电力系统自动化实验报告.docx

电力系统自动化实验报告实验一发电机组的启动与运转实验一实验目的:123了解微机调速装置的工作原理和掌握其操作方法。熟悉发电机组中原动机（直流电动机）的基本特性。掌握发电机组起励建压，并网，解列和停机的操作。原理说明:在本实验平台中，原动机采用直流电动机模拟工业现场的汽轮机或水轮机，调速系统用于调整原动机的转速和输出的有功功率，励磁系统用于调整发电机电压和输出的无功功率。THLZD-2型电力系统综合自动化实验台输电线路的具体结构如下图所示：调速系统的原理结构图：THLWT-2型 微机调速装置调节电路励磁电源ZKST5 型直流电机调速装置a b c自耦变压器QF7励磁变压器（D/Y）=>= UaUbUcNU E Trr ttr j,* L-U / 电里木果俣玖J励磁功率部分 -& 亚崔 i -HiOP F XI、PTC，K "、4THLWL-3 型微机励磁装置（励磁控制部分）介微机准同期装置励磁系统的原理结构示意图三、 实验内容与步骤：1发电机组起励建压先将实验台的电源插头插入控制柜左侧的大四芯插座（两个大四芯插座可通用）。接着依次打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打 开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。 将控制柜上的“原动机电源”开关旋到“开”的位置，此时，实验台上的“原动机 启动”光字牌点亮，同时，原动机的风机开始运转，发出“呼呼”的声音。 按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“自动”方式，开 机默认方式为“自动方式”。 按下THLWT-3型微机调速装置面板上的"启动”键，此时，装置上的增速灯闪烁， 表示发电机组正在启动。当发电机组转速上升到1500rpm 时，THLWT-3 型微机调速 装置面板上的增速灯熄灭，启动完成。当发电机转速接近或略超过1500rpm时，可手动调整使转速为1500rpm，即：按下 THLWT-3 型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“手动”方式，此时“手 动”指示灯会被点亮。按下THLWT-3 型微机调速装置面板上的“”键或“”键即 可调整发电机转速。发电机起励建压有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动起励建压；一是常规 起励建压；一是微机励磁。发电机建压后的值可由用户设置，此处设定为发电机额定 电压400V，具体操作如下：手动起励建压1) 选定“励磁调节方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁调节方式”旋钮旋到 “手动调压”，“励磁电源”旋钮旋到 “他励”。2) 打开励磁电源。将控制柜上的“励磁电源”打到“开”。3) 建压。调节实验台上的“手动调压”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压(线电压) 达到设定的发电机电压。常规励磁起励建压1) 选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“常规控 制”，“励磁电源”旋钮旋到 “自并励”或“他励”。2) 重复手动起励建压步骤3) 励磁电源为“自并励”时，需起励才能使发电机建压。先逐渐增大给定，可调节 THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大到3.5V 左右，按下 THLCL-2 常规可控励磁装置面板上的“起励”按钮然后松开，可以看到控制柜上的“发 电机励磁电压”表和“发电机励磁电流“表的指针开始摆动，逐渐增大给定，直到发 电机电压达到设定的发电机电压。4) 励磁电源为“他励”时，无需起励，直接建压。逐渐增大给定，可调节THLCL-2 常 规励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压达到设定的发电 机电压。微机励磁起励建压1) 选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“微机控 制”，“励磁电源”旋钮旋到 “自并励”或“他励”。2) 检查THLWL-3 微机励磁装置显示菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如 下：“励磁调节方式”设置为实验要求的方式，此处为“恒Ug”。“恒Ug 预定值” 设置为设定的发电机电压，此处为发电机额定电压。“无功调差系数”设置为“+0” 具体操作见THLWL 微机励磁装置使用说明。3) 按下THLWL-3 微机励磁装置面板上的“启动”键，发电机开始起励建压，直至 THLWL-3微机励磁装置面板上的“增磁”指示灯熄灭，表示起励建压完成。2发电机组停机减小发电机励磁至0。 按下THLWT-3微机调速器装置面板上的“停止”键。当发电机转速减为0时，将THLZD-2电力系统综合自动化控制柜面板上的“励磁电源”打到“关”，“原动机电源”打到“关”。3发电机组并网首先投入无穷大系统，具体操作参见第一部分“无穷大系统”，将实验台上的“发 电机运行方式”切至“并网”方式。打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单 相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。 发电机与系统间的线路有“单回”和“双回”可选。根据实验要求选定一种，此处 选“单回”。单回：断路器QF1 和QF3(或者QF2、QF4 和QF6)处于“合闸”状态， 其他处断路器处于“分闸”状态；双回：断路器QF1、QF2、QF3、QF4 和QF6 处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态。合上断路器QF7,调节自耦调压器的手柄，逐渐增大输出电压，直到接近发电机电 压。 投入同期表。将实验台上的“同期表控制”旋钮打到“投入”状态。发电机组并网有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动并网；一是半自动并网； 一是自动并网。为了保证发电机在并网后不进相运行，并网前应使发电机的频率和电 压略大于系统的频率和电压。手动并网: 所谓“手动并网”，就是手动调整频差和压 差，满足条件后，手动操作并网断路器实现并网。1) 选定“同期方式”。将实验台上的“同期方式”旋钮旋到“手动”状态。2) 观测同期表的指针旋转。同期时，以系统为基准，fg > fs 时同期表的相角指针顺时 针旋转，频率指针转到“+”的部分；Ug>Us 时压差指针转到“+”。反之相反。fg 和 Ug 表示发电机频率和电压；fs 和Us 表示系统频率和电压。根据同期表指针的位置， 手动调整发电机的频率和电压，直至频率指针和压差指针指向“0”位置。表示频率差 和压差接近于“0”，此时相角指针转动缓慢，当相角指针转至中央刻度时，表示相角差为“0”，此时按下断路器QF0 的“合闸”按钮。完成手动并网。4发电机组发出有功和无功功率调节励磁装置，调整发电机组发出的无功，使Q=0.75kVar, PF=0.8。具体操作：手动励磁：调节THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“手动调压”旋钮，逐 步增大励磁，直到达到要求的无功值。常规励磁：调节THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐步增 大给定，直至达到要求的无功值微机励磁：多次按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“ + ”键，逐步增大励磁， 直至达到要求的无功值。调节调速器，调整发电机组发出的有功，具体操作：多次按下THLWT-3微机调速 装置“+”键，逐步增大发电机有功输出，使P=1kW。5发电机组解列将发电机组输出的有功和无功减为0。具体操作： 多次按下THLWT-3微机调速装置“一”键，逐步减少发电机有功输出，直至有功 接近0。调节励磁，减小无功。多次按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“一”键，逐步 减少发电机无功输出，直至无功接近于0。备注：在调整过程中，注意不要让发电机进相。 按下THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的断路器QF0的“分闸”按钮，将发 电机组和系统解列。然后发电机停机，具体参照实验内容“ 2.发电机组停机”。四、 思考题：1、 为什么发电机组送出有功和无功时，先送无功？答：为了防止发电机发生近相运行。电机开始时大部分功用在磁路的饱和上和感性,容 性负载的偶合上,这些功都是无功，电压的波动主要由无功负荷引起的，当无功出现缺 额时，即感性负载过剩时，其对发电机产生去磁电枢反应，使气隙的磁场被削弱，端电压便降低。电压过低时会使电网中有功功率损耗和电能损耗增加，还会危及电力系 统运行稳定性，先送无功有利于保证系统电压的稳定，提高供电质量。2、 为什么要求发电机组输出的有功和无功为0时才能解列？答：保护断路器，尽量不要带电流分闸，维护系统稳定。不发生功率突变，保护发电 机，避免突然甩负荷的冲击。如果有功负荷未减至零，解列时电磁制动力矩突然消失， 在汽机或水轮机过剩力矩的作用下引起机组超速。降有功到接近零是防止发电机突然 丢负荷造成汽轮机过速，降无功是防止发电机瞬间过电压。 无功负荷减到接近零就可 以了，这样还可以通过定子电流观察发电机出口开关是否非全相分闸。实验心得:这次发电机组的启动与运转实验，让我们对发电机组的启动有了深刻的 认识。在发电机组运行时，为了防止发电机发生近相运行。电机开始时大部分功用 在磁路的饱和上和感性,容性负载的偶合上,这些功都是无功，电压的波动主要由无功负 荷引起的，当无功出现缺额时，即感性负载过剩时，其对发电机产生去磁电枢反应， 使气隙的磁场被削弱，端电压便降低。电压过低时会使电网中有功功率损耗和电能损 耗增加，还会危及电力系统运行稳定性，先送无功有利于保证系统电压的稳定，提高 供电质量。实验二 欠励限制实验一、实验目的1掌握欠励限制的作用、工作原理、特性曲线及其整定方法。2深入理解“V”形曲线和功率圆图，分析研究欠励运行与机组稳定的关系。 二、原理说明欠励限制的作用就是当发电机处于进相运行时，将其最小励磁值限制在发电机临界 失步稳定 极限范围内，并且使最小励磁值不致低于发电机进相运行时定子端部绕组及 铁芯部件的发热允许范围。自并励方式励磁的同步发电机，当并列运行于容量不大而电压波动较大的电网中， 在电网电压升高时（比如由于电力系统高压线路空载运行，或无功补偿电容在电力系 统负荷低谷时未及时切除，造成系统无功过剩），自并励励磁系统由于电压负反馈的 调节作用，会自动使发电机励磁电流大幅度降低。当发电机励磁电流小于某一定值时， 其功率因数角将由滞后变为超前，发电机自动带上容性负载，即所谓“进相”运行， 进入“进相”的励磁状态称为“欠励”状态。根据凸极同步发电机的功率方程式：EUsUXd-Xa）P 二一-Sin 5 +sin 25Xd-XL2（Xd 十 XZ）（Z 十 XZ）式中： P发电机有功功率；Eq发电机空载电势；Us系统电压；功角；XL线路电抗；Xd发电机纵轴同步电抗；Xq发电机横轴同步电抗。当P、U、Xd、Xq、XL确定后，励磁电流减少，引起Eq减少，必然导致功角增 大，当>90°时，电机失步。发电机运行的P （有功）一Q （无功）极限在电机理论中可 由功角特性得出同步发电机的V 形曲线（图3-2-6-1）或由功率圆图来确定（图3-2-6-2）。 由“V”形曲线可知，发电机带上不同的有功负载时，分别“进相”到不同程度后即失 去稳定。所以，当发电机带上某一有功功率时，为保证发电机稳定运行，其最小励磁 电流由“V”形曲线就可确定。发电机所带有功负载越大，则允许“进相”的范围就越 小，即励磁电流最小限制值越高。最小励磁限制和最大容性无功功率（或电流）限制是同一回事。因为在发电机并 联运行情况下，容性无功功率的增大是欠激励磁电流减小的必然反应，因此欠激励磁电流的测量和最小励磁电流的限制都可以通过容性无功功率来实现。保持静态稳定极限所允许的PQ 关系，可由发电机的功角特性和静态稳定特性的条件dP/d=0 来推导。从而可作出保证静态稳定极限下的凸极同步发电机的PQ 关系功率圆图。PQ 关系功率圆图的半径及圆心的参数见图3-2-6-2 所示，图中虚线为凸极机的PQ 曲线。弧线的下方为发电机失步运行区。静稳定条件下的功率圆图显然，为了保证机组有一定静稳定储备和避免水轮发电机由于欠励运行造成定子 端部发热，需要限制发电机的最小励磁电流，也就是相应地限制发电机的最大进相无 功电流（或功率）。当电网电压波动较大，而发电机容量相对较小，并且有灵敏的励磁调节器时，甚 至还可能发生因为电网电压升高，该机自动强减而失磁或自同期并网时发生失磁，因 此考虑这一因素，也有必要装设欠励限制电路。对于自复励的发电机，因有复励分量，可以不装设欠励限制。总之，欠励限制器的任务就是确保在任何情况下，限制发电机的进相无功不超过允许范围，当进相无功超过允许范围时，欠励限制器将限制励磁电流的减少。三、实验内容与步骤1合上控制柜上的所有电源开关；然后合上实验台上的所有电源开关。合闸顺 序：先总开关，后三相开关，再单相开关。2选定实验台上面板的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机 控制”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置。3发电机组和系统间的线路采用单回线，使实验台上的线路开关QF1 和QF3 处 于“合闸”状态, QF2，QF6，QF7，QF4 和QF5 处于“分闸”状态。4设置THLWL-3 微机励磁装置的“励磁调节方式”为“恒Ug”；设置THLWL-3 微机励磁装置的“恒Ug 预定值”为“300V”；具体操作见THLWL 微机励磁装置使 用说明。5发电机组起励建压（具体操作见第一章），使原动机转速为1500rpm，发电机电压 为300V。6调节系统电压为300V。7发电机组与系统并网。（具体操作见第一章）8设置微机励磁装置的低励限制斜率,低励磁限制截距。限制曲线按照公式 Q=Kd×P/128-Kb。9调节有功功率输出分别为0、50%和100%的额定负载。用减小励磁电流（按下 THLWL-3微机励磁装置面板上的“”键）的方法使发电机组进相运行，直到欠励限 制器动作（欠励限制指示灯亮），记下此时的有功功率P 和无功功率Q 于表3-2-6-1 中； 10根据实验数据作出欠励限制曲线P=f（Q），并计算出该直线的斜率和截距。欠励限制实验心得体会这次实验让我们掌握欠励限制的作用、工作原理、特性曲线及其整定方法。深入 理解“V”形曲线和功率圆图，分析研究欠励运行与机组稳定的关系。欠励限制的作用 就是当发电机处于进相运行时，将其最小励磁值限制在发电机临界失步稳定 极限范围 内，并且使最小励磁值不致低于发电机进相运行时定子端部绕组及铁芯部件的发热允 许范围。自并励方式励磁的同步发电机，当并列运行于容量不大而电压波动较大的电 网中，在电网电压升高时（比如由于电力系统高压线路空载运行，或无功补偿电容在 电力系统负荷低谷时未及时切除，造成系统无功过剩），自并励励磁系统由于电压负 反馈的调节作用，会自动使发电机励磁电流大幅度降低。当发电机励磁电流小于某一 定值时，其功率因数角将由滞后变为超前，发电机自动带上容性负载，即所谓“进相” 运行，进入“进相”的励磁状态称为“欠励”状态。在老师的指导下我们完成了这次 实验，感谢顾老师的耐心指导，谢谢。实验三 调差实验一、实验目的1深入理解调差原理，掌握改变发电机电压调节特性斜率的方法。2多台机组在同一母线上并联运行时，无功功率分配与无功调节特性的关系。3理解调差系数的涵义及其发电机外特性曲线。二、原理说明为了改变发电机外特性曲线，使并列运行的各台机组之间合理分配无功负荷，或 者为了维持系统某一点电压恒定，在负荷变化时，要对电力网电压损耗进行补偿，因 而设置了无功调差电路。常用的电流调差电路有两种：一是取两相电流信号；二是取 单相电流信号。因为发电机输出端电压主要与负载电流的无功分量有关，故引入的电 流信号滞后于相应的电压信号90°。电流调差电路的工作原理：主要是利用电流信号在调差电阻R 上的压降，迭加到 测量电压信号上去，从而使发电机的外特性陡度发生变化。当上述压降叠加后使外特 性陡度向右下方向倾斜时，为正调差特性，如图3-2-8-1 曲线3，表现为负载无功电流 增加时，端电压下降，改变正调差系数（即直线陡度），可使并列运行机组之间按合 理比例稳定地分配无功负荷；如果将中间电流互感器ZTA 的极性反接，则使外特性陡 度向右上方倾斜，为负调差特性，如图3-2-8-1 曲线4，表现为负载无功电流增加时，端电压上升，适用于电力系统要求某点电压恒定、在 负荷增加时需要补偿线路和变压器电压损耗的特殊场合；当调差电阻经切换开关短接 时，则调差电路基本不起作用，为自然调差，如图3-2-8-1 曲线2。发电机外特性曲线如下：U1 .无差调节特性2 .自然调节特性3 .正调差特性4 .负调差特性1零调差实验设置THLWL-3微机励磁装置的“无功调差系数”为“0"。具体操作参见附录三THLWL微机励磁装置使用说明。降低系统电压来增加发电机无功输出。可通过调节15kVA自耦调压器来降低系统电压，记录Ug 和Q 数值到表3-2-8-1，并在图3-2-8-2 内作出调节特性曲线。2正调差实验 设置THLWL-3微机励磁装置的“无功调差系数”为“5"。具体操作参见附录三。降低系统电压来增加发电机无功输出。可通过调节15kVA自耦调压器来降低系统 电压，记录Ug 和Q 数值到表3-2-8-1，并在图3-2-8-2 内作出调节特性曲线。3负调差实验 设置THLWL-3微机励磁装置的“无功调差系数”为“-5"。具体操作参见附录三。降低系统电压来增加发电机无功输出。可通过调节15kVA自耦调压器来降低系统 电压，记录Ug 和Q 数值到表3-2-8-1，并在图3-2-8-2 内作出调节特性曲线。四、实验报告1分析具有负调差特性的发电机能否在发电机电压母线上并联运行。实验心得体会这次实验让我们深入理解调差原理，掌握改变发电机电压调节特性斜率的方法。 多台机组在同一母线上并联运行时，无功功率分配与无功调节特性的关系。理解调差 系数的涵义及其发电机外特性曲线。为了改变发电机外特性曲线，使并列运行的各台 机组之间合理分配无功负荷，或者为了维持系统某一点电压恒定，在负荷变化时，要 对电力网电压损耗进行补偿，因而设置了无功调差电路。常用的电流调差电路有两种： 一是取两相电流信号；二是取单相电流信号。因为发电机输出端电压主要与负载电流 的无功分量有关，故引入的电流信号滞后于相应的电压信号90°。实验让我们对发电机 组调压有了深刻的认识，对以后学习和工作奠定了基础。谢谢老师的细心教诲。实验四 手动准同期并网实验一、实验目的1加深理解同步发电机准同期并列运行原理，掌握准同期并列条件。2掌握手动准同期的概念及并网操作方法，准同期并列装置的分类和功能。3熟悉同步发电机手动准同期并列过程。二、原理说明在满足并列条件的情况下，只要控制得当，采用准同期并列方法可使冲击电流很 小且对电网扰动甚微，故准同期并列方式是电力系统运行中的主要并列方式。准同期 并列要求在合闸前通过调整待并发电机组的电压和转速，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。依并列操作的自动化程度，又可分为手动准同期、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。 它能反映发电机组与系统间的同步情况，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 反映电机组与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（相同点）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。准同期控制装置根据给定的允许压差和允许频差，不断地检测准同期 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，在整定的越前时间送出合闸脉冲。三、实验内容与步骤选定实验台面板上的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机励磁” 位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置；将“同期方式”旋钮开关打到“手 动”位置。微机励磁装置设置为“恒Ug”控制方式。1发电机组起励建压，使n=1485 rpm；Ug390V。（操作步骤见第一章）将自耦调压 器的旋钮逆时针旋至最小。按下QF7 合闸按钮，观察实验台上系统电压表，顺时针旋 转旋钮至显示线电压400V，然后按下QF1 和QF3 合闸按钮。2在手动准同期方式下，发电机组的并列运行操作在这种情况下，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。 将实验台上的“同期表控制”旋钮打到“投入”状态。投入模拟同期表。观察模拟 式同期表中，频差和压差指针的偏转方向和偏转角度，以及和相角差指针的旋转方向。 按下微机调速装置上的“+”键进行增频，同期表的频差指针接近于零；此时同期 表的压差指针也应接近于零，否则，调节微机励磁装置。观察整步表上指针位置，当相角差指针旋转至接近0度位置时（此时相差也满足条 件），手动按下QF0 合闸，合闸成功后，并网指示灯闪烁蜂鸣。观察并记录合闸时的 冲击电流。将并网前的初始条件调整为：发电机端电压为410V， n=1515 rpm，重复以上实验， 注意观察各种实验现象。3在手动准同期方式下，偏离准同期并列条件，发电机组的并列运行操作本实验分别 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；电压差、相角差条件满足，频率差不满足，在fg>fs和fg<fs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3-3-5-1；注意：频率差不要大于0.5Hz。频率差、相角差条件满足，电压差不满足，Vg>Vs和Vg<Vs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3-3-5-1;注意：电压差不要大于额定电压的10。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3-3-5-1。注意：相角差不要大于30°。发电机组的解列和停机。（见实验一）。四、实验报告1根据实验数据，比较满足同期并列条件与偏离准同期并列条件合闸时，对发电机组 和系统并列时的影响。答：电压不等时：并列后，发电机组和系统间有无功性质的环流出现；电压相位不 一致：可能产生很大的冲击电流，使发电机烧毁，或使端部受到巨大的电动力的作用 而毁坏；频率不等：将产生拍振电压和拍振电流，这个拍振电流的有共分两在发电机 轴上产生的力矩将使发电机组产生机械振动。当频率差较大时，甚至使发电机组并后 不能同步。实验心得发电机用准同期法并列时，应满足电压、周波、相位相同这3个条件，如果由于操 作不当或其它原因，并列时没有满足这3个条件，发电机就会非同期并列，它可能使发 电机损坏，并对系统造成强烈的冲击，因此应注意防止此类故障的发生。 当待并发电 机与系统的电压不相同，其间存有电压差，在并列时就会产生一定的冲击电流。一般 当电压相差在±10%以内时，冲击电流不太大，对发电机也没有什么危险。如果并列时 电压相差较多，特别是大容量电机并列时，如果其电压远低于系统电压，那么在并列 时除了产生很大的电流冲击外，还会使系统电压下降，可能使事故扩大。一般在并列 时，应使待并发电机的电压稍高于系统电压。 如果待并发电机电压与系统电压的相位 不同，并列时引起的冲击电流将产生同期力矩，使待并发电机立刻牵入同步。如果相 位差在+300以内时，产生的冲击电流和同期力矩不会造成严重影响。如果相位差很大 时，冲击电流和同期力矩将很大，可能达到三相短路电流的2倍，它将使定子线棒和转 轴受到一个很大的冲击应力，可能造成定子端部绕组严重变形，联轴器螺栓被剪断等 严重后果。 为防止非同期并列，有些厂在手动准同期装置中加装了电压差检查装置和 相角闭锁装置，以保证在并列时电差、相角差不超过允许值。实验五 半自动准同期并网实验一、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掌握半自动准同期装置的工作原理及使用方法。3熟悉同步发电机半自动准同期并列过程。二、原理说明为了使待并发电机组满足并列条件，完成并列自动化的任务，自动准同期装置需要满 足以下基本技术要求：1在频差及电压差均满足要求时，自动准同期装置应在恒定越前时间瞬间发出合闸信 号，使断路器在e=0 时闭合。2在频差或电压差有任一满足要求时，或都不满足要求时，虽然恒定越前时间到达， 自动准同期装置不发出合闸信号。3在完成上述两项基本技术要求后，自动准同期装置要具有均压和均频的功能。如果 频差满足要求，是发电机的转速引起的，此时自动准同期装置要发出均频脉冲，改变 发电机组的转速。如果电压差不满足要求，是发电机的励磁电流引起的，此时自动准 同期装置要发出均压脉冲，改变发电机的励磁电流的大小。同步发电机的自动准同期装置按自动化程度可分为：半自动准同期并列装置和自 动准同期并列装置。半自动准同期并列装置没有频差调节和压差调节功能。并列时，待并发电机的频 率和电压由运行人员监视和调整，当频率和电压都满足并列条件时，并列装置就在合 适的时间发出合闸信号。它与手动并列的区别仅仅是合闸信号由该装置经判断后自动 发出，而不是由运行人员手动发出。三、实验内容与步骤选定实验台面板上的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机励磁”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置；将“同期方式”旋钮开关打到“半 自动”位置。微机励磁装置设置为“恒Ug”控制方式；“手动”方式。1发电机组起励建压，使n=1480rpm；Ug=400V。2查看微机准同期的各整定项是否为附录八中表4-8-2 的设置（出厂设置）。如果不 符，则进行相关修改。然后，修改准同期装置中的整定项：“自动调频”：退出。“自动调压”：退出。“自动合闸”：投入。注：QF0 合闸时间整定继电器设置为td-（4060ms）。td 为微机准同期装置的导前 时间设置，出厂设置为100ms，所以时间继电器设置为4060ms3在半自动准同期方式下，发电机组的并列运行操作在这种情况下，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，微机准同期装置控制合闸按钮进 行合闸。 观察微机准同期装置压差闭锁和升压和降压指示灯的变化情况。升压指示灯亮，相 应操作微机励磁装置上的“”键进行升压，直至“压差闭锁”灯熄灭；降压指示灯 亮，相应操作微机励磁装置上的“”键进行降压，直至“压差闭锁”灯熄灭。此调 节过程中，观察并记录观察并记录压差减小过程中，模拟式同期表中，电压平衡表指 针的偏转方向和偏转角度的大小的变化情况。观察微机准同期装置频差闭锁和加速和减速指示灯的变化情况。加速指示灯亮，相 应操作微机调速装置上的“”键进行增频，直至“频差闭锁”灯熄灭；减速指示灯 亮，相应操作微机励磁装置的“”键进行减频，直至“频差闭锁”灯熄灭。此调节过程中，观察并记录观察并记录频差减小过程中，模拟式同期表中，频差平衡表指针 的偏转方向和偏转角度的大小的变化，以及相位差指针旋转方向及旋转速度情况。“压差闭锁”和“频差闭锁”灯熄灭，表示压差、频差均满足条件，微机装置自动 判断相差也满足条件时，发出QF0 合闸命令，QF0 合闸成功后，并网指示灯闪烁蜂鸣。 观察并记录合闸时的冲击电流。将并网前的初始条件调整为：发电机端电压为410V， n=1515 rpm，重复以上实验，注意观察各种实验现象。发电机组的解列和停机。四、实验报告1通过实验过程，分析半自动准同期与手动准同期的异同点：答：自动准同期就是通过仪器比较系统和机端电压、频率、相位，通过比较差值， 自准装置发出调节脉冲，调节机端电压、频率，使之与系统相等，在相位差为0到正负 20°范围发出合闸脉冲，使断路器合闸；手动准同期是通过同步表比较机端电压、频 率、相位，根据差值，手动调节机端电压、频率，使之与系统相等，当同步表指针转 到正负20°时，手动合闸并列。实验心得体会通过半自动准同期并网实验。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。让我们队半自动准同期装置有了直观的认识，掌握的工作原理及使用方法。 熟悉同步发电机半自动准同期并列过程。为了使待并发电机组满足并列条件，完成并 列自动化的任务，我们按照实验步骤完成了这次实验。在理论践行实践上，加深了我 们的对知识的掌握，再次谢谢顾老师的教诲。实验六 动准同期并网实验一、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掌握自动准同期装置的工作原理及使用方法。3熟悉同步发电机准同期并列过程。二、原理说明自动准同期并列装置的原理框图自动准同期并列装置设置与半自动准同期并列装置相比，增加了频差调节和压差 调节功能，自动化程度大大提高。微机准同期装置的均频调节功能，主要实现滑差方向的检测以及调整脉冲展宽， 向发电机组的调速机构发出准确的调速信号，使发电机组与系统间尽快满足允许并列 的要求。微机准同期装置的均压调节功能，主要实现压差方向的检测以及调整脉冲展宽， 向发电机的励磁系统发出准确的调压信号，使发电机组与系统间尽快满足允许并列的 要求。此过程中要考虑励磁系统的时间常数，电压升降平稳后，再进行一次均压控制，以使压差达到较小的数值，更有利于平稳地进行并列。三、实验内容与步骤选定实验台上面板的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机励磁”位 置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置；将“同期方式”旋钮开关打到“自 动”位置。微机励磁装置设置为“恒Ug”控制方式；“自动”方式。1发电机组起励建压，使n=1480rpm；Ug=400V。（操作步骤见第一章）2查看微机准同期各整定项是否为附录八中表4-8-2 的设置（出厂设置）。如果不符， 则进行相关修改。然后，修改准同期装置中的整定项：“自动调频”：投入； “自动 调压”：投入。“自动合闸”：投入。3在自动准同期方式下，发电机组的并列运行操作在这种情况下，要满足并列条件， 需要微机准同期装置自动控制微机调速装置和微机励磁装置，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，微机准同期装置 控制合闸按钮进行合闸。 微机准同期装置的其他整定项（导前时间整定、允许频差、允许压差）分别按表 3-3-7-1、3-3-7-2 和3-3-7-3 修改。注：QF0 合闸时间整定继电器设置为td（4060ms）。td 为微机准同期装置的导前 时间设置。微机准同期装置各整定项的设置方法可参考附录四（微机准同期装置使用 说明）、实验三（压差、频差和相差闭锁与整定）等实验内容。操作微机励磁装置上的增、减速键和微机励磁装置升、降压键，Ug=410V, n=1515 rpm，待电机稳定后，按下微机准同期装置投入键。观察微机准同期装置当“升速”或“降速”命令指示灯亮时，微机调速装置上有 什么反应；当“升压”或“降压”命令指示灯亮时，微机励磁调节装置上有什么反应。微机准同期装置“升压”、“降压”、“增速”、“减速”命令指示灯亮时，观 察本记录旋转灯光整步表灯光的旋转方向、旋转速度，以及发出命令时对应的灯光的位置。微机准同期装置压差、频差、相差闭锁与“升压”、“降压”、“增速”、“减 速”灯的对应点亮关系，以及与旋转灯光整步表灯光的位置。注：当一次合闸过程完毕，微机准同期装置会自动解除合闸命令，避免二次合闸 。 此时若要再进行微机准同期并网，须按下“复位”按钮。表3-3-7-1微机准同期装置导前时间整定值叮井网冲H电流的关系导前时间设置td (S)0.10.30.5冲击电流Im (A)表3-3-7-2微机准同期装置允许频芳。并网冲Ji电流的关系允许频差比(Hz)0.30.20.1冲击电流Im(A)表3-3-7-3微机准同期装置允许东年叮并网冲击电流的关系允许压差Ud (V)SJ1冲击电流Iln (A)4发电机组的解列和停机。实验心得体会通过动准同期并网实验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。掌握自动准同期装置的工作原理及使用方法。熟悉同步发电机准同期并列过程。实验七 励磁调节器控制方式及其相互切换实验 一、实验目的1. 了解微机励磁调节器的几种控制方式及其各自特点。2通过实验理解励磁调节器无扰动切换的重要性。二、原理说明励磁调节器具有四种控制方式：恒发电机电压Ug，恒励磁电流Ie，恒给定电压UR和 恒无功Q。其中，恒UR为开环控制，而恒Ug，恒Ie和恒Q三种控制方式均采用PID控 制，PID控制原理框图如图2-3-1所示，系统由PID控制器和被控对象组成，PID算 法可表示为：e (t) = r (t) - C (t)2-3-1U(t) = KPe(t) +1/TI e(t)dt + TD de(t)/ dt2-3-2其中：u(t)调节计算的输出； KP比例增益；TI积分常数； TD微分常数。因上述算法用于连续模拟控制，而此处采用采样控制，故对上述两个方程离散化，当 采样周期T很小时，用一阶差分代替一阶微分，用累加代替积分，则第n次采样的调 节量为：u(n) = KPe(n) + T /TI e(i) + TD /Te(n) - e(n -1)+ U02-3-3式中：u0偏差为0 时的初值。2-3-4则第n-1 次采样的调节量为：u(n -1) = KPe(n -1) + T /TI e(i) + TD /Te(n -1) - e(n - 2)+ U0两式2-3-3和2-3-4式相减，得增量型PlD算法，表示如下：&侬="(") "(",D=2_3_-KP")-e( -1)+KL)+&)- 2e("-1)+电-2)式中：KF一比例系数:KL积分系数，& =兴； Kz一微分系数，Kd =/每种控制方式对应一套PID 参数(KP、KI 和KD)，可根据要求设置，设置原则：比例 系数加大，系统响应速度快，减小误差，偏大，振荡次数变多，调节时间加长，太大， 系统趋于不稳定；积分系数加大，可提高系统的无差度，偏大，振荡次数变多；微分 系数加大，可