大型發電機是電力系統的核心，是十分重要和昂貴的設備，其運行可靠性對系統的正常運行、用戶的不間斷供電、保證電能質量以至整個社會的安全運轉都起著極其重要的作用。 發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；轉子繞組一點接地或兩點接地；轉子勵磁回路勵磁電流消失。發電機的不正常運行狀態主要有：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子繞組過負荷；由于汽輪機主汽門突然關閉引起發電機逆功率等。這些故障和不正常運行都和發電機繞組破壞有著直接的聯系。
　　1定子繞組故障分析
　　同步電機定子繞組內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生破壞性嚴重的電磁力，也可能產生過熱而燒毀繞組和鐵心。故障產生的負序磁場可能大大超過設計允許值而造成轉子的嚴重損傷。定子繞組的單相接地也是發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，機組需要設置相應的保護。
　　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。當發電機端口處發生相間短路時，發電機可能出現4～5倍于額定電流的大電流，急劇增大的短路電流和產生的巨大的電磁力和電磁轉矩，對定子繞組、轉軸、機座都將產生極大的沖擊而損傷，巨大的沖擊力將直接損壞發電機定子端部線棒，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、繞組線棒在槽內固定不緊，在運行中因振動使絕緣體發生摩擦而造成絕緣損壞；在發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。
　　定子繞組內部故障分析方法有：解析計算法、試驗研究法和數字仿真法。
　　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建立凸極同步發電機定子繞組內部故障瞬態數學模型的基本指導思想是按定、轉子繞組實際回路列寫電壓和磁鏈方程；在計算回路參數時從單個線圈出發，先得到單個線圈的參數，然后根據各回路的實際組成情況用有關線圈的參數計算回路參數。由于定轉子之間有相對運動，一些電感系數是時變的，最后形成的是一組時變系數的微分方程，利用數值解法即可求取凸極同步發電機定子繞組內部故障的瞬態與穩態分量。
　　試驗研究法是研究發電機故障行為和校核繼電保護裝置的重要方法。由于大型發電機造價昂貴，所以該方法從安全性、經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模擬試驗研究。
　　數字仿真是利用數字計算機為工具對實際系統的數學模型進行求解分析的方法。數字仿真過程可分為4個步驟:實際系統的數學模型建立、仿真模型建立、編制和調試仿真程序、仿真結果分析和驗證。這種研究方法由于具有經濟性、安全性、靈活性以及方便性等優勢,所以國內外數字仿真技術發展很快,并得到廣泛應用。
　　2轉子繞組故障分析
　　發電機轉子繞組故障的表現形式主要為匝間短路和接地故障。
　　匝間短路：國內運行的大型汽輪發電機組中大多數都發生過或存在轉子線圈匝間短路故障。由于繞組絕緣損壞造成轉子繞組匝間短路后，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，導致更為嚴重的匝間短路，形成惡性循環的局面。轉子匝間短路同時會引起磁通的不對稱和轉子受力不平衡現象，而引起轉子振動；定子繞組每相并聯支路的環流；主軸、軸承座及端部磁化。同時較大的短路電流可能會導致轉子接地故障發生。
　　故障原因：發電機轉子通常包括多個磁極線圈，線圈引線和阻尼繞組等，具有較大的轉動慣量。由于離心力的作用，在運行中線匝絕緣的移動，轉子繞組端部的熱變形，線匝端部墊塊松動或護環絕緣襯墊老化，小的導電粒子或碎物進入轉子線匝端部和轉子通風溝導致轉子繞組匝間短路發生。通常可以根據下面這些特征較準確地識別轉子線圈是否發生匝間短路故障: ①振動幅值增大；②風溫提高；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。