实验三同步发电机并网实验.docx
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实验三同步发电机并网实验
实验三同步发电机并网运行及V形曲线的测定
一、实验目的
1．学习三相同步发电机投入电网并联运行的条件与基本操作方法。
2．掌握三相同步发电机与电网并联运行后，有功功率和无功功率的调节。
3.掌握同步发电机V形曲线测定方法。
二、实验内容
1．利用微机准同期控制装置和同期表，用手动方式将三相同步发电机投入电网并联运行。
2．研究三相同步发电机与电网并联运行后有功功率的调节方法。
3．测取三相同步发电机与电网并联运行当空载及三分之一负载时的V形曲线。
三、实验步骤和方法
1．起动机组、使同步发电机的转速接近同步速。
2．调节同步发电机的励磁，使同步发电机电压接近电网电压。
3、当发电机转速接近同步速，发电机电压接近电网电压时，利用准同期装置及同期表选择恰当时机并网。
说明：
以上详细步骤1-3请参考实验指导书
4．操作原动机调速装置上的旋钮，逐渐增加原动机输入功率，观察发电机输出有功功率的变化。
5.操作励磁调节器上的励磁调节旋钮，逐渐增大发电机励磁电流，观察发电机输出无功功率的变化。
6.测取三相同步发电机与电网并联运行当空载及三分之一负载时的V形曲线。
（1）发电机并网后，调节原动机输入旋钮和励磁调节旋钮，使发电机输出的有功和无功功率均为0，记录此时的励磁电流值，即为发电机空载时的正常励磁电流。
逐步增大发电机励磁电流（过励），观察发电机定子电流、无功功率和有功功率、功角的变化情况，并将数据记入表中；减小发电机励磁电流（小于正常励磁电流，欠励），观察发电机定子电流、无功功率和有功功率、功角的变化情况，并将数据记入表中。
序号
测量数据
定子电流
励磁电流
（2）发电机并网后，保持发电机输出的有功功率为
不变，调节励磁电流，使发电机输出的无功功率均为0，记录此时的励磁电流值，即为发电机带三分之一负载时的正常励磁电流。
逐步增大发电机励磁电流（过励），观察发电机定子电流、无功功率和有功功率、功角的变化情况，并将数据记入表中；减小发电机励磁电流（小于正常励磁电流，欠励），观察发电机定子电流、无功功率和有功功率、功角的变化情况，并将数据记入表中。
序号
测量数据
定子电流
励磁电流
7．实验完毕，按照实验指导书中的方法进行发电机解列、灭磁、停机。
四、实验报告要求
1．通过分析三相同步发电机几种投入电网并联运行的基本操作方法。
2．说明三相同步发电机和电网并联运行时有功功率和无功功率的调节方法。
3．画出
及
时的V型曲线。
并对V型曲线进行说明。
五、思考题
1．三相同步发电机与电网并联条件是什么？
2、在测定同步发电机V形曲线的过程中，若发电机励磁电流的值很小，会出现什么情况？
为什么？
3、如何使同步发电机由发电运行状态过渡到电动运行状态？
WDT-ⅢC型电力系统综合自动化试验台说明
第一节概述
WDT-ⅢC型电力系统综合自动化试验台，是为了适应现代化电力系统对宽口径“复合型”高级技术人才的需要而研制的电力类专业新型教学试验系统。
此系统除用于试验教学以外，另可用于本、专科生的课程设计试验，也可作为研究生、科研人员的产品开发试验，还可作为电力系统技术人员的培训基地。
试验装置“一次系统原理接线图”见附录一。
综合自动化实验教学系统由发电机组、试验操作台、无穷大系统等三大部分组成（如图1所示）。
图1WDT-ⅢC型电力系统综合自动化试验装置
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。
实验用一次系统接线图如图2所示。
图2一次系统接线图
本实验系统是一种物理模型。
原动机采用直流电动机来模拟，当然，它们的特性与大型原动机是不相似的。
原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。
实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。
发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。
实验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满足相似条件。
“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。
为了进行测量，实验台设置了测量系统，以测量各种电量（电流、电压、功率、频率）。
为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发电机轴上装设了闪光测角装置。
第二节原动机及其调速系统
原动机是一台2.2kW直流电动机，其励磁为恒定方式，调节其电枢电压来改变电机出力，电枢电压的供电电源是由市电380V交流电源通过整流变压器降压后，经可控硅整流再通过平波电抗器后供给的（如图2所示），可控硅的控制是由“操作面板”左下部的“TGS-03B型微机调速装置”完成，其开机方式有三种供选择：
一、模拟方式开机，它是通过调整指针电位器来改变可控硅输出电压；
二、微机手动开机方式，它是通过增速、减速按钮来改变发电机的转速；
三、微机自动开机方式，它是由微机自动将机组升到额定转速，并列之后，通过增速、减速按钮来改发电机的频率及功率。
图2原动机系统一次接线图
发电机对无穷大系统的功率角可以从调速装置显示读得，也可以从功率角指示器中得到，功率角指示器原理说明见附录三。
§2.1TGS-03B型微机调速装置
同步发电机的开机运行必须给其原动机提供一个电源，使发电机组逐步运转起来。
传统方法是用人工的方法调节其电枢或励磁电压，使发电机组升高或降低转速，达到预期的转速。
这种方法已逐渐不适应现代设备的高质量要求，采用微机调速装置既可以用传统的人工调节方法，又可以跟踪系统频率进行自动的调速，这样既简单又快速地达到系统的频率，具有很好的效果。
TGS-03B型微机调速装置是针对大专院校教学和科研而设计的，能做到最大限度地满足教学科研灵活多变的需要。
具有以下功能：
1．测量发电机转速
2．测量系统功角
3．手动模拟调节
4．微机自动调速
（1）手动数字调节
（2）自动调速
5．测量电网频率
TGS-03B型微机调速装置面板包括：
6位LED数码显示器，13个信号指示灯，7个操作按钮和一个多圈指针电位器等（其面板图如图3所示），具体用途及其操作方法如下：
图3TGS-03B型微机调速装置面板图
1．信号指示灯13个
（1）装置运行指示灯1个，即“微机正常”指示灯，点亮时表示微机调速装置运行正常。
（2）电源指示灯1个，即“电源正常”指示灯，点亮时表示微机调速装置电源正常。
（3）方式选择指示灯3个，即“模拟方式”、“微机自动”、“微机手动”指示灯，当选中某一方式时，对应灯亮。
（4）并网信号指示灯1个，即“并网”指示灯，当发电机开关合上时灯亮。
（5）监控电机速度指示灯1个，即“过速信号”指示灯，当速度超过55Hz时指示灯亮
（6）增减速操作指示灯2个，即“增速”、“减速”指示灯，当按增、减速按钮或者远方控制增、减速时对应指示灯亮（如微机准同期控制器发增、减速命令）。
（7）开机指示灯、停机指示灯各1个，对应不同的电机状态。
（8）平衡指示灯2个，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．操作按钮分4个区，共7个按钮
（1）开机方式选择区有2个按钮，一个为模拟方式按钮，另一个为微机方式的自动/手动选择按钮。
（2）显示切换有2个按钮“▲”、“▼”，可进行显示切换。
（3）微机调节区有2个按钮，即为“增速”、“减速”操作。
（4）停机/开机有1个按钮，按下为开机命令，松开为停机命令。
3．模拟调节区1个
模拟调节指针电位器1个，即为模拟方式下的手动调节。
4．数码显示器
按“▲”“▼”键可循环显示以下参数。
序号
显示符号
含意
1
F 0.00
电动机频率
2
IA 0.00
电动机电枢电流
3
IL 0.00
电动机励磁电流
4
UD0.00
可控硅触发电压（控制量）
5
UA0.00
电动机电枢电压
6
dd00
功角
7
Fg 0.00
电动机给定频率
8
Fb 0.00
电动机基准频率
注意：
指针电位器为一个多圈电位器，共可旋转十圈，此元件为易损器件，使用时要小心调节，注意其限位和原动机电流、电压表。
§2.2模拟方式下的开机操作
一、将指针式电位器（旋钮）调整至零，微机调速装置输出为零，在“微机调速”面板上的“开机方式”选择区，按下“模拟方式”按钮，此时“模拟方式”指示灯亮，即选择的开机方式为“模拟方式”。
二、在“操作面板”上按下“原动机开关”的“红色按钮”，其“红色按钮”的指示灯亮，“绿色按钮”指示灯灭，表示可控硅整流装置上已有三相交流电源。
同时，可控硅冷却风扇运转，发电机测功角盘的频闪灯亮，为发电机开机作准备。
三、在“微机调速”面板上按下“开机/停机”按钮，对应开机灯亮。
在“模拟调节”区顺时针旋转指针电位器，增加输出量，加大可控硅导通角，可以观察“原动机电压”表有低电压指示。
继续旋转电位器，可以观察到2.5kVA的发电机组开始顺时针启动加速，此时应观察机组稳定情况，监视发电机转速。
然后缓慢加速直至到额定转速即1500r/min，待发电机励磁投上以后，调整发电机频率为50Hz。
四、当发电机与无穷大系统并列以后。
此时再顺时针旋转电位器，即为增加发电机输出有功功率，逆时针旋转电位器，即为减少有功功率，同时可以观测到功率角的变化。
第三节WL-04B微机励磁调节器
WL-04B微机励磁调节器是为大专院校开设《电力系统自动装置原理》、《电力系统分析》、《电力工程》等课程的教学实验而特殊设计的微机型励磁调节器。
其励磁方式可选择：
它励、自并励两种。
微机励磁调节器面板包括：
8位LED数码显示器，若干指示灯和按钮，强、弱电测试孔（其面板图如图5所示），具体用途及其操作方法如下。
图5WL-04B微机励磁调节器面板图
3.1.18位LED数码显示器
用途1：
用以显示同步发电机励磁控制系统状态量，包括：
发电机机端电压、发电机输出有功功率和无功功率
发电机励磁电压、励磁电流
发电机频率
励磁调节器输出控制角等
“▲”增量显示和“▼”减量显示按钮：
用以顺序和逆序召唤显示励磁控制系统状态变量。
WL-04B微机励磁调节器的显示量共有19个（列出部分量）
5．发电机端电压
6．发电机并列母线电压US
8．发电机励磁电流IL
10．发电机频率F
11．发电机输出有功功率P
13．发电机输出无功功率Q
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
3.1.2指示灯
（19）欠励限制指示灯：
发电机无功过度进相，欠励限制器动作时其指示灯亮，欠励限制线是P-Q平面四象限上的一条直线，功率运行点被限制在欠励限制线以上。
（20）过励限制指示灯：
过励即过励磁电流，发电机励磁电流超过额定励磁电流的1.1倍称为过励。
励磁电流在1.1倍以下允许长期运行，1.1~2.0倍之间按反时限原则延时动作，限制励磁电流到1.1倍以下，2.0倍以上，瞬时动作限制励磁电流在2.0倍以下，过励灯在过励限制动作时亮。
3.1.3操作按钮13只
（1）复位按钮：
手动强迫复位CPU，主要用于励磁调节器检修与调试，正常使用时不用。
（2）灭磁按钮：
此按钮为带锁按钮，在发电机空载运行状态下，按下灭磁按钮，则进行逆变灭磁，但发电机并网带负荷后灭磁无效。
发电机在未起励建压时，灭磁按钮由锁定状态弹出，进行起励建压命令。
（3）减磁按钮：
发电机并网前，减磁则降低发电机电压，并网后减磁则减少发电机输出的无功功率。
（4）增磁按钮：
发电机并网前，增磁则提高发电机电压，并网后增磁则增加发电机输出的无功功率。
（9）参数设置按钮：
正常工作状态（非参数设置状态）下，“▲”增量显示和“▼”减量显示按钮用以顺序和逆序召唤显示励磁控制系统状态变量，按〖参数设置〗按钮后，〖参数设置〗指示灯点亮，此时增量显示和减量显示按钮用作增加和减小参数数值。
（10）参数选择按钮：
用以查询控制参数的当前数值和选择需要修改的控制参数，重复按下此按钮，则循环显示各个控制参数。
（11，12）“▲”增量显示和“▼”减量显示按钮：
用以顺序和逆序召唤显示励磁控制系统状态变量。
第四节同步发电机的准同期并列
发电机的并列操作是在原动机启动操作，发电机励磁启动操作、无穷大电源投入操作以及输电线路开关投入操作等完成之后进行的，也就是说，在“操作面板”上的“发电机开关”两侧均有电压的情况下，才能进行发电机的并列操作。
§4.1HGWT-03微机准同期控制器
在电力系统中，同步发电机的同期并列操作是一项经常性的基本操作。
不恰当的并列将导致很大的冲击电流，甚至造成损坏发电机组的严重后果。
为了保证安全、快速地并列，必须借助于自动准同期控制装置。
图6HGWT-03微机准同期控制器的面板图
4.1.2准同期装置的输入/输出信号说明
（1）发电机电压、A、B两相电压，接自发电机机端电压互感器，电压互感器变比为380V∕100V，参见附录一：
试验台一次系统原理接线图。
（2）发电机母线A、B两相电压，接自发电机母线上的电压互感器，电压互感器变比380V∕100V。
（3）合闸输出接点，接到发电机开关合闸回路中。
（4）均压（升压、降压）接点，分别接励磁调节器的增磁和减磁调整回路。
（5）均频（加速、减速）接点，分别接（直流电动机）调速器的加速和减速调整回路；
（6）开关量输入：
发电机开关辅助常开接点，用于检测断路器通断状态以及测定断路器合闸时间；同期命令接点，即同期开关信号，其作用是向微机准同期装置发布同期操作命令，主要用于远方控制或连接计算机监控系统，准同期控制器仅当收到同期命令，才检测准同期条件执行均频均压及合闸。
工作方式选择开关接点：
分别选择全自动准同期，半自动准同期和手动准同期，接点闭合有效，默认方式为全自动准同期方式。
手动准同期方式的操作
当“发电机频率”接近50Hz且发电机开关两侧电压接近相等的前提下，将“操作面板”上的“同期方式”选择开关切换到“手动”方式，此时“发电机开关”两侧的电压施加到“同期表”上。
若并列条件不完全满足时，“同期表”中反映两侧电压差的右侧电压表，反映两侧频率差的左侧频率表，便会有偏转，而正中位置反映两侧电压相角差瞬时值的转差值指针也会旋转起来。
在两侧电压相序相同的前提下，准同期并列的条件为并列开关两侧电压大小相等、频率相同、开关合闸瞬刻两侧电压相角差为零，通过调整发电机的电压和频率来满足准同期并列条件。
“同期表”中反映两侧电压差的电压表，若为“+”值，表示发电机电压高于系统电压；若为“－”值，则表示发电机电压低于系列电压。
可以调节发电机的励磁来改变发电机电压或者调整无穷大电源调压器来改变系统电压，使两侧电压差接近为零值。
“同期表”中反映两侧频率差的频率表，若为“+”值，此时，反映两侧电压相角差瞬时值的指针会作顺时针旋转，这表示发电机频率高于系统的频率；若频率表为“－”值，指针会逆时针旋转，则表示发电机的频率低于系统的频率，使两侧频率达到相同，只有调节原动机的转速来实现。
当满足准同期并列条件时，按下“发电机开关”的“红色按钮”其“红色按钮”的指示灯亮，“绿色按钮”的指示灯灭，表示同步发电机已并入系统。
应该特别指出，按下“发电机开关”的“红色按钮”（发出合闸命令）到发电机并列开关触头接通，有一个小的时间间隔（约30ms）。
当准同期并列要并列开关触头接通的瞬刻，两侧电压相角差的瞬时值为零（“同期表”的转差指针在中间位置），即合闸角为零。
因此，通常要使两侧电压的频率有很小的差，使转差指针缓慢转动（通常让发电机的频率略高，指针顺时针旋转）。
这样，必须在指针趋向零值而未到零值之前按下按钮，这个提前角度称为准同期并列“合闸导前角”。
合闸导前角与频率差大小有关，还与开关动作时间有关。
当“合闸导前角”在操作时掌握不好，合闸角将不为零，则并列时将会产生冲击（可以从发电机的有功、无功、电流、电压等表计摆动中看到）。
第五节同步发电机并网及解列、停机的方法
一、同步发电机并网的操作方法
1开启发电机组
电源开关原动机开关开机按钮。
用手动模拟方式调节原动机输入旋钮，至发电机转速为1500转/min，即对应频率f=50Hz（从微机准同期控制器上可读出）。
2励磁，建立发电机电压
合励磁开关，手动调节发电机励磁旋钮，至发电机电压为380V（对应电压互感器二次侧电压为100V，可从微机准同期控制器上可读出）。
3发电机与系统并网
用手动同期合闸并网的方法：
从“微机准同期控制器”上观察发电机和系统的电压和频率，可参照同期表的指示，微微调整发电机的频率和电压，待时机合适（满足并网条件）时按下“发电机开关”红色按钮，实现并网。
4增减发电机功率
发电机并网后，通过操作发电机励磁调节旋钮可增减无功功率；通过操作原动机调速器旋钮可增减有功功率，
二、同步发电机的解列与停机
同步发电机的解列操作步骤与开机操作步骤是一个逆过程，即应遵循这样的步骤：
发电机与电网解列灭磁停机。
1．同步发电机的解列操作
首先调节发电机的励磁和原动机的功率，使发电机输出的有功和无功功率为零（或电流表为零），然后按下“发电机开关”的“绿色按钮”，其“绿色按钮”的指示灯亮，“红色按钮”的指示灯灭，表示发电机并列开关已断开，发电机已与系统解列。
2．同步发电机的灭磁操作
发电机与系统解列后，应检查发电机的励磁在此次试验中是采用哪种方式。
如果是采用的“手动励磁”方式，则应将“手动励磁”旋钮逆时针旋至最小，然后按下“励磁开关”的“绿色按钮”，此时其“绿色按钮”的指示灯亮，“红色按钮”的指示灯灭，表示发电机励磁开关已断开，实现了发电机的灭励磁操作。
3.同步发电机组的停机操作
发电机组在停机前，应检查“微机调速装置”在此次试验中发电机组是采用哪种开机方式。
开机方式共有“模拟方式”、“微机手动方式”、“微机自动方式”三种方式供选择。
模拟方式
在“模拟方式”开机情况下，则应在“模拟调节”单元逆时针缓慢旋转指针电位器，使其指针为零，同时可观测到“原动机电压”表的直流电压下降直至为零，待机组停止以后，按下“开/停机”按钮，再按下“操作面板”上“原动机开关”的“绿色按钮”，此时其“绿色按钮”的指示灯亮，“红色按钮”指示灯灭，表示原动机的动力开关已断开，同时“冷却风扇”停止工作，功率角指示器频闪灯灭。
（注：
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