发电机检测法 |
总结：
同步发电机的故障类型比较多，需要及时检查维护，确保发电机的正常运行。如果发电机出现的故障情况比较复杂，还可以根据具体情况进行更详细的排查和修复。总之，斯坦福发电机起动故障需要进行详细的检测和排查，根据具体情况采取相应的解决方法。只有这样，才能确保同步发电机能够正常起动并运行。另外，用户的管理部门要加强对同步发电机的管理和维护，确保柴油发电机组的稳定性和可靠性。
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