电力系统自动化实验指导书

第一章 同步发电机准同期并列实验（一）同步发电机准同期并列实验1、手动准同期2、半自动准同期3、全自动准同期4、准同期条件整定一、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，由运行操作人员手动 或由准同期控制器自动选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本实验台采用手动准同期方式手动准同期并列，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应的时间或角度三、实验项目和方法（一）机组启动与建压1．检查原动机调速上自耦调压器指针是否指在 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； 3．励磁调节器选择它励、恒 UF 运行方式，合上励磁开关；4. 把实验台上“同期方式”开关置“ OFF ”位置；5. 合上系统电压开关和线路开弟片，QF3，检查系统电压接近额定值80V；6．合上原动机开关，调节自耦调压器的输出，电动机将慢慢启动到额定转速；7．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（二）观察与分析1．操作原动机调速旋钮调整机组转速，记录微机励磁调节器显示的发电机频率。

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三）手动准同期1．按准同期并列条件合闸将“同期开关”置于“ON”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观察同期表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，直至同期表上电压差指针指在中间位置此时表示发电机电压和系统电压几 乎相等，满足并列条件观察同期表上显示的发电机频率和系统频率，相应操作原动机调速上的旋钮进行调速， 直至同期表上频差指针指在中间位置，此时表示发电机频率和系统频率相等，满足并列条件此时表示压差、频差均满足条件，观察同期表上相差指针位置，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2．偏离准同期并列条件合闸本实验项目仅限于实验室进行，不得在电厂机组上使用！！！实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况：（1）电压差相角差条件满足，频率差不满足，在 fF>fX 和 fF

2） 频率差相角差条件满足，电压差不满足，VF>VX和VFvVX时手动合闸，观察并记 录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表1；注 意：电压差不要大于额定电压的 10%3） 频率差电压差条件满足，相角差不满足，顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸，观 察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表 1-1注意：相角差不要大于 30度表 1-1fF>fXfFVXVF

五、思考题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？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？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？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？5•在fF> fX或者fFvfX，VF> VX或者VFv VX下并列，机端有功功率表及无功功率表的指 示有何特点？为什么？第二章 同步发电机励磁控制实验（二）电力系统功率特性和功率极限实验1、无调节励磁时功率特性和功率极限的测定2、手动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定3、自动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定一、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a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a （保持控制角稳定）其中，恒a方式是一 种开环控制方式，只限于它励方式下使用同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平当操作励磁 调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器 的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角a小于90° ；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角a大于90°，实现逆变灭磁。

电力系统稳定器 PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励 磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保 障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等WL-04B 型微机励磁调节器TA~3PA4图1励磁控制系统示意图至机端A至市电三、实验项目和方法（一）不同 a 角（控制角）对应的励磁电压波形观测（1） 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；（2） 励磁系统选择它励励磁方式：操作 “励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调 节器面板“它励”指示灯亮；（3）励磁调节器选择恒a运行方式：操作调节器面板上的“恒a”按钮选择为恒a方式， 面板上的“恒a”指示灯亮；（ 4）合上励磁开关，合上原动机开关；（5）在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按 钮即可逐渐减小或增加控制角a,从而改变三相全控桥的电压输出及其波形注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续 5秒内有效，过了 5 秒后如还需要调节，则松开按钮，重新按下实验时，调节励磁电流为表 1 规定的若干值，记下对应的 a 角（调节器对应的显示参数 为“CC”），同时通过接在Ud+、Ud-之间的示波器观测全控桥输出电压波形，并由电压波形 估算出a角，另外利用数字万用表测出电压Ufd和UAC，将以上数据记入下表，通过Ufd， UAC和数学公式也可计算出一个a角来；完成此表后，比较三种途径得出的a角有无不同，分析其原因。

表 2-1励磁电流Ifd0.0A0.5A1.5A2.5A显示控制角a励磁电压Ufd交流输入电压UAC由公式计算的a示波器读出的a（6）调节控制角大于 90度但小于 120度，观察全控桥输出电压波形，与课本所画波形 有何不同？为什么？（7）调节控制角大于120 度，观察全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？为 什么？（二）同步发电机起励实验同步发电机的起励有三种：恒UF方式起励，恒a方式起励和恒IL方式起励其中，除 了恒a方式起励只能在它励方式下有效外，其余两种方式起励都可以分别在它励和自并励两 种励磁方式下进行恒UF方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”的两 种起励方式设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压稳 定在手动设定的电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电压，人工 不能干预，起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为85%〜 115%额定电压；“跟踪系统电压起励”方式是发电机正常发电运行默认的起励方式，而“设 定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验恒IL方式起励，也是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序自动设定，人工不能干 预，起励后的发电机电压一般为20%额定电压左右；恒a方式起励只适用于它励励磁方式， 可以做到从零电压或残压开始由人工调节逐渐增加励磁，完成起励建压任务。

1恒UF方式起励步骤（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”；（2） 按下“恒UF”按钮选择恒UF控制方式，此时恒UF指示灯亮；（3） 将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；（ 4）启动机组；（5）当转速接近额定时，将“灭磁”按钮松开，发电机起励建压此时，发电机组的转 速会降低，应相应的调整原动机调速旋钮，保持转速为额定值（以下同此）注意观察在起励 时励磁电流和励磁电压的变化（看励磁电流表和电压表）录波，观察起励曲线，测定起励时 间，上升速度，超调，振荡次数，稳定时间等指标，记录起励后的稳态电压和系统电压上述的这种起励方式是通过手动解除“灭磁”状态完成的，实际上还可以让发电机自动 完成起励，其操作步骤如下：(1) 将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”；(2) 按下“恒UF”按钮选择恒UF控制方式，此时恒UF指示灯亮；( 3)使调节器操作面板上的“灭磁”按钮为弹起松开状态。