水轮发电机短路试验原理及方法分析

聂令骁 李芬

【摘要】本文详细介绍了发电机短路试验的基本原理、试验前的准备工作，重点介绍了短路点和电源方式的选择、短路试验步骤及试验注意事项。发电机短路试验是发电机系列试验中一项重要试验，它关系到机组能否安全、稳定及可靠运行。通过短路实验前的准备和短路实验的制定，能有效选择励磁电源和三相短路点，本实验解决了常见问题及法案，因此发电机短路试验在发电厂中应用非常广泛。

【关键词】水轮发电机短路实验；方法；问题分析

前言

依照水轮发电机试验规定，在水轮发电机完成前期准备工作后再进行水轮发电机升流实验。在水轮发电机升流实验中发电机的短路实验室作为主要部位，在发电机主要保护全部退出的情况下，实验具备风险；实验成果的好与坏对下阶段发电机升压实验、主变升流试验、开关站升流试验和线路升压实验有直接的关系。所以我们在进行发电机短路试验前，要正确看待试验目的，依据发电机主接线和励磁装置电气调试大纲进行合理的实验方案，并预备好应急预案，以防突发事件的发生并保证实验能安全进行。

本次水轮发电机组的应用工程，归属湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局，是南水北调中线汉江中下游四项治理工程之一，同时更是汉江中下游水资源综合开发利用的一项重要工程。该工程的正常蓄水位达到36.2m，所设计的相应库容正常蓄水位36.2m，相应库容2.73亿m3；设计及校核洪水位41.75m，总库容4.85亿m3，最大下泄流量19400m3/s，装机4台，单机容量10MW，总装机容量达40MW。在近些年来的使用中，每年的平均发电量为2.25亿kw·h，出线电压等级标准为110kV，回路数为一回，送许台220kV变电所，输电距离38km。

1.试验前的准备工作

首先，监理部门对此试验进行审批，并交由施工单位让其发工作票，经由试验领导通过；然后将并励连接的励磁系统与机组终端分开，拆开励磁变与发电机主母线的联线；断开发电机中性点消弧线圈隔离刀闸；如果具备好的条件可以投入备用励磁装置或提供励磁变压器他励高压电源，促使动力电源给励磁装置供电。励磁装置通电后对励磁装置进行带电全面检查；在发电机出口CT外侧设置可靠的三相短路母线，如果三相短路路点设在发电机断路器外侧，则应该采用防止断路器跳闸的措施；将发电机短路范围内暂时不用的CT二次侧短路并接地；检查发电机定子和转子绝缘电阻，检查滑环与碳刷接触情况；退出所有发电机保护；试验过程中保证机旁至中控室、蝶阀室、水轮机层、母线层通讯通畅；做好操作记录；指定专人短路试验完毕，拆除短路连接和CT短路线，恢复发电机保护和励磁系统，并进行全面的安全检查。

2.他励电源方式的选择

自并式水轮发电机励磁变压器绕组的联接组别大部分为接线方式，励磁变压器能承载瞬间负载突变的冲击和长时间的满载运行，其中绕组能承受住连续不断的电压，能降低谐波对整个电流装置的干扰次数。所以条件允许的状况下，励磁变压器他励高压可以由电站高压设备提供励磁变压器他励高压电源，来有效保护励磁装置的电源稳定性和没有杂波电源的干扰。一般水电站厂外的高压电源控制在10.5KV，能满足水轮发电机出口端的电压为10.5～18KV的短路试验要求。发电机短路的励磁电流我们能从厂家供给的发电机短路曲线获得，也可以按经验数据来选择水轮发电机电源的容量和电缆。假如高压电源的电压比励磁变压器额定电压低，会造成控制电压和移相角的变化无法控制，这时可以将励磁装置的同步电压升压后再送至同步单元。消除励磁电压失控现象的发生。

3.三相短路母线安装

通常情况下短路母线运用的材质和发电机出口母线相同，三相短路母线的电流载流量可以按照计算，通常用的方式有两种一种是螺栓连接另一种是螺栓夹连，在实验前可按其母排连接标准对短路连接质量进行检查，以防大电流烧伤母排。在选择短路点时要依照试验安全的需求和发电机组的主接线以及出口断路器的型号考虑，以便方便短路母线的安装连接。

4.发电机短路试验操作程序

手动开机至额定转速，机组各部位运转正常，各部瓦温度稳定，机组振摆正常，各部冷却水温、水量符合其规定；用电方提供主励磁装置电源；进行投入开启水机保护；手动将其开关灭掉，并通过其励磁装置手动升流到25%定子额定电流，检测CT通过电流的情况下，检查发电机各电流回路的相位以及三相电流准确性和对称性；高压电源以外的电源对励磁变压器供电时应校正励磁变压器CT极性以及差动保护接线的正确性；检查各继电保护电流回路的极性和相位，检查测量表接线和指示的正确性，在发电机额定电流下，测量机组振动和摆度，检查其碳刷和集电环工作情况；在发电机额定电流下，跳开灭磁开关检验灭磁情况正常情况，并且录制其发电机在额定电流是灭磁的全过程；录制发电机三相短路特征曲线，一步一步将定子电流升入额定值，每隔10%定子额定电流记录定子电流、转子电流及转子电压，将流分级测量应在10点以上；发电机有轴电流保护装置时，在发电机定子电流达到额定值时，检查其电流保护装置二次侧输出电流值；以上检测试验完成后，在发电机额定电流情况下，灭掉磁开关，录制发电机额定电流下的每次特征。

5.试验组织与安全

进行发电机短路试验时，要成立试验小组，试验中的每一步操作都应有专门的人进行监控，防止其操作失误，在进行试验过程中，如果发生异常情况，应立即上报，遇到其危机时应立刻停机；发电机短路试验完成后，必须要对发电机的定子和转子进行绝缘电阻校验，方便进行下一组的发电机试验。总之对水轮发电机的短路试验要从思想上重视，尽量做到试验组织严密，合理选择其励磁电源和三相短路点，按程序进行操作，保证其安全、有效的完成这项试验任务，为水轮发电机下一部分打下基础。

结束语

通过以上分析可得：发电机短路试验是发电机系列试验中一项重要试验，它关系到机组能否安全、稳定及可靠运行。通过短路试验可以检测定子三相电流是否对称，结合空载特性曲线来求取发电机参数；验证发电机回路接线的正确性；检查发电机转子是否有匝间短路。

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