同步发电机准同期并列实验.docx
《同步发电机准同期并列实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《同步发电机准同期并列实验.docx（39页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
同步发电机准同期并列实验
验室进行,不得在电厂机组上使用!
!
!
实验...实验
同步发电机准同期并列
实验
、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、原理与说明
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、实验项目和方法
一）机组启动与建压
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、红灯熄。
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），在并网后显示控制量（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“断开”位置；
6.合上系统电压开关和线路开关QFi,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、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;
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，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
相应操作微机励磁灯熄灭。
相应操作微机调速
将“同期方式”转换开关置“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。
观察微机准同期控制器上显示的发电机电压和系统电压，调节器上的增磁或减磁按钮进行调压，直至“压差闭锁”
观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，器上的增速或减速按钮进行调速，直至“频差闭锁”灯熄灭。
此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至0o位置前某一合适时刻时，即可合闸。
观察并记录合闸时的冲击电流。
具体实验步骤如下：
（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、红灯熄。
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），在并网后显示控制量（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“模拟方式”按钮按下，使“模拟方式”灯亮；
（4）缓慢调节“模拟调节”电位器指针，使原动机转速达到起额定；
（5）励磁调节器在选择“手动励磁”开关之前需要检查手动励磁调压器是否在0位置，如不在应调在0位置，再合上励磁开关；
（6）缓慢调节手动励磁调压器，使发电机电压达到380V,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QF1QF3检查系统电压接近额定值380V
（8）选择实验台上“同期方式”为“手动同期”档；
（9）测同期表，其频差，压差和相差指针在中间平衡位置时合上“发电机开关”按钮。
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：
具体实验步骤如下：
（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、红灯熄。
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），在并网后显示控制量（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“模拟方式”按钮按下，使“模拟方式”灯亮；
（4）缓慢调节“模拟调节”电位器指针，使原动机转速达到起额定；
（5）励磁调节器在选择“手动励磁”开关之前需要检查手动励磁调压器是否在0位置，如不在应调在0位置，再合上励磁开关；
（6）缓慢调节手动励磁调压器，使发电机电压达到380V,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QF,QF,检查系统电压接近额定值380V
（8）选择实验台上“同期方式”为“手动同期”档；
（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1-1。
a.电压差相角差条件满足，频率差不满足，在fF>fx和fFvfx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：
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VfvVx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;注意：
电压差不要大于额定电压的10%。
c.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1-1。
注意：
相角差不要大于30度。
表1-1
fF>fx
fFVf>Vx
Vf顺时针
逆时针
P（kW）
Q（kVAR）
注：
有功功率P和无功功率Q也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，按下准同期控制器上的“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，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。
具体实验步骤如下：
（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、红灯熄。
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），在并网后显示控制量（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”按钮按下，即微机手动方式开机，调速器面板上“微机手动”灯亮；
（4）按住“增速”按钮，使原动机转速达到起额定（按住“增速”或“减速”按钮5秒钟内微机会自动增，减速；
（5）励磁调节器在选择“手动励磁”开关之前需要检查手动励磁调压器是否在0位置，如不在应调在0位置，再合上励磁开关；
（6）缓慢调节手动励磁调压器，使发电机电压达到380V,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QF,QF,检查系统电压接近额定值380V
（8）选择实验台上“同期方式”为“手动同期”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合上“发电机开关”按钮。
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、均频控制并检测合闸条件，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。
具体实验步骤如下：
（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、红灯熄。
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），在并网后显示控制量（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）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）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）
调节“增磁”/“减磁”按钮使数码显示管上Ug参数为380,松开“灭使发电机电压达到380V;
合上系统电压开关和线路开关QF,QF,检查系统电压接近额定值380V选择实验台上“同期方式”为“微机全自动同期”档；
调节“同期开关时间”与微机同期装置中参数一的时间整定相同，然
励磁调节器选择“微机它励”方式，励磁调节器选择恒Uf方式，再合上励磁开关；
（6）
磁”按钮，
（7）
（8）
（9）后按下“同期命令”按钮，等待微机自动并网。
（六）准同期条件的整定
（再按一下“参
8个参数，可均压脉冲周期、
按“参数设置”按钮使“参数设置”灯亮进入参数设置状态，数设置”按钮即可使“参数设置”灯熄退出参数设置状态）共显示供修改的参数共有7个，即开关时间、频差允许值、压差允许值、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，单位为毫秒。
以上7个参数按“参数选择”按钮可循环出现，按上三角或下三角按钮可改变其大小。
改变某些参数来重复做一下全自动同期（参数整定参见《WDT-m电力系统综合自动化实验台说明书》）。
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下并列过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值Im,填入表1-2。
表1-2
整定同期开关时间（S）
0.1
0.2
0.3
0.4
实测开关时间（S）
冲击电流Im（A）
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
1-3。
注：
此实验微机调速器工作在微机手动方式。
表1-3
频差允许值△f（Hz）
0.4
0.3
0.2
0.1
冲击电流Im（A）
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1-4。
表1-4
压差允许值△V（V）
5
4
3
2
冲击电流Im（A）
（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。
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？
注意事项:
1•手动合闸时，仔细观察整步表上的旋转灯，在旋转灯接近Oo位置之前某一时刻合闸。
2.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。
3．微机自动励磁调节器上的增减磁按钮按键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需调节则松开按钮，重新按下。
4．在做三种同期切换方式时，做完一项后，需做另一项时，断开断路器开
关，然后选择“同期方式”转换开关。
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．电压互感器的极性如果有一侧（系统侧或发电机侧）接反，会有何结果？
3．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？
4．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？
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fFVfx,Vf>Vx或者Vf为什么？
、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、原理与说明
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
实验用的励磁控制系统示意图如图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a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a（保持控制角稳定）。
其中，恒a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a小于90°；当正
常停机或事故停机时，调节器使控制角a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、实验项目和方法
（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。
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”），同时通过接在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2-1
励磁电流Ifd
0.0A
0.5A
1.5A
2.5A
显示控制角a
励磁电压Ufd
交流输入电压Uac
由公式计算的a
示波器读出的a
（6）调节控制角大于90度但小于120度，观察全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？
为什么？
（7）调节控制角大于120度，观察全控桥输出电压波形，与课本所画波形有何不同？
为什么？
（2）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a方式起励和恒Il方式起励。
其中，除了恒a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。
恒Uf方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”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定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定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为85%〜115%额定电压；“跟踪系统电压起励”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Il方式起励，也是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序自动设定，人工不能干预，起励后的发电机电压一般为20%额定电压左右；恒a方式起励只适用于它励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始由人工调节逐渐增加励磁，完成起励建压任务。
1.恒Uf方式起励步骤
（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）。
录波，观察起励曲线，测定起励时间，上升速度，超调，振荡次数，稳定时间等指标，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，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。
改变系统电压，重复起励（无需停机、开机，只需灭磁、解除灭磁），观察记录发电机电压的跟踪精度和有效跟踪范围以及在有效跟踪范围外起励的稳定电压。
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，恢复投入“励磁开关”（注意：
若改换励磁方式时，必须首先按下灭磁按钮
）本励磁调
并断开励磁开关！
否则将可能引起转子过电压，危及励磁系统安全。
这里只
UF起励方
节器将它励恒Uf运行方式下的起励模式设计成“设定电压起励”方式是为了试验方便，实际励磁调节器不论何种励磁方式均可有两种恒式），起励前允许运行人员手动借助增减磁按钮设定电压給定值，选择范围为0〜
110%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，观察起励过程，记录设定值和起励后的稳定值。
2．恒IL方式起励步骤
（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II”按钮选择恒Il控制方式，此时恒II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
升级会员 