摘要：根据《预规》要求，发电机在定转子绕组更换后、冷却系统改进后、第一次大修前以及新机安装必要时的情况下应做温升试验。发电机温升试验（发热试验）是新安装发电机在正式投入运行前的必备试验项目，运行中的发电机在必要时也可进行核对性发热试验。本文系统阐述了温升试验的四大目的——了解发电机运行时各部件的发热情况以核对制造厂技术条件、校验冷却系统效能、寻求绕组平均温度与最高温度及测温计温度之间的关系确定监视限值、为有缺陷或经提高出力改进后的发电机确定合理带载；深入解析了温升试验的作用机理——发电机损耗（机械损耗、铜损耗、铁损耗、附加损耗）转化为热量使各部件温度升高，当发热与散热达到平衡时温度稳定，任何情况下最高温度不得超过绝缘材料的最高允许温度（否则将造成热老化或损坏）；详细介绍了温升试验的测试程序——熟悉技术资料、制定试验方案（含试验目的、负荷方式、测量方法、接线方法、人员分工等）、测量转子绕组冷态直流电阻（电桥法或直流电压降法，测量准确度直接影响试验结果）、在60%～100%额定容量四种负荷下逐级加载、在额定进风温度及入口水温条件下进行、转子电流误差±1%及定子三相平衡误差±3%、切除自动电压调整器、进风温度误差<±1°C、每隔0.5小时读表（最后1小时每15分钟读一次，连续三次温度变化≤1°C为稳定）、用专用铜刷测量转子电压、记录整理计算温升、绘制定子电流/转子电流平方与温升的关系曲线，以及入口风温偏离额定值时的校正方法。本文可为发电机温升试验的现场实施与数据分析提供技术参考。
一、温升试验目的
发电机温升试验又称为发热试验。对新安装的发电机在正式投入运行前必须进行这项试验（如图1所示）。运行中的发电机在必要时可进行核对性的发热试验。其主要目的如下：
1. 了解发电机运行时各部件的发热情况——核对制造厂技术条件
1）发热数据的获取：通过温升试验，可测得发电机在额定工况下各关键部件（定子绕组、转子绕组、定子铁芯、轴承等）的实际温度分布，获得部件最高温度点及其位置。
2）技术条件核对：将实测数据与制造厂提供的技术条件（如各部位允许温升限值）进行比对，验证发电机是否达到设计性能要求，为安全可靠运行提供数据依据。
3）工程背景：新安装的发电机经过运输、安装、现场装配后，其冷却系统、绕组装配质量可能存在偏差，温升试验是验证安装质量的必要手段。
2. 校验冷却系统的冷却效能
1）散热能力验证：温升试验可检验发电机散热器、冷却风扇、通风道等冷却系统部件在实际工况下的散热能力是否达到设计要求。
2）通风散热改进依据：通过测定不同负荷下各部件的温升分布，可判断冷却系统是否存在局部过热或通风死角，为后续检修和改进通风散热设计积累参考资料。
3）冷却器性能评估：对于空冷或水冷发电机，温升试验还可验证空冷器或水冷器的换热效率是否满足设计指标。
3. 寻求绕组平均温度、最高发热点温度和测温计温度之间的关系
1）温度分布规律研究：发电机绕组内的温度分布是不均匀的——绕组端部、槽内、出风口处的温度各不相同。温升试验可通过多点测量（埋入式热电阻、热电偶等）获得绕组沿轴向和径向的温度分布规律。
2）确定监视限值：通过试验确定绕组平均温度（由电阻法测得）与最高热点温度（由埋入式测温元件或热成像测得）之间的对应关系，从而确定运行中可用的温度监视限值——当运行人员监视的测温计温度达到某值时，可推算最高热点温度是否接近绝缘允许值。
3）温度模型的建立：为运行中的温度监测提供校准依据，使运行人员能通过常规仪表读数准确判断发电机热状态。
4. 对有缺陷或经提高出力改进后的发电机进行温升试验
1）缺陷修复后的验证：当发电机经历过绕组局部烧损修复、绝缘更换或铁芯修理后，温升试验可验证修复质量——确认修复部位无局部过热、整体温升在允许范围内，从而确定修复后能够安全带载的容量。
2）增容改造后的评估：经提高出力改进后的发电机（如增加通风冷却能力、采用更高等级绝缘材料、改进绕组设计等），通过温升试验可验证增容后的发热情况，确定合理的带载能力边界（额定功率的百分之多少），避免盲目增容导致过热损坏。
3）确定合理带载：对于出力有变化的发电机，温升试验可帮助确定在不同环境温度（如夏季高温、冬季低温）下的最大允许输出功率，实现安全与经济运行的统一。
图1 新安装的柴油发电机组
二、温升试验的作用
发电机在运行时存在着机械损耗、铜损耗、铁损耗和附加损耗。这些损耗转化成热量，使发电机各部分的温度升高，与此同时，冷却介质不断地将热量带走。
1. 热平衡原理与温度稳定过程
1）损耗产热：发电机运行时的各类损耗（定子铜损、转子铜损、铁芯磁滞涡流损耗、机械摩擦损耗、杂散损耗）全部转化为热量，使发电机各部件温度不断升高。
2）散热过程：冷却介质（空气或水）持续流过发电机各部件，将热量带走，散热速率与温升成正比（牛顿冷却定律：，其中为散热系数，为散热面积，为温升）。
3）热平衡：在同一时间内，当带走的热量和损耗所产生的热量相等时（即产热速率=散热速率），发电机各部分的温度将会稳定在一定的数值上，此时达到热平衡状态（温升稳定）。当发电机所带负载或冷却条件发生变化时，产热或散热速率改变，各部件温度将重新调整至新的平衡点。
2. 绝缘材料的温度限制与老化规律
1）绝缘材料的最高允许温度：一台发电机的绝缘材料和结构是确定的，其容许温度也是确定的。不同绝缘等级的允许温度如下：
① A级绝缘——最高允许温度105°C
② E级绝缘——最高允许温度120°C
③ B级绝缘——最高允许温度130°C
④ F级绝缘——最高允许温度155°C
⑤ H级绝缘——最高允许温度180°C
2）“十度规则”——温度对绝缘寿命的影响：绝缘材料的热老化速度与温度呈指数关系。温度每升高10°C，绝缘材料的化学老化反应速度约增加一倍，即绝缘寿命约缩短一半（遵循阿伦尼乌斯方程，，其中为寿命，为活化能，为绝对温度）。
3）超温运行的后果：在任何情况下，发电机各部分的最高温度均不可超过所用绝缘材料的最高允许温度，否则将造成绝缘材料的快速热老化（变脆、开裂、失去绝缘性能）或瞬时热损坏（熔融、击穿），使发电机寿命大大缩短（如超温10°C持续运行，寿命可能缩短至原设计寿命的50%）。
3. 温升试验对安全运行的保障作用
1）确认安全裕量：温升试验可验证发电机在实际运行条件下的温升裕量（即实测温升与允许温升之间的差值），为运行人员提供温度控制的安全边界。
2）预测寿命损耗：通过温升试验数据，可估算发电机在额定工况下的绝缘热寿命损耗率，为制定维护计划和检修周期提供依据。
3）优化冷却系统运行：温升试验可确定冷却系统的最佳运行参数（如风扇转速、冷却水流量、通风量等），在保证温度合格的前提下降低冷却系统能耗。
4. 温升试验的方法与数据应用
温升试验方法多采用直接负载法。然而使用这种方法做温升试验必须要有足够的电流，就会用到假性负载设备或大电流试验装置（如水电阻负载箱或干式电阻-电感负载箱）。让发电机在所要求的条件下带负载运行，录取各部分的稳定温升，绘制发电机的温升曲线等相关数据，并予以记录。
三、试验程序
1. 熟悉技术资料
试验前，试验人员应熟悉制造厂提供的说明书和有关技术资料，特别要弄清发电机绕组的绝缘结构、绝缘等级、各部分允许温度的规定值、运行条件及测温元件的埋设位置（如埋入式热电阻或热电偶的位置）等。
2. 制定试验方案
根据所掌握的情况，会同厂家有关技术负责人共同协商制定试验方案。试验方案应包括下列内容：试验目的、负荷方式、测量方法、技术要求与措施、接线方法（如图2所示，含电流表PA、电压表PV、单相瓦特表PW1/PW2、功率因数表P、毫伏表PV1）及现场准备工作、人员组织分工和试验步骤等。
图2 温升试验接线图
3. 测量转子绕组在冷态下的直流电阻
转子绕组的直流电阻在温升试验中是很重要的数据。因为转子温度是根据绕组的直流电阻换算而得到的（，对于铜绕组，温度系数为235），所以电阻测量准确与否将直接影响整个试验结果，为此在进行这项工作时要求做到特别细致，尽可能减少由于测量或实验方法所带来的误差。测量直流电阻的方法有电桥法和直流电压降法。
（1）转子绕组冷态直流电阻，最好在安装竣工投入运行前进行测量，因为在这种情况下，转子温度与室温相差很小。在试验中应精确测定室温和转子温度，两者之间的温度差不得超过±3°C。当两者之间温差大时，可起动电机使其空转3～4h，测量进、出口风温，取其平均值作为转子温度。
（2）对电流回路，应将软铜带绑在滑环上（减少接触电阻），在电压回路中的引线力求最短，使用的毫伏表应具有高内阻，一般规定表的内阻应大于引线或转子电阻200倍以上。试验时应先合电源开关，待电流稳定后，再将电压线接上，然后读取电压、电流值。拉闸时的操作过程与合闸时相反。试验应重复进行2～3次，但每次测得的电阻不应有显著的误差（偏差不超过±0.5%），其曲线如图3所示。试验时使用的直流电源容量应足够，以保证在整个测量过程中保持电流为恒定值。
图3 发电机转子绕组温升曲线
4. 负荷分级加载
对新安装的发电机应在四种负荷下进行温升试验：第一次为额定容量的60%～65%；第二次为额定容量的70%～75%；第三次为额定容量的80%～90%；第四次为100%的额定容量。逐级加载的目的是绘制温升与负载关系曲线，便于外推额定工况下的温升值。
5. 额定进风温度及入口水温条件
试验应在额定进风温度及入口水温条件下进行。若实际条件偏离额定值，后续需对试验结果进行校正。
6. 试验参数稳定要求
在试验中要求转子电流保持稳定，误差不超过±1%；定子电流、电压及有功功率保持不变，三相平衡误差不超过±3%。
7. 切除自动电压调整器
试验时，自动电压调整器（AVR）应予以切除，改用手动励磁调节，以排除AVR自动调节对电压稳定的干扰，确保试验条件恒定。
8. 进风温度误差控制
进风温度误差小于±1°C。
9. 温度稳定判据与读数间隔
在某一负荷下，每隔0.5小时读一次表，最后1小时中每隔15分钟读一次表。当连续三次的温度变化不大于1°C时，可认为达到热稳定状态（一般需3～4小时）。
10. 转子电压测量
用专用铜刷在滑环上测量转子电压，避免普通表笔接触不良引起的测量误差。
11. 记录整理与温升计算
根据测得的转子电阻，从温度关系曲线查得对应的转子温度，减去进口风温，便为转子温升。选取最高的定子铁芯和绕组温度，减去进口风温，即为相应的温升。如果对埋入式温度计有怀疑，可用带电测温方法（取平均温度）进行校核。
12. 入口风温校正
当入口风温不是额定值时，可用公式（1-1）进行校正（，具体校正系数依机型而定），将试验结果折算至额定入口风温条件下。
13. 绘制温升曲线
曲线横坐标为定子电流或转子电流的平方（，与铜损耗成正比），纵坐标为定、转子绕组及定子铁芯的温升（）。通过图4中的曲线可直观判断温升与负载的关系，外推额定工况下的温升值。
图4 发电机定子绕组温升曲线
总结
发电机温升试验（发热试验）是新安装发电机投入运行前的必备试验项目，其四大目的涵盖技术条件核对、冷却效能校验、温度关系确定及合理带载确定。温升试验基于热平衡原理——发电机损耗（机械损耗、铜损耗、铁损耗、附加损耗）转化为热量，当发热与散热达到平衡时温度稳定，最高温度不得超过绝缘材料最高允许温度（A级105°C、E级120°C、B级130°C、F级155°C、H级180°C，十度规则即温度每升高10°C绝缘寿命缩短一半）。试验程序包含熟悉技术资料、制定试验方案（含接线方法）、测量转子冷态直流电阻（误差直接影响结果，温度偏差≤±3°C）、四种负荷分级加载（60%～100%额定容量）、在额定进风温度和入口水温条件下进行、控制转子电流误差±1%、定子三相平衡误差±3%、切除AVR、进风温度误差<±1°C、热稳定判据（连续三次温度变化≤1°C）、用专用铜刷测转子电压、记录整理计算温升、绘制定子/转子电流平方与温升曲线，以及对入口风温偏离额定值进行校正。规范化的温升试验可有效验证发电机冷却系统的实际效能，为发电机的安全可靠运行及合理带载提供科学依据。
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