大型發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的核心，是十分重要和昂貴的設(shè)備，其運(yùn)行可靠性對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行、用戶的不間斷供電、保證電能質(zhì)量以至整個(gè)社會(huì)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)都起著極其重要的作用。 發(fā)電機(jī)繞組的故障類型主要有：定子繞組相間短路；定子繞組一相匝間短路；定子繞組單相接地；轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地或兩點(diǎn)接地；轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路勵(lì)磁電流消失。發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：由于外部短路引起的定子繞組過電流；由于負(fù)荷超過發(fā)電機(jī)額定容量而引起的三相對(duì)稱過負(fù)荷；由外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱負(fù)荷引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流和過負(fù)荷；由于突然甩負(fù)荷引起的定子電流過電壓；由于勵(lì)磁回路故障或強(qiáng)勵(lì)時(shí)間過長(zhǎng)引起的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷；由于汽輪機(jī)主汽門突然關(guān)閉引起發(fā)電機(jī)逆功率等。這些故障和不正常運(yùn)行都和發(fā)電機(jī)繞組破壞有著直接的聯(lián)系。
　　1定子繞組故障分析
　　同步電機(jī)定子繞組內(nèi)部故障主要包括同支路的匝間短路、同相不同支路的匝間短路、相間短路和支路開焊等。同步電機(jī)定子繞組內(nèi)部故障是電機(jī)中常見的破壞性很強(qiáng)的故障，其很大的短路電流會(huì)產(chǎn)生破壞性嚴(yán)重的電磁力，也可能產(chǎn)生過熱而燒毀繞組和鐵心。故障產(chǎn)生的負(fù)序磁場(chǎng)可能大大超過設(shè)計(jì)允許值而造成轉(zhuǎn)子的嚴(yán)重?fù)p傷。定子繞組的單相接地也是發(fā)電機(jī)最常見的一種故障，通常指定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞。通過定性和定量分析故障電流后，機(jī)組需要設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)。
　　定子故障通常都是定子繞組絕緣損壞引起的。定子繞組絕緣損壞通常有絕緣體的自然老化和絕緣擊穿。當(dāng)發(fā)電機(jī)端口處發(fā)生相間短路時(shí)，發(fā)電機(jī)可能出現(xiàn)4～5倍于額定電流的大電流，急劇增大的短路電流和產(chǎn)生的巨大的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，對(duì)定子繞組、轉(zhuǎn)軸、機(jī)座都將產(chǎn)生極大的沖擊而損傷，巨大的沖擊力將直接損壞發(fā)電機(jī)定子端部線棒，使其嚴(yán)重變形、斷裂、造成絕緣損壞。由外部原因引起的繞組絕緣損壞也很常見，如定子鐵心疊裝松動(dòng)、絕緣體表面落上磁性物體、繞組線棒在槽內(nèi)固定不緊，在運(yùn)行中因振動(dòng)使絕緣體發(fā)生摩擦而造成絕緣損壞；在發(fā)電機(jī)制造中因下線安裝不嚴(yán)格造成的線棒絕緣局部缺陷、轉(zhuǎn)子零部件在運(yùn)行中端部固定零件脫落、端部接頭開焊等都可能引起絕緣損壞，從而進(jìn)一步造成定子繞組接地或相間短路故障。
　　定子繞組內(nèi)部故障分析方法有：解析計(jì)算法、試驗(yàn)研究法和數(shù)字仿真法。
　　解析計(jì)算法中用的比較多的有多回路分析法，以多回路理論為依據(jù)建立凸極同步發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部故障瞬態(tài)數(shù)學(xué)模型的基本指導(dǎo)思想是按定、轉(zhuǎn)子繞組實(shí)際回路列寫電壓和磁鏈方程；在計(jì)算回路參數(shù)時(shí)從單個(gè)線圈出發(fā)，先得到單個(gè)線圈的參數(shù)，然后根據(jù)各回路的實(shí)際組成情況用有關(guān)線圈的參數(shù)計(jì)算回路參數(shù)。由于定轉(zhuǎn)子之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，一些電感系數(shù)是時(shí)變的，最后形成的是一組時(shí)變系數(shù)的微分方程，利用數(shù)值解法即可求取凸極同步發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部故障的瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)分量。
　　試驗(yàn)研究法是研究發(fā)電機(jī)故障行為和校核繼電保護(hù)裝置的重要方法。由于大型發(fā)電機(jī)造價(jià)昂貴，所以該方法從安全性、經(jīng)濟(jì)性和可行性等因素上考慮，一般是在實(shí)驗(yàn)室通過動(dòng)模機(jī)組進(jìn)行故障的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)研究。
　　數(shù)字仿真是利用數(shù)字計(jì)算機(jī)為工具對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解分析的方法。數(shù)字仿真過程可分為4個(gè)步驟:實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立、仿真模型建立、編制和調(diào)試仿真程序、仿真結(jié)果分析和驗(yàn)證。這種研究方法由于具有經(jīng)濟(jì)性、安全性、靈活性以及方便性等優(yōu)勢(shì),所以國(guó)內(nèi)外數(shù)字仿真技術(shù)發(fā)展很快,并得到廣泛應(yīng)用。
　　2轉(zhuǎn)子繞組故障分析
　　發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組故障的表現(xiàn)形式主要為匝間短路和接地故障。
　　匝間短路：國(guó)內(nèi)運(yùn)行的大型汽輪發(fā)電機(jī)組中大多數(shù)都發(fā)生過或存在轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障。由于繞組絕緣損壞造成轉(zhuǎn)子繞組匝間短路后，會(huì)形成短路電流，從而形成局部過熱點(diǎn)。在長(zhǎng)期運(yùn)行下，局部過熱點(diǎn)又會(huì)進(jìn)一步引起絕緣損壞，導(dǎo)致更為嚴(yán)重的匝間短路，形成惡性循環(huán)的局面。轉(zhuǎn)子匝間短路同時(shí)會(huì)引起磁通的不對(duì)稱和轉(zhuǎn)子受力不平衡現(xiàn)象，而引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)；定子繞組每相并聯(lián)支路的環(huán)流；主軸、軸承座及端部磁化。同時(shí)較大的短路電流可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子接地故障發(fā)生。
　　故障原因：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通常包括多個(gè)磁極線圈，線圈引線和阻尼繞組等，具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由于離心力的作用，在運(yùn)行中線匝絕緣的移動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組端部的熱變形，線匝端部墊塊松動(dòng)或護(hù)環(huán)絕緣襯墊老化，小的導(dǎo)電粒子或碎物進(jìn)入轉(zhuǎn)子線匝端部和轉(zhuǎn)子通風(fēng)溝導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組匝間短路發(fā)生。通?？梢愿鶕?jù)下面這些特征較準(zhǔn)確地識(shí)別轉(zhuǎn)子線圈是否發(fā)生匝間短路故障: ①振動(dòng)幅值增大；②風(fēng)溫提高；③在勵(lì)磁電壓不變的條件下, 勵(lì)磁電流增大；④勵(lì)磁電流增大，而無功變小或不變。