发电机特性试验和参数测量

1、第十六章 发电机特性试验和参数测量发电机空载特性试验 一、概述 发电机的空载运行工况，是指发电机处于额定转速，在励磁绕组中通入一定的励磁电流，而定子绕组中的电流为零时的运行状态。此时，励磁绕组中电流所产生的磁通可以分为气隙主磁通和漏磁通两部分。主磁通通过空气隙与定子绕组相交链，并在定子绕组中产生感应电势E。漏磁通仅与励磁绕组相交链。 在这种条件下，定子绕组的感应电势置与其端电压U相等，即UE。设IE表示励磁电流，W表示匝数，则IEW就代表励磁绕组中的安匝数。因为匝数W一定，则主磁通及其在定子绕组中的感应电势E就取决于励磁电流的大小和磁回路的饱和程度。在空载试验后，取励磁电流为横坐标，取端电压为

2、纵坐标，即可得到关系曲线Uf(IE)。 发电机在空载运行条件下其端电压和励磁电流的关系曲线Uf(IE)，称为发电机的空载特性曲线。空载特性曲线不仅表示了感应电势Z和励磁电流IE的关系，同时也表示了气隙主磁通和励磁电流IE的关系。 空载特性曲线常常用标么值来表示，即选定子额定电压UN为电压基准值，选空载试验时对应于定子额定电压的励磁电流IEO为电流基准值。 空载特性是发电机的最基本特性之一，由此可求出发电机的电压变化率U、同步电抗Xd；短路比及和负载特性等。在求取此特性的同时，还可以检查发电机三相电压的对称性和进行定子绕组匝间绝缘试验。 二、测量方法 (一)试验接线发电机空载特性试验接线如图l6

3、-l所示。 (二)试验步骤 (1)按图161在发电机转子回路和定子回路接入各种表计，包括定子电压表、频率表、在标准分流器(O.2级)上接测量励磁电流的毫伏表、在励磁回路上接的励磁电压表，将励磁电阻调至最大值位置。 (2)将电压调节器、强励装置退出运行，差动、过流、接地保护装置投入运行。 (3)启动原动机至额定转速且维持不变。 (4)电机在空载状态下，合上磁场开关，先慢慢调节励磁，使电压升至额定值，然后缓慢减少励磁，测下降曲线，在降压过程中可分10个点，分别记录各表计读数，直到电压降到零。再进行第二次升压，测上升曲线，也分l0个点读数，直至升到1.3UN，有匝间绝缘的发电机，在1.3UN试验电压

4、下应持续5min；随即将电压下降。 (5)励磁电流降至最小值后，断开磁场开关，发电机仍应保持额定转速，然后在定子绕组出线端的电压互感器二次侧测量电压，按变比计算定子残压值。也可用绝缘棒将足够量程的高内阻电压表直接搭到发电机出线上测量残压值。 (三)注意事项 (1)合上磁场开关后，应慢慢升压，当电压升至额定电压的20时，检查三相电压是否平衡，且巡视发电机等设备是否正常。 (2)在测取上升和下降曲线时，励磁电流大小只能沿一个方向调节，严禁中途反向。否则由于磁滞作用，将影响试验结果。 (3)调节励磁到一定数值，待表计指针稳定后进行读表，并要求所有表计同时读取。 (4)在发电机出线上测量定子残压时，必

5、须做好安全措施，例如磁场开关应在断开位置，测量人员要戴绝缘手套并利用绝缘棒测量定子残压值。所使用仪表应是多量程的高内阻交流电压表。 (5)试验时发现异常现象应立即停止试验，及时查明原因。 (四)试验结果分析 (1)将各仪表读数换算成实际值，其中定子电压应取三相电压的平均值。 (2)试验过程中转速应稳定，否则所测电压应按下式换算到额定转速之电压值U=Um (161)式中 Um实测电压，V； nN额定转速，rmin； nm实测转速，rmin。 (3)将整理的数据，绘制空载特性曲线。由于铁芯磁滞的影响，曲线上升支和下降支不是重合的，应取平均值，该平均值绘制的曲线即为空载特性曲线。 (4)根据所得空载

6、特性曲线与出厂数据和历年的数据进行比较。如所得曲线比历年数据降低得多，即说明转子绕组可能有匝问短路缺陷。 第二节 发电机短路特性试验 一、概述 发电机短路特性是指发电机的转速n为额定转速，电枢绕组的端电压为零时电枢电流和励磁电流的关系Ikf(IE)。 发电机三相对称稳定短路工况；是指发电机处于额定转速下，转子绕组通入一定的励磁电流，定子绕组的电压为零时的运行状态。短路试验时，定子电压U0，限制短路电流的仅是发电机的内部阻抗。由于一般发电机的电枢电阻远小于同步电抗，所以短路电流可认为是纯感性的，即90，于是电枢磁势基本上是一个纯去磁作用的纵轴磁势，即FaFad而Faq0。各磁势的相量图如图162

7、所示。从图162可见，各磁势相量都在一条直线上，合成磁势是E十ad，其中E是转子电流产生的激磁磁势，利用空载特性即可由气隙合成磁势求得合成电势E。 由于U0，所以 +ra +jX jX (162)式中 ra发电机的定子电阻，; X发电机漏抗，。 可见，发电机短路时的合成电势只等于漏抗压降，所以对应的气隙合成磁通很小，其磁路处于不饱和状态。因此励磁电流变化时，合成电势和对应的短路电流将随之正比地变化，所以短路特性曲线是一条直线。 求取发电机的短路特性可以检查定子三相电流的对称性，并由短路特性曲线结合空载特性曲线来求取发电机的一些重要参数。 二、测量方法 (一)试验接线发电机三相短路特性试验接线，

8、如图163所示。 (二)试验步骤 (1)在发电机出线端，将三相对称性短路。按图163接好各种表计，如励磁电流表、励磁电压表、定子电流表等。将励磁电阻调至最大值位置； (2)投入过流保护装置，并接信号； (3)启动原动机升至额定转速并维持不变，合上磁场开关； (4)调节励磁，使定子电流达到额定值为止，以每隔定子额定电流的1520记录一次表计值； (5)调节励磁，使定子电流降至零，断开磁场开关。 (三)注意事项 (1)三相短路线应尽量装在接近发电机引出线端，且要在电流互感器外侧(如果发电机出口有断路器，不应经断路器接短路线，以免在试验中断路器突然断开，引起发电机过电压损坏绝缘)。如果在发电机出线端

9、不便装设短路线或要结合其它试验(如电压恢复法试验)，需将短路线装在主断路器外侧时，应将其跳闸回路熔丝取去，或将断路器操作机构锁住。 (2)三相短路线应采用不小于发电机出线截面的铜(铝)排，连接必须良好，防止由于连接不良引起过热损坏设备。 (3)调节励磁电流时应缓慢进行，当调到某一数值时，应待指针稳定后，再对各类表计同时读数。 (4)为校验试验的正确性，在调节励磁电流下降过程中，可按上升各点进行读数记录。 (5)在试验中，当定子电流升至1520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，断开磁场开关。 (四)试验结果分析 (1)将各仪表读数换算至实际值，其

10、中定子电流应取三相的平均值； (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)将所得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。第三节 同步电抗测量 一、基本概念同步电抗是同步发电机的重要参数。以同步旋转的发电机定子绕组的稳态磁链所决定的电抗叫做同步电抗(Xd和Xq)。其中纵轴同步电抗Xd是相当于由定子电流所建立的磁场和发电机磁极轴线相重合的电抗(见图164，a)，横轴同步电抗Xq是相当于定子电流所建立的磁场垂直磁极轴线时的电抗(见图164，b)。 定子绕组的全部磁链是由漏磁链和电枢反应磁链所组成，因此可以认为同步电抗等于定子漏电抗

11、和电枢反应电抗之和。 定子漏电抗和转子位置无关，对纵、横轴向来说，漏电抗是相等的，因此 XdXad十Xs (163) Xq=Xaq十Xs (164)式中 Xad定子绕组纵轴电枢反应电抗，； Xaq定子绕组横轴电枢反应电抗，； Xs定子绕组漏电抗，。 凸极发电机的XadXaq，因而XdXq，隐极发电机Xad=Xaq，因而Xd=Xq。 同步电抗的数值受发电机主磁通饱和的影响较大，通常可认为漏电抗是恒定不变的，饱和引起同步电抗的变化主要是对电抠反应电抗的影响。对凸极发电机，由于在纵轴方向上磁通主要沿着由铁磁材料构成的磁路而闭合，而横轴磁通的很大一部分是通过空气隙而闭合，所以饱和对纵轴同步电抗的影响较

12、大，而对横轴同步电抗的影响较小。 对隐极发电机纵轴和横轴同步电抗的影响程度是相同的。 二、同步电抗的测量方法 (一)从空载、短路特性试验求取不饱和纵轴同步电抗Xd和短路比 1，测量方法 在测取空载特性时，由于磁路的饱和现象，当励磁电流增大时，空载特性曲线将向下弯曲。在测取短路特性时，磁路始终处于不饱和状态，因此图165中曲线l和曲线2所对应的饱和状态不同。为了求得同步电抗的不饱和值，可将空载特性的直线部分延长，如图165中的曲线3。同步电抗便是在有固定励磁电流时，曲线3与曲线2的坐标之比，即 Xd= (165)这样测得的同步电抗称为不饱和同步电抗。不论在横坐标上选取哪一点进行计算，所求得的不饱

13、和同步电抗均为恒值。Xd的标么值为Xd*= (166)式中 IEK短路试验时使短路电流为额定值的励磁电流 IE0对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； Un、IN定子额定电压、定子额定电流。 同步电抗与短路比有一定的关系。短路比是在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代表。当磁路不饱和时K= = (167) 短路比是同步发电机的一个重要参数。我国制造的汽轮发电机的短路比一般在0.50.7之间，水轮发电机在l.01.4之间。 2，注意事项 (1)空载和短路特性曲线的测取方法见本章第一、二节。 (2)受剩磁影响的空载特性曲线应

14、进行校正。发电机空载运行时，由于转子磁极的剩磁，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的原点，而与纵坐标相交。此时，应将空载特性曲线进行校正，如图166所示。将空载特性曲线1的直线部分延长交横坐标于K点，KO的绝对值即为校正量IE，将曲线1沿横轴方向水平右移IE，即在所有试验测得的励磁电流数值上加上IE，就得到通过坐标原点O的校正曲线2(实际作图时可将纵坐标往左移IE即可)。 (二)用小转差法测量纵、横轴同步电抗Xd和Xq 1，试验方法 小转差法是励磁绕组开路，转子以接近同步转速旋转(其转差率小于1)，在定子绕组上施加三相对称交流低压电源(额定电压3kV以上

15、的发电机，一般应接入220550V的电源)。此时由于转子结构不对称，电抗在纵轴，与横轴之间周期地变化，定子电流的最大与最小值基本上是在定子磁链与相应的纵、横轴向相重合时出现。当转子滑差极小时，认为定子电流是由同步电抗Xd和Xq所决定的。隐极式同步发电机中，因为XdXq，所以测量中UmaxUmin，ImaxImin。凸极式同步发电机中，因为XdXq，则在电枢磁势轴线与磁极轴线重合时，定子电流最小，而定子电压最大；在电枢磁势轴线与磁极轴线垂直时，定子电流最大，而定子电压最小。根据这一点，通常用下式求取同步电抗的非饱和值。 Xd= (168) Xq= (169) 用小转差法测量Xd、Xq的试验接线如

16、图167所示。 2，试验步骤 (1)按接线图将电压、电流表及光线示波器接入回路中； (2)将励磁绕组开关Q1短路，将被试发电机驱动到与同步转速非常接近的转速，即转差率在1左右的转速下运行； (3)测定绕组剩磁电压数值； (4)合上开关Q2，在定子绕组上通入与转子旋转方向相同相序的额定频率的三相对称低电压(约2UN15UN)； (5)断开转子绕组的短路开关Q1，合上电压表开关Q3； (6)待转速稳定后，启动光线示波器，拍摄转子绕组电压uE为零时及最大时的定子绕组电压us和电流值is(见图168)与此同时，读下各表的数值。 (7)测试完毕后，合上Q1，断开Q2和Q3。 3参数Xd、Xq的计算 当转

17、子电压为零和最大时，由图168中波形图上的定子电压Umax、Umin与定子电流Imax、Imin，计算出纵、横轴同步电抗Xd、Xq及其标么值Xd* 、Xq* Xd= (16一10) Xd*= (16一11) Xq= (16一12) Xq*= (1613) 在所摄录的波形图(即图168)中，如果Imin与Umax、Imax与Umin在时间上不相同 时，则上述式中的Umax(Umin)可采用与Imin(Imax)相对应的电压值代替。 4注意事项 (1)试验时应将被试发电，机驱动到与同步转速非常接近的转速，使转差率尽量小，以尽可能地减小由于发电机的瞬变状态及仪表惯性对试验结果的影响。如果用仪表测量更

18、应注意这一点，否则交流仪表的指针追随不上测量值的变化，使试验计算的Xd值和Xq值有较大的误差。 (2)在拍摄波形和读表时，励磁绕组应保持开路，以免在它的内部感应出对磁通起阻尼作用的电流。但在定子绕组接入电源或从电源断开时，励磁绕组应该直接短路或经放电电阻短路，以免由于瞬变过程在励磁绕组中引起过电压，损坏励磁绕组。 (3)在定子绕组上，外施额定频率的低电压，其数值不应过高，以免将发电机拖入同步，一般约为25的额定值，最多不超过15额定电压。 (4)如果有较高的剩磁电压，应外施较高的电压，否则试验结果将有较大的误差。因为剩磁对各磁极交替产生去磁和助磁的作用，使定子电流最大值和最小值，出现大小不；的

19、两个数值，而且两个数值均非真值。试验时，若发电机残压U达到试验电源电压的1030，则测量的同步电抗应按下式计算 Xd= (1614) Xq= (1615)式中，Umaxl、Umax2、Uminl、Umin2、Imaxl、Imax2、Iminl、Imin2分别为相邻两个定子电压、定子电流的最大、最小值；U为线间残压。 为了消除残压对测量结果的影响，试验前应将发电机的剩磁尽量减小，使残压降到最低。常用的方法(见图167)是用容量足够的蓄电池E，经开关Q4与转子绕组励磁电压的极性相反连接，将Q1、Q2、Q3开关全断开，使发电机空转，合上蓄电池的开关Q4，由定子电压表观察定子残压，若逐渐降低，则表明E

20、去磁的方向正确。一般将残压降至58V即可。 (5)当定子电流开断时，或当转差率瞬时增大时，在励磁绕组两端可能产生很高的电压，为此应注意开关的断开次序，开关Q1仅在外加电源投入，并测量时方可断开，在Q1断开后才能合上开关Q3以防烧坏电压表，在断开电源时，要先合上Q1，断开Q3，然后再断开电源开关Q2。 (6)有阻尼的发电机不应采用转差法来测同步电抗。 (7)为使试验结果准确，拍好定标曲线后，所有示波器的接线，可变电阻和振子等均不能随意变动。 (三)用闪光灯法测量隐极发电机纵轴同步电抗饱和值Xd 试验前在被试发电机转轴和轴承交接处，分别在转轴和轴承盖上划一道白线，将移相器接至被试发电机定子绕组出线

21、端上电压互感器二次侧，移相器输出端接一闪光灯。 试验时被试发电机与电网并列运行。将发电机负载降至零，用闪光灯照到白线处，调节移相器的移相角度0，使转轴上白线与轴承盖上白线对齐。然后逐渐增加发电机负载使其在额定工况运行，此时再调节移相器，使转轴上白线与轴承盖上白线重新对齐。记录移相器上角度l，同时测皇定子线电压U、定子电流I和功率因数角，则纵轴同步电抗饱和值可按下式计算 Xd=tg(+-)cos-sin上述移相器前后两次测量角度差(l-0)就是发电机在额定工况下的功角。 (四)试验方法比较 (1)利用空载、短路特性测定纵轴同步电抗Xd，较为简单，且所得结果也较准确。 (2)小转差法较为简单，但在

22、测量过程中易产生较大误差。(3)闪光灯法仅适用于隐极发电机，在测量过程中需测量功角和功率因数角，试验比较复杂，其测量结果的精度也受和角测量准确度的影响。第四节 发电机次暂态和暂态参数测量 一、基本概念 次暂态电抗Xd、Xq是发电机突然短路的瞬间，由短路电流的起始值所决定的定子电抗。暂态电抗Xd、Xq是由减掉超瞬变分量的短路电流分量的起始值所决定的定子电抗。 Ta是定子电流直流分量衰减时间常数。表征发电机在额定转速和一定电压下运行，定子绕组突然短路时，短路电流中直流分量衰减快慢的时间参数。 Td是定子绕组短路时纵轴暂态时间常数，表征发电机在额定转速和一定电压下运行，定子绕组突然短路。阻尼绕组开路

23、。(或无阻尼作用时)，定子电流中纵轴暂态分量衰减快慢的时间参数。 Td是定子绕组短路时纵轴次暂态时间常数，表征发电机在额定转速和电压下运行，转子阻尼绕组(或阻尼回路)和励磁绕组闭路，当定子绕组发生突然短路时，在阻尼作用下，定子电流中次暂态分量衰减快慢的时间参数。 Td0为定子绕组开路时纵轴暂态时间常数，系指发电机在额定转速和额定电压下运行，当运行条件发生突然变化时，由纵轴磁通所产生的开路定子电压中暂态分量衰减快慢的时间参数。 二、测量方法 (一)三相突然短路法 三相突然短路试验是测量发电机Xd、Xd、Td、Td及Ta等参数较好的方法。一般情况下，现场只需测定发电机参数的不饱和值，这时发电机应在

24、额定转速nN及空载定子电压U(14)U下进行三相突然短路试验。至于测定参数的饱和值，则应在额定电压下进行三相突然短路试验。由于该试验将产生很大的电动力而危及设备安全，故不宜在现场进行，只能作为考核发电机机械强度的型式试验项目。 1试验方法 (1)试验接线。 三相突然短路试验接线原理图如图169所示。 (2)试验步骤。 1)将同步发电机拖动到额定转速，先将发电机的定子电压调节到(14)UN作空载运行。 2)在短路前记录定子电压U和励磁电流IE，起动示波器开始录波，随即合上开关Q将定子绕组突然短接，摄录定子电压、三相定子电流及励磁电流波形。 3)记录短路时定子电流及励磁电流的稳态值，并根据示波器摄

25、录的电流波形，确定电流波形的比例尺(Amm)。 (3)试验要求及注意事项。 1)被试发电机应由配套的励磁机供给励磁且励磁机必须为他励。 2)摄录短路电流波形时宜采用无感分流器，分流器的额定电流应大于被试发电机定子额定电流值。为确保人身和仪器安全，应把分流器接在短路开关Q与短路点O之间。短路点O必须可靠接地，使振子在短路前不会处于高电压。定子回路所有的接点接触必须良好和可靠，连接导线应有足够的截面，且越短越好。 3)突然短路时用的三相开关(如接触器或断路器)应认真检查或调整好，使三相尽可能同时合闸。 4)试验时先在三相稳态短路下，将三相电流送至示波器振子，调节光点的偏转幅度，使三相突然短路时电流

26、波形有适当的幅值，且在可能发生的最大电流时的波幅不超过振子允许的偏转值及感光纸的边缘。 三相突然短路电流最大值可按下式估算Imax=IN (1616)式中 U*突然短路前空载定子电压标么值； Xd*次暂态电抗的设计值或估计值(标么值)； IN被试发电机的额定电流，A； Imax三相突然短路电流最大值，A。 2，数据处理 (1)画出三相突然短路电流波幅的包络线。将所摄录电流波形的各个波峰值绘制在坐标纸上，然后用平滑的曲线连接起来，就得到一相电流波形的上下两条包络线，如图16lO所示。如果起始几个电流波峰之间的时间间隔不等，则应按实际量得的时间间隔绘制。 (2)将各相电流的周期分量与非周期分量分开

27、。取任一瞬间上、下两包络线的纵坐标，两者代数和一半为该瞬间电流的非周期分量(即直流分量)，如图1610中的虚线所示。两者代数差的一半(即虚线至包络线的距离)为该瞬间电流的周期分量，再求出三相短路电流周期分量各瞬间的算术平均值。即为三相短路时，定子电流周期分量的变化曲线。 (3)求暂态分量(Ik)和次暂态分量(Ik)。从定子电流周期分量的变化曲线中减去稳态短路电流Jk，即得(Ik十Ik)电流曲线，将其绘于半对数坐标纸上(见图1611)，使(Ik十Ik)曲线后半部的直线部分延伸到纵坐标上，其交点即为短路电流暂态分量的初始值Ik0。 在半对数坐标纸上，曲线(Ik十Ik)与直线Ik在同一瞬间的差值即为

28、短路电流的次暂态分量Ik。把次暂态电流分量与时间的关系也绘在半对数坐标纸上(见图l611)，并将其延伸到纵坐标轴，则交点即为次暂态分量电流的初始值Ik0。(4)计算纵轴暂态电抗Xd和次暂态电抗Xd公式为 (1617) (1618)上两式中 U短路前定子线电压，V； UN、IN被试发电机的额定相电压、相电流，V、A； Ik稳态短路电流，A； Ik0、Ik0暂态电流、次暂态电流初始值，A。 (5)确定时间常数Td、Td及Ta。 定子绕组短路时的纵轴暂态时间常数Td是定子电流暂态分量自初始值Ik0衰减到0.368Ik0时所需的时间。 定子绕组短路时的纵轴次暂态时间常数Td是定子电流次暂态分量自初始值

29、Ik0。衰减到0.368Ik0时所需的时间。 定子绕组短路时的非周期分量时间常数Ta是定子电流非周期分量自初始值衰减到0.368初始值时所需的时间。(二)电压恢复法试验1，试验方法将三相定子绕组短路，再将被试电机拖动到额定转速，然后增加励磁电流，使其相当于空载特性曲线直线部分的某一电压(通常不高于O.7倍额定电压)时的励磁电流。 记下此时定子绕组的短路电流Ik。然后将短路的三相绕组同时断开，用示波器摄录任一相电流及任一线电压的波形。当电压恢复到稳态值U后，读表记下电压数值，以确定空载电压波形的比例尺(Vmm)。试验时对励磁回路的要求与三相突然短路试验中的规定相同。 2数据处理 (1)画出恢复电

30、压波形的包络线(见图16 12)。 (2)将稳态电压U与恢复电压包络线之间的电压差值对时间的关系绘于半对数坐标纸上(见图1613)。此曲线为暂态电压分量U与次暂态电压分量U之和。将该曲线的直线部分延长，与纵坐标的交点即为暂态电压分量的初始值U0。曲线U十U与曲线U之间的差值即为次暂态电压分量U曲线，将其绘于同一坐标纸上，它与纵坐标轴的交点即是次暂态电压分量的初始值U0。 (3)纵轴暂态电抗Xd及纵轴次暂态电抗Xd的计算 Xd= () (1619) X”d= (1620)式中 Ik在断开短路前瞬间测得的定子电流，A； U稳态电压，V；U0、U00暂态电压分量与次暂态电压分量初始值，V。 (4)求

31、取了Td0和Td0。 定子绕组开路时纵轴暂态时间常数Td0是暂态电压分量从初始值U0衰减到0.368U0时所需的时间。 定子绕组开路时纵轴次暂态时间常数Td0是次暂态电压分量从初始值U0衰减到O.368U0时所需的时间。 (5)计算Td和Td0 在求得Td0、Td0后，可按下列关系式求取定子绕组短路时的纵轴暂态时间常数Td及次暂态时间常数Td。 Td=Td0 (1621) T”d=T”d0 (1622)式中 Xd直轴同步电抗的不饱和值，。 (6)在电压恢复法试验中，(U一U0U0)、(U一U0)以及两者的差值与稳态电压U相比都是较小的，因而在示波图加工及计算中容易引起误差。为此，有些文献建议，

32、除了拍摄上述的电压恢复曲线外，用记录纸以较快的速度(不小于0.44ms)再拍摄一张电压复曲线起始部分的示波图。示波图上的电压比例尺可如此选择，使短路被切断的初瞬，电压(UU0U0)的幅度约为振子光点允许偏转值的一半。由于稳态电压U超过(UU0一U0)好几倍，因此振子光点在到达其允许的最大偏转度前，应通过继电器等装置将振子回路自动断开或用限幅器加以保护，以免损坏振子。 在普通坐标纸上(或在直接拍摄的感光纸上)画出电压恢复曲线的波幅包络线，如图1614所示。包络线与tO时的纵坐标相交于a点，oaU一U0一U0。将曲线尾部的直线部分延伸，使其与纵坐标轴相交于b点，obUU0，于是可根据式(1619)

33、及式(1620)计算出Xd及Xd，并从图l614中求得Td0。 电压恢复法试验的优点是：试验过程中，电机不会受到不正常的机械和电的冲击作用，因而允许重复进行数次试验。以获得可靠的结果；电压恢复法不需要种类繁多的辅助设备，如无感分流器等，因此现场容易进行；通常只需拍摄一个线电压的恢复曲线，示波图的加工量较小。 电压恢复法的不足之处是：不能求出三相突然短路电流非周期分量的时间常数Ta；由换算来确定时间常数Td及Td的准确性较差。第五节 负序电抗测量 一、基本概念 在同步发电机正向同步旋转，励磁绕组短接，定子绕组端头加上一组对称的负序电压，使定子绕组中流过负序电流时，同步发电机所表现的电抗就称为负序

34、电抗。 负序电抗的标么值大致为：汽轮发电机负序电抗的平均值为0.155；装有阻尼绕组的水轮发电机负序电抗的平均值为0.24；没有阻尼绕组的水轮发电机负序电抗的平均值为0.42。 二、负序电抗X2的测量方法 (一)两相稳定短路测量法 两相稳定短路接线如图1615所示。先将定子绕组两相稳定短路，把被试发电机拖动到额定转速。调节励磁电流，使定子电流达到0.15IN左右，迅速测量两相短路电流Ik2、短路相与开路相之间的电压U以及对应于Ik2、U的功率O，则负序阻抗和负序电抗分别由式(1623)和式(1624)计算Z2= (1623) X2= (1624) 用这种测试方法无需外部电源，故较为简单方便，且

35、具有足够的精确度。但对于无阻尼的凸极同步发电机来说，由于不对称稳态短路时电压和电流的波形畸变较明显，需计及它们的影响。 测量中应注意事项有：由于负序电流导致转子发热，试验时短路电流应限制在0.15IN以内，试验时间不宜超过5min，如试验未完成。则应降低励磁电流，待发电机冷却一段时间后，方可重新进行试验。 试验前须检查励磁机励磁变阻器是否在最大位置，合上励磁开关时的电压是否可能使发电机的短路电流超过0.15IN值。若超过0.15IN值，则须在励磁机励磁绕组回路中串接附加电阻。 (二)反向同步旋转测定法反向同步旋转试验接线如图1616所示。试验时转速要求准确地保持同步转速，如果被试发电机的剩磁电

36、压超过电源电压值的30，则试验前应将转子去磁。 为了避免励磁绕组产生过高的电压，试验前应将转子绕组短路。然后将被试发电机拖到同步转速，并在定子绕组上外施额定频率、三相对称的低电压，外施电压相序应使定子磁场的旋转方向与转子的旋转方向相反。调节外施电压，使定子电流为0.15IN左右，测取线电压U、线电流I和输入功率P0，负序电抗X2按下式计算 (1625)其中 Z2=,Z2*=,R2=,R2=式中 I三相定子电流的平均值，A； U三相外施电压的平均值，V； P输入总功率，W。 (三)用Xd、Xq计算X2值 定子负序电流所建立的磁场，在转子回路里感应两倍额定频率的电流，因此负序电流磁场实际上是沿着相

37、当于次暂态电抗的磁路而闭合。负序电抗X2是随着时间在Xd和Xq之间变化着，因此在作简化分析时，就可近似地用纵轴和横轴超瞬变电抗的平均值来作为负序电抗X2。对于隐极式发电机X2= (1626) 对于凸极式发电机，特别是无阻尼绕组的凸极发电机X2= (1627) (四)试验方法比较 用Xd、Xq计算X2，简单安全，测量精度高，一次试验可获得两种参数，但需外施电源。两相稳定短路法，不需外部电源，较为简单，且具有足够的精确度，但对于无阻尼的凸极同步发电机，由于受同步磁场高次谐波的影响，易引起误差，故需进行校正。第六节 零序电抗测量 一、基本概念 在正向同步旋转、励磁绕组短接、定子绕组上加一组对称的零序

38、电压(三相电压数值相等、相位一致)时，同步发电机所表现的电抗称为零序电抗。 由于三相零序电流所产生的脉振磁势幅值相同，时间上同相位，而在空间互差120电角度，所以三相零序基波合成磁势将等于零。也就是说，零序电流将不形成基波旋转磁势，零序磁场只是漏磁场，因此零序电抗属于漏抗的性质。 零序电抗的大小与绕组的节距有关。整距时，零序电抗和定子漏抗基本相等；当节距为时，零序槽漏磁接近于零，此时零序电抗将接近于定子绕组的端部漏抗的数值。 由于零序电流基本上不产生旋转磁场，所以零序阻抗Z0的大小与转子结构基本无关，零序电阻则近似等于定子电阻。 二、零序电抗X0的测量方法 (一)外电源测定法在测定零序电抗时，

39、可用图1617所示的接线图，把定子绕组各相并联或串联相接，然后在端点上外施一交流单相电源，使流入的零序电流数值等于(525)额定定子电流。外施电压应为额定频率。发电机的转子由原动机带动，使它以同步速度旋转，励磁绕组应短接，使在进行试验时的情况尽可能符合正常运行工况。根据电压表、电流表和功率表的读数，便可求出零序电阻和零序电抗的数值。 零序电抗的测定，也可在转子不动的情况下进行。但这时应把转子转至不同的位置，在几个不同位置时读数，然后取其平均值；还可将转子取出后进行。 如试验是在发电机旋转状态下进行，同时励磁回路又是短接的，则所得结果最确切。在 其它条件下所测得结果都会因为定子绕组的高次谐波作用

40、而有不同程度的误差。 当定子绕组三相接线方式为并联时，则 X0 (1628)当定子绕组三相串联时，则 X0 (1629)上两式中：U、I分别为试验测定的电压、电流值。 由于零序电阻值很小，常可忽略不计，因此上两式可近似等于零序电抗值。 在电源电压大小相等的情况下，并联接线时的电流串联接线时的9倍。因此串联接线时试验电源容量小，各相电流在任何情况下均相等，故串联接线比并联接线要好。在能拆开定子绕组中性点的情况下，最好采用串联接线法测量零序电抗。 (二)两相对中性点短路法 两相对中性点短路法试验接线见图1618。 先将定子绕组两相对中性点短路，被试发电机拖动到额定转速，调节励磁电流使通过中性点连接

41、线的电流达到所需值(0.05IN0.25IN)，同时量取开路相到中性点间的电压U、短路相线端与中性点间连接线中所通过的电流I。 忽略谐波影响时，零序电抗按下式计算 X0= (1630) 测量中应注意，由于负序磁场存在，可能产生转子局部过热现象，所以应尽量缩短试验时间。 试验时需加的励磁电流非常小，为调节稳定试验前应在励磁绕组回路中串联附加电阻。由于功率因数比较小，试验中应采用低功率因数瓦特表。第七节 发电机灭磁时间常数测定 一、概述 发电机在运行中，如发生突然短路或断路器跳闸甩负荷后，即进人暂态过程。此时定子电压、电流都按一定的规律变化。反应定子电压和电流的转子回路磁链也将按同一规律变化。通过

42、发电机灭磁时间常数试验可以来研究和分析这种暂态变化规律，可以求取励磁绕组的时间常数和阻尼绕组的时间常数，试验方法比较简单易行。 由于发电机各绕组都不是孤立存在的，相互间有互感，在确定时间常数时应采用考虑了互感影响后的有效电感。 二、一般概念在转子绕组切换至灭磁电阻的瞬间，根据磁链守恒原理，转子绕组中流过的电流等于原始状态(即灭磁前瞬间)时绕组中的电流IE0。如果忽略发电机磁路饱和的影响，并在无阻尼绕组的条件下，此电流将按指数函数规律衰减至零，即IE(t)=IE0 (1631)式中 T灭磁时间常数； IE0在原始状态时转子绕组中的电流，A。 转子绕组的灭磁过程对应于定子绕组是开路还是短路可分为两

43、种情况，定子绕组开路时的灭磁时间常数T0为 T0= = TE0 (1632)式中 TE0转子绕组本身的时间常数； RE转子绕组的直流电阻，； RM灭磁电阻，； LE转子绕组本身的自电感，H。 而 TE0= 定子绕组短路时的灭磁时间常数Tk为 Tk= (1633) 式中的工LEK可根据图1619中XEX的等值电路图求得。图1619为定子绕组开路和短路条件下灭磁时间常数试验时从转子绕组看进去的电抗等值回路。 根据图1619可得以下关系式 XE0Xad十XE XEKX2十XXad(X十Xad)根据发电机理论，发电机的纵轴同步电抗为XdX十Xad，而发电机的暂态电抗为XdX十XEXad(XE十Xad)

44、，于是可得到XEK=XE0由此可得 Tk= T0 (1634) 从式(1634)得到，定子绕组开路时的灭磁时间常数比定子绕组短路时的灭磁时间常数要长。 在灭磁后，定子电压和定子电流也将按转子电流一样的规律衰减。 在定子绕组开路的灭磁时间常数试验时 U(t)(U0Ur)+Ur (1635)式中 U0灭磁试验开始时的定子电压，V； Ur灭磁试验结束后的定子残压，V。 当tT0。时 U(t=T0)(U0Ur)e-1十Ur 由于定子残压Ur一般很小，可以忽略不计，所以 U(tT0)U0e-10.368U 因此，定子绕组开路灭磁时间常数T0就等于发电机开路灭磁时，其定子电压从其起始值U0降到0.368U

45、0时所需的时间。 定子绕组短路灭磁时间常数试验时I(t)=(I0-Ir)+Ir (1636)式中 I0灭磁试验开始时的定子电流，A； Ir灭磁试验结束时的定子电流，A。 当tTk时 I(t=Tk)(I0Ir)e-1十Ir 忽略定子绕组残流时可得 I(tTK)I0e-10.368I0 因此，定子绕组短路灭磁时间常数Tk就等于发电机短路灭磁时，其定子电流从起始值衰减到0.368倍所需的时间。 如果发电机有阻尼绕组，将使磁场的衰减变慢，灭磁时间常数相应变大，具体的理论和数学分析比较复杂，这里不再赘述。但从试验来求取灭磁时间常数的方法是一样的。 转子绕组上电压的衰减也具有同样的规律，即 UE(t)=I

46、E0RM (1637) 由此可见，转子绕子上电压的最大值出现在灭磁开始瞬间，即为 UEMIE0RE=UE0UE0=IE0RE式中 RE转子绕组直流电阻。 此电压与灭磁电阻成正比，并等于灭磁前转子电压的只RMRE倍。灭磁电阻越大，转子绕组上的过电压越高，但过电压的衰减也越快。实际上的过电压比理论计算值小，因为自动灭磁开关触头之间产生的电弧限制了过电压的升高。经验证明，灭磁电阻的大小应为热状态转子绕组电阻的45倍。在现场可采用双臂电桥来测量其直流电阻。 三、灭磁时间常数测量 测量灭磁时间常数一般与发电机空载、短路特性试验一起进行，可采用光线示波器或其他数字式录波装置进行测量。 1.定子绕组开路灭磁

47、时间常数测量 (1)在发电机空载特性试验时，如图161所示，将定子电压、励磁电流和励磁电压等信号接入光线示波器。 (2)发电机空载试验结束，将定子电压保持在额定值，并记录定子电压，励磁电流和励磁电流稳态值作为基准。 (3)先磨动光线示波器，随后跳开灭磁开关，录取发电机定子电压、励磁电压和励磁电流的衰减波形。 (4)测量结束，可从示波图上量得定子绕组灭磁时间常数。具体就是确定定子电压从UN衰减到0.368UN所需的时间。 2.定子绕组短路灭磁常数测量 (1)在发电机短路试验时，如图162所示，将定子电流、励磁电流和励磁电压等信号接人光线示波器。 (2)发电机短路试验结束后，将定子电流保持在额定值

48、，并记录定子电流、励磁电流和励磁电压稳态值作为基准。 (3)先启动光线示波器，随后跳开灭磁开关，录取发电机定子电流、励磁电流和励磁电压的衰减波形。 (4)测量结束可从示波图上量得定子绕组短路灭磁时间常数。具体就是确定定子电流从IN衰减到0.368IN所需的时间。 3.试验记录的整理 在录取电压(电流)衰减波形后，可以用作图法来求取时间常数。按定子电压(或电流)的额定值作为基准，量取各时间间隔的定子电压(电流)值，将这些点画在坐标纸上，可得到一衰减曲线，如图1620。在纵坐标上取0.368UN(或0.368IN)得到C点，过C点作平行于横坐标的直线，与所画曲线相交于A点，再经A点作垂线，与横坐标

49、相交于B点，则OB所代表的时间就是所求的灭磁时间常数T0(或TK0)。第八节 发电机直流电阻测量 定子绕组的直流电阻包括绕组铜导线电阻和焊接头电阻。直流电阻的大小与发电机型式和容量有关，同一台发电机直流电阻的变化一般是焊接头电阻变化和股线断股的反映。 转子绕组的直流电阻变化一般是匝间短路、接头开焊或接触不良引起的。 一、定子绕组直流电阻测量 由于定子绕组的直流电阻值是以毫欧计，因此若要从测量结果中判断12的电阻变化，就必须使用准确度不低于0.5级的表计和正确的测量方法。 当发电机各相的首尾端分别引出时，应分相测量其直流电阻，如绕组为双星形接线者，应分别测量每个分支的直流电阻。 (一)测量方法

50、1.电流电压表法 电流电压表法测定子绕组直流电阻原理接线如图1621所示。测量电流不得超过定于额定电流的20。测量用表计应不低于0.5级。 由于电压表的内阻比定子绕组电阻大得多，因此电压表的分流可忽略不计，所以 Rx= (1638)式中 Rx被测绕组的电阻，； U直流试验电压，V； I流过被测绕组的电流，A。 2.直流电桥法 用双臂电桥(如QJ19、QJ44型电桥)，按使用说明书接线及操作。 无论用哪种方法测量电阻，都需准确测量当时绕组的温度，温度有1的误差将会带来直流电阻约0.4的误差，容易造成误判断。测直流电阻时，发电机应处于冷状态，即绕组表面温度与周围空气温度之差不应超过土3。 (二)测

51、量结果分析 (1)各相(或各分支)的直流电阻值，在校正了由于引线长度不同而引起的误差后，相互间的最大差值与最小值之比不得大于1.5，即= 100% (1639)式中 Rmax最大(相或分支)直流电阻，； Rmin最小(相或分支)直流电阻，。 (2)各相(或分支)直流电阻经温度换算后，与出厂值或交接试验值比较，同一相(或分支)的相对变化也不应大于1.5。 (3)对所测直流电阻不合格的绕组应与历次试验结果进行比较，分析电阻值的变化情况，作出正确判断。 二、转子绕组直流电阻测量 发电机大修时，应在冷状态下，对转子绕组用不低于0.5级的双臂电桥或电流、电压表法(压降法)测量直流电阻。所测电阻值经过温度

52、换算后与以前所测结果比较，其差别应不超过土2。差别在-2以下时则认为有匝间短路；差别在+2以上则可能有接头开焊或接触不良。第九节 定子铁芯损耗试验 一、概述 发电机定子铁芯损耗试验，是检查定子铁芯绝缘情况的有效方法。在发电机定子绕组发生故障、定子铁芯受到损坏或运行中发现定子有局部高温以及在大修检查中怀疑铁芯绝缘有短路等必要情况时，应进行此项试验，以防止发电机在运行中，定子铁芯因局部涡流过大而引起铁芯局部过热，造成烧伤定子绕组绝缘或烧损铁芯事故。 根据DLT 5961996电力设备预防性试验规程的规定，定子铁芯试验时，采用50Hz工频电源，在磁密为1T下持续试验时间为90min，在磁密为1.4T

53、下持续时间为45min。 二、试验方法 (一)试验接线图 按图1622接线，所用仪表精度不低于0.5级。另外应准备一台红外热像仪用来测量温度。 (二)定子铁芯轭部截面积计算 Slh (1640)其中 lK(l1-nl2);h= - h1式中 S定子铁芯扼部截面积，cm2； l定子轴向净长，cm； l1定子铁芯总长，cm； l2定子铁芯通风沟宽度，cm； n通风沟数； K铁芯填充系数，取0.93； h定子铁芯齿背高度，cm； D1定子铁芯有效外径，cm； D2定子铁芯有效内径，cm； h1定子铁芯齿高，cm。 (三)励磁线圈匝数和励磁电流估算 励磁线圈匝数可按下式计算W = = (1641)式中

54、 B铁芯扼部磁通密度，T； U励磁线圈电压，V。 励磁电流按下式估算 I= (1642) DavD1-h式中 Dav定子铁芯轭部中间对应的铁芯直径，cm； H0磁场强度，Acm。 励磁线圈导线截面按每平方毫米(铜芯)不大于3A的电流密度选择。 (四)接线 将发电机转子抽出，定子绕组用不小于50mm2截面的导线三相短路接地。如定子绕组有尚未消除的接地点时，则绕组只需短路，不可再接地，以免多点接地使铁芯烧伤。 根据上面计算，先选择额定电流为1.52倍励磁电流的绝缘完好的导线(不可用金属外皮导线或铠装电缆等)，将励磁线圈根据图l6-22缠绕于铁芯圆周。再根据所选定仪表量程的电压，按电压与匝数的正比关

55、系选定测量线圈的匝数，并用绝缘导线根据图1622所示绕于定子铁芯上，然后按图1622接好所有仪表。 接线完毕后，可在铁芯齿部、扼部各放置一只温度计，测取铁芯的初始温度和室温。并用红外热像仪测取和进行记忆。 (五)通电测量 接通电源进行试验。当达到所要求试验工况时，各仪表指示应与估算值无太大差别。用红外热像仪开始对铁芯发热状况进行检测。在试验过程中，如红外热像仪发现有温度明显偏高点，或发现有冒烟或发红现象时，应立即停止试验，并对这些地方进行标记。 达到试验时间后，切断电源，结束试验。试验期间每隔10min，记录一次仪表读数，且将红外热像仪的检测画面记忆一次。 (六)注意事项 (1)励磁线圈和测量

56、线圈的导线必须绝缘良好，导线应不触及铁芯，避免因导线绝缘不良，发生对地短路烧伤铁芯。 (2)制订专门的安全措施，防止金属工具、杂物等落在发电机内。 (3)试验时还应仔细观察，防止铁芯松动和通风沟中有残余金属杂物。 (4)试验过程中如发现有局部过热点，但温差又不显著，可适当提高磁通密度。这样，既能缩短试验时间，又能找到缺陷部位。 三、试验结果整理与分析 (一)单位铁损换算 = (W/kg) (1643) mDavS7.810-324.5DavS10-3式中 PFe功率表所测得数值，即实测总铁损，W； m铁轭质量，kg； B试验时实际磁通密度，T； BT根据试验要求，取1T或1.4T； U2测量线

57、圈测得的电压，V; W2测量线圈匝数，匝。根据部颁DLT 5961996电力设备预防性试验规程的规定，磁通密度在1T下单位损耗不大于1.3倍参考值；在1.4T下自行规定。单位损耗的参考值根据硅钢片品种的不同而不同，如表16l所示。1.4T下单位损耗参考值可由表161中1.5T下单位损耗值推算。表161 硅钢片的单位损耗硅钢片品种代号厚度(mm)单位损耗(Wkg)1T下1.5T下热轧硅钢片D210.52.56.1D220.52.25.3D230.52.15.1D320.51.84.0D320.351.43.2D410.51.63.6D420.51.353.15D430.51.22.90D420.

58、351.152.80D430.351.052.50冷轧硅钢片无取向W210.52.35.3W220.52.04.7W320.51.63.6W330.51.43.3W320.351.253.1W330.351.052.7单取向Q30.350.71.6Q40.350.61.4Q50.350.551.2Q60.350.441.1 (二)最高齿温差的换算 = (t1-t2) (K) (1644)式中 t1最高齿温，； t2最低齿温，。 根据部颁DLT5961996电力设备预防性试验规程的规定，磁通密度在1T下齿的最高温升不大于25K，齿的最大温差不大于15K。在1.4T下自行规定。 (三)齿最高温升的

59、换算 = (t1-t0) (K) (1645)式中 t0铁芯齿的初始温度，。 (四)实测举例 某台机组，型号QFSS-300-2，在停机检查时，发现定子汽侧铁芯齿表面有若干被硬物打成的大小不一的凹坑，铁芯硅钢片齿表面被打变形，倒向通风沟。为此，决定做定子铁芯损耗试验。 试验接线采用了如图1622(b)所示的接线方式，试验电源采用了两台1250kVA变压器。根据制造厂提供的数据，试验中的磁通密度按1T考虑，H0取0.5Acm。 试验结果如下。 磁通密度实际值：1.0209T； 最高齿温升(换算至1T下)：25K； 最高齿温差(换算至1T下)：25K； 试验持续时间：90min。 可见测试结果超过

60、标准规定，对热点进行处理后，再次试验结果如下。 磁通密度实际值：1.0209T； 最高齿温升(换算至1T下)：17K； 最高齿温差(换算至1T下)：13K； 试验持续时间：90min。试验结果表明，处理后缺陷已消除。第十节 相序检查和定相 一、概述 在三相交流系统中，各相电流或电压将依先后次序达到最大值(或零值)，各相按达到最大值的先后次序排列的顺序叫相序。 按规定，用符号U、V、W来分别表示三相。如果各相按U、V、W的顺序依次达到最大值，则称为正相序。否则，例如按U、W、V的顺序依次达到最大值，则称为负相序。在电力系统中，相序是否一致关系到能否并列运行。 定相是进行并列或并网时不可缺少的试验