大型發(fā)電機是電力系統(tǒng)的核心，是十分重要和昂貴的設(shè)備，其運行可靠性對系統(tǒng)的正常運行、用戶的不間斷供電、保證電能質(zhì)量以至整個社會的安全運轉(zhuǎn)都起著極其重要的作用。 發(fā)電機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)子繞組一點接地或兩點接地；轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流消失。發(fā)電機的不正常運行狀態(tài)主要有：由于外部短路引起的定子繞組過電流；由于負荷超過發(fā)電機額定容量而引起的三相對稱過負荷；由外部不對稱短路或不對稱負荷引起的發(fā)電機負序過電流和過負荷；由于突然甩負荷引起的定子電流過電壓；由于勵磁回路故障或強勵時間過長引起的轉(zhuǎn)子繞組過負荷；由于汽輪機主汽門突然關(guān)閉引起發(fā)電機逆功率等。這些故障和不正常運行都和發(fā)電機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。同步電機定子繞組內(nèi)部故障是電機中常見的破壞性很強的故障，其很大的短路電流會產(chǎn)生破壞性嚴重的電磁力，也可能產(chǎn)生過熱而燒毀繞組和鐵心。故障產(chǎn)生的負序磁場可能大大超過設(shè)計允許值而造成轉(zhuǎn)子的嚴重損傷。定子繞組的單相接地也是發(fā)電機最常見的一種故障，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，機組需要設(shè)置相應(yīng)的保護。
　　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。當發(fā)電機端口處發(fā)生相間短路時，發(fā)電機可能出現(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，對定子繞組、轉(zhuǎn)軸、機座都將產(chǎn)生極大的沖擊而損傷，巨大的沖擊力將直接損壞發(fā)電機定子端部線棒，使其嚴重變形、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、絕緣體表面落上磁性物體、繞組線棒在槽內(nèi)固定不緊，在運行中因振動使絕緣體發(fā)生摩擦而造成絕緣損壞；在發(fā)電機制造中因下線安裝不嚴格造成的線棒絕緣局部缺陷、轉(zhuǎn)子零部件在運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：解析計算法、試驗研究法和數(shù)字仿真法。
　　解析計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)子繞組實際回路列寫電壓和磁鏈方程；在計算回路參數(shù)時從單個線圈出發(fā)，先得到單個線圈的參數(shù)，然后根據(jù)各回路的實際組成情況用有關(guān)線圈的參數(shù)計算回路參數(shù)。由于定轉(zhuǎn)子之間有相對運動，一些電感系數(shù)是時變的，最后形成的是一組時變系數(shù)的微分方程，利用數(shù)值解法即可求取凸極同步發(fā)電機定子繞組內(nèi)部故障的瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)分量。
　　試驗研究法是研究發(fā)電機故障行為和校核繼電保護裝置的重要方法。由于大型發(fā)電機造價昂貴，所以該方法從安全性、經(jīng)濟性和可行性等因素上考慮，一般是在實驗室通過動模機組進行故障的動態(tài)模擬試驗研究。
　　數(shù)字仿真是利用數(shù)字計算機為工具對實際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進行求解分析的方法。數(shù)字仿真過程可分為4個步驟:實際系統(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)果分析和驗證。這種研究方法由于具有經(jīng)濟性、安全性、靈活性以及方便性等優(yōu)勢,所以國內(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：國內(nèi)運行的大型汽輪發(fā)電機組中大多數(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，會形成短路電流，從而形成局部過熱點。在長期運行下，局部過熱點又會進一步引起絕緣損壞，導(dǎo)致更為嚴重的匝間短路，形成惡性循環(huán)的局面。轉(zhuǎn)子匝間短路同時會引起磁通的不對稱和轉(zhuǎn)子受力不平衡現(xiàn)象，而引起轉(zhuǎn)子振動；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。同時較大的短路電流可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子接地故障發(fā)生。
　　故障原因：發(fā)電機轉(zhuǎn)子通常包括多個磁極線圈，線圈引線和阻尼繞組等，具有較大的轉(zhuǎn)動慣量。由于離心力的作用，在運行中線匝絕緣的移動，轉(zhuǎn)子繞組端部的熱變形，線匝端部墊塊松動或護環(huán)絕緣襯墊老化，小的導(dǎo)電粒子或碎物進入轉(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)下面這些特征較準確地識別轉(zhuǎn)子線圈是否發(fā)生匝間短路故障: ①振動幅值增大；②風(fēng)溫提高；③在勵磁電壓不變的條件下, 勵磁電流增大；④勵磁電流增大，而無功變小或不變。