故障檢修與技術維護

斯坦福發電機（電球）常見故障原因和檢查

 

摘要：同步發電機作為柴油發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電機組的穩定性和可靠性至關重要。然而，在實際運行中，同步發電機也會出現各種故障，這些故障會直接影響發電系統的正常運行。此外，當斯坦福發電機許久沒有進行保養，或長時間擱置，就有可能導致斯坦福發電機不發電。一般情況下，斯坦福發電機常見故障多發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電機的故障類型入手，分析其原因和解決方法，以便更好地維護和管理同步發電機。

 一、斯坦福發電機的常見故障

 

      斯坦福發電機通常由定子、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、中心環、滑環、風扇及轉軸等部件組成。結構如圖1所示。

1、斯坦福發電機過熱

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

（1）斯坦福發電機的三相負荷電流不平衡，過載的一相繞組會過熱；若三相電流之差超過額定電流的10%，即屬于嚴重蛄相電流不平衡，三相電流不平衡會產生負序磁場，從而增加損耗，引起磁極繞組及套箍等部件發熱。應調整三相負荷，使各相電流盡量保持平衡。

（2）風道被積塵堵塞，通風不良，造成斯坦福發電機散熱困難。應清除風道積塵、油垢、使風道暢通無阻。

（3）進風溫度過高或進水溫度過高，冷卻器有堵塞現象。應降低進風或進水溫度清除冷卻器內的堵塞物。在故障未排除前，應限制斯坦福發電機負荷，以降低斯坦福發電機溫度。

（4）軸承加潤滑脂過多或過少，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），并以不超過軸承室的70%為宜。

（5）軸承磨損。若磨損不嚴重，使軸承局部過熱；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熱。應檢查軸承有無噪音，若發現定子和轉子摩擦，應立即停機進行檢修或更換軸承。

（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熱，嚴重時會使定子繞組損壞。應立即停機進行檢修。

（7）定子繞組的并聯導線斷裂，使其他導線的電流增大而發熱。應立即停機進行檢修。

 

圖1  斯坦福發電機結構組成

圖2  同步發電機整流穩壓調節裝置

 

2、中性線對地有異常電壓

（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，不會有危險，不必處理。

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

（3）空載時中性線對地無電壓，而有負荷時出現電壓，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、發電機過電流

（1）負荷過大，應減輕負荷。

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

4、端電壓過高

（1）與電網并列的斯坦福發電機電網電壓過高，應降低并列的斯坦福發電機的電壓。

（2）勵磁裝置的故障引起過勵磁，應及時檢修勵磁裝置。

5、無功功率不足

      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，使斯坦福發電機端電壓低于電網電壓，送不出額定無功功率，應采取下列措施：

（1）在斯坦福發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數千歐、10W的電阻。

（3）減小變阻器的阻值，使斯坦福發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

      對于長期停用或經較長時間檢修的斯坦福發電機、投入運行前應測量絕緣電阻，不合格者不準投入運行。發電機受潮后，發電機電氣性能會受到嚴重影響，可能會發生短路（短路時電流實測波形如圖3所示），從而會引起內部燒毀或失火等事故。因此，要進行烘干處理。

（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行。

（3）繞組過熱

      絕緣過熱后會使絕緣性能降低，有時在高溫下會很快造成絕緣擊穿。應加強日常的巡視檢查，防止斯坦福發電機各部分發生過熱而損壞繞組絕緣。

（4）絕緣老化

      一般斯坦福發電機運行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。要做好斯坦福發電機的檢修及預防性試驗，若發現絕緣不合格，應及時更換有缺陷的繞組絕緣或更換繞組，以延長斯坦福發電機的使用壽命。

（5）斯坦福發電機內部進入金屬異物

      在檢修斯坦福發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、緊固端部零件，以不致發生由于離心力作用而松脫。

（6）過電壓擊穿

      過電壓擊穿時，可采用專業的試驗儀進行測試，原理如圖4所示。

① 線路遭受雷擊，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，將斯坦福發電機電壓升得過高。應嚴格按操作規程對斯坦福發電機進行升壓，防止誤操作。

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

 

圖3  發電機短路時A相電流實測波形圖

圖4  發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，當斯坦福發電機運轉時鐵芯產生振動而損壞絕緣；鐵芯片個別地方絕緣受損傷或鐵芯局部過熱，使絕緣老化，就按原計劃條中的方法進行處理。

（2）鐵芯片邊緣有毛刺或檢修時受機械損傷。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，處理好表面。

（4）繞組發生弧光短路，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。

       如果是整個鐵芯松馳，對于小型斯坦福發電機，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內徑的鐵板，穿上雙頭螺栓，收緊鐵芯。待恢復原形后，再將鐵芯原來夾緊螺栓緊。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絕緣材料即可。

 

圖5  發電機定子鐵芯位置平面圖

圖6  發電機定子結構示意圖

 

8、失磁后不能發電

（1）停機后經常失去剩磁，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有電流時磁場就消失，應備有蓄電池，在發電前先進行充磁。

（2）斯坦福發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（時間很短）進行充磁，即能恢復足夠的剩磁。

9、勵磁電抗器溫度過高

（1）電抗器線圈局部短路，應檢修電抗器。

（2）電抗器磁路的氣隙過大，應調整磁路氣隙。

10、電壓升不起來

（1）勵磁回路斷線，使電壓升不起來。應檢查勵磁回路有無斷線，接觸是否良好。

（2）剩磁消失，如果勵磁機電壓表無批示說明剩磁消失，應對勵磁機充磁。

（3）勵磁機的磁場線圈極性接反，應將它的正、負連接線對換。

（4）在斯坦福發電機檢修中做某些試驗時誤把磁場線圈通以反向直流電，導致剩磁消失或反向，應重新進行充磁。

11、轉子故障

      同步發電機的轉子是其主要部件之一，如果轉子出現故障，會導致發電機無法正常運行。轉子故障的類型主要有以下幾種：

（1）轉子繞組短路：由于轉子繞組受到過電壓或過流等因素的影響，導致繞組短路。這種故障會導致同步發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圈斷開。這種故障會導致發電機輸出功率下降，同時也會使發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不在同一條直線上。這種故障會導致發電機產生振動，使機器運行不穩定。

      對于轉子故障，可以通過檢查轉子的繞組、進行平衡校正等方式來解決。如果故障比較嚴重，需要更換轉子。

 

二、發電機故障檢查方法

 

1、常見檢查方法

（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：檢查斯坦福發電機的接線是否正確。同時檢查發電機轉子繞組引線和斯坦福發電機的接地點是否牢固連接。

（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，并檢查保護器的動作是否正常。

（6）檢查地線：檢查斯坦福發電機的地線是否良好。地線應該是個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電機的轉子是否松動，是否出現故障。如果在檢查過程中發現相關故障，可以根據具體情況進行排除。

2、不發電故障檢查

      斯坦福發電機不發電多是因剩磁消失或內部接線錯誤而引起，可用下述方法檢查：

（1）檢查風扇皮帶緊度是否合適。如過松會使斯坦福發電機轉速不足，造成成發電微弱。

（2）檢查整流子與碳刷配合情況。實際證明，斯坦福發電機故障大多發生在此處。拆下防塵罩重點檢查以下幾個方面：

① 觀察整流子表面情況，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，如發電立即正常，說明碳刷彈簧過軟或碳刷過度磨損，應更換新配件。若在運輸途中或田間作業時，可用鐵絲將碳刷彈簧固定端提起，與碳刷架接線螺釘相接，以作臨時補救辦法。

③ 用觀察碳刷與整流子間火花大小檢查兩者貼合是否緊密。將發動機控制在中速以上，然后搭接電樞，磁場接線柱，增大輸出電流，此時，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，會使碳刷與整流子很快燒壞，影響正常發電。這時可用手指對碳刷加壓，若火花消除發電正常，說明碳刷結合壓力過小；若火花仍不能消除，說明整流子表面失圓，云母突出，或電樞線圈部分短路，斷電，碰鐵。

（3）若上述檢查均正常，仍不發電，可用擦火法檢查斯坦福發電機接線及內部情況，檢查時，拆下調節器，把電樞接線柱和磁場接線柱連一導線分別與電池接線柱相碰，觀察火花的情況。磁場線頭與電池接線柱相碰，通常有四種現象：

① 發出藍白色的小火花，說明激磁電路聯接良好。

② 無火花，說明激磁電路斷路。此時，將磁場線頭接到電池接線柱上，然后拆下斯坦福發電機上的磁場接線柱的柱頭，與機殼相碰，如有火花，則說明連線完好，而是激磁線圈發生斷路；如仍無火花，則說明連線斷路。

③ 若發出暗紅色的小火花，說明激磁線路某處接觸不良。此毛病常因假焊造成。

④ 發出很強的大火花并伴有響聲，說明激磁電路碰鐵。此時應拆下斯坦福發電機上的磁場接線柱線頭，將調節器處的磁場線頭再與電池接線柱相碰，如有火花，即證明磁場線圈碰鐵。

3、發電不正常的檢查

（1）接地劃火法：

      將發動機轉速穩定在中速以上，而后將斯坦福發電機的電樞磁場線柱暫時短路，用螺絲刀將電樞接線柱瞬間與機殼觸碰一下，如出現很強的藍白色大火花，說明發電正常；如出現暗紅色小火花或無火花，說明不發電。這時將風扇皮帶調緊一些，拆下電樞、磁場接線柱上去往調節器的線頭，然后再按上法試一下，如火花正常，說明皮帶過松或到調節器的電樞、磁場連線碰鐵。如仍無火花說明斯坦福發電機有故障。接地劃火法簡便易行，但不能準確地查出斯坦福發電機發電不足的故障。

（2）空載電壓法：

      也叫蓄電池檢測法，電路如圖7所示。首先將風扇皮帶的緊度調整適中，拆下通往調節器的電樞、磁場接線頭，而后用導線將斯坦福發電機上的電樞、磁場接線柱短路。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電機的電樞或磁場接線柱相接。正表筆接機殼，觀察表針讀數。220瓦斯坦福發電機轉子轉速1250轉/分，電壓應為12.5伏。當轉速達2800轉/分時，可達35伏。150瓦斯坦福發電機轉速1650轉/分時，可達27伏。如電壓值低于要求值3伏以上時，說明斯坦福發電機不正常。

（3）發電機試驗法：

      電路參考圖8所示，將斯坦福發電機電樞，磁場接線柱短接后，串一電流表接到蓄電池的負極，蓄電池正極接斯坦福發電機外殼。如果在機車上檢查時，應將調節器三個接線柱用導線短接。電路接通后，斯坦福發電機立即平穩旋轉。對于150瓦斯坦福發電機電流不大于6.5安，220瓦斯坦福發電機不大于5.5安。如斯坦福發電機不轉，說明斯坦福發電機內部短路，斷短或接錯；如聲音正常而電流很大，說明激磁線圈或電樞線圈間發生短路；如電流正常而有雜音，說明軸承缺油；如電流大而又有雜音，說明軸承間隙過大，造成轉子掃膛或某部分裝配不當發生摩擦；如聲音正常但電流小（3—4安），整流子又有較大火花出現，說明電樞繞組局部斷路。

      用這種方法檢查斯坦福發電機的故障時，要注意兩點：

① 電流和聲音都正常，有時仍不能發電，這是因為斯坦福發電機磁極鐵芯不能被磁化引起。當磁極鐵芯質量不好，或被猛烈撞擊造成磁分子嚴重紊亂時，激磁線圈在12伏電壓下建立的磁場不能將鐵芯磁化。這樣鐵芯就無剩磁，不能發電，此時應將充磁電壓提高一倍。

② 發電機做直流發電機試驗時的轉速高低，與電源電壓成正比，與每極磁通成反比。所以當斯坦福發電機運轉后，若摘掉磁場線頭，磁場突然減小，斯坦福發電機轉速就會突然升高。此時由于磁場很弱，斯坦福發電機反電勢很低，從而使通往電樞內的電流增大很多，因此做此試驗時不應將磁場線脫開。

 

圖7  調壓器電壓信號蓄電池檢測法

圖8  調壓器電壓信號發電機檢測法

 

總結：

     同步發電機的故障類型比較多，需要及時檢查維護，確保發電機的正常運行。如果發電機出現的故障情況比較復雜，還可以根據具體情況進行更詳細的排查和修復。總之，斯坦福發電機起動故障需要進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，才能確保同步發電機能夠正常起動并運行。另外，用戶的管理部門要加強對同步發電機的管理和維護，確保柴油發電機組的穩定性和可靠性。 

 

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