发电机短路特性试验分析

李清华

摘 要：发电机在工业等领域有着广泛的应用，且发挥着较大的应用价值，为了保证大型发电机的正常使用，相关工作人员需要对其进行各项试验，其中发电机短路试验就是一项重要的工作，试验者要具有充分的专业理论知识，同时具备丰富的实践工作经验，针对发电机短路特性试验进行详细的浅析。文章从发电机短路试验基本原理入手，对试验方法、试验注意的问题及典型实例作出具体分析，望能够有一定的可参考价值。

关键词：发电机 短路特性 短路试验 同步电抗 短路比

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（c）-0046-03

Experimental Analysis of Generator Short Circuit Characteristic

Li Qinghua

（Jiangxi Construction Engineering Group，Nanchang Jiangxi，330000，China）

Abstract：The generator is widely used in industry and other fields， and play a greater value， in order to ensure the normal use of generators， relevant staff need to carry out the test on it， the generator short-circuit test is an important test to work with professional knowledge fully， and has extensive practical work experience， detailed analysis of the generator short circuit characteristic test. Next， the article starts from the basic principle of the generator short circuit test， makes the concrete analysis to the test method， the question which the experiment pays attention to， as well as the typical example。

Key Words：Generators；Short-circuit characteristics；Short-circuit test；Synchronous reactance；Short circuit ratio

1 基本原理介绍

发电机短路特性试验指的是原动机在特定转速的状况下，定子绕组三相稳定状态下，定子绕组电流与转子励磁电流间相关联系的一种曲线。

电气装置安装工程电气设备交接试验标准（GB 50150-2006）第3.0.15条明确指出：对三相短路特性曲线进行测量的过程中需要满足以下内容：第一，测量数值、产品出厂试验数值的对比一定要在可允许误差的范围以内；第二，发电机变压器组在发电机自身短路属性具有相关出厂试验报告的情况下，可将发电机变压器组的短路属性进行登记。

2 试验意义

在发电机的相关试验当中发电机短路试验是非常关键的一项，其对整个机组的安全性、可靠运行有着直接性的影响。通常，发电机短路试验具有以下作用：第一，对定子三相电流的对称性进行系统性检查；第二，对短路特性试验数据进行全面性的分析，综合空载特性曲线来得出发电机的关键参数；第三，发电机短路特性试验能够对转子的匝间短路情况进行检测，尤其是那些对转速造成影响的不利因素进行检查，这主要是由于在特定转速的情况下短路电流和转速是没有任何关联的，能够很好地预防转速不同而造成的测量误差。所以，这种试验对反应转子绕组严重的匝间短路故障是非常有用的，大量的实践表明：转子绕组匝间短路匝数超出3%的情况下，短路特性便能够非常显著地表现出来。

3 试验方法

刚刚安装的发电机，其三相短路特性试验可用于调试完励磁系统的基础上开展，如果发电机受到潮湿环境的影响，在绝缘电阻和吸收比未满足规定准求的状况下，可待短路完全干燥之后，绝缘达到规定标准的前期下再开展相关试验。即便每一个机组间存在一定的不同之处，可是具体试验的方法是比较类似的，大体上包含以下几个方面：第一，發电机出线端口、出口断路器外侧的位置，使用铜铝排把定子连接起来；第二，将所有表计连接在一起，如励磁电压表、定子电流表等；第三，原动机的启动上升至额定转速同时确保在同一个水平，将灭磁开关合闭，在断路器外侧发生短路的情况下，则需要将断路器完全一同合闭；第四，不断地增加励磁电流，以促使定子电流到达额定值，平均15%～20%进行一次登记；第五，持续降低励磁电流，促使定子电流将至零，将灭磁开关全部断开，同时将定子绕组短路全部拆掉。

4 注意的问题

第一，三相短路排要最大限度上安装在邻近发电机的引出线端，需在断路器内部和电流互感器中间位置进行安装，尽可能地降低线路阻抗给测量精准度造成的不利影响。若在发电机出口的位置进行短路排的安装，在不方便的情况下需把短路排在断路器的外侧进行安装，但是一定要将断路器跳闸回路全部的解除掉，防止在试验的过程当中有突然跳闸的现象出现，以免对发电机造成损坏；第二，三相短路排截面需要遵循发电机额定电流来进行挑选，要保持良好的接触状态，避免因所接触电阻过大给设备造成不利的影响；第三，发电机短路特性试验过程当中，在定子电流升高到额定值15%～20%的情况下，需对三相电流的对称性进行检查，若三相电流不平衡，则需要找到具体的因素，需要的情况下可将励磁进行合理性的降低，把灭磁开关全部端开即可。

5 试验结果浅析

在整个试验过程当中，一定要认真严格，做好试验结果的系统性浅析亦是非常关键的。尤其是一些新机组，当出厂时缺乏试验数据的状况下，则需要对发电机的相关出厂资料全部查阅一遍，把握好重要的设计值，如额定励磁电流、空载励磁电流等，同时需要综合过去相同类别的机组试验数据及固有的实践经验做出全面性的分析，从而得到较为精准的结果。

6 实例分析

实例1 某一电厂中自备一台50 MW汽轮发电机组，机组型号为QF–50-2，有功功率为50 000 kW，额定电压为11 000 V，额定定子电流3 088 A，，励磁方式为交流无刷励磁，空载励磁电流433 A，空载励磁电压为60 V，满载励磁电流为916.3 A，满载励磁电压173.3 V。发电机空载时励磁机励磁电压为28.1 V，发电机空载时励磁机励磁电流为5.9 A，发电机额定时励磁机励磁电压为88.2 V，发电机额定时励磁机励磁电流18.5 A。出厂及交接试验结果如表1、表2所示，短路特性曲线见图1。

分析：跟出厂数值对比来看，此发电机短路特性试验数据误差在规定范围之内，短路曲线为一条过原点的直线。

实例2 某电厂一台313 MW发电机，定子电压为15 kV，定子电流为14 170 A，转子电压为311 V，转子电流为3 875 A。在发现转子直流电阻下降，交流阻抗减小后，接着做了空载和短路试验。短路特性曲线见图2。

分析：由图2可以了解到，曲线2短路励磁电流与曲线1对比，增加了150 A，短路曲线发生了明显向下一定，代表转子中有短路故障的发生，如图3、图4所示。

实例3 某汽轮发电机型号为OFSN-200-2，定子额定电压为15.75 kV，定子额定电流为8 625 A，额定功率因数为0.85。空载特性和三相短路特性数据如表3和表4所示，其短路特性曲线如图4所示。求该同步发电机的同步电抗和短路比。

首先对怎样按照特性曲线图来得到同步短路比和电抗的介绍。通过图3可以看出，纵轴在非饱和状态下同步电抗Xd是在固定励磁电流时，曲线3与2的纵坐标之比，即Xd=U0/IN。Xd的标幺值为X*d=Xd/（UN/IN）= INXd/ UN= ILE/IL0。

式中：ILE为进行短路试验的过程当中促使短路电流为额定值的励磁电流；

IL0为对应定子额定电压由空载特性曲线直线部门拓展至确定的励磁电流；

UN、IN为定子额定电压、定子额定电流。

短路比是发电机空载的情况下使得空载电势为额定数值，其促使短路电流为额定数值的情况下励磁电流之比，其用K表示，在磁路非饱和的状态下：

K=IL0/ILE=1/X*d

通过图4的特性曲线可以得出：此发电机不饱和同步电抗X*d=ILE/IL0=1215/630=1.93，短路比K==1/X*d=0.518。

7 結语

在开展发电机短路特性试验前期，试验者需要首先制定完善性的施工方案，整个试验过程中一定要严格遵循既定试验方案，以确保试验过程的安全与完整性，试验过后需对得到的数据认真对比与浅析，最终得到最为精准的试验结果。

参考文献

[1] GB 50150-2006，电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].

[2] 《火力发电职业技能培训教材》编委会编.火力发电职业技能培训教材电气试验[M].中国电力出版社，2004.

[3] 江苏省电力工业局，江苏省电力研究所编.电气试验技能培训教材[M].中国电力出版社，2004.