發電機短路特性試驗分析

李清華

摘 要：發電機在工業等領域有著廣泛的應用，且發揮著較大的應用價值，為了保證大型發電機的正常使用，相關工作人員需要對其進行各項試驗，其中發電機短路試驗就是一項重要的工作，試驗者要具有充分的專業理論知識，同時具備豐富的實踐工作經驗，針對發電機短路特性試驗進行詳細的淺析。文章從發電機短路試驗基本原理入手，對試驗方法、試驗注意的問題及典型實例作出具體分析，望能夠有一定的可參考價值。

關鍵詞：發電機 短路特性 短路試驗 同步電抗 短路比

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：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 基本原理介紹

發電機短路特性試驗指的是原動機在特定轉速的狀況下，定子繞組三相穩定狀態下，定子繞組電流與轉子勵磁電流間相關聯系的一種曲線。

電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準（GB 50150-2006）第3.0.15條明確指出：對三相短路特性曲線進行測量的過程中需要滿足以下內容：第一，測量數值、產品出廠試驗數值的對比一定要在可允許誤差的范圍以內；第二，發電機變壓器組在發電機自身短路屬性具有相關出廠試驗報告的情況下，可將發電機變壓器組的短路屬性進行登記。

2 試驗意義

在發電機的相關試驗當中發電機短路試驗是非常關鍵的一項，其對整個機組的安全性、可靠運行有著直接性的影響。通常，發電機短路試驗具有以下作用：第一，對定子三相電流的對稱性進行系統性檢查；第二，對短路特性試驗數據進行全面性的分析，綜合空載特性曲線來得出發電機的關鍵參數；第三，發電機短路特性試驗能夠對轉子的匝間短路情況進行檢測，尤其是那些對轉速造成影響的不利因素進行檢查，這主要是由于在特定轉速的情況下短路電流和轉速是沒有任何關聯的，能夠很好地預防轉速不同而造成的測量誤差。所以，這種試驗對反應轉子繞組嚴重的匝間短路故障是非常有用的，大量的實踐表明：轉子繞組匝間短路匝數超出3%的情況下，短路特性便能夠非常顯著地表現出來。

3 試驗方法

剛剛安裝的發電機，其三相短路特性試驗可用于調試完勵磁系統的基礎上開展，如果發電機受到潮濕環境的影響，在絕緣電阻和吸收比未滿足規定準求的狀況下，可待短路完全干燥之后，絕緣達到規定標準的前期下再開展相關試驗。即便每一個機組間存在一定的不同之處，可是具體試驗的方法是比較類似的，大體上包含以下幾個方面：第一，發電機出線端口、出口斷路器外側的位置，使用銅鋁排把定子連接起來；第二，將所有表計連接在一起，如勵磁電壓表、定子電流表等；第三，原動機的啟動上升至額定轉速同時確保在同一個水平，將滅磁開關合閉，在斷路器外側發生短路的情況下，則需要將斷路器完全一同合閉；第四，不斷地增加勵磁電流，以促使定子電流到達額定值，平均15%～20%進行一次登記；第五，持續降低勵磁電流，促使定子電流將至零，將滅磁開關全部斷開，同時將定子繞組短路全部拆掉。

4 注意的問題

第一，三相短路排要最大限度上安裝在鄰近發電機的引出線端，需在斷路器內部和電流互感器中間位置進行安裝，盡可能地降低線路阻抗給測量精準度造成的不利影響。若在發電機出口的位置進行短路排的安裝，在不方便的情況下需把短路排在斷路器的外側進行安裝，但是一定要將斷路器跳閘回路全部的解除掉，防止在試驗的過程當中有突然跳閘的現象出現，以免對發電機造成損壞；第二，三相短路排截面需要遵循發電機額定電流來進行挑選，要保持良好的接觸狀態，避免因所接觸電阻過大給設備造成不利的影響；第三，發電機短路特性試驗過程當中，在定子電流升高到額定值15%～20%的情況下，需對三相電流的對稱性進行檢查，若三相電流不平衡，則需要找到具體的因素，需要的情況下可將勵磁進行合理性的降低，把滅磁開關全部端開即可。

5 試驗結果淺析

在整個試驗過程當中，一定要認真嚴格，做好試驗結果的系統性淺析亦是非常關鍵的。尤其是一些新機組，當出廠時缺乏試驗數據的狀況下，則需要對發電機的相關出廠資料全部查閱一遍，把握好重要的設計值，如額定勵磁電流、空載勵磁電流等，同時需要綜合過去相同類別的機組試驗數據及固有的實踐經驗做出全面性的分析，從而得到較為精準的結果。

6 實例分析

實例1 某一電廠中自備一臺50 MW汽輪發電機組，機組型號為QF–50-2，有功功率為50 000 kW，額定電壓為11 000 V，額定定子電流3 088 A，，勵磁方式為交流無刷勵磁，空載勵磁電流433 A，空載勵磁電壓為60 V，滿載勵磁電流為916.3 A，滿載勵磁電壓173.3 V。發電機空載時勵磁機勵磁電壓為28.1 V，發電機空載時勵磁機勵磁電流為5.9 A，發電機額定時勵磁機勵磁電壓為88.2 V，發電機額定時勵磁機勵磁電流18.5 A。出廠及交接試驗結果如表1、表2所示，短路特性曲線見圖1。

分析：跟出廠數值對比來看，此發電機短路特性試驗數據誤差在規定范圍之內，短路曲線為一條過原點的直線。

實例2 某電廠一臺313 MW發電機，定子電壓為15 kV，定子電流為14 170 A，轉子電壓為311 V，轉子電流為3 875 A。在發現轉子直流電阻下降，交流阻抗減小后，接著做了空載和短路試驗。短路特性曲線見圖2。

分析：由圖2可以了解到，曲線2短路勵磁電流與曲線1對比，增加了150 A，短路曲線發生了明顯向下一定，代表轉子中有短路故障的發生，如圖3、圖4所示。

實例3 某汽輪發電機型號為OFSN-200-2，定子額定電壓為15.75 kV，定子額定電流為8 625 A，額定功率因數為0.85。空載特性和三相短路特性數據如表3和表4所示，其短路特性曲線如圖4所示。求該同步發電機的同步電抗和短路比。

首先對怎樣按照特性曲線圖來得到同步短路比和電抗的介紹。通過圖3可以看出，縱軸在非飽和狀態下同步電抗Xd是在固定勵磁電流時，曲線3與2的縱坐標之比，即Xd=U0/IN。Xd的標幺值為X*d=Xd/（UN/IN）= INXd/ UN= ILE/IL0。

式中：ILE為進行短路試驗的過程當中促使短路電流為額定值的勵磁電流；

IL0為對應定子額定電壓由空載特性曲線直線部門拓展至確定的勵磁電流；

UN、IN為定子額定電壓、定子額定電流。

短路比是發電機空載的情況下使得空載電勢為額定數值，其促使短路電流為額定數值的情況下勵磁電流之比，其用K表示，在磁路非飽和的狀態下：

K=IL0/ILE=1/X*d

通過圖4的特性曲線可以得出：此發電機不飽和同步電抗X*d=ILE/IL0=1215/630=1.93，短路比K==1/X*d=0.518。

7 結語

在開展發電機短路特性試驗前期，試驗者需要首先制定完善性的施工方案，整個試驗過程中一定要嚴格遵循既定試驗方案，以確保試驗過程的安全與完整性，試驗過后需對得到的數據認真對比與淺析，最終得到最為精準的試驗結果。

參考文獻

[1] GB 50150-2006，電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準[S].

[2] 《火力發電職業技能培訓教材》編委會編.火力發電職業技能培訓教材電氣試驗[M].中國電力出版社，2004.

[3] 江蘇省電力工業局，江蘇省電力研究所編.電氣試驗技能培訓教材[M].中國電力出版社，2004.