汽轮 发电机 （steam 透平机 generator）是指用汽轮机驱动的发电机。由锅炉产生的 过热蒸汽 进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电机发电，做功后的废汽经 凝汽器 、 循环水泵 、 凝结 水泵、给水加热装置等送回锅炉循环使用。
概述
发电机 是将 机械能 转变为 电能 的电机，通常由汽轮机、 水轮机 或 内燃机 驱动。发电机分 直流发电机 和交流发电机两大类，后者又可分为 同步发电机 和 异步发电机 。现代电厂中最常用的是同步发电机。它由直流电流 励磁 ，既能提供有功功率，也能提供无功功率，可满足各种负载的需要。异步发电机没有独立的励磁绕组，其结构简单，操作方便，但不能向负载提供无功功率。因此，异步发电机运行时必须与其他同步发电机并联，或并接相当数量的 电容器 。直流发电机有 换向器 ，结构复杂，价格较贵，易出故障，维修困难，效率也不如交流发电机。故自20世纪50年代以后， 直流发电机 逐渐为 交流电源 经功率半导体整流获得的 直流电 所取代。
汽轮 发电机 是与汽轮机配套的发电机。其转速通常为3000转/分（频率为50 赫兹 ）或3600转/分（频率为60赫兹）。高速汽轮发电机为了减少因 离心力 而产生的机械 应力 以及降低风磨耗， 定子和转子 直径一般较小，长度较大（即细长转子）。这种细长转子使大型高速汽轮发电机的转子尺寸受到限制。20世纪70年代以后，汽轮发电机的最大容量达130～150万千瓦。
汽轮发电机是 同步发电机 的一种，它是由汽轮机作原动机拖动转子旋转，利用 电磁感应 原理把 机械能 转换成 电能 的电气设备，主要运用于火力发电厂或 核能 发电厂。
由于汽轮发电机在设计、安装和运行方面的诸多原因，汽轮发电机的故障具有潜伏性，时常会造成在实际生产过程中运行机组的故障发生率居高不下。对汽轮发电机的状态监测和故障诊断，目的是在故障初始阶段检查出汽轮发电机存在的缺陷，有计划地安排机组检修，避免重大事故的发生。同时，延长其平均无故障时间和缩短平均修理时间，减少停机，降低维修费用，提高发电设备的设备利用率。
原理
汽轮发电机是由汽轮机作原动机拖动 定子和转子 旋转，利用 电磁感应 原理把 机械能 转换成 电能 的发电设备。 发电机 转子绕组 内通入直流电流后，便建立转子 磁场 ，这个磁场称主磁场，它随着汽轮发电机转子旋转。其 磁通量 自转子的一个 磁极 出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙，再进入转子另一个相邻磁极，从而构成 主磁通 回路。由于发电机转子随着汽轮机转动，发电机磁极旋转一周，主磁极的磁力线被装在 定子 铁芯内的u、v、w三相 绕组 ( 导线 )依次切割，根据 电磁感应定律 ，在定子三相绕组内感应出 相位 不同的三相交变 电动势 。
假设汽轮发电机 定子和转子 具有一对磁极(即一个N极、一个S极)，当汽轮发电机转子与汽轮机转子同轴高速旋转时，如汽轮机以3000转/分旋转时，这样发电机转子以50周/秒的恒速旋转，磁极 极性 也要变化50次，那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次，同时在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势，即频率为50 赫兹 的三相交变电动势。这时若将 发电机 定子 三相 绕组 末端(即中性点)连在一起接地，而将发电机定子三相绕组的首端引出线与用电设备连接，就会有电流流过，这个过程即为汽轮机 定子和转子 输入的 机械能 转换为 电能 的过程。
结构
火力发电厂或 核能 发电厂的汽轮发电机皆采用卧式结构，如图1所示，发 电机与汽轮机、励磁机等配套组成同轴运转的汽轮发电机组。汽轮发电机最基本的组成部件是定子、转子、 励磁 系统和冷却系统。
定子
汽轮发电机的定子如图2所示，由定子铁芯、定子绕组、机座等部件组成。
(1) 定子 铁芯。定子铁芯是构成 磁路 并固定定子 绕组 的重要部件，通常由0.5mm或3.5mm厚、导磁性能良好的冷轧 硅钢片 叠压而成。大型汽轮发电机的定子铁芯尺寸很大，硅钢片冲成 扇形 ，再用多片拼装成圆形。
(2) 定子和转子 绕组。定子绕组嵌放在定子铁芯内圆的定子槽中，分三相布置，互成120°角度，以保证转子旋转时在三相定子绕组中产生互成120°相位差的 电动势 。每个槽内放有上下两组绝缘 导体 (亦称 线棒 )，每个线棒分为直线部分(置于铁芯槽内)和两个端接部分。直线部分是切割磁力线并产生感应电动势的导体有效边，线棒端接部分则起到连接作用，把相关线棒按照一定的规律连接起来，构成 发电机 的 定子 三相 绕组 。中、小型汽轮发电机的定子线棒均为实心线棒，而大型汽轮发电机由于散热的需要，多采用内部冷却的线棒，譬如由若干实心线棒和可通水的空心线棒并联组成。
(3)机座及端盖。机座的作用是支撑和固定发电机 定子和转子 铁芯。机座一般用钢板焊接而成，必须有足够的强度和 刚度 ，并能满足通风散热的要求。端盖的作用是将发电机本体的两端封盖起来，并与机座、定子铁芯和转子一起构成发电机内部完整的通风系统。
转子
汽轮发电机的转子如图3所示，主要由转子铁芯、 励磁 绕组 ( 转子绕组 )、 护环和风扇等组成，是汽轮发电机最重要的部件之一。由于汽轮发电机转速高，转子受的 离心力 很大，所以转子都呈细长形，且制成隐极式的，以便更好地固定励磁绕组。
(1) 定子和转子 铁芯。 发电机 转子本体采用高强度、导磁性能良好的 合金钢 加工而成。沿转子本体表面轴向铣出用于放置励磁绕组的凹槽。槽的排列方式一般为辐射式，槽与槽之间的部分为齿，俗称小齿。未加工的部分通称大齿，大齿作为 磁极 的极身，是 主磁通 必经之路。
(2) 励磁 绕组 。励磁绕组为若干个 线圈 组成的同心式绕组，线圈则用矩形扁铜线绕制而成。励磁绕组放在槽内后，绕组的直线部分用 槽楔 压紧，端部径向固定采用护环，轴向固定采用云母块和中心环。励磁绕组的引出线经导电杆连接到 集电环 上，再经过 碳刷 引出。
(3)护环和中心环。汽轮发电机转速很高，励磁绕组端部承受很大的 离心力 ，所以要用护环和中心环来紧固。护环把励磁绕组端部套紧，使绕组端部不发生径向位移和变形；中心环用以支持护环，并防止端部的轴向移动。
(4)集电环。集电环分为正、负两个集电环，由坚硬耐磨的合金锻钢制成，装于发电机转子的 励磁 端外侧。正、负两个集电环分别通过引线接到励磁 绕组 的两端，并借电刷装置引至 发电机 励磁系统上。
(5)风扇。风扇装于发电机 定子和转子 的两端，用以加快气体在 定子 铁芯和转子部分的循环，提高冷却效果。
冷却系统
发电机运行时，其内部产生的各种损耗会转化为 热能 ，引起发电机发热。尤其是大型汽轮发电机，因其结构细长，中部热量不易散发，发热问题更显得严重。如果发电机温度过高，会直接影响绝缘的使用寿命，因此冷却对于大型汽轮发电机是非常重要的问题。
励磁系统
励磁系统的主要作用是：
①发电机正常运转时，按主机负荷情况供给和自动调节励磁电流，以维持一定的端电压和无功功率的输出。
②发电机并列运行时，使无功功率分配合理。
③当系统发生突然 短路 故障时，能对 发电机 进行强励，以提高系统运行的稳定性。 短路 故障切除后，使电压迅速恢复正常。
④当发电机负荷突减时，能进行强行减磁，以防止电压过分升高。
⑤发电机发生内部故障，如匝间短路或 定子和转子 发生两点接地故障时，能够对发电机自动减磁或 灭磁 。
故障分类
发电机是 电力系统 的“心脏”，其能否安全运行，将直接关系到电力系统的稳定和 电能 的质量。汽轮发电机的 绝缘材料 长期处在高温和潮湿的恶劣环境下，并且承受着巨大的机械 应力 ，极易发生绝缘故障。与变压器相比， 发电机 增加了旋转部分，除了电气绝缘故障外，还有各种机械故障。另外，发电机本身机械结构复杂，还有庞大的辅机设备，使得发电机系统的任一部件发生故障都可能导致整个系统停止运行。汽轮发电机的故障大致可归为以下几种典型故障：
(1) 定子和转子 铁芯故障。
铁芯故障通常发生在大型汽轮发电机上。由于制造或安装过程中损伤了 定子 铁芯，形成片间 短路 ，流过短路处的环流随时间逐渐增大，致使 硅钢片 熔化，并流入定子槽，从而烧坏 绕组 绝缘，最后因定子绕组接地导致 发电机 定子铁芯烧毁。 小型发电机 则可能由于自身振动过于剧烈、轴承损坏等原因，造成定、转子间摩擦而使定子铁芯损坏。这类故障的早期征兆是大的短路电流、高温和 绝缘材料 的热解。
(2)绕组主绝缘故障。
1)绝缘老化。主要发生在大容量的汽轮发电机定子槽内。 环氧 云母绝缘因存在放电而受损，最后引发绝缘事故。
2)绝缘的先天性缺陷。主绝缘中存在空洞或杂质而引起局部放电，局部放电进一步发展，从而引起绝缘故障。
绕组股线故障主要是股线 短路 故障，多发生在电负荷大， 定子 绕组承受较大的电、热以及机械 应力 的大型 发电机 中。定子线棒通常由多根股线组合而成，股间有绝缘，并需进行换位。在运行中，若发生严重的绕组振动，则可能损坏股线问的绝缘，导致股线问短路而产生 电弧 放电，进而侵蚀和熔化其他股线，破坏定子 线棒 的主绝缘，可能发生接地故障或相间短路故障。另外，当绕组振动过大时，也会引起槽口等处的定子线棒股线问的绝缘疲劳断裂，从而导致电弧放电。
发电机运行时，持续的机械应力或因暂态过程产生巨大的冲击力，可使 定子 端部绕组发生机械位移。大型汽轮发电机中，此类位移有时可达几毫米，从而使端部产生振动，引发疲劳磨损，使 绝缘材料 出现裂缝，从而发生局部放电。这类故障的先兆是振动和局部放电。
(5) 转子绕组 故障。
汽轮发电机转子绕组故障主要是由于电、热、机械 应力 引起的。譬如，转子 离心力 使转子绝缘损坏从而引起绕组匝间 短路 ，造成局部 过热 ，进而损坏主绝缘。匝间 短路 会使 发电机 定子和转子 出现 磁通量 不对称，转子受力不平衡，引起转子振动。可通过监测机组振动是否加大，气隙 磁通 波形 畸变程度等现象来诊断该类故障。
(6)转子本体故障。
强大的离心力同样也可能引起转子本体故障。
例如：转子自重力的作用导致 刚体 疲劳，使转子本体及与之相连的部件的表面发生裂纹；进一步发展，将导致转子发生灾难性的故障。转子过热也会引起严重的疲劳断裂； 电力系统 突发暂态过程时，会对转子产生冲击 应力 ，若发电机和系统之间存在 共振 条件时，转子会激发扭振现象。 定子和转子 或 联轴器 发生机械故障时，会导致转子偏心引起振动，引发转子本体故障。
(7)冷却水系统故障。
因冷却水质不洁等原因会引起部分冷却水管道堵塞，导致汽轮 发电机 局部 过热 ，并最后烧坏发电机绝缘。其先兆是 定子 线棒 或冷却水的温度偏高，材料热解使冷却介质中产生杂质微粒，使发电机的放电量增加。
故障机理
内部原因
1)在设计制造过程中，要根据发电机容量、工作环境和运行要求进行电磁设计，科学合理地加工部件和正确选择电机材料。譬如，发电机 绝缘材料 选用不当、材料不符合规定，都会造成绝缘材料磨损、腐蚀、变形、破裂和老化等。
2)汽轮发电机组自身的结构特点。例如，由于发电机冷却水系统的故障，引起部分冷却水管道堵塞或漏水，导致汽轮发电机局部 过热 或 绕组 受潮，并最后烧坏发电机绝缘。
3)汽轮发电机组自身的工作特点。汽轮发电机的绝缘材料长期处在高温和潮湿的恶劣环境下，并且承受着巨大的机电 应力 ，极易发生绝缘故障。由于汽轮发电机与大电网相连，当 电力系统 突发暂态过程时，会对 定子和转子 产生冲击。机电系统之间存在 共振 条件时，会引发破坏性的转子扭振现象。
外部原因
1)安装调试不到位。汽轮发电机组在运输、安装、调试的环节中出现问题，造成设备故障缺陷。譬如，汽轮 发电机 在安装或大修后，如果轴系对中不好，或者发电机定子和转子的中心不重合，极易引起轴系的弯曲振动，破坏机组转子本体及转子绝缘。
2)运行操作管理问题。运行人员没有按照操作规程正确调控发电机组，或者采取了错误的操作方法，造成人为故障等。譬如，使发电机组长期超负荷运行，会引起发电机 过热 ，使发电机绝缘过早老化。
3)维护管理问题。维护人员没有严格按照维护规定的技术要求完成各项工作。在维修过程中，如果维修不当，没有达到修理技术要求，修理质量不高，很容易造成发电机组内部绝缘被人为损伤。