电力系统自动化实验指导书

电力系统自动化实验指导书电力统自化实指导郝丽丽南京工业大学自动化院2006-04-17

目

录实验一实验二实验三

同步发电机同期并列实同步发电励磁操纵实电力系统度自动化实实验一

同步发机同期并实

一实目1．加深明白得同步发电机准同并列原理，把握准同期并列条件；2．把握模拟式综合整步表的使方法；3．熟悉同步发电机准同期并列程。二实内．按同期并列条件手动合闸．偏准同期并列条件手动合闸．观各电量变化情形三实验备仪．Ⅱ型电力系统综合自动化试验台．发机组四注事1．手动合闸时，认真观看表上旋转指针，在旋转灯接近0º置之前某一时刻合闸。2．微机自动励磁调剂器上的增磁按钮按键只连续5内有效，过了秒如还需调剂则松开按钮，重新按下。3．在做完准同期并列实验之后应将同期开关选择为OFF档位。五实线及理1．将同步发电机并入电力系统合闸操作通常采纳准同期并列方式。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操纵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样专门小，同时机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。本实验台采纳手动准同期方式。2．手动准同期并列，应在正弦步电压的最低闸，考虑到断路器的固有合闸时刻，实际发出合闸命令的时刻应提早一个相应的时刻或角度。

六验法步1．机启动与建压A．检原动机调速上自耦调压器指针是否指在位置在则应调到0位；B．合操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄；C．励调剂器选择它励、恒UF运方式，合上励磁开关；D．把验台上“同期方式”开关置OFF位置；E．合上统电压开关和线路开检查系统电压接近额定F．合原动机开关，调剂自耦调压器的输出，电动机将慢慢启动到额定转速；G．当组转速升到以时微机励磁调剂器自动将发电机电压建压到与系统电压相等。2．观与分析A．操原动机调速旋钮调整机组转速机励磁调剂器显示的发电机频率。观看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、频率平稳表指针的偏转方向及偏转角度的大小的对应关系；B．操励磁调剂器上的增磁或减磁按钮调剂发电机端电压，观看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稳表指针的偏转方向和偏转角度的大小的对应关系。3．手准同期A．按同期并列条件合闸将“同期开关”置于ON”置在这种情形下，要满足并列条件，需要手动调剂发电机电压、频率，直至电压差、频差在承诺范畴内，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。观看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剂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。现在表示发电机电压和系统电压几乎相等，满足并列条件。观看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，现在表示发电机频率和系统频率相等，满足并列条件。现在表示压差、频差均满足条件，观看同期表上相

差指针位置，当旋转至位前一合适时刻时，即可合闸。观看并记录合闸时的冲击电流。B．偏准同期并列条件合闸实验分别在单独一种并列条件不满足的情形下合闸，记录功率表冲击情形：电压差相角差条件满足频率差满足在f>f和f<f时手动合闸观并记录实验台上有功功率表P和无功率表指针转方向及偏转角度大小，分别填入表意率差不要大0.5HZ率相角差条件满足压不满足，V>V和V<V时手动合闸，观看记录实验台上有功功率表P和无功率表指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表1-1注意：电压差不要大于额定电压的10%。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，观看并记录实验台上有功功率表P和功功率表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1-1f>f

f<f

V>V

V<V

顺时针

逆时针P）Q（kVAR）注：有功功率P和无功率Q也够通过微机励磁调剂器的显示观看。4．停当同步发电机与系统解列之后，逆时针旋转原动机调速旋钮可慢慢减小原动机转速到停机当机组转速降到85%下时微机励磁调剂器自动逆变灭磁机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。最后切断操作电源开关。七实报内与求．要求验终止后按准同期并列和偏离准同期并列条件合闸时的相关电气数据记录下来。．分电量变化缘故。．按求格式书写实验报告

八索1．相序不对（如系统侧相序为A、B、C、为发电机侧相序为、C、B否并列？什么缘故？2．电压互感器的极性假如有一统或发电机接，会有何结果？3准同期并列与自同期并列本质上有何差别？假如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素有关？频率差变化或电压差变化时弦步电压的变化规律如何？实验二

同步发机磁操纵验

一实目1．加深明白得同步发电机励磁剂原理和励磁操纵系统的差不多任务。2．了解自并励励磁方式和它励磁方式的特点。3．熟悉三相全控桥整流、逆变工作波形；观看触发脉冲及其相位移动。4．了解微机励磁调剂器的差不操纵方式。5．把握励磁调剂器的差不多使方法。二实内１．不同操纵角对应的励磁电压波形观测。．同发电机起励实验。．恒UF、恒IL、恒等纵方式下的励磁及其相互切换。４．逆变灭磁和跳灭磁开关灭磁实验。５．伏赫限制实验。６．同步发电机强励实验。７．欠励限制实验。８．调差实验。９．过励磁限制实验。三实验备仪．Ⅱ型电力系统综合自动化试验台．发机组四注事微机自动励磁调剂器上的增减磁按钮键只连续秒有效，过了5秒如还需要调剂，则松开按钮，重新按下。五实线及理

同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调剂器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈操纵系统，称为励磁操纵系统。励磁操纵系统的三大差不多任务是：稳固电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳固性。实验用的励磁操纵系统示意图如图示。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剂器操纵的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小角制。微机励磁调剂器的操纵方式有四种：恒UF保持机端电压稳固IL（保持励磁电流稳固（持发电机输出无功功率稳固恒（持操纵角稳固，恒α方是一种开环操纵方式，只限于它励方式下使用。同步发电机并入电力系统之前，励磁调剂装置能坚持机端电压在给定水平。当操作励磁调剂器的增减磁按钮，能够升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调剂器的增减磁按钮，能够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，操纵角α小90°当正常停机或事故停机时，调剂器使操纵角α大90°，实现逆变灭磁。QFG

FUWL-04B型微机励磁调剂器

f1f2

V

PA4APV3

KM2KM5KM4TC2KM2RMKM3图1

励磁操纵系统示意图

六验法步

ACACFLACACFL１．不同α角（操纵角）对应的励磁电压波形观测Ａ.合操作电源开关，检查验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄；励磁系统选择它励励磁方式：操作“励磁方式开关”切到“微机励”方式，调剂器面板“它励”指示灯亮；C.励调剂器选择α运方式：操作调剂面板上的“恒”按钮选择为恒方式，面板上的“恒α”指示灯亮；合励磁开关，上原动机开关；E.在不启动机组的状态下开微机励磁调剂器的灭磁按钮作增磁按钮或减磁按钮即可逐步减小或增加操纵角而改变三相全控桥的电压输出及其波形。实验时，调剂励磁电流为表规的干值，记下对应的角调剂器对应的显示参数为过接在、Ud-之间的示器观测全控桥输出电压波形由电压波形估算出α角外利用数字万用表测出电压Ufd和U，将以上数据记入下表，通过UfdU和学式也可运算出一个角；完成此表后，比较三种途径得出的α有无不同，分析其缘故。表励磁电流Ifd显示操纵角α励磁电压Ufd

0.0A0.5A1.5A2.5A交流输入电压U由公式运算的α示波器读出的α

AC调操纵角大于90但小于度观看全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？什么缘故？调操纵角大于度观看全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？什么缘故？同发电机起励实验同步发电机的起励有三种U方式起励α方式起励和恒I方起励中

FLFFFFFFFLFFFFFF除了恒α方起励只能在它励方式下有效外，其余两种方式起励都能够分别在它励和自并励两种励磁方式下进行。恒U方起励代励磁调剂器通常设电压起励“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固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固在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范畴为～115%额定电踪系统电压起励”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I方起励，也是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序动设定，人工不能干预，起励后的发电机电压一样为额定电压左右；恒α方起励只适用于它励励磁方式，能够做到从零电压或残压开始由人工调剂逐步增加励磁，完成起励建压任务。恒UF方起励步骤（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U”钮选择恒U操纵方式，现在恒U指灯亮；（3将调剂器操作面板上的“灭磁”按钮按下，现在灭磁指示灯亮，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。现在，发电机组的转速会降低相应的调整动机调速旋钮转速为额定以下同此注意观看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，观看起励曲线，测定起励时刻，上升速度，超调，振荡次数，稳固时刻等指标，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，实际上还能够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U”钮选择恒U操纵方式，现在恒U指灯亮；（3使调剂器操作面板上的“灭磁”按钮为弹起松开状态（注意，现在灭磁指示

FFLFFL灯仍旧是亮的（4启动机组；（5意观看发电机转速接近额定时磁灯自动熄灭组动起励建压，整个起励过程由机组转速操纵，无需人工干预，这确实是发电厂机组的正常起励方式。同理，发电机停机时，也可由转速操纵逆变灭磁。改变系统电压，重复起励（无需停机、开机，只需灭磁、解除灭磁录发电机电压的跟踪精度和有效跟踪范畴以及在有效跟踪范畴外起励的稳固电压。按下灭磁按钮并断开励磁开关，将“励磁方式开关”改切到“微机它励”位置，复原投入“励磁开关若改换励磁方式时，必须第一按下灭磁按钮并断开励磁开关否则将可能引起子过电压及励磁系统安全磁调剂器将它励恒U运行方式下的起励模式设计成“设定电压起励”方式（那个地点只是为了试验方便励调剂器不论何种励磁方式均可有两种恒U起方式起励前承诺运行人员手动借助增减磁按钮设定电压給定值，选择范畴为～额定电压。用灭磁和解除灭磁的方法，重复进行不同设定值的起励试验，观看起励过程，记录设定值和起励后的稳固值。B恒I方起励步骤（1）将“励磁方式开关切到“微机自励”方式或者“微机它励”方式，投入“励磁开关（2按下“恒IL按钮选择恒IL操纵方式，现在恒IL指示灯亮；（3将调剂器操作面板上的“灭磁”按钮按下，现在灭磁指示灯亮，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，发电机自动起励建压，记录起励后的稳固电压。起励完成后，操作增减磁按钮能够自由调整发电机电压。C．恒α方起励步骤将励磁方式开关”切到“微机它励”方式，投入“励磁开关按恒按钮选择恒纵方式，现在恒α指灯亮；将剂器操作面板上的“灭磁”按钮按下，现在灭磁指示灯亮，表示处于

FLFLL灭磁位置；启机组；当速接近额定时，将“灭磁”按钮松开，然后手动增磁，直到发电机起励建压；注比较恒α方起励与前两种起励方有何不同。操方式及其相互切换本型微机励磁调剂器具有恒U、I、Q、恒α等种操纵方式，分别具有各自特点，请通过以下试验自行体会和总结。A恒UF方式选择它励恒方，开机建压并网，改变机组转速，录频率与发电机电压、励磁电流、操纵角的系数据。表发电机频率

发电机电压

励磁电流

励磁电压

操纵角45Hz46Hz47Hz48Hz49Hz50Hz51Hz52Hz53Hz54Hz55HzB恒I方选择它励恒IL方，开机建压不并网，改变组转速45Hz～55Hz记录频率与发电机电压、励磁电流、操纵角的系数据。表

发电机频率

发电机电压

励磁电流

励磁电压

操纵角45Hz46Hz47Hz48Hz49Hz50Hz51Hz52Hz53Hz54Hz55HzC．恒α方选择它励恒方，开机建压不并网，改变机组转速～55Hz，记录频率与发电机电压、励磁电流、操纵角的系数据。表发电机频率

发电机电压

励磁电流

励磁电压

操纵角45Hz46Hz47Hz48Hz49Hz50Hz51Hz52Hz53Hz54Hz55Hz

FLFLD．恒Q方选择它励恒方式机压后选择恒Q并网前恒Q方非法，调剂器拒绝同意恒Q命的有功功负荷后录下系统电压为380V时发电机的初始状态，注意方式切换时，要在此状态下进行。改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、操纵角，无功功率的关系数据。表系统电压

发电机电压

发电机电

励磁电流

操纵角

有功功率

无功功率流380V370V360V350V390V400V410V将系统电压复原到380V励磁调剂器操纵方式择为恒U方改变系统电压记系统电压与发电机电压、励磁电流、操纵角，无功功率的关系数据。表系统电压

发电机电压

发电机电流

励磁电流

操纵角α

有功功率

无功功率380V370V360V350V390V400V410V将系统电压复原到380V励磁调剂器操纵方式选择为恒I方，改变统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、操纵角，无功功率的关系数据。

表系统电压

发电机电压

发电机电流

励磁电流

操纵角α

有功功率

无功功率380V370V360V350V390V400V410V将系统电压复原到380V，励磁调剂器操纵方式选择为恒α方，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、操纵角，无功功率的关系数据。表系统电压

发电机电压

发电机电流

励磁电流

操纵角

有功功率

无功功率380V370V360V350V390V400V410V注意：四种操纵方式相互切换时，切换前后运行工作点应重合。E．负荷调剂顺时针或逆时针旋转原动机调速的旋钮，能够调剂发电机输出有功功率，调剂励磁调剂器的增磁减磁按钮，能够调剂发电机输出无功功率。由于输电线路比较长当功功率增到额定值时角较（电厂机组相比时入双回线；当无功功率到额定值时，线路两端电压降落较大，但由于发电机电压具有上限限制，因此需要降低系统电压来使无功功率上升，必要时投入双回线。记录发电机额定运行时的励磁电流，励磁电压和操纵角。

将有功、无功减到零值作空载运行，记录发电机空载运行时的励磁电流，励磁电压和操纵角。了解额定操纵角和空载操纵角的大致度数，了解空载励磁电流与额定励磁电流的大致比值。表发电机状态

励磁电流

励磁电压

操纵角α空载半负载额定负载逆灭磁和跳灭磁开关灭磁实验灭磁是励磁系统爱护不可或缺的部分于发电机转子是一个大电感正或故障停机时转中贮存的能量必须泄能量泄放的过程确实是灭磁过程磁能在空载下进行（发电机并网状态灭磁将会导致失去同步，造成转子异步运行，感应过电压，危及转子绝缘相控桥当触发操纵大于90时，将工作在逆变状态下。本实验的逆变灭磁确实是利用全控桥的那个特点来完成的。A．逆变灭磁步骤：（1）选择“微机自励”励磁方或者“微机它励”方式，励磁操纵方式采纳“恒UF（2）启动机组，投入励磁并起建压，增磁，使同步发电机进入空载额定运行；（3）按下“灭磁”按钮，灭磁示灯亮，发电机执行逆变灭磁命令，注意观看励磁电流表和励磁电压表的变化以及励磁电压波形的变化。B．跳灭磁开关灭磁实验步骤：（1）选择微机自并励励磁方式者“微机它励”方式，励磁操纵方式采纳UF；（2）启动机组，投入励磁并起建压，同步发电机进入空载稳固运行；（3直了当按“励磁开关绿色按钮跳开励磁开关注意观看励磁电流表和励磁电压表的变化。以上试验也可在它励励磁方式下进行。伏限制实验单元接线的大型同步发电机解列运行时机端电压有可能升得较高其率有可能

FFFFhFFFFFhF降得较低。假如其机端电压U与率f的值B=U/f过，则同步发电机及其主变压器的铁芯就会饱和，使空载激磁电流加大，造成发电机和主变过热。因此有必要对U/f加以限制。伏赫限制器工作原理确实是：依照整定的最大承诺伏赫和前频率，运算出当前承诺的最高电压=Bmax*f，其与电压给定值比，取二者中较小值作为运算电压偏差的基准Ub由此调剂的结果必定是发电机电压U≤。伏赫限制器在解列运行时投入，并网后退出。实验步骤如下：A.选“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁操纵方式采纳“恒UFB.启机组，投入励磁起励建压，发电机稳固运行在空载额定以上；C.逆针旋转原动机调速旋钮，使机组从额定转速下降，从50Hz～44Hz；D.每隔1Hz记录发电机电压频率变化的关系数据；E.依试验数据描出电压与频率的关系曲线，并运算设定的Bmax值用限制动作后的数据运算赫限制指示亮表示伏赫限制动作验时先增磁到一个比较高的机端电压后再慢慢减速。表发电机频率f机端电压UF

50Hz

HzHzHz46Hz45Hz同发电机强励实验强励是励磁操纵系统差不多功能之一电力系统由于某种缘故显现短时低压时磁系统应以足够快的速度提供足够高的励磁电流顶值提电力系统暂态稳固性和改善电力系统运行条件并时单相接地和两相间短路故障能够观看强励过程验步骤：A.选“微机自励”励磁方式，励磁操纵方式采纳“恒UFB.启机组，满足条件后并网；C.在电机有功和无功输出为％额定负载时，进行单相接地和两相间短路实验，注意观看发电机端电压和励磁电流、励磁电压的变化情形；观看强励时的励磁电压波形；

minminminminminminminminminmin表电流值

方类

式型

自单相接地短路

励两相间短路

它单相接地短路

励两相间短路励磁电流最大值发电机电流最大值采它励励磁方，重复A~B并完成后面的摸索题。欠限制实验欠励限制器的作用是用来防止发电机因励磁电流过度减小而引起失步或因机组过度进相引起定子端部过热欠励限制的任务是确机组在并网运行时将发电机的功率运行点Q)限制在励限制曲线上方欠励限制器的工作原理依给定的欠励限制方程和当前有功功率P运出对应的无功功率下限=aP+b将与当前Q比若<Q，欠励限制器不动作，欠励限制器动作，自动增加无功输出，Q<Q。验步骤：A.选“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁操纵方式采纳“恒UFB.启机组，投入励磁；C.满条件后并网；D.调有功功率输出分别为0额定负载，用减小励磁电(按“减磁按钮或高系统电压的方使发电机进相运行到欠励限制器动欠励限制指示灯亮下在的有P和功；E.依试验数据作出欠励限制线P=f(Q)，并运算出该直线的斜率和截距；假如减磁到失步时还不能使欠励限制动作时能够用提高系统电压来实现。表发电机有功功率P零功率额定有功额有功8.调实验A．调差系数的测定

欠励限制动作时的Q值

FF在微机励磁调剂器中使用的调差公式按标么值运算UB=Ug±KQ*Q它是将无功功率的一部分叠加到电压给定值上（模拟式励磁调剂器通常是将无功电流的一部分叠加在电压测量值上，成效等同验步骤：（1选择“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁操纵方式采纳“恒U（2）启动机组，投入励磁；（3）满足条件后并网，稳固运；（4）用降低系统电压的方法以加发电机无功输出，记录一系列UF、Q数据；（5）作出调剂特性曲线，并运出调差系数。表发电机机端电压U

F

发电机无功输出QB．零调差实验设置调差系数＝0实步骤同A用降低系统电压的方法以增加发电机无功输出，记录一系列、Q数据，出调剂特性曲线。C．正调差实验设置调差系数＝4%，验步骤同。降低系统电压的方法以增加发电机无功输出，记录一系列UF、Q数据作出调剂特性曲线。D．负调差实验设置调差系数＝验骤A用低系统电压的方法以增加发电机无功输出，记录一系列UF、Q数据作出调剂特性曲线。表K=0K=

eeeeU

F

Q

U

F

QU

F

Q9.过磁限制实验发电机励磁电流超过额定励磁电流倍为过励。励磁电流在倍下承诺长期运行2.0之按反时限原则延时动作，限制励磁流到倍上2.0以下，瞬时动作限制励磁电流在倍以上。过励限制指示灯在过励限制动作时亮。实验步骤：A.选“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁操纵方式采纳“恒UFB.启机组，投入励磁；C.用低额定励磁电流定值的方法模拟励磁电流过注法使励磁电流真正过励你有方法吗？限器将按反时限特性延时动作录励磁电流值和延时时刻，观看过励限制器动作过程；D.描励磁限制特性曲线。E．做本实验时需要改变过流整值。表励磁电流实际值I

过励倍数(I/I)

额定电流整定值I=____延时时刻(10．停机磁发电机解列后逆针旋转原动调速旋钮停机励磁调剂器在转速下降到以下

时自动进行逆变灭磁。待机组停稳，断开原动机开关，跳开励磁和线路等开关，切除操作电源总开关。七实报内与求．分比较各种励磁方式和各种操纵方式对电力系统安全运行的阻碍。．比各项的实验数据，分析其产生的缘故。．分励磁调剂器、空载实验的各项测试结果。．分励磁调剂器、负载实验的各项测试结果。八摸1．三相可控桥对触发脉冲有什要求？2．什么缘故在恒式下，必须手动“增磁”才能起励建压？3．比较恒UF方起励、恒IL方起励和恒α方起励有何不同？4．逆变灭磁与跳励磁开关灭磁紧有什么区别？5．比较在它励方式下强励与在并励下强励有什么区别？6．比较四种运行方式：恒UF、恒IL、Q和恒α的点，说说他们各合在何种场合应用？对电力系统运行而言，哪一种运行方式最好？试就电压质量，无功负荷平稳，电力系统稳固等方面进行比较。实验三

电力系调自动化验

ABABBCCAANBNC一实目1．了电力系统自动化的遥测，遥信，遥控，遥调等功能2．了电力系统调度的自动化二实内．电网的电压和功率分布实验．电系统有功功率平稳和频率调整实验．电系统无功功率平稳和电压调整实验。三