主要试验内容有并列试验、机组带负荷试验、机组甩负荷试验，有时根据机组设计要求和机组合同要求，还需完成水轮发电机组调相运行试验、水轮发电机组最大出力试验等。水轮发电机组并列及负荷试验的目的是检验机组及其附属设备和各辅助设备在并网以及不同负荷工况下的运行情况。

机组通常都装有手动准同步装置和自动准同步装置，以实现与电力系统并网。同步回路检查是在发电机空载时将发电机电压通过两组电压互感器接到手动准同步装置或自动准同步装置内，此时同步表或同步装置指示应正确，同时在两组电压互感器的二次侧检查相序并定相，证明同步回路接线正确。同步回路试验是在断路器断开的情况下将系统电压与发电机电压两个不同的电源引入手动准同步装置，此时同步表的指针将顺时针或逆时针方向旋转，表示机组的频率大于或小于电力系统频率。调整机组的频率和电压，使之与电力系统的频率和电压基本相等，同步表的指针旋转趋慢；当接近同步点，超前相角差大约相当于断路器合闸时间的相角差时，即可投入断路器与电力系统并网。试验自动准同步装置时可以用示波器录制示波图。

对于设计采用自同步方式并网的机组，还应进行自同步并网试验。试验开始时机组处于停机状态，然后自动开机，当机组转速对应的频率接近电力系统同步频率时，通过频率差继电器或转速继电器将断路器投入，然后合上励磁开关，机组即可拉入同步，可用示波器录制机组自同步过程主要参数的示波图。

机组带负荷试验时有功负荷逐步增加，检查各仪表指示是否正确，机组各部温度、振动、摆度是否符合要求，机组运转是否正常，观察在各种工况下尾水管补气装置的工作情况，记录在当时水头下的机组振动区及最大负荷值等，并进行机组快速增减负荷试验。机组带负荷后应分别对调速系统和励磁装置进行试验，并记录各种试验数据。机组带额定负荷下，一般还要进行调速器低油压关闭导叶试验、事故配压阀关闭导叶试验、动水关闭工作闸门或关闭进水阀（筒形阀）试验等。调速器低油压关闭导叶试验的目的是检验机组在带额定负荷时导叶在规定的最低油压下是否能正常关闭。试验方法是将机组并入电力系统并带上额定负荷，油压装置的油泵停止运转，人为地降低油压装置的油压和油位到设计规定值，低油压继电器动作关闭导叶。为了保证机组的安全，试验时与电力系统不解列，以避免导叶不能关闭时可能发生转速上升过高的事故。

甩负荷试验的目的是检查当机组甩负荷时，水轮机调速器和励磁调节器的动态特性和检验蜗壳压力上升率与转速上升率是否符合设计要求。对于转桨式水轮发电机组甩负荷，还要检查调速系统的协联关系和分段关闭的正确性，以及突然甩负荷引起的抬机情况。甩负荷试验一般甩有功负荷。甩负荷试验按额定有功功率的25%、50%、75%、100%分4个阶段进行。对于并入电网的机组，甩负荷的方法是机组带上预定的负荷，跳开发电机断路器或主变压器高压侧断路器，突然将负荷甩掉，此时要记录机组的负荷、转速、蜗壳压力、顶盖及尾水管真空压力、导叶开度、接力器行程、各轴承温度、机组各部位的摆度和振动以及上下游水位等。试验过程中记录甩负荷前后的数据及甩负荷过程中出现的最大值，并计算蜗壳压力上升率、机组转速上升率和调速器的残留不平衡度。

根据电力系统的需要，要求一些水电站机组作调相运行，向系统提供无功功率。试验时先启动水轮发电机组与系统并列，然后将导叶关至全闭，机组即转入调相工况运行。机组本身消耗的有功功率由系统提供。为了减少有功功率消耗，电站需装设一套压缩空气系统和管路，利用压缩空气将水轮机转轮室内的水位压低，使转轮在空气中旋转，此时所消耗的有功功率仅为在水中的1/10左右。试验时记录机组的无功功率、定子电压、定子电流、转子电压、转子电流、有功功率及各轴承温度、机组各部位的摆度和振动。

设置最大出力的机组，需使机组负荷增至最大功率，并逐项检查机组在最大出力下的各项性能指标。