(大理西电实业有限责任公司大理)
摘要：分析了发电机短路试验的原理、试验方法及试验时应注意的事项，同时结合一些典型实例进行了分析。
关键词：水轮发电机；短路特性
0、前言
水轮发电机组在新安装或改造后，为了了解发电机的运行性能、基本量之间的关系，特性曲线以及被发电机结构确定了的参数。对于中大型发电机，负载试验是个比较费力费时的事，但又要保证电机出厂后的可靠性，所以一般的“特性”试验主要分为：空载特性试验和短路特性试验。空载试验即为逐步增加发电机的励磁电流，使得发电机的三相输出电压达到额定电压（过电压是试验的另一部分，不包括在本试验内）；主要测试的是发电机的绝缘性能，和电压输出特性。
短路试验是逐步增加励磁电流（三相输出端短路后），使得三相短路电流达到额定电流（过流试验不算在此项目内），主要测试绕组可承载电流的能力，也可以检验电流输出特性。
此外，计算发电机的主要参数同步电抗、短路比以及进行电压调整器的整定计算时，也需要短路特性。
1、概述
根据《水轮发电机组起动试验规程 DL 507—2002》的规定要求，水轮发电机组在完成尾水充水、压力钢管及蜗壳充水、调速器和励磁装置调试、水轮发电机组空载运行、转子进行动平衡试验与机组过速试验后应进行水轮发电机组升流试验。
2 、发电机升流及短路特性试验目的
发电机短路升流试验是对发电机、母线等一次设备升流，检查发电机主回CT二次接线的正确性，检查测量、录波、励磁、调速器和机组LCU电流回路的正确，检查发电机保护装置动作正确性。发电机的短路特性试验是原动机在额定转速下，定子绕组三相稳态短路时，定子绕组电流和转子励磁电流的关系曲线。
发电机短路时的合成电势只有漏抗压降，所以对应的气隙合成磁通很小，其磁路处于不饱和状态。因此励磁电流变化时，合成电势和对应的短路电流成正比关系，所以短路特性曲线是一条直线。测量三相短路特性曲线，应符合两点。第一，测量的数值与产品出厂试验数值比较，应在测量误差范围内；第二，对于发电机变压器组，当发电机本身的短路特性有制造厂出厂试验报告时，可只录取发电机变压器组的短路特性，其短路点应设在变压器高压侧。
3、 试验前的准备工作
新安装的发电机，其三相短路特性试验可以在励磁系统调试完毕后进行。若发电机受潮，绝缘电阻及吸收比不符合要求时，也可以进行短路干燥，待绝缘合格后再进行有关的试验。
虽然机组各有差异，但试验方法大同小异，大都包括以下几个步骤：
（1）为方便定子电流的测量，短路点应选择在发电机出口 CT 后，此次升流试验将发电机短路点选择在机组电流互感器后如图1所示，未将出口断路器纳入升流设备。
图1 机组互感器短接示意图
对于新投产的发电机组，应分段进行升流试验，完成机组升流试验后，还将进行带高压厂变、主变、高压电缆及对应配电间隔升流试验，其后的几次升流试验其试验流程与发电机升流试验基本相同其后的几次升流试验其试验流程与发电机升流试验基本相同，须注意每段升流试验短路点选择后需对作为短路点的接地刀闸和铜排承受短路电流大小进行验算，避免烧毁短路装置。
如将短路点设置在发电机出口断路器后，如图2所示，短路点为变压器低压侧；则需对断路器采取防跳措施，避免因断路器跳闸，导致发电机过电压，损坏绝缘。
图2 主变低压侧短接示意图
短路点试验回路内暂时不用的 CT 的绕组应短路并可靠接地，三相短路母线的电流载流量可按5A-8A/mm2 计算，短路母线应与发电机出口母线一致或硬质铜母排，连接方试可以采用螺栓连接或螺栓夹连，在试验前按母排连接标准对短路连接质量进行检查，防止大电流烧伤母排；
（2）励磁系统应已完成各元件测试，并带电阻负载录制了小电流特性，短路范围内暂时不用的CT二次线圈已短路接地，各测试仪表接线、标定完毕，发电机组保护出口压板在断开位置,保护仅作用于信号。投过压闭环和水机保护，测量定子绕组和转子绕组绝缘电阻和吸收比及恢复发电机集电环碳刷
（3）技术供水系统已投入运行，各子系统的水量分配均匀，各部轴承冷却系统流量正常，发电机定子空气冷却器的水量正常。
图3 励磁系统接线示意图
4、发电机短路零起升流试验
4.1、自动开机至额定转速，机组各部运行正常，励磁风机运行正常及励磁装置处于电流反馈最小输出状态，检查短路范围内的CT二次电流回路的完整性。如图3接线示意图。
4.2、合灭磁开关，分级缓慢升流至10%发电机额定电流，检查升流范围内各CT的二次三相电流平衡情况及其相位；检查发电机保护、励磁变压器保护、故障录波、以及测量回路的电流幅值、相位及检查发电机差动保护差流应正确并做记录。
4.3、升流过程中检查发电机通流设备、励磁变、短路装置等各部位运行情况并测量其温度、记录升流过程中定子线圈温度。(如表1所示)
表1 升流过程定子电流及温度记录表
4.4、机组逐级升流至1.1Ie， 然后按10%逐级下降电流，记录定子三相电流，励磁电流和励磁电压。录制发电机短路特性曲线，手动启动故障录波，录取50%、75%、100%额定电流时电流波形。检查不平衡电流和3次谐波电流。
4.5、测量升流过程中发电机摆度和振动、升流过程中重点检查短路装置发热情况并测量其附近构架温度及温升；检查发电机出口、中性点、发电机出口PT等处磁屏蔽板发热情况并测量其温度。
4.6、发电机额定电流灭磁开关灭磁试验;
(1)将发电机电流升至额定电流；
(2)记录发电机额定电流时机组频率、振动、摆度及各部瓦温，测轴电压；
(3)在额定电流下跳灭磁开关录制灭磁特性曲线。
4.7、试验完毕如果需要则进行发电机短路干燥。否则降电流，跳灭磁开关，由机组LCU自动停机。
5、发电机短路干燥
1、根据测定的定子绕组对地、转子绕组对地绝缘电阻和吸收比，按《水轮发电机组安装技术规范》（GB/T8564－2003）要求，确定发电机定子绕组是否需要干燥。
2、发电机短路干燥时按每小时温升不超过5～8℃控制短路电流的大小。绕组最高温度以埋入式电阻温度计测量值为依据，不应超过80℃，干燥时定子电流控制在额定值的25％～50％为宜。热风温度一般不超过70℃；
3、停止干燥降温时以每小10℃的速率进行，当温度降至40℃时由机组LCU自动停机。拆除发电机出口短路装置。
6、试验结束，停机检查
1、拆除发电机出口短路装置，检查碳刷及集电环工作情况；
2、 检查灭磁开关；
3、发电机定子绝缘试验，拆除定子出口及中性点软连接，测量定子绕组对地绝缘电阻、吸收比及极化指数，转子对地绝缘电阻值，试验完成后恢复接线。
7、主要安全技术措施
（1） 严格执行试运行的各项规章制度，倒闸操作严格按操作票执行；
（2） 试验过程中对带电设备要设置安全围栏，悬挂安全警示标识牌，试验及运行人员要与带电设备保持足够的安全距离；
（3） 试验前在试验区域内要布置足够的消防器材；
（4） 试验所需的各类检查、记录仪器仪表已准备好；
（5） 升流试验过程中要严防 CT 回路开路。
（6） 升流过程中（特别是短路干燥时）应采用红外测温仪监测短路范围内及短路点附近构架的发热情况
8、 结束语
发电机短路试验是一项重要的工作，试验者除必须具备扎实的理论外，还应有丰富的实践经验，对试验结果进行分析。试验者在试验前应制定详细的试验方案，试验过程中要严格按试验方案进行，做到安全、细致、完整。试验后要对试验数据进行仔细、认真的比对分析，以便得出正确的试验结果。
参考文献：
[1]《电力设备预防性试验规程 DL/T 596-2005》
[2]《水轮发电机组启动试验规程DL/T 507-2002》
[3] 向保录，左国荣 发电机转子匝间短路试验数据分析 电机技术 2009
[4] 马自斌 发电机转子绕组匝间短路故障诊断系统开发与应用 华北电力大学2004
[5] 侯纪勇 汽轮发电机励磁绕组匝间短路分析及实验研究 华北电力大学2011
作者简介：
张金伟（1974年7月），男，云南大理，大专，高级工，高压试验；
潘静（1989年2月），男，云南大理，大学本科，助理工程师，变电检修。
论文作者:张金伟,潘静
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/25
标签：发电机论文; 电流论文; 定子论文; 绕组论文; 机组论文; 特性论文; 励磁论文; 《电力设备》2018年第25期论文;