水轮发电机短路试验的问题探讨

水轮发电机短路试验的问题探讨
二滩建设咨询有限公司张儒清
摘要：水轮发电机的短路试验前的准备与短路试验程序制定、合理选择的励磁电源和三相短路点、他励电源常见问题及解决方案的探讨。

关键词：水轮发电机短流试验问题探讨
按照《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。

发电机的短路试验是水轮发电机组升流试验中重要的一环，其试验程序较为复杂；在发电机主要保护全部退出的情况下，试验存在风险；试验成果的好坏将直接影响下阶段发电机升压试验、主变升流试验、开关站升流试验与线路升压试验。

因此和在试验前应明确试验的目的，根据发电机主接线制定合理的试验方案，对试验过程中会出现的问题应有应急预案，以保证试验的安全顺利进行。

1.试验前的准备
1.1监理部审批施工单位制定的《发电机组起动试验方案》，由施工单位制定操作
工作票，提请起动试验领导小组审批；
1.2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；
1.3断开发电机中性点消弧线圈隔离刀闸：
1.4有条件时最好投入备用励磁装置；或提供励磁变压器他励高压电源；或用厂用
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，切
于“导通角手动调节方式”。

1.5在发电机出口CT外侧设置可靠的三相短路母线，如果三相短路点设在发电机断
路器外侧，则应采取措施防止断路器跳闸；
1.6将发电机短路范围内暂时不用的CT二次侧短路并接地；
1.7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；
1.8退出所有发电机保护；
1.9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。

1.10做好操作记录，
1.11指定专人短路试验完毕，拆除短路连线和CT短路线，恢复发电机保护和励磁系
统，并进行全面安全检查。

2.他励电源方式选择
在采用外来电源作为他励电源时，有条件的情况下，励磁变压器的他励电源最好由电站辅助高压设备提供励磁变压器他励高压电源，其理由是励磁变压器是专用特种变压器，自并式水轮发电机励磁变压器绕组的联接组别大多为Y/△11接线方式，励磁变压器不仅能承受瞬间负载突变的冲击和长时效的满载运行，其绕组能经受连续、频繁的过电压，而且能减少高次谐波对整流装置的干挠。

水电站第一台发电机启运时外来电源一般为10KV或10.5KV,可能与发电机出口端电压不一致, 一般能满足中小型水轮发电机的短路试验需要。

发电机短路的励磁电流大小可从短路特性曲线（厂家提供）中查到，在厂家没有提供特性曲线的情况下可按经验数据确定励磁电压和励磁电流，即短路试验时励磁电压约为额定励磁电压的55~60%，励磁电流在额定电流50%~55%。

如果外来高压电源的电压比励磁变压器额定电压低得太多，可能因励磁装置的同步电压太低而造成控制电压与移相角的变化而无法控制，此时可以临时将励磁装置的同步电压升压后再送到同步单元，以消除励磁电失控现象。

如果励磁变副边电压接近400V，现场提供励磁变压器高压电源有困难时,可采用400V低压电源给励磁装置供电方式。

但有可能在试验过程中可能会遇到下列问题：一是在励磁装置小电流失控，造成这一现象的原因是厂用低压变压器的绕组一般为△/Yn11接线，三次谐波电流对励磁装置造成干扰，在小电流纯感性负载时造成励磁电流波动，排除的办法可在励磁装置输出端子上并联一个3~5KW电阻性负载（电炉）；二是发电机保护转子一点保护可能会出现报警，2s后机组自动跳闸，出现这种情况大多发生在转子接地保护采用“乒乓式转子接地保护”的保护装置，其原因“乒乓式转子接地保护”装置工作原理是在微机控制的电子开关在时序电路控制下周期性导通、截止，即转子的正负极人为地周期性接地，通过求解转子电导的变化来判定发电机转子的接地故障，外来低压电源的谐波干扰致使直流输出波形发生崎变，电源谐波的干挠会使转子电导G的测量结果产生较大偏差，造成测定的转子电导G判定依据发生无规律波动，“乒乓式转子接地保护”动作。

此时更改转子接地整定值也不会消除跳闸故障，解决的办法是在出现转子一点接地信号后对转子进行绝缘检查，绝缘电阻值测试结果与试验前对比没有变化，即可判定为“转子接地误报故障”，可以将转子一点保护屏蔽，以保证发电机短路试验的正常进行。

在采用低压电源给励磁装置供电时，最好将将他励电源经过低压断路器供电，并且在励磁装置前安装紧急跳闸开关，以便在紧急情况下跳开他励电源。

低压电缆载面可按发电机转子额定电流的40%选择，并在通电前校核电源相序。

3.三相短路母线安装
为方便定子电流的测量，短路点应选择在发电机出口CT后，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。

4.发电机短路试验操作程序
4.1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、水量符合规定；
4.2用厂用电提供主励磁装置电源；
4.3.投入机组水机保护；
4.4；手动合灭磁开关（FMK），通过励磁装置手动升流至25%定子额定电流，普测CT 二次侧通流情况，检查发电机各电流回路的相位及三相电流准确性和对称性；
4.5 外来高压电源对励磁变压器供电时应校核励磁变压器CT极性及差动保护接线的
正确性；
4.6检查各继电保护电流回路的极性和相位，检查测量表计接线及指示的正确性，必要时绘制向量图；
4.7在发电机额定电流工况下，测量机组振动与摆度，检查碳刷及集电环工作情况；
4.8在发电机额定电流工况下，跳开灭磁开关检验灭磁情况是否正常，录制发电机在额定电流时灭磁过程的示波图；
4.9录制发电机三相短路特性曲线，逐级将定子电流升至额定值，每隔10%定子额定电流记录定子电流、转子电流及转子电压；降流分级测量应在10点以上；
4.10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，检查轴电流保护装置二次侧输出电流值；
4.11上述检测试验完成后，在发电机额定电流工况下，跳灭磁开关（FMK），录制发电机额定电流下的灭磁特征。

5.试验的组织与安全
5.1发电机在进行短路试验时，应成立试验领导小组，设总指挥一人，下设水机、发电机一次、发电机二次三个小组，水轮机调速器和励磁装置的操作原则上应由设备厂家调试人员担任；
5.2试验的每一步操作都应设专人进行监控，以防止误操作；
5.3专人记录试验数据，数据表格如下：
5.4在试验过程中，凡发现异常现象，应立即向总指挥汇报，危急设备的人身安全时
应立即停机。

5.5发电机短路试验完成后，有必要对发电机定子和转子进行绝缘电阻校验，以便进行发电机组下阶段试验。

总之，对水轮发电机的短路试验中要在思想上一定要引起重视，要做到试验组织严密，合理选择励磁电源和三相短路点，严格按程序操作，确保安全、有效与快捷地完成试验任务，为下一步水轮发电机的系列试验打下良好基础。