三相交流同步電機在運行中可能因設計缺陷、安裝不當、維護不足或環境因素引發各類故障。
?
以下是其常見故障類型、原因及排查處理方法：
一、電氣故障
1. 勵磁系統故障
故障現象：
轉子無勵磁電流，電機無法同步運行或失步。
勵磁電壓 / 電流異常（過高、過低或波動）。
常見原因：
有刷勵磁系統：電刷磨損、接觸不良或電刷彈簧壓力不足；滑環表面氧化、臟污或灼傷。
靜止晶閘管勵磁：晶閘管元件損壞、觸發電路故障或控制模塊參數設置錯誤。
無刷勵磁（旋轉二極管）：旋轉整流器二極管擊穿、轉子繞組匝間短路。
排查處理：
檢查電刷磨損程度（通常磨損至原長度 1/3 需更換），清潔滑環并調整電刷壓力（一般 15-20kPa）。
用萬用表檢測晶閘管通斷，更換損壞元件；校準控制模塊的勵磁電流給定值。
停機測量轉子繞組直流電阻（與出廠值對比偏差＞2% 可能匝間短路），必要時解體檢修。
2. 定子繞組故障
故障現象：
定子三相電流不平衡（偏差＞10%）、過載或跳閘。
繞組絕緣電阻下降（如低于 0.5MΩ），伴隨異常發熱或冒煙。
常見原因：
繞組相間短路、匝間短路或接地（絕緣老化、受潮或機械損傷）。
電源電壓不平衡（三相電壓偏差＞5%）或缺相運行。
長期過載導致絕緣過熱老化（如 F 級絕緣長期超過 155℃）。
排查處理：
用兆歐表測量各相繞組對地及相間絕緣電阻，對受潮繞組進行烘干（如溫度控制在 80-100℃，持續 24 小時）。
用雙臂電橋測量三相繞組直流電阻，偏差超 2% 時查找短路點，嚴重時需重繞繞組。
檢查電源電壓平衡性，修復供電線路或更換變壓器。
3. 失步（非同步運行）
故障現象：
電機轉速突然下降，與定子磁場轉速不同步，伴隨劇烈振動、異常噪音（“嗡嗡” 聲）。
電流表指針大幅擺動，有功功率表指示降低。
常見原因：
負載轉矩突然超過電機最大同步轉矩（如機械卡阻、頻繁啟動）。
勵磁系統故障導致勵磁電流驟降或消失。
電網電壓驟降（如雷擊、短路故障）使電機電磁轉矩不足。
排查處理：
立即減小負載或停機檢查機械負載（如聯軸器是否卡死、軸承是否損壞）。
恢復勵磁系統供電，檢查勵磁調節器是否誤動作（如 PID 參數設置不當）。
若電網故障引發，需待電壓穩定后重新并網（同步電機作為發電機時需重新整步）。
二、機械故障
1. 軸承故障
故障現象：
軸承部位發熱（溫度＞95℃）、異常噪音（如 “沙沙” 聲、周期性撞擊聲）。
軸向或徑向振動值超標（如高速電機振動速度＞2.8mm/s）。
常見原因：
潤滑脂不足、變質或混入雜質（如金屬碎屑、水分）。
軸承安裝不當（如過盈配合過緊導致內圈變形）、軸向定位松動。
軸承磨損或疲勞剝落（滾動體、滾道出現點蝕）。
排查處理：
用紅外測溫儀檢測軸承溫度，通過聽針監聽異響，必要時用振動分析儀檢測頻譜（如出現 1× 轉頻、2× 轉頻諧波，可能軸承磨損）。
更換潤滑脂（按電機說明書要求，通常填充量為軸承室容積 1/3-1/2），清洗軸承并檢查游隙（超過 0.1mm 需更換）。
重新調整軸承安裝精度，使用液壓工具壓裝避免敲擊損傷。
2. 振動超標
故障現象：
電機整體振動劇烈，可能引發基礎螺栓松動、聯軸器偏移。
常見原因：
機械方面：轉子動平衡失效（如風扇葉片脫落、轉軸彎曲）、聯軸器對中偏差（徑向＞0.1mm、軸向＞0.05mm）。
電磁方面：定子與轉子氣隙不均勻（偏差＞5% 平均氣隙）、三相繞組不對稱。
安裝方面：底座地腳螺栓松動、基礎剛度不足。
排查處理：
進行轉子動平衡測試（高速電機需做動平衡，殘余不平衡量＜G2.5 級），修復或更換損壞部件。
用激光對中儀校準聯軸器，調整電機位置使偏差符合標準。
緊固地腳螺栓，對基礎進行灌漿加固或增加隔振墊。
3. 轉子掃膛
故障現象：
定轉子摩擦發出 “刺耳” 金屬刮擦聲，伴隨異常發熱、電流增大。
常見原因：
軸承嚴重磨損導致轉子下沉，氣隙不均勻。
轉軸彎曲（撓度＞0.05mm/m）或轉子鐵芯變形。
安裝時電機與負載軸同心度偏差過大，長期運行導致軸位移。
排查處理：
停機測量氣隙（用塞尺沿圓周均勻測 8 點，偏差＞10% 需調整），更換磨損軸承。
校直轉軸（冷校或熱校），修復或更換變形的轉子鐵芯。
重新調整電機安裝位置，確保同軸度符合技術要求。
三、熱故障
1. 電機過熱
故障現象：
定子繞組、軸承或外殼溫度超過額定值（如 F 級絕緣繞組溫度＞155℃）。
常見原因：
負載因素：長期過載運行（電流超過額定值）、機械負載卡阻導致堵轉。
冷卻系統故障：風扇損壞、風道堵塞（如灰塵、油污堆積）、冷卻水流量不足（水冷電機）。
環境因素：通風不良（如安裝在密閉空間）、環境溫度過高（超過 40℃）。
排查處理：
用鉗形表檢測三相電流，若過載需調整負載或更換更大功率電機。
清理風道雜物，修復或更換損壞的風扇；檢查水冷系統閥門、管道是否堵塞，確保冷卻介質流量達標（如冷卻水壓力＞0.2MPa）。
改善電機安裝環境，增加強制通風或降低環境溫度（如加裝空調）。
2. 冷卻系統故障
故障現象：
水冷電機出水溫度過高（如＞60℃），空冷電機進風口溫度超標。
常見原因：
水冷系統：冷卻水管路結垢（導熱系數下降）、水泵故障、散熱器堵塞。
空冷系統：風扇葉片斷裂、風罩脫落或濾網積塵嚴重。
排查處理：
對水冷系統進行化學清洗（如用檸檬酸溶液除垢），更換水泵葉輪或密封圈。
清理空冷系統濾網（建議每季度清洗一次），修復風扇和風罩結構。
四、其他典型故障
1. 并網失敗（發電機場景）
故障現象：
同步發電機無法并入電網，或并網后出現沖擊電流。
常見原因：
并網時頻率、電壓、相位與電網不一致（如頻率偏差＞0.5Hz、電壓偏差＞10%）。
同期裝置故障（如自動準同期裝置參數設置錯誤）。
排查處理：
使用同期表檢測并調整發電機頻率、電壓及相位，確保與電網 “三相同步”。
校準同期裝置參數，檢查電壓互感器（PT）和電流互感器（CT）接線是否正確。
2. 絕緣擊穿
故障現象：
繞組對地或相間絕緣電阻驟降，引發短路跳閘。
常見原因：
絕緣材料老化（如運行超 10 年的電機）、受潮或遭受過電壓沖擊（如雷擊、操作過電壓）。
排查處理：
對繞組進行耐壓試驗（如額定電壓 10kV 電機，試驗電壓 15kV 持續 1 分鐘），找出擊穿點并修復。
對老化繞組進行絕緣升級（如更換為 H 級絕緣材料），加裝避雷器防止過電壓。
故障預防與維護建議
定期巡檢：
每周檢查電機溫度、振動、噪音及電流，記錄運行數據（如勵磁電流、定子電壓）。
每季度清理電機外殼及冷卻系統，檢查接線端子緊固情況。
狀態監測：
安裝在線監測系統（如溫度傳感器、振動變送器），實時預警異常（如溫升速率＞5℃/h 時報警）。
規范檢修：
每 1-2 年進行一次全面檢修，包括繞組絕緣測試、軸承潤滑脂更換、轉子動平衡校驗。
對重要場合電機（如發電廠主發電機）進行預防性試驗（如直流耐壓、繞組匝間耐壓）。
