自动装置实验报告Word文件下载.docx

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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、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；

图1正弦整步电压波形

（1）图2正弦整步电压波形

（2）

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。

图3三角波波形

图4脉冲宽度变化过程图a图5脉冲宽度变化过程图b

图6脉冲宽度变化过程图c图7脉冲宽度变化过程图d

（三）手动准同期

1．按准同期并列条件合闸

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，相应操作微机励磁调节器上的增磁或减磁按钮进行调压，直至“压差闭锁”灯熄灭。

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。

（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。

（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。

（六）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；

答：

手动准同期：

将“同期方式”转换开关置“手动”位置。

自动准同期：

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。

所有过程全部由微机完成，没有人的操作。

2．分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关；

（1）电压幅值影响，冲击电流主要为无功分量；

（2）合闸相角差的影响，该值较小时，冲击电流主要是有功分量；

（3）频率不相等时，如果合闸时间不恰当，可能在较大相角差时合闸，引起较大冲击电流；

如果合闸信号时间恰当，可能在两电压重合的时间合闸，从而使冲击电流等于零。

3．分析正弦整步电压波形的变化规律；

由图1可以看出，正弦整步电压波形的是正弦脉动波，它的包络是正弦型的，即

和

之差幅值是的包络的，是正弦变化。

4．滑差频率fs，开关时间tyq的整定原则？

最大允许滑差角频率为

其中

决定于发电机的允许冲击电流最大值，

、

分别是断路器动作误差时间、自动装置动作误差时间。

可以由此求出。

越前时间

自动装置合闸信号输出回路的动作时间，

是并列断路器合闸时间。

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？

不能并列。

相序不同相当于两相短路，会形成很大的环流，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．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？

会使得

相角相差180°

，如果仍以相同条件进行同期合闸操作，此时合闸的电压差是最大的，合闸将引起非常大的冲击电流。

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？

本质区别是是否需要检测同期。

准同期是发电机与电网相序相同、电压相等、频率相等、相位相同才能合闸。

而自同期是系统将电机拉入同步，因此不需检测同期。

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？

与合闸时候的电压幅值差

，合闸相角差

，发电机次暂态电抗

，电力系统等值电抗

，

发电机交轴次暂态电抗

，发电机交轴次暂态电势

等因素有关。

频率差变化或电压差变化时，正弦整步电压的随着频率差变化或电压差变化而变化。

因为不仅与电压差值有关，还与合闸相角差

有关，而频率差变化是

也会变化。

所以正弦整步电压随着它们的变化而变化。

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？

答：

这是存在合闸相角差

的现象，应该采取恒定越前相角或者恒定越前时间方法进行合闸操作。

同步发电机励磁控制实验

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。

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α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α（保持控制角稳定）。

其中，恒α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α小于90°

；

当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α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。

（一）不同α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α运行方式：

操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面板上的“恒α”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α，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α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α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α角来；

完成此表后，比较三种途径得出的α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α

励磁电压Ufd

交流输入电压UAC

由公式计算的α

示波器读出的α

（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？

（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？

（1）α=120°

时的波形

图1直流励磁电压Ud图2Ua的波形

图3Uac的波形图4触发信号

（2）α=90°

图5直流励磁电压Ud图6Ua的波形

图7Uac的波形图8触发信号

（3）α=60°

图9直流励磁电压Ud图10Ua的波形

图11Uac的波形图12触发信号

四、实验报告要求

1.比较各项的实验数据，分析其产生的原因。

由图1到图12几个相关波形，可以得出触发角越小平均电压Ud越大，从而得到更大的励磁电流。

理论上触发角90°

到180°

时处于逆变状态，实际观察到触发角为90°

时电路输出平均电压不为零，而且波形有点畸变，正负半周波形不对称，这可能跟励磁绕组的阻感性质还有其他的干扰因素有关。

1．三相可控桥对触发脉冲有什么要求？

六个晶闸管的触发脉冲按顺序，依次相差60°

器件换相只在本组内进行，每隔120°

换相一次，所以共阴极组的触发脉冲相位依次差120°

，共阳极组也依次相差120°

同一相的上下两个桥臂触发脉冲相位相差180°

。

2．为什么在恒α方式下，必须手动“增磁”才能起励建压？

因为恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。

所以它不能自动跟踪系统起励，而需要手动“增磁”才能起励建压。

六、实验心得体会