发给学生学生用书 自动化实验.docx

发给学生学生用书 自动化实验.docx

《发给学生学生用书 自动化实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发给学生学生用书 自动化实验.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

发给学生学生用书自动化实验

实验一同步发电机准同期并列实验

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显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”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；松开“灭磁”按钮。

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的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的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”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。

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显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”灯亮；

（3）按调速器上的“模拟方式”按钮按下，使“模拟方式”灯亮；合上原动机开关。

（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QF1，QF3，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。

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）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显示发电机频率，调速器上“微机正常”灯和“电源正常”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）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）调节“增磁”/“减磁”按钮使数码显示管上Ug参数为380，松开“灭磁”按钮，使发电机电压达到380V；

（7）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；

（8）选择实验台上“同期方式”为“微机全自动同期”档；

（9）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，然后按下“同期命令”按钮，等待微机自动并网。

（五）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；

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0º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？

实验二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．掌握励磁调节器的基本使用方法。

二、实验设备

     1．WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验台；

     2．数字式存贮示波器；

三、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。

     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。

四、实验内容及步骤

（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α方式起励和恒IL方式起励。

其中，除了恒α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。

本实验采用恒UF方式起励。

（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。

（二）控制方式及其相互切换

     1．恒UF方式 

（本项开始前，先设定励磁方式为它励恒UF方式，并设定发电机机端电压给定值ug=380v，然后开启机组，并按下励磁开关红色按钮，接通励磁电路，待发电机组开机并建压成功后开始测量数据。

）

选择它励恒UF方式，开机建压不并网，改变机组转速46Hz～54Hz，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α（调节器对应的显示参数为“CC”）的关系数据；

表2-1恒UF方式下频率与发电机各参数的关系

发电机频率

发电机电压

励磁电流

励磁电压

控制角·

46Hz

48Hz

50Hz

51Hz

52Hz

 注：

本项目结束后，只需先断开励磁开关，不需要停机。

  2．恒IL方式

（本项目开始前，先设定励磁方式为恒IL方式，并设定励磁电流给定值参考值Ilg=1.85，然后按下励磁开关红色按钮）

     选择它励恒IL方式，开机建压不并网，改变机组转速46Hz～54Hz，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据；

表2-2恒IL方式下频率与发电机各参数的关系

发电机频率

发电机电压

励磁电流

励磁电压

控制角·

46Hz

48Hz

50Hz

51Hz

52Hz

 注：

本项目结束后，先断开励磁开关，不需要停机。

  3．恒α方式

（本项目开始前，先设定励磁方式它励恒α方式，并设定控制角参考值α=76.5，然后按下励磁开关红色按钮）

     选择它励恒α方式，开机建压不并网，改变机组转速46Hz～54Hz，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据；

表2-3恒α方式下频率与发电机各参数的关系

发电机频率

发电机电压

励磁电流

励磁电压

控制角·

46Hz

48Hz

50Hz

51Hz

52Hz

 （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。

附录一：

WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验装置简介

电力系统综合自动化实验台是一个自动化程度很高的多功能实验平台，它由发电机组、实验操作台、无穷大系统等设备组成。

如附图1所示，发电机与无穷大之间采用双回路输电线路，并设有中间开关站，通过中间开关站和单回、双回线路的组合，使发电机与无穷大系统之间可构成四种不同联络阻抗，供系统实验分析比较时使用（如第三章图2所示）。

附图1电力系统综合自动化试验台外形图

1．发电机组

它是由同在一个轴上的三相同步发电机（SN=2.5kVA，VN=400V，nN=1500r.p.m），模拟原动机用的直流电动机（PN=2.2kW，VN=220V）以及测速装置和功率角指示器组成。

直流电动机、同步发电机经弹性联轴器对轴联结后组装在一个活动底盘上构成可移动式机组。

具有结构紧凑、占地少、移动轻便等优点，机组的活动底盘有四个螺旋式支脚和三个橡皮轮，将支脚旋下即可开机实验。

2．试验操作台

它是由输电线路及保护单元、功率调节和同期单元，仪表测量和短路故障模拟单元等组成。

输电线路采用具有中间开关站的双回路输电线路模型，并对其中一段线路设有“YHB-A微机保护装置”，此线路的过流保护还具有单相自动重合闸功能。

功率调节和同期单元，由“TGS-03B微机调速装置”、“WL-04B微机励磁调节器”、“HGWT-03B微机准同期控制器”等微机型的自动装置和其相对应的手动装置组成。

仪表测量和短路故障模拟单元由各种测量表计及其切换开关、各种带灯操作按钮以及观测波形用的测试孔和各种类型的短路故障操作等部分组成。

在做电力系统试验时，全部的操作均在试验操作屏台上进行。

3．无穷大系统

无穷大电源是由15kVA的自耦调压器组成。

通过调整自耦调压器的电压可以改变无穷大母线的电压。

试验操作台的“操作面板”上有模拟接线图、操作按钮和切换开关以及指示灯和测量仪表等。

操作按钮与模拟接线图中被操作的对象结合在一起，并用灯光颜色表示其工作状态，具有直观的效果。

红色灯亮表示开关在合闸位置，绿色灯亮表示开关在分闸位置。

本试验装置主要是为开设与电力系统运行（稳态及暂态）有关的教学实验而设计的。

虽然试验装置中的发电机、原动机、励磁系统及输电线路，并未按与大型实际电力系统的相似条件来，进行物理仿真，然而，它们不失为一个真实的“一机—无穷大”的简单电力系统，并且可以定性地、反复地、直观地实验，观测实际电力系统的各种运行状态，而且由于小型发电机与大型发电机参数（标幺值）的差别。

在实验中可以观测与教科书中对大型发电机所作的分析差别，这更有利于引导学生进行思考，从而进一步加深对电力系统运行状态特性的理解，也有利于培养学生的科学思维能力，有利于对学生进行实际操作和实验研究能力的培训和训练。

附录二：

同步发电机组启动和建压操作简介

实验前首先检查WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验台、同步发电机组、感应调压器是否具备开机条件，符合要求后合试验台上“操作电源”开关，此时反映各开关位置的绿色指示灯亮，同时4台微机装置上电，数码管均能正确显示。

1．开机方式选择

在试验台的“TGS-03B微机调速”装置中有三种开机方式供选择，即“模拟方式”、“微机自动方式”、“微机手动方式”。

（1）当选择“模拟方式”时，应首先将指针电位器调至零，然后合上“原动机开关”再顺时针旋转指针电位器，当发电机旋转之后，应观察机组稳定情况，然后缓慢加速到额定转速。

（2）当选择“微机自动方式”时，先合上“原动机开关”，然后按下“停机/开机”按钮，此时“开机”指示灯亮，“停机”指示灯灭，发电机组自动增速到额定转速。

（3）当选择“微机手动方式”时，先合上“原动机开关”，然后按下“停机/开机”按钮，指示灯同样对应转换，按下“增速”按钮，可以看到控制量的大小，监视发电机转速，直至将发电机调整为额定转速。

（4）本装置可实现“微机自动”与“微机手动”方式的自由切换，在“模拟方式”下可自由切换到“微机方式”，在“微机方式”下通过调节指针电位器观察平衡灯也可在不关机的情况下可以自由切换到“模拟方式”。

2．励磁方式选择

在试验台上有一个“励磁方式”切换开关，它可选择三种励磁方式，即“手动励磁方式”、“微机它励方式”、“微机自并励方式”。

（1）当选择“手动励磁方式”时，应先将“手动励磁”调节旋钮反时针旋到零，然后合上“励磁开关”，顺时针调节“手动励磁”旋钮增加励磁电压，在维持发电机为额定频率时，增加励磁电压，使发电机为额定电压。

（2）当选择“微机它励”或“微机自并励”时，微机励磁调节器选择“恒

UF”运行方式，然后合上“励磁开关”，松开“灭磁”按钮，调节器自动起励至给定电压。

3．无穷大电流和线路开关操作

（1）合上无穷大电源“系统开关”。

观察“系统电压”表是否为实验要求值，调整自耦调压器的把手，顺时针增大或逆时针减少输出至无穷大母线的电压，调整到实验的要求值（一般为380V）

（2）合上线路开关“QF1”和“QF3”则发电机的母线上得电，此时可以从微机准同期控制器上观察到系统的频率和电压，同时也能看到发电机的频率和电压。

4．同期方式选择

在试验台上有一个“同期方式”切换开关，它提供三种同期方式供选择，即“手动同期方式”、“全自动同期方式”、“半自动同期方式”。

（1）当“同期方式”选择为“手动”方式时，则“发电机开关”两侧的电压施加到“同期表”上，根据“同期表”中的“电压差”和“频率差”调整发电机的转速和电压，使之接近为零。

然后，在“相角差”趋向零时的“导前角”时间合闸，即发电机与系统并列。

（2）当“同期方式”选择为“全自动”方式时，然后按下“微机准同期控制器”上的“同期命令”，则发电机“调频”、“调压”和“合闸出口”均由微机准同期控制器完成。

（3）当“同期方式”选择为“半自动”方式时，则准同期控制器通过指示灯的亮或者熄，指示实验人员进行“升压”、“降压”、“增速”、“减速”操作。

当合闸条件满足时，准同期控制器发出合闸命令，实现同步发电机同期并列操作。

说明：

有关实验中的接线方式改变及操作位置、参数整定等，以及注意事项，在《WDT-Ⅲ电力系统综合自动化试验台使用说明书》中已作了说明，这里不再赘述。

学生在实验前，必须先认真阅读该《使用说明书》方可进行实验。

附录四：

WL-04B微机励磁调节器显示量的说明

WL-04B微机励磁调节器的显示量共有19个：

1．发电机机端电压给定值UG

2．发电机机端电压基准值UB

3．发电机机端电压励磁专用电压互感器测量值U1

4．发电机机端电压仪表用电压互感器测量值U2

5．发电机端电压

6．发电机并列母线电压US

7．发电机励磁电流给定值ILG

8．发电机励磁电流IL

9．发电机励磁电压UL

10．发电机频率F

11．发电机输出有功功率P

12．发电机无功功率给定值QG

13．发电机输出无功功率Q

14．发电机低励限制

15．全控桥控制角

16．发电机A相电流IA

17．发电机B相电流IB

18．发电机C相电流IC

19．发电机出口对无穷大系统功率角