发电机测控柜说明书.docx
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发电机测控柜说明书
发电机测控柜
说
明
书
目录
第一章实验的基本要求和安全操作说明1
第一节实验的基本要求1
第二节实验安全操作说明2
第二章发电机测控柜操作实验2
第一节直流电动机微机调速装置操作实验3
第二节同步发电机微机励磁调节装置操作实验3
第三章发电机特性实验5
第一节发电机运行方式实验5
第二节逆变灭磁和跳灭磁开关灭磁实验6
第三节同步发电机强励实验7
第四节欠励限制实验7
第五节过励限制实验8
第六节伏赫限制实验8
第七节发电机空载特性实验9
第八节发电机负载特性试验10
第九节发电机外特性实验11
第十节发电机调整特性实验11
第十一节发电机短路特性实验12
第十二节单机带负荷实验13
第四章注意事项14
附录一直流电动机微机调速装置使用说明书15
附录二微机励磁调节装置使用说明书18
第一章实验的基本要求和安全操作说明
第一节实验的基本要求
电力系统综合自动化实验平台的实验目的在于使学生掌握系统运行的原理及特性，学会通过故障运行现象及相关数据分析故障原因，并排除故障。
通过实验使学生能够根据实验目的、实验内容及测量数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。
在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。
现按实验过程提出下列具体要求。
一、实验前的准备
实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。
每次实验前都应该预习，才能对实验目的、步骤、结论和注意事项等做到心中有数，从而提高实验质量和效率。
预习应该做到：
1.复习教课书有关章节内容，熟悉与本次实验相关的理论知识。
2.认真学习实验指导书，了解本次实验目的和内容，掌握实验原理和方法，仔细阅读实验安全操作说明，明确实验过程中应注意的事项。
3.实验前应写好预习报告，其中应包括实验内容，实验步骤、数据记录表等，经教师检查确认做好了实验前的准备工作，方可开始实验。
认真做好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，保护人身安全、实验设备安全和提高实验质量等都是非常重要。
二、实验的进行
在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。
实验时要做到以下几点：
1.预习报告完整，熟悉设备
实验开始前，指导老师要对学生的预习报告做检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验。
指导老师要对实验设备做详细介绍，学生必须熟悉本次实验所用的各种设备，明确这些设备的功能与使用方法。
2.建立小组，合理分工
每次实验都以小组为单位进行，每组人数可有老师安排，不少于3人。
实验进行中，机组的运行控制，数据记录等工作都应该有明确的分工，以保证实验操作协调，实验数据准确。
3.试运行
在正式实验开始之前，先熟悉仪表的操作，然后按一定的规范通电接通电力网络，观察所有表计是否正常。
如果出现异常，应该立即切断电源，认真检查并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。
4.测量数据
预习时应该对所测数据的范围做到心中有数。
正式实验时，根据实验步骤逐次测量数据。
5.认真负责，实验有始有终
实验完毕后，应请指导老师检查实验数据。
经指导老师认可后，关闭所有电源，并把实验中所用的物品整理好，放至原位。
三、实验总结
这是实验的最后阶段，应对实验数据进行整理、绘制波形和图表，分析实验数据并撰写实验报告。
每位实验参与者要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。
如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据和结果，而应用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找出引起较大误差的原因。
实验报告是根据实测数据和在实验中观察发现的问题，经过自己分析研究或者分析讨论后写出的实验总结和心得体会，应简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
第二节实验安全操作说明
为了顺利完成电力系统综合自动化实验平台的全部实验，确保实验时人身安全与设备的安全可靠运行，实验人员严格遵守如下安全说明：
1.与监控主站的电源插头配合使用的插座，一经确定后不可随意调整，原因有二：
（1）该插座容量要求较高，若换用其它容量较低的插座，实验时的冲击电流会导致监控主站上的电源开关跳开。
（2）该插座与监控主站插头的相序已经对应，若换用的插座与监控主站插头的相序不对应，并列实验时会对仪表和发电机组产生冲击，严重时可能导致设备损坏。
2.上电前，应做如下工作：
（1）检查实验装置、监控主站和发电机组间的电缆线是否可靠连接。
（2）实验装置的地线必须与实验室的地线相连，保证实验装置可靠接地，
（3）实验装置和监控主站间的通讯线是否可靠连接。
3.上电后，实验前，应注意：
（1）观察实验装置上方的电压表或者通过“电压切换”转换开关检查各母线电压是否正常。
（2）上电后实验装置面板上的实验区按钮不可随意乱按，因为有的实验相间短路或者单相接地电流很大，即使做实验时，也要短时间的按，不可长时间按“试验”按钮！
！
（3）检查微机准同期装置、微机励磁装置和直流电动机调速装置的参数设置是否为实验要求整定值。
如果不正确，请修改相关设置。
4.实验过程中，人体不可接触带电线路。
5.实验装置带电时，切记不可接触实验装置内部接线的任何元器件。
6.发电机组启动后，切勿推拉发电机组。
7.在进行发电机组与系统间的解列操作时，要使发电机组的有功功率P和无功功率Q接近于零，即：
零功率解列。
8.监控主站上的总电源应由实验指导教师来控制，其他人员只能经指导教师允许后方可操作，不得自行合闸。
9.保护装置中的有些参数为固定参数，是根据实验装置本身而设定的，不可随意更改，需要更改时，实验完毕再改回原值即可（比如保护装置中的“接线方式”控制字和一些系统参数设置）。
第二章发电机测控柜操作实验
发电机测控柜的屏面布置图如下：
第一节直流电动机微机调速装置操作实验
一、实验目的
1.理解直流电动机的工作原理；
2.能够熟练对直流电动机微机调速装置进行设置、操作。
二、实验原理
直流电动机微机调速装置主要用于额定电枢电压小于300V，电枢电流小于30A的直流电动机，采用电枢电压和励磁电压独立控制输出方式，进行转速调节。
其中电枢电压输出可设定大小，励磁电压则采用固定大小的直流电压输出。
三、实验步骤及步骤
注：
直流电动机调速的详细操作方法见附录1
1.检查测控柜上各开关状态：
电动机控制开关KDY处于退出位置，空开1DK、2DK、5DK、6DK均处于分位。
2.直流微机调速装置设置说明：
直流微机调速装置开机给定电枢电压可以自行设定，以适应不同电动机的运行要求。
当需要进行参数设定时，按下“显示”3～4秒钟放开，则显示器会显示参数“D00”，说明已经进入参数设置了，然后连续按下“显示”键，则会显示其它的参数，所有的参数显示完毕则会自动退回到进入显示参数前的数码管显示。
进入显示参数后若在2～3秒内不进行任何操作也会自动退出来。
设定某个参数的时候，只要通过“显示”按键切换到这个参数，然后通过“开大/关小”进行加减，每次加减1，直到得到需要的值为止，然后再按显示键则修改成功，如果修改后无任何操作超过2～3秒从而自动跳出参数显示，修改则不成功。
3.合上交直流电源柜直流电动机交流电源开关，电动机风机启动，合1DK、1DK1、1DK3,2DK3微机调速装置、微机励磁装置上电，设置直流电动机微机调速装置的给定电压为200V，电机电源开关KMC投入，按下“运行/停止”按键1～2秒，至“运行/停止”灯亮，发电机慢慢转起来，电枢电压逐渐上升至给定电压，观察“微机励磁调节装置”上显示的转速，此时发电机组的转速约为1300r/min，机端电压显示6V左右，通过调速装置的“开大”或者“关小”按键调节发电机转速。
再次按住“运行/停止”按键1～2秒后，“运行/停止”灯灭，发电机转速慢慢减至零。
4.按照以上操作步骤再把微机调速装置的给定电压设定为其他值进行实验，观察微机励磁调节装置显示屏上的转速和频率的变化。
第二节同步发电机微机励磁调节装置操作实验
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.了解微机励磁调节器的基本控制方式；
3.了解电力系统稳定器的作用，观察强励作用及其对稳定的影响；
4.掌握微机励磁调节器的基本使用方法。
二、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。
励磁控制系统的基本任务是：
1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
三、实验内容及方法
（一）控制方式及其相互切换
本实验装置的微机励磁调节器“方式选择“中具有恒电压、恒励流、恒COSφ、恒控制角和恒无功运行五种方式。
断路器分闸后，均自动切换为恒压运行。
以上五种控制方式各有特点，通过实验可以总结体会。
（二）同步发电机的“起励”实验
本微机发电机保护实验装置的微机励磁调节装置为触摸屏式微机励磁调节装置，操作简单明了功能强大。
其具备的功能和操作方法具体参考：
微机励磁的详细操作方法见附录2（建议先熟悉附录）。
本实验装置的发电机组起励方式为设定电压起励，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。
1.微机励磁调节装置启动后，手动点击“主画面”，进入主界面。
将微机励磁调节器的机端电压给定值设置到90%UN，其方法：
先点击触摸屏上的“用户登录”-“密码输入”输入“1111”-“ENT”-“返回主页”，再点击“参数设定”-“确认”-“调节参数”-“常规参数”-“起励PT电压”设置为“90V”（其PT额定值为100V），初始设置通常为90%UN。
2.设置直流电动机微机调速装置的给定电枢电压200V。
按下“运行/停止”按键或启动/停机按钮1～2秒，至运行灯亮，发电机慢慢转起来，电枢电压至给定电压值，此时微机励磁自动调节装置上显示转速为1300r/min左右，机端电压显示6V左右，把发电机组转速调到1400r/min左右，按下“起励开关”按钮，机端电压升至给定机端电压值。
3.通过调速装置的增大或者减小按键调节发电机转速，通过微机励磁调节装置的增励、减励触摸按键调节励磁，观察测控柜电压电流仪表显示。
（三）发电机的解列与停机
解列前，需要先确定发电机输出电流为零，分断发电机机端断路器，然后按下微机励磁调节装置的“灭磁”按键或者面板上的“灭磁开关”按钮对发电机灭磁，当发电机励磁消失即电压降到很低时，再按住“微机调试装置”的“运行/停止”键2秒左右，至运行指示灯熄灭，调节发电机转速慢慢减至0，按下停止按钮，依次断开各实验装置控制开关和电源开关。
第三章发电机特性实验
第一节发电机运行方式实验
一、发电机恒电压运行实验
通过调节直流电动机调速装置的“开大/关小”按键调节发电机的频率，在不并列状态下进行“恒压运行”时的实验，并按照表2-1将有关数据记录于下表中。
表2-1
发电机频率
发电机电压
励磁电流
励磁电压
45Hz
46Hz
47Hz
48Hz
49Hz
50Hz
51Hz
52Hz
53Hz
54Hz
55Hz
二、发电机恒COS运行实验
1.按照上述实验方法，开机建压，并列后，向系统输送有功和无功，调节功率因数为0.8，选择恒COS运行方式，调节转速或励磁时，功率因数会保持在0.8附近，观察机端电压、励磁电流以及有功、无功的变化，并作分析。
2.同样，启动发电机组，并列后，选择其他方式运行如恒励运行方式，励磁电流给定在1A，调节转速或励磁时，励磁电流会保持在0.8附近，观察机端电压、励磁电流以及有功、无功的变化，并作分析。
3.发电机解列并停机
4.上面实验完后，可以将三种运行方式进行比较、分析。
第二节逆变灭磁和跳灭磁开关灭磁实验
一、实验目的
了解逆变灭磁和跳灭磁开关的灭磁原理。
二、原理与说明
灭磁是励磁系统保护不可或缺的部分。
由于发电机转子是一个大电感，当正常或故障停机时，转子中储存的能量必须泄放，该能量泄放的过程就是灭磁过程。
灭磁只能在空载下进行（发电机并列状态灭磁将会导致失去同步，造成转子异步运行，感应过电压，危及转子绝缘）。
根据实现灭磁方式的不同，分为跳灭磁开关灭磁和逆变灭磁。
跳灭磁开关灭磁原理如下图2-1所示：
图2-1跳灭磁开关原理示意图
灭磁时，灭磁开关使J3常开触点断开，切断了发电机励磁绕组和电源的连接；同时时常闭点闭合，与发电机励磁绕组并联的电阻接入回路，由此电阻消耗发电机的磁场能量，完成了灭磁。
逆变灭磁原理如下图2-2所示：
图2-2逆变灭磁原理示意图
当触发控制角大于90°时，全控桥将工作在有源逆变状态下，此时转子储存的磁场能量就以续流的形式经全控桥反送到交流电源，以使转子磁场的能量不断减少，达到灭磁目的，称为逆变灭磁。
此时灭磁开关的常闭触点处于断开状态，即电阻未接入回路，灭磁开关的常开触点闭合，是与跳灭磁开关不同的。
三、实验步骤
1.按照前述方法启动发电机组并建压，使发电机组运行在额定状态，转速达到1500r/min,机端电压达到380V（此时发电机未并列）。
2.发电机实验装置上可以通过手动“灭磁开关”和微机励磁调节装置上的“灭磁”按键进行灭磁，手动灭磁通过发电机实验装置面板上的“灭磁开关”按钮进行灭磁，软灭磁是微机励磁调节装置显示分闸状态时，触摸屏上的“灭磁”按键，可以实现灭磁，本微机励磁调节装置回路采用三相全控整流电路，其软灭磁便是采用了逆变灭磁的原理。
第三节同步发电机强励实验
一、实验目的
了解同步发电机强励的原理。
二、原理与说明
强励是励磁控制系统基本功能之一，当电力系统由于某种原因出现短时低压时，励磁系统应该以足够快的速度提供足够高的励磁电流顶值，借以提高电力系统暂态稳定性和改善电力系统运行条件。
在并列时，模拟单相接地和两相间短路故障可以观察强励过程。
三、实验步骤
（1）按照前述微机准同期并列操作，启动发电机机组使发电机在额定状态运行，进行同步发电机的准同期并列操作。
（2）调节发电机的有功输出与无功输出，在发电机有功和无功输出为一定值时（如取40％额定负载），进行单相接地实验（该实验应该在微机线路保护侧实验区或者在变压器实验装置实验区进行，注意实验时，相关过流保护投入，定值整定要稍大，例如5A，另外进行单相接地故障时间不宜太长，2～3秒即可，以免对电机损害较严重。
），此时微机励磁调节器自动进行强励操作，观察发电机端电压和励磁电流、励磁电压的变化情况，记录于表2-2中。
表2-2
故障类型及相应电流值
单相接地短路
两相间短路
励磁电流最大值
发电机电流最大值
第四节欠励限制实验
一、实验目的
了解同步发电机欠励限制器的作用。
二、原理与说明
欠励限制器的作用是用来防止发电机因励磁电流过度减小而引起失步或因机组过度进相引起定子端部过热。
欠励限制器的任务是：
确保机组在并列运行时，将发电机的功率运行点（P、Q）限制在装置内部设置的欠励限制曲线上方。
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，或者是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。
三、实验步骤
（1）按照前述微机准同期并列操作，启动发电机机组使发电机在额定状态运行，进行同步发电机的准同期并列操作。
（2）调节发电机的有功功率输出分别为0，50%，100%的额定负载，用减小励磁电流（按“减励”按键）或升高系统电压的方法（通过调节调压器，提高系统电压）使发电机进相运行。
直到欠励限制器动作（微机励磁装置上显示红字“欠励”），记下此时的有功P和无功Q；
（3）根据实验数据做出欠励限制线P=f（Q）,并计算出该直线的斜率和截距；如果减磁到失步时还不能使欠励限制动作时，可以用提高系统电压来实现。
当欠励到一定装置设定极限程度，15s后装置自动调节恢复到正常状态。
第五节过励限制实验
一、实验目的
了解同步发电机过励状态的意义。
二、原理与说明
发电机励磁电流超过额定励磁电流1.1倍称为过励。
励磁电流在1.1倍以下允许长期运行，微机励磁调节装置在过励时，显示红色字体“过励”。
三、实验步骤
（1）按照前述微机准同期并列操作，启动发电机机组使发电机在额定状态运行，进行同步发电机的准同期并列操作。
（2）调节励磁调节装置的“增励”按键，至励磁调节装置显示红色字体“过励”。
当过励到一定装置设定极限程度，装置自动调节恢复到正常状态。
第六节伏赫限制实验
大型发电机解列运行时，其机端电压有可能升的较高，而其频率有可能降得较低。
如果其机端电压UF与频率f的比值B=UF/f过高，则同步发电机及其主变压器的铁芯就会饱和，使空载励磁电流加大，造成发电机和主变过热。
因此有必要对UF/f加以限制。
伏赫限制器工作原理就是根据装置内部整定的最大允许伏赫比Bmax和当前频率，计算出当前允许的最高电压UFh=Bmax*f,将其与电压给定值Ug比较，取二者中较小值作为计算电压偏差的基准Ub，由此调节的结果必然是发电机电压UF≦UFh。
伏赫限制器在解列运行时投入，并列后退出（装置中未设置指示）。
第七节发电机空载特性实验
一、实验目的
1.掌握三相同步发电机空载特性曲线测量方法。
2.了解三相同步发电机空载特性的意义。
二、原理说明
空载特性：
发电机的转速保持为同步额定转速，当保持电枢电流I=0（即电枢绕组与负载断开）时，端电压U（也即为空载电势E0）随励磁电流If的变化规律，即U=E0=f（If）。
空载特性曲线本质上就是电机的磁化曲线，用实验测定空载特性时，由于磁滞现象的影响，当励磁电流Ie从零改变到某一最大值，再由此值减小到零时，将得到上升和下降两条曲线，一般采用从U0≈1.3UN开始直至Ie=0的下降曲线。
所以在实验过程中只能单方向调节励磁电流，中途不能来回调节励磁电流Ie。
三、实验步骤
1.启动发电机，使微机励磁自动调节装置上显示转速为1300r/min左右，机端电压显示6V左右。
按下”起励开关”按钮，机端电压升至340V左右。
2.通过微机调速装置的开大或者关小按键调节发电机转速到额定转速1500r/min，通过微机励磁调节装置的增励、减励触摸按键调节励磁使机端电压并记录对应的机端电压值和励磁电流值。
逐步增加发电机的励磁电流（由励磁调节装置上励磁电流显示）的大小，直到发电机的端电压（由励磁调节装置显示）约为1.3倍额定电压即U0≈1.3UN（要以实际电机空载特性决定，如果调不到1.3UN，调至发电机能够稳定运行的最大电压，这时需要往回调节，否则微机励磁会进入“过电压保护”自动灭磁，实验要重新开始做）。
3．在步骤
（2）的调节发电机励磁电流过程中，记录8组左右励磁电流对应的发电机端电压值，取得空载特性曲线的上升段曲线，记录于表2-3中，要注意，在额定值附近要多取几点。
4．在步骤
（2）的调节发电机励磁电流过程中，从发电机的端电压约为1.3倍额定电压时开始，按反方向调节逐步减小励磁电流，直到励磁电流为0.2A，记录8组左右励磁电流对应的发电机端电压值，记录于表2-4中，测取空载特性曲线的下降分支。
5.发电机的灭磁和停机。
数据全部记录完成后，按下实验装置上的灭磁试验按钮，然后按下直流微机调速装置上的“运行/停止”按键，至运行灯灭，断掉实验装置电源开关，停机操作完成。
6.根据记录的U0和If数值，可绘制出同步发电机空载特性的上升的曲线和下降的曲线，然后取平均值，即可得出发电机的空载特性曲线。
表2-3同步发电机空载实验数据记录表（励磁电流上升）
测量参数
1
2
3
4
5
6
7
8
U0
If
表2-4同步发电机空载实验数据记录表（励磁电流下降）
测量参数
1
2
3
4
5
6
7
8
U0
If
做发电机空载特性试验应注意以下事项：
在试验中，当调节励磁电流时，为防止磁滞现象的影响，只能向一个方向调节，在调节过程中不得向反方向操作，否则，将影响试验的准确性。
四、思考
关系曲线E0=f（If）即为所求的开路特性，在同一坐标系中描绘发电机空载特性实验曲线，通过实验曲线分析上升曲线与下降曲线有什么异同，为什么？
第八节发电机负载特性试验
一、实验目的
掌握三相同步发电机负载特性的意义。
二、原理说明
当电机在保持电枢电流即负载电流不变I=const和负载功率因数cos
=const时，电机端电压U与励磁电流If变化的规律:
U=f（If）。
三、实验步骤
1.启动发电机，使微机励磁自动调节装置上显示转速为1300r/min左右，机端电压显示6V左右，按下”起励开关”按钮，机端电压升至340V左右。
2.在直流调速装置上通过调节增大或减小按键调节转速至1500r/min，合5DK负载开关，调节三相负载电阻RT,逐步减小电阻，同时增加励磁电流使发电机和电枢电流即转速约达到额定值，记录此时的三相电压和励磁电流。
3.在保持电枢电流的情况下，逐步增大电阻，同时改变励磁电流，使发电机端电压在1.1UN至最低值之间测取几组，数据纪录于表2-5中。
表2-5
序号
机端电压
励磁电流
1
2
3
4
第九节发电机外特性实验
一、实验目的
掌握三相同步发电机外特性的意义。
二、原理说明
保持励磁电流不变If=const和负载功率因数cos
=const时，电机端电压U随负载电流I变化的规律:
U=f（I）。
三、实验步骤
按照前述发电机负载特性试验使发电机带载后，调节励磁电流至1A（小于2A任意常数）,以下保持发电机励磁电流不变，转速不变,逐次减少电阻阻值，测取3-6组数据记录于表2-6中。
表2-6
序号
负载电流
机端电压
1
2
3
4
5
6
第十节发电机调整特性实验
一、实验目的
了解三相同步发电机调整特性的意义。
二、原理说明
保持励磁电流不变If=const和负载功率因数cos
=const时，电机端电压U随负载电流I变化的规律:
U=f（I）
三、实验步骤
按照前述发电机负载特性试验使发电机带载后，保持额定转速下调节励磁，使发电机端电压达到380V。
保持额定转速和发
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