电力系统自动化实验书.doc

<<电力系统及自动化>>实验指导书易晓郑 牛志民河南理工大学电气工程学院2005年4月11日第一章 实验装置简介第一节 WDT-型实验台WDT-型电力系统综合自动化实验台，是为了适应现代化电力系统对宽口经“复合型”高级技术人才的需要而研制的电力类专业新型教学试验系统。此系统除用于实验教学以外，还用于本、专科生的课程设计试验，也可作为研究生、科技人员的产品开发试验，还可作为电力系统技术人员的培训基地。第二章 实验内容及步骤第一节 同步发电机准同期并列实验一实验目的1加强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。二实验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“恒定超前时间原理”，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，这种并列的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统能被迅速拉入同步。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。他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，考虑到短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和角度。自动准同期并列，通常采用恒定超前时间原理工作，这个超前时间可按短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，在整定的超前时刻送出合闸脉冲。三实验内容和步骤（一）机组启动和建压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、红灯灭。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“手动”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、同期表中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、不同电压差大小时同期表中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（同期控制器上），观察正弦整步电压（即脉冲电压）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；5用示波器跨接到“三角波”测孔与“参考地”测孔之间（同期控制器上），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1按准同期并列条件合闸将“同期方式”旋转开关置“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，直到电压差、频率差在允许范围内，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。具体方法如下：（1）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，直到“压差闭锁”灯熄灭。（2）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，直到“频差闭锁”灯熄灭。（3）此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转之0°位置前某一合适时刻时，即可合闸（发电机开关）。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，fFfx和fFfx（增、减速来实现）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中；注意：频率差不要大于0.5Hz。（2）频率差、相角差条件满足，电压差不满足，VFVx和VFVx（增、减磁来实现）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中；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2-1中；注意：相角差不要大于30°。表2-1fFfxfFfxVFVxVFVx顺时针逆时针P（KW）Q（KVAR）注：有功功率P和无功功率Q可以通过微机励磁调节器的显示观察。（四）半自动准同期将“同期方式”转换开关置“半自动”位置，按下准同期控制器的“同期”按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、均频控制并检查合闸条件，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，调节器上有什么反应；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灭，微机正常灯恢复正常闪烁。（六）准同期条件的整定按“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”灯熄灭即退出），再按下“参数选择”按钮，此时可显示8个参数供修改和实测（参数显示说明见附表一）。1整定频差允许值f=0.3Hz。压差允许值U=3V超前时间tyq=0.1s，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，观察在不同开关时间tyq下并列过程有何差别，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值Im，填入表2-2。表2-2整定同期开关时间（S）（同期开关旋钮） 0.1 0.2 0.3 0.4实测开关时间(S)（同期控制器上读取）冲击电流Im (A)（电流表上读取）据此,估算出开关操作回路固有时间的大致范围，根据上次开关的实测合闸时间，整定同期装置的超前时间。在此状态下，观察并列过程时的冲击电流的大小。2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，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值Im，填入表2-3中。注：此实验微机调速器工作在微机手动方式。表2-3频差允许值f（Hz）（同期控制器上调整） 0.4 0.3 0.2 0.1冲击电流Im （A）（电流表上读取）3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，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值Im，填入表2-4中。表2-4压差允许值V（V）（同期控制器上调整） 5 4 3 2冲击电流Im （A）（电流表上读取）（七）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。最后切断操作电源开关。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；2分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关；3分析正弦整步电压波形的变化规律；4滑差频率fs，开关时间tyq的整定原则？第二节 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了解微机励磁调节器的基本控制方式； 4了解电力系统稳压器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响； 5了解几种常用励磁限制器的作用； 6掌握励磁调节器的基本使用方法。 二实验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，称之为励磁控制系统。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。 至发电机端WL04B型微机励磁调节器 PA4A KM2 KM4 自并励 f1 TC2 KM6YG PV4 KM2 FU57 RM同步发电机 f2 KM5 它励 KM3 手动励磁 TSL 至KM1 ZL TCL 220V图2-1 励磁控制系统示意图实验用的励磁控制系统如图2-1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、恒IL、恒Q和恒。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，可以生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°；当正常停机或故障停机时，调节器使控制角大于90°，实现逆变灭磁。三实验内容和步骤 (一) 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,恒方式起励和恒IL方式起励.其中,除了恒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.1恒UF方式起励步骤（1）将“励磁方式开关”切到“微机自并励”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，（频率47Hz），将“灭磁”按钮松开，发电机起励建压。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）。记录起励后的稳态电压和系统电压。实验完成后停机。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“微机自并励”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（注意，此时灭磁指示灯仍然是亮的）；（4） 启动机组；（5） 注意观察并记录，当发电机转速接近额定时（频率47Hz），灭磁灯自动熄灭，机组自动起励建压，整个起励过程由机组转速控制，无需人工干预，这就是发电厂机组的正常起励方式。同理，发电机停机时，也可由转速控制逆变灭磁。实验完成后停机。2恒IL方式起励步骤（1）将“励磁方式开关”切到“微机自并励”方式或“微机它励”方式，投入“励磁开关”；（2）按下“恒IL”按钮选择恒IL控制方式，此时恒IL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（频率47Hz），将“灭磁”按钮松开，发电机自动起励建压，记录起励后的稳定电压。起励完成后，操作增减磁按钮可以自由调整发电机电压。实验完成后停机。3恒方式起励步骤（1）将“励磁方式开关”切到 “微机它励”方式，投入“励磁开关”；（2）按下“恒”按钮选择恒控制方式，此时恒指示灯亮；（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）注意观察并记录，当转速接近额定时（频率47Hz），将“灭磁”按钮松开，然后手动增磁，直到发电机起励建压；实验完成后停机。（6） 注意比较恒方式起励与前两种起励方式有何不同。（二）逆变灭磁和跳变灭磁开关灭磁实验灭磁是励磁系统保护不可或缺的部分。由于发电机转子是一个大电感，当正常或故障停机时转子中储存的能量必须泄放，该能量泄放的过程就是灭磁过程。灭磁只能在空载下进行（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）。三相全控桥当触发控制角大于90°时，将工作在逆变状态下。本实验的逆变灭磁就是利用全控桥的这个特点来完成的。1逆变灭磁步骤：（1）选择“微机自并励”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，投入励磁并起励建压，增磁，使同步发电机进入空载额定运行；（3）按下“灭磁按钮，灭磁指示灯亮，发电机执行逆变灭磁命令，注意观察励磁电流表和励磁电压表的变化。2跳灭磁开关灭磁实验步骤：（1）选择微机自并励励磁方式或者“微机它励“方式，励磁控制方式采用恒UF；（2）启动机组，投入励磁并起励建压，同步发电机进入空载稳定运行；（3）直接按下“励磁开关”绿色按钮跳开励磁开关，注意观察励磁电流表和励磁电压表的变化。以上实验也可在它励励磁方式下进行。（三）停机灭磁发电机解列后，直接控制调速器停机，励磁调节器在转速下降到43Hz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。四实验报告要求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。附录一: TGS-04微机调速装置显示量说明画面1 发电机转速n、系统频率F； 画面2 发电机转速n、控制量C（显示切换按钮来实现）； 画面3 控制量C、功率角a（并网后实现）。附录二：HGWT-03微机准同期装置显示说明 画面1 发电机频率：50.00Hz; 发电机电压:100.0V; 系统频率: 50.00Hz; 系统电压: 100.0V; 画面2 实际频率差: ±0.10Hz; 实际电压差: 3.0V;允许频率差: 0.30Hz; 允许电压差: 5.0V; 画面3 超前时间: 参数整定范围: Hg2000=1 0.020.98 7DL=0.300 对应0.3秒 允许频差: 参数整定范围: Hg2000=2 00.4 FSYH=0.33 对应0.33赫兹 允许压差: 参数整定范围: Hg2000=3 15 YCYH=5.0 对应5% 均压脉宽系数显示交换: 参数整定范围: Hg2000=4 10255 JY29=200 均压脉冲周期显示交换: 参数整定范围: Hg2000=5 0200 JYHS=200 均频脉宽系数显示交换: 参数整定范围: Hg2000=6 10255 JP29=200 均频脉冲周期显示交换: 参数整定范围: Hg2000=7 0200 JPHS=127 实际开关合闸时间: 参数整定范围: Hg2000=8 JdLC d××× 单位:毫秒附录三: WL-04B微机励磁调节器显示说明 发电机机端电压给定值UG U9 380。0 发电机机端电压基准值UB Ub 380。0 发电机机端电压励磁专用电压互感器测量值U1 U1 380。0 发电机机端电压仪表用电压互感器测量值U2 U2 380。0 发电机机端电压UF UF 380。0 发电机并列母线电压US US 100。0 发电机励磁电流给定值ILG 1L9 1。00 发电机励磁电流IL 1LdC 1。00 发电机励磁电压UL UL 20。0 发电机频率F F 50。00 发电机输出有功功率P P 16000 发电机无功功率给定值QG q9 1200 发电机输出无功功率Q q 1200 发电机低励限制QL qL 0。00 全控桥控制角 CC 80。1 发电机A相电流IA 1A 3。000 发电机B相电流IB 1b 3。000 发电机C相电流IC 1C 3。000 发电机出口对无穷大系统功率角 dd 20。0