摘要：船舶电站是船舶电气设备的核心，它担负着全船发、配电的重要任务，起着“心脏”作用。其运行可靠性对系统的正常运行、用户的不间断供电、保证电能质量以至整个船舶的安全运转都起着极其重要的作用。而船用柴油发电机组又是船舶电站的重要组成部分。由于船舶的特殊性，船舶电站只供电给一条船上负载的需要，所以单机容量和系统容量较陆用小。根据不同的工况，相应地改变电力系统的运行方式，使电站的潜能充分发挥，并使电力系统安全、可靠、经济、优质。
关键词：船用发电机；故障；
电力系统容量相对于负载近似于无限大，负载对电网冲击小，船用发电机容量与负载接近，致使发电机经常处于突然投切负载的冲击性电动力影响之下。还有船员的不规范操作以及电机出厂前的先天缺陷都会致使船舶同步发电机发生故障。
一、船用发电机的故障分析
1.发电机绕组的故障和不正常运行情况及分析。通常，发电机绕组的故障类型主要有：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；转子励磁回路励磁电流消失。发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由外部不对称短路或不对称负荷引起的发电机负序过电流和过负荷；由于突然甩负荷引起的定子电流过电压；由于励磁回路故障或强励时间过长引起的转子绕组过负荷等。这些故障和不正常运行都和发电机绕组破坏有着直接的联系。由于定转子之间有相对运动，一些电感系数是时变的，最后形成的是一组时变系数的微分方程，利用数值解法即可求取凸极同步发电机定子绕组内部故障的瞬态与稳态分量。
2.转子绕组故障。发电机转子绕组故障的表现形式主要为匝间短路和接地故障。由于绕组绝缘损坏造成转子绕组匝间短路后，会形成短路电流，从而形成局部过热点。在长期运行下，局部过热点又会进一步引起绝缘损坏，导致更为严重的匝间短路，形成恶性循环的局面。转子匝间短路同时会引起磁通的不对称和转子受力不平衡现象，而引起转子振动；定子绕组每相并联支路的环流；主轴、轴承座及端部磁化。同时较大的短路电流可能会导致转子接地故障发生。其故障原因是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，线匝端部垫块松动或护环绝缘衬垫老化，小的导电粒子或碎物进入转子线圈端部和转子通风沟导致转子绕组匝间短路发生。发电机转子绕组的接地故障包括一点接地和两点接地。接地是指励磁绕组绝缘损坏或击穿而使励磁绕组导体与转子铁芯相接触。发电机转子一点接地是一种较为常见的不正常的运行故障。励磁回路一点接地故障对发电机一般不会造成危害，因为发电机发生转子绕组一点接地故障时，励磁电源的泄露电阻（对地电阻）很大，限制了接地泄露电流的数值，但如果再有另外一个接地点，即发生两点接地故障时会形成部分线匝短路，这是一种非常严重的短路事故。转子两点接地在控制屏上一般表现为励磁电流及定子电流增大，励磁电压及机端出口电压下降，功率因数上升（甚至进相），并伴有剧烈的振动等现象，这时应做事故紧急停机处理。当转子发生两点接地之后，两点之间构成回路，一部分励磁绕组被短接，两接地点之间将可能流过很大的短路电流，电流产生的电弧可能会烧坏励磁线圈及转子本体，甚至引发火灾。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆接地故障发生的原因有：当发电机组运行时，转子在不停地运转，使线圈受到较大的离心力作用，经过长期的运行后，会使转子绕组产生轻微松动而使绕组的绝缘受到损伤；同时线圈内通过励磁电流，由于热效应作用，会加速转子绕组绝缘的老化变质；长时间的运转，空气中的灰尘及其它污垢会积附在绕组上面；检修时检修人员不小心将异物自转子大盖的网孔中掉入而损伤绕组的绝缘。
3.不对称运行。发电机是根据三相电流平衡对称的工况下长期运行的原则设计制造的。一般情况下同步发电机所带三相负载均为对称，即使有小容量的单相负载，如照明负载等，也会均匀的分配在三相中。但同步发电机在运行时会遇到不对称运行问题，如发电机带有大功率的单相电炉时或发电机绕组自身有匝间短路等故障时。当三相电流对称时，其所合成的旋转磁场与转子是同方向且转速相等的即旋转磁场相对于转子来说是静止的，旋转磁场的磁力线不会切割到转子。当三相电流不对称时，即在发电机中会有正序、负序、零序三组对称分量电流产生，不对称运行的物理本质在于所接负载不对称产生不稳恒磁场，磁势幅值要发生变化，不能合成一个稳定的旋转磁势，分析需要按正、负、零序分解。
4.机端突然短路。同步电机的突然短路是电力系统最严重的故障。虽然短路过程所经历的时间极短但对电枢短路电流和转子电流的分析计算却非常重要。三相电流短路后，从暂态过度到稳态，从大规模的能量交换到小规模能量交换，电枢反应重组适宜当前需要的能量场规模，在暂态过程中要释放能量，将其消耗在电阻上。短路电流中包含了许多自由分量使短路电流大大增加。由于定子非周期分量的存在，使包络线对横轴不对称，因而最大瞬时值进一步加大。当短路电流发生在转子直轴与定子绕组某一项轴线重合时，该项出现最大冲击电流，其值可达10 倍额定值以上，突然短路时冲击电流同时将产生很大的电磁力与电磁转矩，可能使定子绕组端部受到损伤，转轴也会因受到很大的冲击性电磁转矩，可能被扭弯。
二、解决方案
船舶同步发电机的故障信号为奇异信号，发电机故障暂态过程都具有不确定的奇异度，如果能有效地确定故障信号的奇异性特征，就能够及时检测出早期故障。针对发电机故障，有关接地故障的查找方法进行检查，最后发现是发电机的内侧励磁滑环接地。将发电机后部端盖打开，发现励磁滑环上有大量的电刷粉末油腻附着在滑环的侧面上。据船上相关人员讲，发电机轴承里的润滑油脂消耗较快，隔三差五就要添加。以信号特征为标准，可以预测失磁趋势，从而可以及时切断故障电机，启动备用机组。根据此现象，可以确定发电机的轴承在运行时会过热，使润滑油脂变稀乃至从轴承后端盖处蒸发，最后凝结在励磁滑环上，再加上发电机运行时电刷磨损下来的碳粉形成油腻附着在滑环上，使得滑环与转子轴间的绝缘下降，随着碳粉的集聚终至接地。清除的方法用喷枪带压缩空气引出电气清洁剂进行清洗滑环和转子，再用烤灯烘干使绝缘提升到正常值，重新接线，起动发电机组发电并网，这时配电板的绝缘恢复正常，接地故障消除。同时，也对发电机的主轴承进行了检查，发现其磨损较厉害，建议船东机务主管及早安排将发电机轴承换新，以保证类似的故障不再发生及轴承损坏而酿成更大的故障。
结束语：发电机的各种异常运行和短路、断路及接地对绕组很容易产生破坏影响。在检查时，作为机电管理人员，必须具备发现故障、分析故障、确定故障及解决故障的能力。能否及时、准确、彻底排除故障，不仅要求电气管理人员有扎实的理论知识，看懂图纸，明确所检查的对象在实际电路中的确切位置，同时必须具备丰富的实践经验和工作技巧。
参考文献：
[1]赵殿礼，张春来.船舶电气设备维修技术[M].大连：大连海事出版社，2017.
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[3]田玉平.基于高频特性的发电机定子匝间短路故障信号检测[J].船电技术，2017，（5）：265-268
论文作者:陈成
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/14
标签：绕组论文; 转子论文; 发电机论文; 故障论文; 电流论文; 定子论文; 励磁论文; 《基层建设》2019年第28期论文;