水輪發電機短路試驗原理及方法分析

聶令驍 李芬

【摘要】本文詳細介紹了發電機短路試驗的基本原理、試驗前的準備工作，重點介紹了短路點和電源方式的選擇、短路試驗步驟及試驗注意事項。發電機短路試驗是發電機系列試驗中一項重要試驗，它關系到機組能否安全、穩定及可靠運行。通過短路實驗前的準備和短路實驗的制定，能有效選擇勵磁電源和三相短路點，本實驗解決了常見問題及法案，因此發電機短路試驗在發電廠中應用非常廣泛。

【關鍵詞】水輪發電機短路實驗；方法；問題分析

前言

依照水輪發電機試驗規定，在水輪發電機完成前期準備工作后再進行水輪發電機升流實驗。在水輪發電機升流實驗中發電機的短路實驗室作為主要部位，在發電機主要保護全部退出的情況下，實驗具備風險；實驗成果的好與壞對下階段發電機升壓實驗、主變升流試驗、開關站升流試驗和線路升壓實驗有直接的關系。所以我們在進行發電機短路試驗前，要正確看待試驗目的，依據發電機主接線和勵磁裝置電氣調試大綱進行合理的實驗方案，并預備好應急預案，以防突發事件的發生并保證實驗能安全進行。

本次水輪發電機組的應用工程，歸屬湖北省漢江興隆水利樞紐管理局，是南水北調中線漢江中下游四項治理工程之一，同時更是漢江中下游水資源綜合開發利用的一項重要工程。該工程的正常蓄水位達到36.2m，所設計的相應庫容正常蓄水位36.2m，相應庫容2.73億m3；設計及校核洪水位41.75m，總庫容4.85億m3，最大下泄流量19400m3/s，裝機4臺，單機容量10MW，總裝機容量達40MW。在近些年來的使用中，每年的平均發電量為2.25億kw·h，出線電壓等級標準為110kV，回路數為一回，送許臺220kV變電所，輸電距離38km。

1.試驗前的準備工作

首先，監理部門對此試驗進行審批，并交由施工單位讓其發工作票，經由試驗領導通過；然后將并勵連接的勵磁系統與機組終端分開，拆開勵磁變與發電機主母線的聯線；斷開發電機中性點消弧線圈隔離刀閘；如果具備好的條件可以投入備用勵磁裝置或提供勵磁變壓器他勵高壓電源，促使動力電源給勵磁裝置供電。勵磁裝置通電后對勵磁裝置進行帶電全面檢查；在發電機出口CT外側設置可靠的三相短路母線，如果三相短路路點設在發電機斷路器外側，則應該采用防止斷路器跳閘的措施；將發電機短路范圍內暫時不用的CT二次側短路并接地；檢查發電機定子和轉子絕緣電阻，檢查滑環與碳刷接觸情況；退出所有發電機保護；試驗過程中保證機旁至中控室、蝶閥室、水輪機層、母線層通訊通暢；做好操作記錄；指定專人短路試驗完畢，拆除短路連接和CT短路線，恢復發電機保護和勵磁系統，并進行全面的安全檢查。

2.他勵電源方式的選擇

自并式水輪發電機勵磁變壓器繞組的聯接組別大部分為接線方式，勵磁變壓器能承載瞬間負載突變的沖擊和長時間的滿載運行，其中繞組能承受住連續不斷的電壓，能降低諧波對整個電流裝置的干擾次數。所以條件允許的狀況下，勵磁變壓器他勵高壓可以由電站高壓設備提供勵磁變壓器他勵高壓電源，來有效保護勵磁裝置的電源穩定性和沒有雜波電源的干擾。一般水電站廠外的高壓電源控制在10.5KV，能滿足水輪發電機出口端的電壓為10.5～18KV的短路試驗要求。發電機短路的勵磁電流我們能從廠家供給的發電機短路曲線獲得，也可以按經驗數據來選擇水輪發電機電源的容量和電纜。假如高壓電源的電壓比勵磁變壓器額定電壓低，會造成控制電壓和移相角的變化無法控制，這時可以將勵磁裝置的同步電壓升壓后再送至同步單元。消除勵磁電壓失控現象的發生。

3.三相短路母線安裝

通常情況下短路母線運用的材質和發電機出口母線相同，三相短路母線的電流載流量可以按照計算，通常用的方式有兩種一種是螺栓連接另一種是螺栓夾連，在實驗前可按其母排連接標準對短路連接質量進行檢查，以防大電流燒傷母排。在選擇短路點時要依照試驗安全的需求和發電機組的主接線以及出口斷路器的型號考慮，以便方便短路母線的安裝連接。

4.發電機短路試驗操作程序

手動開機至額定轉速，機組各部位運轉正常，各部瓦溫度穩定，機組振擺正常，各部冷卻水溫、水量符合其規定；用電方提供主勵磁裝置電源；進行投入開啟水機保護；手動將其開關滅掉，并通過其勵磁裝置手動升流到25%定子額定電流，檢測CT通過電流的情況下，檢查發電機各電流回路的相位以及三相電流準確性和對稱性；高壓電源以外的電源對勵磁變壓器供電時應校正勵磁變壓器CT極性以及差動保護接線的正確性；檢查各繼電保護電流回路的極性和相位，檢查測量表接線和指示的正確性，在發電機額定電流下，測量機組振動和擺度，檢查其碳刷和集電環工作情況；在發電機額定電流下，跳開滅磁開關檢驗滅磁情況正常情況，并且錄制其發電機在額定電流是滅磁的全過程；錄制發電機三相短路特征曲線，一步一步將定子電流升入額定值，每隔10%定子額定電流記錄定子電流、轉子電流及轉子電壓，將流分級測量應在10點以上；發電機有軸電流保護裝置時，在發電機定子電流達到額定值時，檢查其電流保護裝置二次側輸出電流值；以上檢測試驗完成后，在發電機額定電流情況下，滅掉磁開關，錄制發電機額定電流下的每次特征。

5.試驗組織與安全

進行發電機短路試驗時，要成立試驗小組，試驗中的每一步操作都應有專門的人進行監控，防止其操作失誤，在進行試驗過程中，如果發生異常情況，應立即上報，遇到其危機時應立刻停機；發電機短路試驗完成后，必須要對發電機的定子和轉子進行絕緣電阻校驗，方便進行下一組的發電機試驗。總之對水輪發電機的短路試驗要從思想上重視，盡量做到試驗組織嚴密，合理選擇其勵磁電源和三相短路點，按程序進行操作，保證其安全、有效的完成這項試驗任務，為水輪發電機下一部分打下基礎。

結束語

通過以上分析可得：發電機短路試驗是發電機系列試驗中一項重要試驗，它關系到機組能否安全、穩定及可靠運行。通過短路試驗可以檢測定子三相電流是否對稱，結合空載特性曲線來求取發電機參數；驗證發電機回路接線的正確性；檢查發電機轉子是否有匝間短路。

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