电力系统自动化实验数据+答案实验结果

电力系统自动化

实验数据报告

实验一同步发电机准同期并列实验

实验内容与数据

（-）发电机组启动与建压

1.检查实验台左下角TGS-03B微机调速装置上“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.合上操作台左下角操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯

亮、红灯熄。观察TGS-03B调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮；

3.励磁方式选择“微机它励”、励磁调节器选择“它励”，“恒UF”运行方式，合上

WL-04B励磁调节器右端的励磁开关；

4.合上实验台左侧原动机开关，按TGS-03B微机调速装置上“停机/开机”按钮使“开机”

灯痉，调速器将自动启动电动机到额定转速（1500i7min）,可以在TGS-03B微机调速装置

液晶显示器上观察到；

5.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额定值。

6、将同期开关打到“off”状态，将系统电压升高到额定电压380V,合上开关QFS,

QFI.QF3,将系统电压送到合闸断路器的一端，观察HGWT微机准同期控制器显示屏上电压

（同期控制器上显示为100V左右）和频率的值。

（二）观察与分析

1.将TGS-03B微机调速装置“微机调速”按钮按下，操作“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：

表2-1频率差和同期表的关系

发电机46HZ50HZ51HZ

系统50

旋转灯光整步表顺时针，快逆时针慢

（方向、速度）

2.选择“微机它励”方式，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；

表2-2电压差和同期表的关系

发电机电压（V）350380400

系统电压（V）380

旋转灯光整步表顺时针慢逆时针快

（方向、速度）

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；观察并记录电压幅值差大小与正弦整步电压最小幅值间的关系；

表2-3脉动电压波形的观察

波形幅值

发电机电压正弦波I00V

系统电压正弦波I00V

整步电压三角波

5.用示波器跨接至『'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。

（三）手动准同期并网

1.按准同期并列条件合闸

实验步骤：

（1）检查TGS-03B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光、红

2

（9）观测同期表，按下a,b,c三种情况实验并记录数据填入表2-4；

a.电压差、相角差条件满足，频率差不满足，在fkfx和fE<fx时手动合闸，从微机励

磁调节器或实验台上方表计上观察并记录实验台上有功力率表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2-4（注意：频率差不要大于0.5Hz）。

b.频率差、相角差条件满足，电压差不满足，VF>VX和VE<VX时手动合闸，，从微机

励磁调节器或实验台」.方表计」.观察并记录实验台上有力功率表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2~4（注意：电压差不要大丁•额定电压的1（）%）。

c.频率差、电压差条件满足，相角差不满足，顺的针旋转和逆时针旋转时手动合闸，，

从微机励磁调节器或实验台上方表计上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2-4（注意：相角差不要大于30。）。

（10）并网完成后，将同期方式转换开关打到OFF处。

表2-4偏离准同期条件合闸，发电机组的功率变化表

顺时针逆时针

fF>fxfr<fxVF>VXVF<VX

数据值50.1>49.549.6<50105>9995<99

P(W)120-80-20-9

Q(VAR)-684198-8

（11）发电机减列和停机。

（四）半自动准同期并网

实验步骤：

（1）检查TGS-03B微机调速装置调速器左下方“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显示发电机频率，调速器上“微机正常''灯和“电源正常”灯亮；

（3）按TGS-03B微机调速装置上的“微机方式自动/手动”按钮按下，即微机手动方式

开机，调速器面板上“微机手动”灯亮。合上原动机开关，按下TGS-03B微机调速装置“停

机/开机”按钮，开机指示灯亮；

（4）按住“增速”按钮，使原动机频率达到额定值50HZ（按住“增速”或“减速”按钮5

4

秒钟内微机会自动增，减速）；

（5）将手动励磁调节器逆时针调到最小，励磁方式选到手动励磁，合上“励磁开关”,

对应红色按钮指示灯灯亮；

（6）缓慢调节手动励磁调压器，使发电机电压达到380V（同期控制器上显示100V）,

并维持原动机转速为其额定；

（7）合上系统电压开关和线路开关QR,QF.”调节三相调压器使系统电压达到额定值38OV；

（8）选择实验台上“同期方式''为"半自动同期”档；

（9）观测同期表，其频差，压差和相差指针在中间平衡位置时手动合上“发电机开关”

按钮；

（10）并网完成后，将同期方式转换开关打到OFF处（手动合闸后必须恢复）。

（五）全自动准同期

实验步骤：

（1）检杳调速器上“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显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯痉；

（3）把调速器上的“模拟方式''和"微机方式自动/手动”按钮松开，使“微机自动”灯亮。

（4）合上原动机开关，按下“停机/开机”按钮，此时控制量开始缓慢增加，直至原动机

转速达到额定；

（5）励磁调节器选择“微机它励”方式，励磁调节器选择“恒UF”方式，再合上“腕磁开

关”；

（6）调节“增磁”/“减磁”按钮使数码显示管上发电机给定电压Ug参数为38OV,松开“灭

磁”按钮，使发电机电压达到38OV；

（7）合上系统电压开关和线路开关QB，QF3,调节三相调压器使系统电压达到额定值38OV；

（8）选择实验台上“同期方式”为“微机全自动同期2

（9）按下“同期命令”按钮，等待微机自动并网。

（六）准同期条件的整定

实验步骤:

5

1.将参数设置红色按钮按下，进入参数设置，找到Hg2004=A,通过“上三角”或“下

三角”按钮设置FSYH=0.3（整定频差允许值^f=0.3Hz）；

2.再按下“参数设置”按钮，找到Hg2004=bo通过“上三角”或“下三角”按钮设

置YCYH=3.0（设置压差允许值4U=3V）；

3.旋转实验台中间的“同期开关时间”的时间继电器，使得超前时间tyq=O』SCC,

4.通过改变实际开关动作时间，重复进行全自动同期实验，观察在不同开关时间tyq

下实测开关时间，按下“参数设置”，Hg2004=0,7DLC的值就是实测时间，并记录三相冲

击电流中任意一相的电流值Im，填入表1-2。

表2-5同期开关时间和实际开关时间的关系

整定同期开关时间（s）0.50.30.1

实测开关时间（S）0.580.360.18

据此，估算出开关操作回路固有时间的大致范围，根据上一次开关的实测合闸时间，

整定同期装置的越前时间，

2.改变频差允许值么f,Hg2004二A,通过“上三角”或“下三角”按钮设置FSYH不同

值，重复进行全自动同期实验，观察在不同频差允许值下并列过程有何差异，并记录三相冲

击电流中任意一相的电流值Im，填入表1-3。

汪：此实脸微机调速器工作在微机手动方式。

表2-6允许频差与并网冲击电流的关系

频差允许值（Hz）0.40.30.1

冲击电流Im（A）0.30

3.改变压差允许值AV为表2-7中的值，将参数设置中Hg2004=b,通过“上三角”或

“下三角”按钮设置YCYH的值，重复进行全自动准同期实验，观察在不同压差允许值下并

列过程有何差异，并记录三相冲击电流中任意一相的电流值Im，填入表1-4。

表2-7允许压差与并网冲击电流的关系

压差允许值△V（V）531

冲击电流Im（A）0.50.3

（七）停机

1、将发电机开关绿色按钮跳开，依次将QF1,QF3,无穷大电源系统电压的按钮跳开;

2、跳开励磁开美，技调速器的“停机/开机”按钮使“停机”灯亮，待机组停稳后，跳开原

6

动机开关，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的异同；

2.分析哪些因素对准同期并列有影响；

3.分析正弦整步电压波形的变化规律；

4.滑差频率a开关时间如的整定原则？

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.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？

3.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？

4.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？

思考题参考答案：

1.系统侧相序为A、B、C,发电机侧相序为A、B、C可以同相并列，假设：A-A此时相

序相同、线电压=0、同一发电机输送的电源，因此频率相同。所以可以并列。假如：A-

B或C相，此时相序不同，线电压=（实际输送电源电压），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是否需要检测同期，直接并网不需要并列检测相序、频率、电压、相位角是否一致。

3与合闸时电压的幅值差，合闸相角差、发电机次暂态电抗、电力系统等值电抗有关.

4存在合闸相角差的缘故，由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。

7

实验二同步发电机励磁控制实验

实验内容和数据

*（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。

实验时，调节励磁电流为表2-1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”），用一个双通道示波器同时测量一A对COM和UAC对COM的波形，右图中上面

的波形为测量的一A的触发脉冲波形，下面的正弦波为励磁变压器同步电压波形，让正弦波

过“0”点，从示波器上读出“0”点到触发脉冲边缘的刻度即可知道CC角；

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Ud（直流电压档）和UAC（交流电压档），将以上数据记入下表,

通过Ud（万用表测Ud），UAC（万用表测UA和Uc）和数学公式a=arcos（Ud/1.35UAc）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2-8励磁电压、电流和控制角的关系

励磁电流Ifd0.0A0.5A1.5A2.5A

显示控制角a9084.17363.9

励磁电压（UL）Ud（V）2.8143245

交流输入电压UAC（V）75-77

由公式计算的a（°）908571.563.6

励磁调节器CC（°）8983.27561

8

*(二)控制方式及其相互切换(选做其中两个)

该实验台微机励磁巡节器具有恒UF，恒h，恒Q，恒a等四种控制方式，分别具有各

自特点，请通过以下试验自行体会和总结。以下内容均由WL-04B微机励磁装置完成，励

磁采用微机它励，系统与发电机组之间采用双回线。

1.恒UF方式

(1)、设置WL-04BQ调节器励磁“励磁调节方式”为“恒UF”方式，

(2)、调节“恒UF预定值”为380V,

⑶、发电机自动起励建压，按下“开机/停机”按钿使原动机转速达到l500r/m,按下

“励磁开关”按钮，松开“灭磁开关”，发电机电压为380V.

(4)、开机建压不并网，将调速器上的模拟方式旋钮打在大约为“7”的位置，切换调

速方式为“模拟方式”，此时模拟方式灯亮，再通过慢慢旋转旋钮从而改变机组频率45Hz〜

55Hz,记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角a的关系数据。

(5)、按下“灭磁”按钮或者直接将“励磁开关”的绿色按钮按下，结束实验

表2-8记录发电机电压、励磁电流和励磁电压及控制舛设定UF=(380〜400)V

发电机频率(Hz)发电机电压(V)励磁电流(1加励磁电压(U「d)控制角—

46Hz3802.45061.5

48Hz2.54565.5

50Hz2.13868.9

52Hz1.93471.1

54Hz1.83272.8

2.恒II方式

(1)、设置WL-04BQ调节器选择“励磁调节方式”为“恒IJ，

(2)、设置WL-04BQ调节器重复恒II开机建压不并网，改变机组转速45Hz〜55Hz,记

录频率与发电机电压、励磁电流、控制角a的关系数据。

(3)、重复恒UF方式实验步骤3、4,读取值填入下表。

表2-9记录发电机电压、励磁电流和励磁电压及控制角一数俏(2A)

9

发电机频率(Hz)发电机电压(V)励磁电流(心)励磁电压(U『d)控制角一'

46350

48360

503802A3869.1

52395

54410

3.恒a方式

(1)、调节WL-04BQ调节器选择“励磁调节方式”为“恒a”方式，

(2)、调节恒a方式下，调节“增磁”或“减磁”按钮，将励磁调节器上参数设置中的

CC值设置为65-70度任意值，保持不变，

(3)、开机建压不并网，改变机组转速45Hz〜55Hz,记录频率与发电机电压、励磁电流、

控制角a的关系数据。

表2-10记录发电机电压、励磁电流和励磁电压及控制角—数值­二(70。)

发电机频率(Hz)发电机电压(V)励磁电流(%)励磁电压(URI)控制角—

(0)

46355

48370

5038()2.13970°

52395

54410

4.恒Q方式

(一)(1)、重复恒UF方式实验步骤1、2、3,

(2)、将发电机与系统并网，并网后选择恒Q方式，通过TGS-03B微机调速装置微机

手动“增速”和“减速”按钮带一定的有功负荷(P=IKW)＞调节WL-04BQ调节器“增磁”

和“减磁”按钮，调节无功负荷(Q=0.1〜0.3KVar)后，记录下系统电压为380V时发电机的

初始状态，

(3)、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

10

压、励磁电流、控制角a,无功功率的关系数据于下表。

表2-11记录发电机电压、励磁电流和励磁电压及控制角—数值

系统电压发电机电压发电机电流励磁电流控制角有功功率无功功率

(V)(V)(A)(A)--****--(KW)Var

度

38OV3950.382.35651100

37OV3850.42.2566.31.0599

360V3800.422.0668.21.0596

390V4000.362.462.41.195

400V4100.252.660.51.198

将系统电压恢复到380V,励磁调节器控制方式选择为恒UF方式，改变系统电压，记

录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角a,无功功率的关系数据。

5.负荷调节

调节TGS-03B调速器的“增速”“减速”按钮，口:以调节发电机输出额定有功功率调

节励磁调节器的“增磁”和“减磁”按钮，可以调节发电机输出无功功率。由于输电线路比

较长，当有功功率增到额定值时，功角较大(与电厂机组相比)，必要时投入双回线；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，所以需要降

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

磁电压和控制角。

了解额定控制角和空载控制角的大致度数，空载励磁电流与额定励磁电流的大致比值。

实验步骤：

1、选择微机模拟方式开机，启动机组

2、选择微机它励，恒LF方式建压

3、合上按钮QFS、QF1、QF2、QF3、QF4、QF6,选择微机全自动准同期并列

4、并列后调节微机调速装置上的模拟电位器调节发电机有功功率输出，通过降低系统

电压升高发电机的无功功率输出(即逆时针转动15KVA调压器)，将发电机空载(P=0、Q=0),

半负载gOOO、Q=750),额定负荷(P=2000>Q=1500)时，对应的励磁电流、励磁电压、

控制角a填入下表中

II

表2-13励磁电流对负荷的调节作用

发电机状态励磁电流励磁电压控制角a

空载（P=0）2.244.865.6

半负载（P=1KW）2.475162.5

额定负载（P=2KW）36353.6

（四）调差实验

1.调差系数的测定

在微机励磁调节器中使用的调差公式为（按标么值计算）UB二Ug士KQ*Q（UB：发电机

基准电压：Ug：给定电压：KQ：调差系数；Q：无功），它是将无功功率的一部分叠加到电

压给定值上（模拟式励磁调节器通常是将无功电流的一部分叠加在电压测量值上效果等同）。

实验步骤：

①调差系数的测定：

1、选择微机自动方式开机，启动机组

2、选择微机它励，恒UF方式建压

3、选择微机自动准同期方式并网

4、逆时钟旋转15KVA调压器降低系统电压，使发电机无功功率输出为200Var、400Var.

600Var>800Var时对应的发电机电压，将数据填入表2-14中

5、作出调节特性曲线，并计算出调差系数

表2-14调差特性关系

发电机无功输出Q发电机机端电压UF

20037OV

400360V

600350V

80()320V

②零调差、正调差、负调差实验

1、按下WL-04B微机励磁装置上的“参数设置按钮，对应的“参数设置”指示灯亮，

通过连续的按“参数选择”按钮浏览数码管中的参数，数码管显示“HQ”即表示无功调差系

数K,按或源可以增大或减小数值大小，参数设置完毕，按下“参数设置”退

12

出,

2、使K分别等于0、+4乐-4%时，重复试验①的步骤在表2-14中记录发电机电压UF

的值

表2-15不同调差系数，发电机端电压和无功功率的关系

K=0K=+4(%K=-4%

UFQUFQUFQ

360.720038050373200

358.9400362400387400

358.9600320600390600

358.9800300800391800

Ui

>Q

图2-3调差系数曲线U产f（Q）

（六）伏赫限制实验（选做）

单元接线的大型同步发电机解列运行时，其机端电压有可能升得较高，而其频率有可

能降得较低。如果其机端电压UF与频率f的比值B=U"f过高，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UMf加以

限制。伏赫限制器工作原理就是：根据整定的最大允许伏赫比Bmax和当前频率，计算出当

前允许的最高电压将其与电压给定值Ug比较，取二者中较小值作为日算电

压偏差的基准Ub,由此调节的结果必然是发电机电压U卜fUnh。伏赫限制器在解列运行时投

入，井网后退出。

实验步骤:

（1）选择“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁控制方式采用“恒UF”；

（2）启动机组，投入励磁起励建压，发电机稳定运行在空载额定以上;

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（3）调节原动机减速按钮，使机组从额定转速下降，从50Hz〜44Hz；

（4）每间隔1Hz记录发电机电压随频率变化的关系数据；

（5）根据试验数据描出电压与频率的关系曲线，做本实验时先增磁到一个比较高的机

端电压后再慢慢减速。

表2-16频率和机端电压的关系

发电机频率f50Hz49Hz48Hz47Hz46Hz45Hz44Hz

机端电压UF（V）388390389387391387