自動(dòng)裝置實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 : 1、同步發(fā)電機(jī)并車實(shí)驗(yàn) 2、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制實(shí)驗(yàn)學(xué) 院 : 電氣信息學(xué)院專 業(yè) : 任課老師 : 班 級(jí) : 2010級(jí) 學(xué) 號(hào) : 姓 名 : 同步發(fā)電機(jī)并車實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?加深理解同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列原理，掌握準(zhǔn)同期并列條件；2掌握微機(jī)準(zhǔn)同期控制器及模擬式綜合整步表的使用方法；3熟悉同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列過(guò)程；4觀察、分析有關(guān)波形。二、原理與說(shuō)明將同步發(fā)電機(jī)并入電力系統(tǒng)的合閘操作通常采用準(zhǔn)同期并列方式。準(zhǔn)同期并列要求在合閘前通過(guò)調(diào)整待并機(jī)組的電壓和轉(zhuǎn)速，當(dāng)滿足電壓幅值和頻率條件后，根據(jù)“恒定越前時(shí)間原理”，由運(yùn)行操作人員手動(dòng)或由準(zhǔn)同期控制器自動(dòng)選

2、擇合適時(shí)機(jī)發(fā)出合閘命令，這種并列操作的合閘沖擊電流一般很小，并且機(jī)組投入電力系統(tǒng)后能被迅速拉入同步。根據(jù)并列操作的自動(dòng)化程度不同，又分為手動(dòng)準(zhǔn)同期、半自動(dòng)準(zhǔn)同期和全自動(dòng)準(zhǔn)同期三種方式。正弦整步電壓是不同頻率的兩正弦電壓之差，其幅值作周期性的正弦規(guī)律變化。它能反映兩個(gè)待并系統(tǒng)間的同步情況，如頻率差、相角差以及電壓幅值差。線性整步電壓反映的是不同頻率的兩方波電壓間相角差的變化規(guī)律，其波形為三角波。它能反映兩個(gè)待并系統(tǒng)間的頻率差和相角差，并且不受電壓幅值差的影響，因此得到廣泛應(yīng)用。手動(dòng)準(zhǔn)同期并列，應(yīng)在正弦整步電壓的最低點(diǎn)(同相點(diǎn))時(shí)合閘，考慮到斷路器的固有合閘時(shí)間，實(shí)際發(fā)出合閘命令的時(shí)刻應(yīng)提前一個(gè)相

3、應(yīng)的時(shí)間或角度。自動(dòng)準(zhǔn)同期并列，通常采用恒定越前時(shí)間原理工作，這個(gè)越前時(shí)間可按斷路器的合閘時(shí)間整定。準(zhǔn)同期控制器根據(jù)給定的允許壓差和允許頻差，不斷地檢查準(zhǔn)同期條件是否滿足，在不滿足要求時(shí)閉鎖合閘并且發(fā)出均壓均頻控制脈沖。當(dāng)所有條件均滿足時(shí)，在整定的越前時(shí)刻送出合閘脈沖。三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和方法（一）機(jī)組啟動(dòng)與建壓1檢查調(diào)速器上“模擬調(diào)節(jié)”電位器指針是否指在0位置，如不在則應(yīng)調(diào)到0位置；2合上操作電源開(kāi)關(guān)，檢查實(shí)驗(yàn)臺(tái)上各開(kāi)關(guān)狀態(tài)：各開(kāi)關(guān)信號(hào)燈應(yīng)綠燈亮、紅燈熄。調(diào)速器面板上數(shù)碼管在并網(wǎng)前顯示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（左）和控制量（右），在并網(wǎng)后顯示控制量（左）和功率角（右）。調(diào)速器上“并網(wǎng)”燈和“微機(jī)故障”燈均為熄滅

4、狀態(tài)，“輸出零”燈亮；3按調(diào)速器上的“微機(jī)方式自動(dòng)/手動(dòng)”按鈕使“微機(jī)自動(dòng)”燈亮；4勵(lì)磁調(diào)節(jié)器選擇它勵(lì)、恒UF運(yùn)行方式，合上勵(lì)磁開(kāi)關(guān)；5把實(shí)驗(yàn)臺(tái)上“同期方式”開(kāi)關(guān)置“斷開(kāi)”位置；6合上系統(tǒng)電壓開(kāi)關(guān)和線路開(kāi)關(guān)QF1，QF3，檢查系統(tǒng)電壓接近額定值380V；7合上原動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)，按“停機(jī)/開(kāi)機(jī)”按鈕使“開(kāi)機(jī)”燈亮，調(diào)速器將自動(dòng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)到額定轉(zhuǎn)速；8當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升到95%以上時(shí)，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)將發(fā)電機(jī)電壓建壓到與系統(tǒng)電壓相等。（二）觀察與分析1操作調(diào)速器上的增速或減速按鈕調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)速，記錄微機(jī)準(zhǔn)同期控制器顯示的發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)頻率。觀察并記錄旋轉(zhuǎn)燈光整步表上燈光旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)速度與頻差方向及頻差大小的對(duì)

5、應(yīng)關(guān)系；觀察并記錄不同頻差方向，不同頻差大小時(shí)的模擬式整步表的指針旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)速度、頻率平衡表指針的偏轉(zhuǎn)方向及偏轉(zhuǎn)角度的大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 2操作勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上的增磁或減磁按鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)端電壓，觀察并記錄不同電壓差方向、不同電壓差大小時(shí)的模擬式電壓平衡表指針的偏轉(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度的大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系；3調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電壓，觀察并記錄微機(jī)準(zhǔn)同期控制器的頻差閉鎖、壓差閉鎖、相差閉鎖燈亮熄規(guī)律；4將示波器跨接在“發(fā)電機(jī)電壓”測(cè)孔與“系統(tǒng)電壓”測(cè)孔間，觀察正弦整步電壓（即脈動(dòng)電壓）波形，觀察并記錄整步表旋轉(zhuǎn)速度與正弦整步電壓的周期的關(guān)系；觀察并記錄電壓幅值差大小與正弦整步電壓最小幅值間的關(guān)系；觀察并記錄正弦整步電

6、壓幅值達(dá)到最小值得時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的整步表指針位置和燈光位置； 圖1 正弦整步電壓波形（1） 圖2 正弦整步電壓波形（2）5用示波器跨接到“三角波”測(cè)孔與“參考地”測(cè)孔之間，觀察線性整步電壓（即三角波）的波形，觀察并記錄整步表旋轉(zhuǎn)速度與線性整步電壓的周期的關(guān)系；觀察并記錄電壓幅值差大小與線性整步電壓最小幅值間的關(guān)系；觀察并記錄線性整步電壓幅值達(dá)到最小值得時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的整步表指針位置和燈光位置。圖3 三角波波形 圖4 脈沖寬度變化過(guò)程圖a 圖5 脈沖寬度變化過(guò)程圖b 圖6 脈沖寬度變化過(guò)程圖c 圖7 脈沖寬度變化過(guò)程圖d（三）手動(dòng)準(zhǔn)同期1按準(zhǔn)同期并列條件合閘將“同期方式”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置“手動(dòng)”位置。在這種情

7、況下，要滿足并列條件，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓、頻率，直至電壓差、頻差在允許范圍內(nèi)，相角差在零度前某一合適位置時(shí)，手動(dòng)操作合閘按鈕進(jìn)行合閘。觀察微機(jī)準(zhǔn)同期控制器上顯示的發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓，相應(yīng)操作微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上的增磁或減磁按鈕進(jìn)行調(diào)壓，直至 “壓差閉鎖”燈熄滅。觀察微機(jī)準(zhǔn)同期控制器上顯示的發(fā)電機(jī)頻率和系統(tǒng)頻率，相應(yīng)操作微機(jī)調(diào)速器上的增速或減速按鈕進(jìn)行調(diào)速，直至 “頻差閉鎖”燈熄滅。此時(shí)表示壓差、頻差均滿足條件，觀察整步表上旋轉(zhuǎn)燈位置，當(dāng)旋轉(zhuǎn)至0º 位置前某一合適時(shí)刻時(shí)，即可合閘。觀察并記錄合閘時(shí)的沖擊電流。（四）半自動(dòng)準(zhǔn)同期將“同期方式”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置“半自動(dòng)”位置，按下準(zhǔn)同期控制器上

8、的“同期”按鈕即向準(zhǔn)同期控制器發(fā)出同期并列命令，此時(shí)，同期命令指示燈亮，微機(jī)正常燈閃爍加快。準(zhǔn)同期控制器將給出相應(yīng)操作指示信息，運(yùn)行人員可以按這個(gè)指示進(jìn)行相應(yīng)操作。調(diào)速調(diào)壓方法同手動(dòng)準(zhǔn)同期。當(dāng)壓差、頻差條件滿足時(shí)，整步表上旋轉(zhuǎn)燈光旋轉(zhuǎn)至接近0º 位置時(shí)，整步表圓盤中心燈亮，表示全部條件滿足，準(zhǔn)同期控制器會(huì)自動(dòng)發(fā)出合閘命令，“合閘出口”燈亮，隨后DL燈亮，表示已經(jīng)合閘。同期命令指示燈熄，微機(jī)正常燈恢復(fù)正常閃爍，進(jìn)入待命狀態(tài)。（五）全自動(dòng)準(zhǔn)同期將“同期方式”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置“全自動(dòng)”位置；按下準(zhǔn)同期控制器的“同期”按鈕，同期命令指示燈亮，微機(jī)正常燈閃爍加快，此時(shí)，微機(jī)準(zhǔn)同期控制器將自動(dòng)進(jìn)行均壓

9、、均頻控制并檢測(cè)合閘條件，一旦合閘條件滿足即發(fā)出合閘命令。在全自動(dòng)過(guò)程中，觀察當(dāng)“升速”或“降速”命令指示燈亮?xí)r，調(diào)速器上有什么反應(yīng)；當(dāng)“升壓”或“降壓”命令指示燈亮?xí)r，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上有什么反應(yīng)。當(dāng)一次合閘過(guò)程完畢，控制器會(huì)自動(dòng)解除合閘命令，避免二次合閘；此時(shí)同期命令指示燈熄，微機(jī)正常燈恢復(fù)正常閃爍。（六）停機(jī)當(dāng)同步發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列之后，按調(diào)速器的“停機(jī)/開(kāi)機(jī)”按鈕使“停機(jī)”燈亮，即可自動(dòng)停機(jī)，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降到85%以下時(shí)，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)逆變滅磁。待機(jī)組停穩(wěn)后斷開(kāi)原動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)，跳開(kāi)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)以及線路和無(wú)窮大電源開(kāi)關(guān)。切斷操作電源開(kāi)關(guān)。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1比較手動(dòng)準(zhǔn)同期和自動(dòng)準(zhǔn)同期的調(diào)整并列過(guò)程；

10、答：手動(dòng)準(zhǔn)同期：將“同期方式”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置“手動(dòng)”位置。在這種情況下，要滿足并列條件，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓、頻率，直至電壓差、頻差在允許范圍內(nèi)，相角差在零度前某一合適位置時(shí)，手動(dòng)操作合閘按鈕進(jìn)行合閘。自動(dòng)準(zhǔn)同期：將“同期方式”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置“全自動(dòng)”位置；按下準(zhǔn)同期控制器的“同期”按鈕，同期命令指示燈亮，微機(jī)正常燈閃爍加快。此時(shí)，微機(jī)準(zhǔn)同期控制器將自動(dòng)進(jìn)行均壓、均頻控制并檢測(cè)合閘條件，一旦合閘條件滿足即發(fā)出合閘命令。所有過(guò)程全部由微機(jī)完成，沒(méi)有人的操作。2分析合閘沖擊電流的大小與哪些因素有關(guān)；答：（1）電壓幅值影響，沖擊電流主要為無(wú)功分量；（2）合閘相角差的影響，該值較小時(shí)，沖擊電流主要是有功分量

11、；（3）頻率不相等時(shí)，如果合閘時(shí)間不恰當(dāng)，可能在較大相角差時(shí)合閘，引起較大沖擊電流；如果合閘信號(hào)時(shí)間恰當(dāng)，可能在兩電壓重合的時(shí)間合閘，從而使沖擊電流等于零。3分析正弦整步電壓波形的變化規(guī)律；答：由圖1可以看出，正弦整步電壓波形的是正弦脈動(dòng)波，它的包絡(luò)是正弦型的，即UG和Ux之差幅值是的包絡(luò)的，是正弦變化。4滑差頻率fs，開(kāi)關(guān)時(shí)間tyq 的整定原則？答：最大允許滑差角頻率為sy=eytc+tQF 其中ey決定于發(fā)電機(jī)的允許沖擊電流最大值，tc、tQF分別是斷路器動(dòng)作誤差時(shí)間、自動(dòng)裝置動(dòng)作誤差時(shí)間。fs可以由此求出。越前時(shí)間 tyq=tc+tQFtc自動(dòng)裝置合閘信號(hào)輸出回路的動(dòng)作時(shí)間，tQF是并列

12、斷路器合閘時(shí)間。五、思考題1相序不對(duì)(如系統(tǒng)側(cè)相序?yàn)锳、B、C、為發(fā)電機(jī)側(cè)相序?yàn)锳、C、B)，能否并列？為什么？答：不能并列。相序不同相當(dāng)于兩相短路，會(huì)形成很大的環(huán)流，輕則設(shè)備開(kāi)關(guān)跳閘，重則電源網(wǎng)絡(luò)（總變電站）跳閘，導(dǎo)致網(wǎng)域大部分停電事故。2電壓互感器的極性如果有一側(cè)(系統(tǒng)側(cè)或發(fā)電機(jī)側(cè))接反，會(huì)有何結(jié)果？答：會(huì)使得UG和Ux相角相差180°，如果仍以相同條件進(jìn)行同期合閘操作，此時(shí)合閘的電壓差是最大的，合閘將引起非常大的沖擊電流。3準(zhǔn)同期并列與自同期并列，在本質(zhì)上有何差別？如果在這套機(jī)組上實(shí)驗(yàn)自同期并列，應(yīng)如何操作？答：本質(zhì)區(qū)別是是否需要檢測(cè)同期。準(zhǔn)同期是發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)相序相同、電壓相等

13、、頻率相等、相位相同才能合閘。而自同期是系統(tǒng)將電機(jī)拉入同步，因此不需檢測(cè)同期。4合閘沖擊電流的大小與哪些因素有關(guān)？頻率差變化或電壓差變化時(shí)，正弦整步電壓的變化規(guī)律如何？答：與合閘時(shí)候的電壓幅值差UG-UX，合閘相角差e，發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗Xd''，電力系統(tǒng)等值電抗Xx，發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電抗Xq''，發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電勢(shì)Eq''等因素有關(guān)。頻率差變化或電壓差變化時(shí)，正弦整步電壓的隨著頻率差變化或電壓差變化而變化。因?yàn)椴粌H與電壓差值有關(guān)，還與合閘相角差e有關(guān)，而頻率差變化是e也會(huì)變化。所以正弦整步電壓隨著它們的變化而變化。5當(dāng)兩側(cè)頻率幾乎相等，電壓差也

14、在允許范圍內(nèi)，但合閘命令遲遲不能發(fā)出，這是一種什么現(xiàn)象？應(yīng)采取什么措施解決？ 答：這是存在合閘相角差e的現(xiàn)象，應(yīng)該采取恒定越前相角或者恒定越前時(shí)間方法進(jìn)行合閘操作。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?加深理解同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)原理和勵(lì)磁控制系統(tǒng)的基本任務(wù)；2了解自并勵(lì)勵(lì)磁方式和它勵(lì)勵(lì)磁方式的特點(diǎn)；3熟悉三相全控橋整流、逆變的工作波形；觀察觸發(fā)脈沖及其相位移動(dòng)；4了解微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本控制方式；5了解電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用；觀察強(qiáng)勵(lì)現(xiàn)象及其對(duì)穩(wěn)定的影響；6了解幾種常用勵(lì)磁限制器的作用；7掌握勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本使用方法。二、原理與說(shuō)明同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩部分組成，它們和同

15、步發(fā)電機(jī)結(jié)合在一起就構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，稱為勵(lì)磁控制系統(tǒng)。勵(lì)磁控制系統(tǒng)的三大基本任務(wù)是：穩(wěn)定電壓，合理分配無(wú)功功率和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。圖1 勵(lì)磁控制系統(tǒng)示意圖實(shí)驗(yàn)用的勵(lì)磁控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示?？晒┻x擇的勵(lì)磁方式有兩種：自并勵(lì)和它勵(lì)。當(dāng)三相全控橋的交流勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端時(shí)，構(gòu)成自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。而當(dāng)交流勵(lì)磁電源取自380V市電時(shí)，構(gòu)成它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。兩種勵(lì)磁方式的可控整流橋均是由微機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制的，觸發(fā)脈沖為雙脈沖，具有最大最小角限制。微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制方式有四種：恒UF（保持機(jī)端電壓穩(wěn)定）、恒IL（保持勵(lì)磁電流穩(wěn)定）、恒Q（保持發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功功率穩(wěn)定）和恒（保持控制角穩(wěn)定）

16、。其中，恒方式是一種開(kāi)環(huán)控制方式，只限于它勵(lì)方式下使用。同步發(fā)電機(jī)并入電力系統(tǒng)之前，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置能維持機(jī)端電壓在給定水平。當(dāng)操作勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的增減磁按鈕，可以升高或降低發(fā)電機(jī)電壓；當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，操作勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的增減磁按鈕，可以增加或減少發(fā)電機(jī)的無(wú)功輸出，其機(jī)端電壓按調(diào)差特性曲線變化。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，三相全控橋處于整流狀態(tài)，控制角小于90°；當(dāng)正常停機(jī)或事故停機(jī)時(shí)，調(diào)節(jié)器使控制角大于90°，實(shí)現(xiàn)逆變滅磁。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS是提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能的經(jīng)濟(jì)有效方法之一，已成為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本配置；勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)，有助于提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性；勵(lì)磁限制器是保障勵(lì)磁系統(tǒng)安全

17、可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，常見(jiàn)的勵(lì)磁限制器有過(guò)勵(lì)限制器、欠勵(lì)限制器等。三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和方法（一）不同角（控制角）對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電壓波形觀測(cè)（1）合上操作電源開(kāi)關(guān)，檢查實(shí)驗(yàn)臺(tái)上各開(kāi)關(guān)狀態(tài)：各開(kāi)關(guān)信號(hào)燈應(yīng)綠燈亮、紅燈熄；（2）勵(lì)磁系統(tǒng)選擇它勵(lì)勵(lì)磁方式：操作 “勵(lì)磁方式開(kāi)關(guān)”切到“微機(jī)它勵(lì)”方式，調(diào)節(jié)器面板“它勵(lì)”指示燈亮；（3）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器選擇恒運(yùn)行方式：操作調(diào)節(jié)器面板上的“恒”按鈕選擇為恒方式，面板上的“恒”指示燈亮；（4）合上勵(lì)磁開(kāi)關(guān)，合上原動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)；（5）在不啟動(dòng)機(jī)組的狀態(tài)下，松開(kāi)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的滅磁按鈕，操作增磁按鈕或減磁按鈕即可逐漸減小或增加控制角，從而改變?nèi)嗳貥虻碾妷狠敵黾捌洳ㄐ?。注意：微機(jī)自動(dòng)

18、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上的增減磁按鈕鍵只持續(xù)5秒內(nèi)有效，過(guò)了5秒后如還需要調(diào)節(jié)，則松開(kāi)按鈕，重新按下。實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為表1規(guī)定的若干值，記下對(duì)應(yīng)的角（調(diào)節(jié)器對(duì)應(yīng)的顯示參數(shù)為“CC”），同時(shí)通過(guò)接在Ud+、Ud-之間的示波器觀測(cè)全控橋輸出電壓波形，并由電壓波形估算出角，另外利用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)出電壓Ufd和UAC，將以上數(shù)據(jù)記入下表，通過(guò)Ufd，UAC和數(shù)學(xué)公式也可計(jì)算出一個(gè)角來(lái)；完成此表后，比較三種途徑得出的角有無(wú)不同，分析其原因。表2-1勵(lì)磁電流Ifd0.0A0.5A1.5A2.5A顯示控制角勵(lì)磁電壓Ufd交流輸入電壓UAC由公式計(jì)算的示波器讀出的（6）調(diào)節(jié)控制角大于90度但小于120度，觀察全控橋輸出電壓波形，與課本所畫波形有何不同？為什么？（7）調(diào)節(jié)控制角大于120度，觀察全控橋輸出電壓波形，與課本所畫