发电机短路特性试验分析

机 短 路 特 性 试 验 分 析 ’ 发 电 机 短 路 特 性 试 Analysis of the Generatot Short-cireui t CharacteristiC Test 验 分 析 叶军伟 Ye Junwei (江西建威检测凋试有限责任公司，江西 南昌 330096) (Jiangxi Jianwei Testing Debugging Co．，Ltd．，Jiangxi Nanchang 330096) 摘 要：本文了发电机短路试验的原理、试验方法及试验时应注意的事项，同时结合一些典型实例进行了分析。 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：TM307 文献标识码：B 文章编号：l671—4792一(2010)3—0203—03 Abstract： This article analyzes the generator short—circuit test principle ， the testing method and the item experiment should pay attentJon to， simultaneously analyzes some typical examples ． Keywords： Generators； Short-circuit Characteristics； Short-circuit Test； Synchronous Reactance； Short Circult Rati0 1基本原理 组严重的匝间短路故障较空载特性灵敏。实践证明，当转子 发电机的短路特性试验是原动机在额定转速下，定子绕 绕组匝间短路匝数大于3％时，短路特性能明显地反应出来。 组三相稳态短路时，定子绕组电流和转子励磁电流的关系曲 3试验方法 线。 新安装的发电机，其三相短路特性试验可以在励磁系统 发电机短路时的合成电势只有漏抗压降，所以对应的气 调试完毕后进行。若发电机受潮，绝缘电阻及吸收比不符合 隙合成磁通很小，其磁路处于不饱和状态。因此励磁电流变 要求时，也可以进行短路干燥，待绝缘合格后再进行有关的 化时，合成 电势和对应的短路电流成正比关系，所以短路特 试验。 性曲线是一条直线。 虽然机组各有差异，但试验方法大同小异，大都包括以 电气装置安 装工程 电气设 备交接试验 标准 (GB 下几个步骤： 50150--2006)第 3·0．15条规定：测量三相短路特性曲线，应 (1)在发电机出线端或出13断路器外侧处，用铝或铜排 符合两点。第一，测量的数值与产品出厂试验数值比较，应在 将定子三相绕组短接。 测量误差范围内；第二，对于发电机变压器组，当发电机本身 (2)接好各种表计，如励磁电流表、励磁电压表、定子电 的短路特性有制造厂出厂试验时，可只录取发电机变压 流表等。 器组的短路特性，其短路点应设在变压器高压侧。 (3)启动原动机升到额定转速并保持不变 ，合上灭磁开 2 试验意义 关，当在断路器外侧短路时 ，必须同时合上断路器。 发电机短路试验是发电机系列试验中的一项重要试验， (4)缓慢增加励磁电流，使定子电流达到额定值为止 ，每 它关系到整个机组能否安全、可靠的运行。发电机的短路试 隔 15—2o~iff录一次表计。 验主要有以下几个方面的作用： (5)缓慢减小励磁电流，使定子电流降到零 ， 断开灭磁开 (1)通过发电机的短路特性试验，可以检查定子三相电 关，拆除定子绕组的短路铝排或铜排。 流是否对称。 4 注意事项 (2)通过分析短路特性试验数据，结合空载特性曲线可 在试验前，试验者应该按有关及规程制定试验方 以求取发电机的一些重要参数。 案，详细考虑试验过程中可能出现的情况 ， 并制定相应的措 (3)通过发电机短路特性试验可以检查转子是否有匝间 施。由于各个机组设计不尽相同，除要注意一些特殊点外 ，总 短路，特别是检查与转速有关的不稳定匝间短路的一种方 结出试验时应注意以下几点： 法。因为在一定的转速范围内短路电流与转速无关，可以避 (1)三相短路排应尽量安装在接近发电机的引出线端， 免因转速不同引起的测量误差，因此，此试验对反应转子绕 即装在断路器的内侧与电流互感器之间 ， 以减少线路阻抗对 2Q3 _—— ～ 测量精度的影响。如在发电机出El装设短路排不方便时，可 将短路排接在断路器的外侧，但必须解除断路器跳闸回路， 以免在试验中断路器突然跳闸，引起发电机过压而损坏绝 缘。 (2)三相短路排的截面应按发电机的额定电流选择，应 接触良好，防止由于接触电阻过大发热，而损坏设备。 (3)试验中，当定子电流升到 15-20％额定值时，应检查 三相电流的对称性。如果三相电流不平衡，应查明原因，必要 时可降低励磁，断开灭磁开关。 5 试验结果分析 试验者除需要在试验过程中认真、细,~ ITM，对试验结果 的分析也很重要。特别是有些新机组，在出厂没有试验数据 的情况下，应仔细阅读发电机的出厂资料，掌握一些关键的 设计值，诸如空载励磁电流 定励磁电流等，再结合以往同 类型机组试验数据及试验者本身的知识及经验对试验结果 进行认真分析，以便得出正确的结果。一般情况下，应对试验 数据进行如下处理： (1)将各仪表读数值换算至实际值，定子电流取三相的 平均值。 (2)根据试验数据绘制短路特性曲线，该曲线应是通过 坐标原点的一条直线。 (3)将试验所绘制曲线与出厂数据或历年数据比较，若 曲线有明显降低，则说明转子绕组可能有匝间短路或励磁回 路有故障。 6 实例分析 实例 1某 自备 电厂一 台 501~／汽轮发 电机组，型号 QF50-'2，有功功率 50000kW，额定电压 11000伏，额定定子电 流3088A，励磁方式为交流无刷励磁，空载励磁电流433A，空 载励磁电压 60V，满载励磁电流 916．3A，满载励磁电压 173．3V。发电机空载时励磁机励磁电压 28．1v，发电机空载 时励磁机励磁电流 5．9A，发电机额定时励磁机励磁电压 88．2V，发电机额定时励磁机励磁电流 18．5A。出厂及交接试 验结果如表一、表二所示，短路特陛曲线如图一所示。 表一 发电机三相稳定短路特性出厂试验数据 定子电流 (A) l 500 I 1000 }15O0 l 20{)【) l 2,500 l 3088 磁机励磁电流(A)f 1．05 I 2．40 l 3．61 I 4．85 l 6．05 f 7．46 表二 发电机三相稳定短路特性交接试验数据 定子电流 (^) J 500 I 】000 I 1500 l 2()∞ l 2500 I 3088 励磁帆嘞磁电流‘A)l 1．O6 I 2．42 l 3．63 l 4 86 I 6．10 l 7．52 0⋯ ⋯}''_'}一 ／j { I j 『 f 礁l_I-． ， ⋯ 一 L⋯ - - -7 一 ： J． ， } 图一 发动机短路特性曲线 分析：该发电机的短路特性试验数据与出厂值比较，误 差在允许范围内，短路曲线是一条过原点的直线 实例 2某电厂一台313MW发电机，定子电压 15kV，定子 电流 14170A，转子电压 311V，转子电流 3875A。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。 短路特性曲线如图二所示。 0 0 2 0．6 1 ． 0 l，4 1．8 2 2 2 6 赫强电毓(k 图二 发动机短路特性曲线 分析：从图二看出，曲线2的短路励磁电流较曲线 1增 加了 150A，短路曲线下移了，说明转子有匝间短路故障。 实例 3某汽轮发电机型号为 OFSN-200-2，定子额定电 压为 15．75kV，定子额定电流为 8625A，额定功率因数为 0．85。空载特性和三相短路特性数据如表三和表四所示，其 短路特性曲线如图三所示。求该同步发电机的同步电抗和短 路比。 表三 发电机空载特性试验数据 I 8．475I II．715 。oo ts． 50-s．晒。l 17．200 l7．850 l。zo l ∞i s秘 625 l 690 l 724 788 I I 表四 发电机三相稳定短路特性曲线数据 定子电流 1(A) 转子电流 II (^) I 塑 I 380 I 900 l 1220 先介绍如何根据特性曲线图求同步电抗和短路比。见图 三，不饱和纵轴同步电抗 是在固定励磁电流时，曲线 3与 2的纵坐标之比，即x~=UJl Xd的标幺值为 x x (u．／I )= INXJuN：IJlL0 式中：I 广—短 路试验时使短路电流为额定值的励磁电 流； I 。 于应定子额定电压从空载特性曲线直线部分延 长线上确定的励磁电流； U 、I 一 定子额定电压、定子额定电流。 短路比是在发电机空载时使空载电势为额定值时的励 磁电流与短路时使短路电流为额定值时的励磁电流之比，用 K表示，当磁路不饱和时，有： K=I I~-：1／X。d。 根据图四的特性曲线，可以求出该发电机的不饱和同步 电抗 x’ Im／Iu~=1215／630=1．93，短路比K~---1／X’d=O．518。 线 根据曲线计算同步发电机的同步电抗和短路比时应采用 u(kv) “ 曲线 ／曲 ／ 校正 。沌 目 。 梳 奄 南 喃 U0 ／ 头 l U 4 呆 及 电 饥 坐 芎 P w一 ， 疋 电压 发 ． ／ 10．5kV，额定电流为 2062A，额定励磁电压为 196V，额定励磁 电 ／ 机 电流为385A，励磁方式为交流无刷励磁。短路特性试验的出 短 厂值及交接试验数据如表四、表五所示。 路 表五发电机三相稳定短路特性出厂试验数据 特 性 定子电流(A) l 3o0 I 60o l 9oo I 1200 1500 I 1800 l 2062 I 试 励磁机励磁电流(A)1 0．37 I o．73 l 1．1 I 1．45 ‘1．82 l 2 18 I 2．50 I 验 分 曲线2／／ 表六发电机 三相稳定 i路糟 性交靠 }试验数据 析 ／ 定子电流(^) 300 600 000 15) 00 1506 I 1806 I 2062 l 励磁机励磁电流(A) O．65 1．O9 l_51 2．15 z 65 J 3．25 3．68 J 分析：根据表五 表六数据进行比对发现，交接试验的励 磁电流数据明显大于出厂值，再结合空载试验数据分析，试 工LE 一 酴 盘 揖 十b明 + 千 山 广‘ 占 土 生II懂 f 诧引 足复古 士b瞎 刍：士n t· ·r ⋯ ／、 J ■4 ， u 9 J：， ， ‘ J H pH n H^ 0 f vu 山 I (A) 进行检查，发现励磁机在高速旋转时Y ， 4~其-{中 一 相电枢绕组J脱 空 辩 辑 盏 = 路特性曲线．3——空载特 ’ 姒 山 性曲线直线部分的延长 。。。7 "结I-- ～ ～ 一 。 。 u(ky)lE I(^) ， 孔．头阴埋佗罗 ，处 伺丰旨的买战经验，对试验结果进彳_丁分 i~．75 kV 曲线， f／／ 载特性 析。 聆害血特 静 自．车 华细 士安甘 籀由西 15 7’ 严格按试验进行，做到安全、细致、完整。试验后要对试 验数据进行仔细、认真的比对分析，以便得出正确的试验结 果。 一 IO 一10080 ／ 目525^ ／ 曲线z／／ 垒 ±± ? ／ 短路特性 矽哼．x-一I^ [1]电气装置安装工程电气设备交接试验标准．GB 50150-2006． 5 一50o0／ t 1 I [2]火力发电职业技能培训教材．电气试验 [M]．北京：中 ． 。 国电力出版社 ，2004． 1215A 。 [3】电气试验技能培训教材[M]．北京：中国电力出版社， 。 200 伽 6Go 日口口 1000 i200 IL(^)- 2004． 【4]电气设备试验及故障处理实例 【M]．北京 ：中国水利 图四 QFSN-200-2型发电机空载及三相稳定短路特性曲线 水电出版社，2006 ． [5】电力设备交接和预防性试验 200例[M]．北京：中国 另外要注意，受剩磁影响的空载特性曲线应进行校正 电力出版社，2005． 由于转子的剩磁，在定子绕组上感应的电压称为残压。若此 电压较高时，会使空载特性曲线不通过坐标原点，而与纵坐 作者简介 标相交。此时，应将空载特性曲线进行校正。将空载特性曲线 叶军伟(1972一)，男，浙江丽水人 ，本科学历，电气工程 延长与横坐标相交，此交点与原点距离设为 A IL，将空载特 师，一直从事电气及工业自动化仪表的检测与调试工作 ， 现 性曲线沿横轴方向水平右移 △IL即为校正后的空载特性曲 为江西建威检测调试有限责任公司调试所所长。 205