电气09级电力系统自动化实验指导书.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电气09级电力系统自动化实验指导书.精品文档. 电力系统自动化实验 实验一、同步发电机准同期并列实验（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）实验内容1、机组启动与建压（1） 手动方式 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。【微机调速器】上“并网”灯和“微机故障”灯均为熄灭状态，“输出零”灯亮；按【微机调速器】上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机手动”灯亮 把实验台上【励磁方式】开关置“微机它励”, 【同期方式】开关置“OFF”位置合上【原动机开关】，按【微机调速器】上的“停机/开机”按钮使“开机”灯亮按【微机调速器】上的“增速”，启动发电机机，当机组转速升到额定转速的95%以上时可投励磁【微机励磁调节器】选择“恒” 运行方式，合上【励磁开关】，按【微机励磁调节器】上的“增磁”，使发电机电压建压到与系统电压相等停机：跳开【励磁开关】（降压为零），按【微机调速器】上的“停机/开机”按钮使“停机”灯亮注意！【微机调速器】、【微机励磁调节器】上的增、减按钮键只持续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。（2） 自动方式 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。【微机调速器】上“并网”灯和“微机故障”灯均为熄灭状态，“输出零”灯亮；按【微机调速器】上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮 把实验台上【励磁方式】开关置“微机它励”, 【同期方式】开关置“OFF”位置合上【原动机开关】，按【微机调速器】上的“停机/开机”按钮使“开机”灯亮发电机将自动增速，直到发电机机达额定转速后可投励磁 【微机励磁调节器】选择“恒UF” 运行方式，合上【励磁开关】使发电机自动建压到与系统电压相等停机：跳开【励磁开关】（降压为零），按【微机调速器】上的“停机/开机”按钮使“停机”灯亮2、手动准同期（1） 按准同期并列条件合闸 合上实验台上【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 当发电机已处于开机建压后，将【同期方式】转换开关置“手动”位置 观察【同期表】上的压差，相应操作【微机励磁调节器】上的“增磁”或“减磁”进行调压直到压差为零 观察【同期表】上的频差，相应操作【微机调速器】上的“增速”或“减速“进行调速，直至频差为零 当压差、频差均满足条件，观察【同期表】上指针旋转指到S位置前某一合适时刻时，即可合闸（操作【发电机开关】合闸）。观察并记录合闸时的冲击电流 合闸完毕，马上将【同期方式】转换开关置“OFF”位置 解列操作：将【发电机开关】断开（2）偏离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况下合闸，观察功率表冲击情况实验条件：开机、加压，然后选择人工调速和人工调压。将【同期方式】转换开关置“手动”位置 电压差相角差条件满足，频率差不满足（约为0.5HZ），在fF>fX或fF<fX 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，合闸完毕，马上将【同期方式】转换开关置“OFF”位置，记录完毕，解列（将【发电机开关】断开） 频率差相角差条件满足，电压差不满足（约为10V），VF>VX或VF<VX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，合闸完毕，马上将【同期方式】转换开关置“OFF”位置，记录完毕，解列（将【发电机开关】断开） 频率差电压差条件满足，相角差不满足(约为30度），顺时针旋转或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。合闸完毕，马上将【同期方式】转换开关置“OFF”位置，记录完毕，解列（将【发电机开关】断开）表1-1fF>fXfF<fXVF>VXVF<VX相差顺时针相差逆时针P表的偏转方向Q表的偏转方向3、半自动准同期（1）调速、调压设置及调节方法同手动准同期（2）将【同期方式】转换开关置“半自动”位置（3）按下【微机准同期控制器】上的“同期”按钮即向【微机准同期控制器】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。【微机准同期控制器】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（4）当压差、频差条件满足时，整步表上旋转灯光旋转至接近0º 位置时，整步表圆盘中心灯亮，表示全部条件满足，【微机准同期控制器】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（5）解列（将【发电机开关】断开），将【同期方式】转换开关置“OFF”位置（6）观察与分析 操作【微机调速器】上的“增速”/“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 操作【微机励磁调节器】上的“增磁”/“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 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”亮熄规律4、全自动准同期（1）【微机调速器】上的“微机方式自动/手动”选 “微机自动”，【微机励磁调节器】选“恒UF” （2）将【同期方式】转换开关置“全自动”位置（3）准同期条件设定见下面第（7）准同期条件设定要求（4）按下【微机准同期控制器】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（5）观察与分析在全自动过程中，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（6）解列（将【发电机开关】断开），将【同期方式】转换开关置“OFF”位置（7）准同期条件设定要求从频差允许、压差允许、相差允许三个方面来设定：在【微机准同期控制器】上按“参数设置”按钮使“参数设置”灯亮进入参数设置状态，（再按一下“参数设置”按钮即可使“参数设置”灯熄退出参数设置状态）共显示8个参数，可供修改的参数共有7个，即越前时间（7）、频差允许值（F）、压差允许（Y）值、均压脉冲周期、均压脉冲宽度、均频脉冲周期、均频脉冲宽度。另第8个参数是实测上一次开关合闸时间(7)，单位为毫秒。以上可供修改的7个参数可按“参数选择”按钮可循环出现，按“”或“”按钮可改变其大小。改变某些参数来重复做一下全自动准同期 通过改变实际开关动作时间，即整定【同期开关时间】的时间继电器。重复进行全自动同期实验，观察在不同的【同期开关时间】下并列过程有何差异，并记录电流值Im，填入表1-2表1-2 整定条件：f=0.3Hz、U=3V 整定同期开关动作时间/ S0.10.20.30.4越前时间/ S0.1实测时间0.1实测时间0.1实测时间0.1实测时间实测同期开关动作时间/ S冲击电流Im/ A 、 并网前压差/ V并网前频差/ Hz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。在此状态下，观察同期过程时的冲击电流的大小 改变频差允许值f，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，并记录冲击电流值Im，填入表1-3注：此实验微机调速器工作在微机手动方式。表1-3 整定条件：U=3V、同期开关动作时间=0.4S、越前时间=0.4S频差允许值f/ Hz0.40.30.20.1冲击电流Im/ A并网时频差/ Hz 改变压差允许值V，重复进行全自动同期实验，观察在不同压差允许值下并列过程有何差异，并记录三相冲击的电流值Im，填入表1-4 解列（将【发电机开关】断开）表1-4 整定条件：f=0.3Hz、同期开关动作时间=0.4S越前时间=0.4S压差允许值V/ V5432冲击电流Im/ A并网时压差/ Hz注意！当面板上的指示灯、数码管显示都停滞不动时，此时微机准同期控制器处于“死机”状态，按一下“复位”按钮可使微机准同期控制器恢复正常。 (四)思考题1分析实验内容3（6）、4（5）观察的问题2分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关3越前时间的整定原则根据是什么4分析正弦整步电压波形的变化规律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6在fF> fX或者fF<fX，VF> VX 或者VF< 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1-1 励磁控制系统示意图实验用的励磁控制系统示意图如图1-1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，控制角小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角大于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。（三）实验内容1、不同角（控制角）对应的励磁电压（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）【励磁方式】选择“微机它励”励磁方式，【微机励磁调节器】面板“它励”指示灯亮，按【微机调速器】上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮（3）【微机励磁调节器】上选择“恒”，“恒”指示灯亮（4）合上【原动机开关】 ，按【微机调速器】上的“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，发电机自动升速（5）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，从而改变三相全控桥的电压输出大小注意！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2-1规定的若干值，记下对应的角（调节器对应的显示参数为“CC”），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角来；完成此表后，比较二种途径得出的角有无不同，分析其原因。表1-1显示控制角/ 度90°80°励磁电流Ifd/ A励磁电压Ufd/ V交流输入电压UAC/ V300400由公式计算的/ 度2、控制方式及其相互切换【微机励磁调节器】具有恒“UF”、“恒IL”、“恒Q”、“恒”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。（1）不并网实验 恒UF方式 选择它励、恒UF方式，开机建压到额定参数，改变机组转速45HZ55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角的关系数据填入表1-2表1-2发电机频率发电机电压/ V励磁电流/ A励磁电压/ V控制角·/ 度50Hz 38049Hz48Hz47Hz 46Hz 50Hz51Hz52Hz53Hz54Hz 恒方式选择它励、恒方式，开机建压到额定参数，改变机组转速45HZ55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角的关系数据填入表1-3表1-3发电机频率发电机电压/ V励磁电流/ A励磁电压/ V控制角·/ 度50Hz 38049Hz48Hz47Hz 46Hz 50Hz51Hz52Hz53Hz54Hz（2）并网实验 恒方式选择它励、恒方式开机、建压、并网，然后改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角，无功功率的关系数据填入表1-4，然后解列表1-4系统电压/ V发电机电压/ V发电机电流/ A励磁电流/ A控制角·/ 度有功功率/ W无功功率/ R380V380370V360V350V390V400V恒UF方式选择它励、恒方UF式开机、建压、并网，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角，无功功率的关系数据填入表1-5，然后解列表1-5系统电压/ V发电机电压/ V发电机电流/ A励磁电流/ A控制角/ 度有功功率/ W无功功率/ R380V380370V360V350V390V400V注意：二种控制方式相互切换时，切换前后运行工作点应重合。3、负荷调节调节调速器的增速减速按钮，可以调节发电机输出有功功率，调节励磁调节器的增磁减磁按钮，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，励磁电压和控制角于表1-6。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，励磁电压和控制角。了解额定控制角和空载控制角的大致度数，了解空载励磁电流与额定励磁电流的大致比值。表1-6 恒UF方式发电机状态励磁电流/ A励磁电压/ V控制角/ 度空载半负载额定负载（四）思考题1分析比较各种励磁方式和各种控制方式对电力系统安全运行的影响；2图示比较各项的实验数据，分析其产生的原因。3分析励磁调节器、空载实验的各项测试结果。4分析励磁调节器、负载实验的各项测试结果。5比较四种运行方式：恒UF、恒IL、恒Q和恒的特点，说说他们各适合在何种场合应用？对电力系统运行而言，哪一种运行方式最好？试就电压质量，无功负荷平衡，电力系统稳定等方面进行比较。5、停机当同步发电机与系统解列之后，按【微机励磁调节器】上“灭磁”按钮进行灭磁（降压为零），跳开【励磁开关】，按【微机调速器】上的“停机/开机”按钮使“停机”灯亮（降转速为零）待机组停稳后断开【原动机开关】及线路和系统电源开关。切断【操作电源开关】。