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故障检修与技术维护 |
导致发电机温度升高或过热的来由 |
摘要：发电机在使用的过程中，经常会发生发电机绕组和铁芯过热现象，不仅会影响发电机的工作效率，而且还会大大降低发电机的使用寿命，导致发电机各轴承温度比正常值明显升高或超限。因此，弄清发电机温度异常的原因及处理方法就显得尤为重要了。解决发电机高温故障应需要从实际出发，先找到原因再根据具体的原因来进行处理，以免铁芯被烧坏。
一、发电机高温常见故障原因
1、没有按技术条件运行
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，使发电机按照规定的技术条件运行。
2、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。
3、风道堵塞
风道被积尘堵塞、通风不良，造成发电机散热困难。应排除阻碍物，拆开电机，彻底吹清各风道，清除风道积尘、油垢、使风道畅通无阻。
4、冷却器堵塞
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，应限制发电机负荷，以降低发电机温度。
5、润滑脂加注量错误
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。
6、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。
8、导线断裂
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。
9、功率因素低
负载功率因数太低，调整负载，使励磁电流不超过额定值。
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发电机冷却系统结构分布 |
二、发电机轴承运转造成温度升高
当轴承旋转速度过快，内外圈之间会因为相互运动产生摩擦而生产热量。若不考虑能量损失，则轴承与转子之间摩擦力做功与产生的热量相等。
根据物理学公式
Q=W=μNs
μ为摩擦系数，与接触面的粗糙程度决定，对发电机而言，与内外圈滚珠和滚柱间的粗糙程度有关，轴承在完工出厂后，其粗糙面程度已经确定，减小摩擦系数的方法只能在轴承与滚柱之间添加润滑油；
N为轴承受到的压力；
s为轴承运动的相对距离，由轴承半径、转速、运行时间决定。
轴承所受到的压力由两部分组成，一部分为转子分布在轴承上的重力，另一部分为转子在旋转过程中产生的离心力。离心力的产生主要是转子重心与轴承重心无法完全重合造成的。
离心力计算公式
F离=ω2r
ω——转子转速，
r——转子重心于轴承中心的偏差距离。
由公式可知，转子的转速和两个中心的偏差距离是影响离心力大小的主要因素。因离心力方向的不确定性，使轴承受到的压力称规律性变化。但当轴承内外圈间的游隙和窜动量大于设计值时，内外圈间存在异常摩擦力，使轴承在X轴上产生压力，导致轴承总的受力值变大，产生的热量增加。发电机轴承外圈与发电机外壳相连，轴承产生的热量通过传导向外扩散，但润滑油充满轴承内部，若润滑油传热效果不好，影响热量外散也会造成轴承温度升高。
三、外部因素造成温度过高
1、部件损耗产生的热量。
发电机在工作状态中，电机内部不可避免会造成部件的磨损，如定子或转子的铜耗、铁耗、机械损耗及附加损耗等，使发电机轴承温度升高。转子回路的铜耗包括转子铜材绕组的的电阻及个串联绕组的电阻，励磁回路的铜耗励磁绕组铜材的电阻及外串的调节电阻组成。
计算公式为：
PCu=PCus+PCuf=Is2xRs+If2x(Rf+Rp)
其中：Is——转子回路的总电流；
If——励磁绕组回路的总电流；
Rs——转子回路的总电阻；
Rf——励磁绕组的总电阻；
Rp——外串的调节电阻；
以上物理量中转子回路的总电阻、励磁绕组的总电阻和外串的调节电阻在电机设计完成后是固定不变的。因此电机铜耗主要有励磁回路的电流和转子回路电流的大小决定的。
同理，铁耗主要由涡流损耗和磁滞损耗两部分构成，影响因素有磁通交变频率及磁密的值有关。机械损耗是由于碳刷和换向器的摩擦、转子转动时与空气摩擦造成的损耗；附加损耗为除以上损耗之外的其他原因产生的损耗，一般将额定损耗的0.5%-1.0%作为附加损耗。总之，发电机的铜耗、铁耗、机械损耗均有可控制的影响因素，这些损耗可以通过技术手段降低，从而减少热量的产生。
2、发电机水冷器散热。
发电机冷却方式由空空冷却、空水冷却和水套冷却等。发电机冷却装置在吸收热量的同时，对外散发热量，这也成为轴承温度升高的原因之一。以水冷器为例，水冷器在从发电机内吸收热量，降低发电机温度的同时，通过冷却液将热量排除机舱，理想状态下，水冷器吸收的热量与冷却液吸收的热量相等。但在实际工作中，水冷器吸收的热量与冷却液流量成正比，大小与冷却液的传导系数和散热器的表面积有关。水冷器吸收的热量与冷却液吸收的热量的差值，也是造成轴承温度升高的原因。
3、发电机外壳散热对轴承的影响。
发电机热量的散发除冷却装置外，还有通过电机外壳向外界散热。根据热辐射相关公式可知，发电机外壳向外界辐射的热量，与发电机外壳空气流量、外壳与空气温度差、空气吸热能力、外壳灰度有关。若发电机外壳散热受阻，则会导致内部结构温度的升高，包括轴承。
四、处理措施
根据轴承温度升高热量来源分析以及长期工作经验，对轴承温度升高造成的系统故障可以从以下几方面控制预防：
1、润滑油性能的好坏，决定了滚珠与滚柱间的摩擦系数，更换质量较好的润滑油，可有效降低由于摩擦产生的热量。
对于选定的润滑油品牌，其性能已经固定，但在使用过程中可能造成污染降低其性能，对于这种情况应及时检测，定期更换或补充润滑油，确保轴承部位的摩擦系数最小，减少热量的产生。
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图2 发电机新旧油脂的降温效果差异 |
2、提高发电机安装质量。
发电机转子重心与轴承重心的偏差距离是影响轴承所受压力的重要因素，通过提高发电机安装质量，减少偏差，确保轴承内外圈的间隙和窜动量符合设计值，减少轴承自身运转造成的热量产生。
3、发电机产生的热量由转子回来电流、励磁回路电流、发电机转速和发电机硅钢片质量决定。
在电压固定的情况下，电流大小由电路中电阻决定，电阻大小与材料性能、长度、横截面积有关。在材料确定、粗细一致的情况下，材料的长度成为影响电阻的决定性因素。若以质量衡量长度，发电机组件的质量减少可有效降低发电机热量产生。
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