翟天心
中原大学电机工程学系 台湾 桃园 450121
摘要 随着社会的不断发展和科学技术的进步，各种类型的发电机逐渐出现，其应用也越来越频繁。但是，在运行过程中，受多种因素的影响，发电机容易出现电气故障。因此，本文介绍了发电机电气故障诊断方法，以确保发电机安全可靠运行。
关键词：发电机;故障诊断; 方法探讨
引言
当今社会正处于科学技术飞速发展的时代，随着人们日常生活和社会活动需求的不断增加，工业厂房的不断扩建，越来越多的发电机设备得到应用。与此同时，发电机系统，其功能越来越完善，越来越复杂，也伴随着各种各样的问题。由于发电机结构的规模越来越大和各个子系统的复杂性，发电机设备发生故障的概率呈指数级增长。电力系统的基本要素是电气设备，万一发生故障，断电检修，会造成经济损失，影响人们的正常工作和生活，重则造成短路或局部损坏。如果不及时发现，可能会发生火灾事故，危及人身安全。因此，研究发电机设备故障诊断技术对于保证电气设备安全可靠运行，减少经济损失，防止人员伤亡具有十分重要的意义。
一、发电机故障智能诊断的重要性
发电机故障在多种因素的作用下频繁发生，发电机故障智能诊断的重要性不言而喻。发电机故障智能诊断有助于设备稳定运行，提高发电机的安全性，在最短的时间内准确定位发电机故障的具体位置，让维修人员准确判断故障的严重程度，采取适当的方法，有效解决故障问题，缩短故障修复时间，确保发电机能尽快恢复正常运行。发电机故障的智能诊断对维修人员很有帮助，即使在发电机早期电气故障检测情况下，有效解决故障，可帮助企业科学全面了解电气故障，从而调整发电机维修内容，优化维修计划，落实维修工作，减少发电机电气故障的发生，提高发电机的综合性能，充分发挥其各种作用，延长其使用寿命，降低维修和运行成本，提高发电机日常运行的经济效益。
二、发电机故障诊断现状分析
（1）绝缘故障诊断
于此类故障，通常采用单线法进行诊断。这意味着带电设备的相关传输线依次断开，从而可以准确确定发生绝缘故障的区域。故障确定如果出现在特定区域，进行识别并使用度量方法锁定故障的特定位置，在此基础上进行更准确的诊断和修复。这种检测方法不仅速度快、操作简单，而且在检测大型机组和大型传输设备时具有较高的可行性。对于特定应用，此方法应遵循从易到难的原则。从一个简单而直观的问题开始，要发现简单而明显的故障，需要做的就是仔细查看该特定区域，然后处理电力设备。检查设备容易发生的故障，负载设备需要稍后检查。另外，由于该诊断方法操作起来相对方便，所以全面诊断不仅可以发现更多的安全隐患，还可以诊断出相对隐蔽的缺陷。因此，现在这种诊断方法得到了广泛的应用，许多发电机的诊断工作都是通过这种诊断方法来完成的。但由于此方法往往工作量大，周期较长，故人力资源投入也比较高。同时，采用分切断路器肯定会影响发电机的正常运行，在紧急情况下，严重时很容易造成安全事故[1]。
（2）发电机发热故障
发电机发热是一种比较常见的故障类型，通常通过红外设备进行诊断。监控也应遵循从易到难的原则。在比较明显的发热故障情况下，有经验的监控人员通常可以妥善处理。但是，随着近年来用电设备更新换代的不断加快，工作效率大大提高，故障诊断的难度也有所增加。红外设备的科学应用，使整个诊断过程更加快捷方便。例如，发电机通过仪表测量显示温度上升过快。温度在启动后几分钟内呈线性上升。多次停机降温后，仍难以妥善解决温升过快的问题。使用便携式红外设备检查，可确认装置内部有无异常。使用这种诊断方法进行监控不仅准确直观，而且由于不需要连接到相关的设备，因此相互影响很小。此外，随着发电机使用范围的不断增加，使用红外设备可以诊断出常规技术难以检测的故障，并能高度相关，且及时发现并妥善处理。
（3）轴承故障诊断
轴承的正常运行对发电机的可靠性、精度和寿命有很大影响。通过在发电机从动端和非从动端的轴承座位置安装振动传感器，可以监测轴承的径向和轴向振动信号。振动传感器用于采集轴承在运行过程中的振动信号，通过数据处理得到轴承运行的特征频率参数，比较轴承在运行速度条件下各结构的异常特征频率。确定轴承的工作状态。
由于发电机内部件结构的复杂性、装置中对轴承运行状况的影响以及振动监测过程中偶然因素的影响，在线监测中确定故障是困难的。因此，采用的振动在线监测技术可以在一定程度上对监测到的振动信号进行分解和提取，从而进一步提取表征故障特征的信息量，确定发电机的运行状态，识别和诊断轴承故障点及其起源[2]。
三、发电机电气设备故障分析的一般方法
（1）状态分析方法
所谓状态分析法，就是根据发电机发生故障时的状态，对发电机进行分析和检查的方法。发电机的运行过程可以分为几个阶段，这些阶段也可以是运行状态。例如，发电机的运行启动、前进、后退、制动和停止。在设备运行的某种状态下，发生故障的频率比较高，而部件在某种状态下的运行状态是发电机故障分析的主要依据。
（2）图解分析法
发电机有相应的设计图，其中包含设备的结构、工作原理、功能、安装方法、维护方法等重要信息。这些设计图纸在发电机检修中发挥着重要作用。发电机的图纸有几种类型，例如原理图、系统图和位置图。在诊断发电机故障时，需要对这些图纸进行综合分析，了解图纸之间的关系，例如可以转换成电路图的接线图。
（3）电气参数的诊断方法
电气参数诊断法是发电机故障监测和诊断的主要方法之一，通过监测发电机各相的输出功率、电流和电压，可以在一定程度上诊断电气和机械故障。目前，工程实践中使用的各种发电机电气参数的诊断方法有多种，主要监测参数有发电机电压电流、发电机电压电流输出和发电机电压电流系统。实时监测激励，该电流可以结合发电机转速和功率角信息的测量，实现发电机转子和定子运行状态的分析和诊断。错误的主要类型包括发电机中的电磁行为异常，发电机气隙的均匀性，例如负载对称性和绕组对称性[3]。
（4）振动和噪声监测方法
振动噪声监测是旋转机械设备状态监测和故障诊断的最重要方法之一。基本方法是测量发电机转子在运行过程中的振动，并结合发电机转子的运行工况参数（转速）、旋转角度、振动等经过监测、适当的信号分析和处理，获取反映故障的特征信息，并根据故障特征信息诊断故障类型、位置、程度和发展趋势。振动监测基于旋转机械的动态理论。正常转子和故障转子在运行过程中表现出不同的振动特性。根据监测到的振动信号的变化，可以识别和判断异常运行情况。振动监测可以实现对各类转子故障的诊断和定位，已广泛应用于发电机转子故障的诊断。此外，发电机转子支撑轴承的振动大小也是判断发电机产品质量的关键指标。
（5）温度监测方法
发电机温度监测除用于报警保护外，还可用于分析和判断发电机异常情况。可实时监测定转子铁芯及绕组温度、冷却系统进出口空气温度、水温等，判断冷却系统故障。轴承和润滑系统的缺陷可以通过轴承温度的实时监测来判断。风力发电机运行时，如果发电机温度超过规定值，将报警并自动停机。运维人员必须立即确定温度超过阈值的原因，及时排除故障，启动风力涡轮机。采取适当的措施来散发发电机的热量并使其在允许的温度范围内运行，对于减少发电机故障和提高发电机寿命具有积极作用[4]。
结语
发电机故障诊断是保证发电机正常运行的重要功能，因此需要根据发电机的运行规律和运行特点进行发电机故障诊断和日常维护保养。发电机故障诊断技术可以缩短故障检测时间，减少发电机不必要的检修工作和全面维护，以保证发电机内部部件的正常、良好运行。
参考文献
[1]杨晓光, 许仪勋. 双馈风力发电机故障诊断方法研究[J]. 电测与仪表, 2018, 055(002):52-58.
[2]孔德同, 贾思远, 王天品,等. 基于振动分析的风力发电机故障诊断方法[J]. 发电与空调, 2017(1):21-22.
[3]陈慧. 发电机出口断路器液压弹簧操作机构常见故障诊断方法及实际案例处理[J]. 电工技术, 2020, No.513(03):134-136.
[4]隋臣伟, 李元香. 基于振动分析的风力发电机故障诊断方法[J]. 智能城市应用, 2020(2):86-87.