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1、电力系统自动装置原理实验报告实验项目 : 1、同步发电机并车实验 2、同步发电机励磁控制实验学 院 : 电气信息学院专 业 : 任课老师 : 班 级 : 2010级 学 号 : 姓 名 : 同步发电机并车实验一、实验目的1加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件；2掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法；3熟悉同步发电机准同期并列过程；4观察、分析有关波形。二、原理与说明将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选
2、择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。根据并列操作的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。它能反映两个待并系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。它能反映两个待并系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点(同相点)时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相
3、应的时间或角度。自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。三、实验项目和方法（一）机组启动与建压1检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；2合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。调速器面板上数码管在并网前显示发电机转速（左）和控制量（右），在并网后显示控制量（左）和功率角（右）。调速器上“并网”灯和“微机故障”灯均为熄灭
4、状态，“输出零”灯亮；3按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮；4励磁调节器选择它励、恒UF运行方式，合上励磁开关；5把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置；6合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，检查系统电压接近额定值380V；7合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机到额定转速；8当机组转速升到95%以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与系统电压相等。（二）观察与分析1操作调速器上的增速或减速按钮调整机组转速，记录微机准同期控制器显示的发电机和系统频率。观察并记录旋转灯光整步表上灯光旋转方向及旋转速度与频差方向及频差大小的对
5、应关系；观察并记录不同频差方向，不同频差大小时的模拟式整步表的指针旋转方向及旋转速度、频率平衡表指针的偏转方向及偏转角度的大小的对应关系； 2操作励磁调节器上的增磁或减磁按钮调节发电机端电压，观察并记录不同电压差方向、不同电压差大小时的模拟式电压平衡表指针的偏转方向和偏转角度的大小的对应关系；3调节转速和电压，观察并记录微机准同期控制器的频差闭锁、压差闭锁、相差闭锁灯亮熄规律；4将示波器跨接在“发电机电压”测孔与“系统电压”测孔间，观察正弦整步电压（即脉动电压）波形，观察并记录整步表旋转速度与正弦整步电压的周期的关系；观察并记录电压幅值差大小与正弦整步电压最小幅值间的关系；观察并记录正弦整步电
6、压幅值达到最小值得时刻所对应的整步表指针位置和灯光位置； 图1 正弦整步电压波形（1） 图2 正弦整步电压波形（2）5用示波器跨接到“三角波”测孔与“参考地”测孔之间，观察线性整步电压（即三角波）的波形，观察并记录整步表旋转速度与线性整步电压的周期的关系；观察并记录电压幅值差大小与线性整步电压最小幅值间的关系；观察并记录线性整步电压幅值达到最小值得时刻所对应的整步表指针位置和灯光位置。图3 三角波波形 图4 脉冲宽度变化过程图a 图5 脉冲宽度变化过程图b 图6 脉冲宽度变化过程图c 图7 脉冲宽度变化过程图d（三）手动准同期1按准同期并列条件合闸将“同期方式”转换开关置“手动”位置。在这种情
7、况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。观察微机准同期控制器上显示的发电机电压和系统电压，相应操作微机励磁调节器上的增磁或减磁按钮进行调压，直至 “压差闭锁”灯熄灭。观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的增速或减速按钮进行调速，直至 “频差闭锁”灯熄灭。此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至0 位置前某一合适时刻时，即可合闸。观察并记录合闸时的冲击电流。（四）半自动准同期将“同期方式”转换开关置“半自动”位置，按下准同期控制器上的“同期”按
8、钮即向准同期控制器发出同期并列命令，此时，同期命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快。准同期控制器将给出相应操作指示信息，运行人员可以按这个指示进行相应操作。调速调压方法同手动准同期。当压差、频差条件满足时，整步表上旋转灯光旋转至接近0 位置时，整步表圆盘中心灯亮，表示全部条件满足，准同期控制器会自动发出合闸命令，“合闸出口”灯亮，随后DL灯亮，表示已经合闸。同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复正常闪烁，进入待命状态。（五）全自动准同期将“同期方式”转换开关置“全自动”位置；按下准同期控制器的“同期”按钮，同期命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快，此时，微机准同期控制器将自动进行均压、均频控制并检测合闸条件
9、，一旦合闸条件满足即发出合闸命令。在全自动过程中，观察当“升速”或“降速”命令指示灯亮时，调速器上有什么反应；当“升压”或“降压”命令指示灯亮时，微机励磁调节器上有什么反应。当一次合闸过程完毕，控制器会自动解除合闸命令，避免二次合闸；此时同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复正常闪烁。（六）停机当同步发电机与系统解列之后，按调速器的“停机/开机”按钮使“停机”灯亮，即可自动停机，当机组转速降到85%以下时，微机励磁调节器自动逆变灭磁。待机组停稳后断开原动机开关，跳开励磁开关以及线路和无穷大电源开关。切断操作电源开关。四、实验报告要求1比较手动准同期和自动准同期的调整并列过程；答：手动准同期：将“同期
10、方式”转换开关置“手动”位置。在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。自动准同期：将“同期方式”转换开关置“全自动”位置；按下准同期控制器的“同期”按钮，同期命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快。此时，微机准同期控制器将自动进行均压、均频控制并检测合闸条件，一旦合闸条件满足即发出合闸命令。所有过程全部由微机完成，没有人的操作。2分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关；答：（1）电压幅值影响，冲击电流主要为无功分量；（2）合闸相角差的影响，该值较小时，冲击电流主要是有功分量；（3）频率不相等时，如
11、果合闸时间不恰当，可能在较大相角差时合闸，引起较大冲击电流；如果合闸信号时间恰当，可能在两电压重合的时间合闸，从而使冲击电流等于零。3分析正弦整步电压波形的变化规律；答：由图1可以看出，正弦整步电压波形的是正弦脉动波，它的包络是正弦型的，即UG和Ux之差幅值是的包络的，是正弦变化。4滑差频率fs，开关时间tyq 的整定原则？答：最大允许滑差角频率为sy=eytc+tQF 其中ey决定于发电机的允许冲击电流最大值，tc、tQF分别是断路器动作误差时间、自动装置动作误差时间。fs可以由此求出。越前时间 tyq=tc+tQFtc自动装置合闸信号输出回路的动作时间，tQF是并列断路器合闸时间。五、思考
12、题1相序不对(如系统侧相序为A、B、C、为发电机侧相序为A、C、B)，能否并列？为什么？答：不能并列。相序不同相当于两相短路，会形成很大的环流，轻则设备开关跳闸，重则电源网络（总变电站）跳闸，导致网域大部分停电事故。2电压互感器的极性如果有一侧(系统侧或发电机侧)接反，会有何结果？答：会使得UG和Ux相角相差180，如果仍以相同条件进行同期合闸操作，此时合闸的电压差是最大的，合闸将引起非常大的冲击电流。3准同期并列与自同期并列，在本质上有何差别？如果在这套机组上实验自同期并列，应如何操作？答：本质区别是是否需要检测同期。准同期是发电机与电网相序相同、电压相等、频率相等、相位相同才能合闸。而自同
13、期是系统将电机拉入同步，因此不需检测同期。4合闸冲击电流的大小与哪些因素有关？频率差变化或电压差变化时，正弦整步电压的变化规律如何？答：与合闸时候的电压幅值差UG-UX，合闸相角差e，发电机次暂态电抗Xd，电力系统等值电抗Xx，发电机交轴次暂态电抗Xq，发电机交轴次暂态电势Eq等因素有关。频率差变化或电压差变化时，正弦整步电压的随着频率差变化或电压差变化而变化。因为不仅与电压差值有关，还与合闸相角差e有关，而频率差变化是e也会变化。所以正弦整步电压随着它们的变化而变化。5当两侧频率几乎相等，电压差也在允许范围内，但合闸命令迟迟不能发出，这是一种什么现象？应采取什么措施解决？ 答：这是存在合闸相
14、角差e的现象，应该采取恒定越前相角或者恒定越前时间方法进行合闸操作。同步发电机励磁控制实验一、实验目的1加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；2了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；3熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；4了解微机励磁调节器的基本控制方式；5了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响；6了解几种常用励磁限制器的作用；7掌握励磁调节器的基本使用方法。二、原理与说明同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。图1 励磁控制系统示意图实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小角限制。微机励磁调节器的控制方式有四种：恒UF（保持机端电压稳定）、恒IL（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒（保持控制角稳定）。其中，恒方式是一种
