四川大学自动装置实验报告.docx

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四川大学自动装置实验报告

自动装置实验报告

实验项目同步发电机并车实验

同步发电机励磁控制实验

学院电气信息学院

任课老师肖先勇

班级103

姓名

学号

同步发电机并车实验

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；

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。

（三）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。

实验波形图

1.正弦整步电压（即脉动电压）波形

2.线性整步电压（即三角波）的波

3.脉冲电压波形

（四）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、分析

1．分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关？

合闸冲击电流产生的根本原因是由于合闸时并列点两侧的电压的瞬时值不等。

因此影响合闸冲击电流大小的因素有：

①并列点两侧电压幅值；②合闸时并列点两侧打压的电压差；③合闸点两侧电压频率差。

2．分析正弦整步电压波形的变化规律？

正弦整步电压是并列点两侧电压差按滑差角频率周期性变化的正弦包络线。

其幅值是并列点两侧电压幅值之和，角频率是两侧电压角频率之差。

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？

答：

不能并列，因为相序不对时，并列点三相中至多只有一相保证相位相同，而其余两相存在着较大的相位差，并列时会产生较大的冲击电流。

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？

答：

在使用自动准同期并列装置时，如果电压互感器的极性如果有一侧接反，根据自动准同期装置要在变压器二次侧电压差不多同相位时才会合闸，此时并列点两侧电压的实际相位差是接近180°，故在并列时会产生很大的冲击电流而使发电机损坏。

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？

答：

准同期与自同期并列的本质差别是准同期需要检测同期条件，而自同期不需要。

首先要将励磁开关关掉，将发电机转速调至同步转速附近，然后将发电机与电网并列，最后给发电机加励磁。

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？

答：

合闸冲击电流的大小和并列点两侧电压差、并列点两侧频率差以及并列点两侧相位差有关。

频率差变化时，正弦整步电压的滑差频率将变化。

电压差变化时，正弦整步电压的幅值变化。

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，其原因是由于滑差角频率很小，滑差周期时间很大，两侧电压的相角差到达允许范围用时较长。

可以通过对发电机频率进行微调，稍微加大滑差角频率来解决。

实验心得：

首先感谢老师的悉心指导，我们才能顺利的完成本次实验。

本实验加深了我对同步发电机准同期并列原理的理解，让我初步掌握了准同期并列条件和微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法，使我熟悉了同步发电机准同期并列过程。

通过实验，我的实践能力得到了很大的提升，加深了我对同步发电机并车的认识，使我对所学知识有了更深的理解，对我以后的进一步学习有很大帮助。

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．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。

二、原理与说明

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。

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。

三、实验项目和方法

1.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1

励磁电流Ifd

0.0A

0.5A

1.5A

2.5A

显示控制角α（°）

90

84.7

75.6

64.3

励磁电压Ufd（V）

0

9.5

27

43

交流输入电压UAC（V）

420

420

420

420

由公式计算的α（°）

90

85.1

76.0

65.2

示波器读出的α（°）

90

84.5

75.4

63.8

实验波形图

α=64.3°

α=75.6°

α=84.7°

α=90°

2.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。

四、分析

1．分析比较各种励磁方式和各种控制方式对电力系统安全运行的影响；

答：

自并励：

（1）运行可靠性高。

自并励励磁系统为静态励磁，与励磁机系统相比，由于没有旋转部件，运行可靠性高。

国内外统计资料表明，自并励励磁系统造成发电机强迫停机率低于励磁机励磁系统。

（2）能改善汽轮发电机机组的轴系稳定性。

自并励励磁系统可缩短发电机组的轴系长度，减少轴承数量。

如300MW及以上的汽轮发电机的轴系长度可减少大约3米，因而，可提高轴系的稳定性，改善轴系振动，从而提高了机组的安全运行水平。

（3）可提高电力系统稳定水平。

在小干扰方面，自并励励磁系统配置PSS后，小干扰稳定水平较励磁机励磁系统有明显提高；在大干扰稳定方面，电力系统计算表明，自并励励磁系统的暂态稳定水平与交流励磁机系统相近或略有提高。

（4）复合电压过流保护必须采用电流记忆；不易增加完全独立的手动励磁系统，不便于故障处理，非常重要。

当靠近机端附近发生短路时机端电压明显下降从而影响强励的动作效果。

它励：

它励式励磁系统的优点是：

系统容量可以做得很大，励磁机是交流发电机没有换向问题而且不受电网运行状态的影响。

缺点是：

接线复杂，有旋转的主励磁机和副励磁机，启动时还需要另外的直流电源向副励磁机供给励磁电流。

它励励磁系统是在发电站出口附近发生短路故障时，强励能力强，有利于提高系统的暂态稳定水平。

2．比较各项的实验数据，分析其产生的原因。

答：

实验获得数据以及波形和理论值存在一定的误差，原因在于首先并网时的电压差、频率差以及相角差只是满足一定范围就会合闸，并不是完全一致，其次存在干扰的问题，以及仪器的精度，再者操作时存在一定的误操作。

五、思考题

1．三相可控桥对触发脉冲有什么要求？

答：

六个晶闸管按顺序依次相隔60度触发，共阴极或共阳极的晶闸管依次相隔120度触发，同一相两极相隔180度触发。

2．为什么在恒α方式下，必须手动“增磁”才能起励建压？

答：

选择恒α方式运行方式表示调节器开环运行，只有在它励方式下有效，因此只有通过手动增磁才能起励建压。

3．为什么在并网时不需要伏赫限制？

答：

伏赫限制:

时机组在解列运行时,确保伏赫比不超过规定的安全数值之外。

机组在解列时，其端电压上升，频率下降。

如果出现机端电压与频率的比值过高，磁通也随之边的过大，从而导致发电机与相连接的主变压器的铁心出现饱和，使空载励磁电流加大，损耗增加，造成铁心过热。

无功功率过剩限制：

无功功率过剩限制：

也称为定子过流限制。

发电机超出容量极限运行时，会使定子绕组过流而过度发热。

无功功率过剩限制在并网时投入，解列时退出，延时动作，瞬时复归。

主要是避开电力系统短路时的强励时间，以保证强励的正常运行。

在并网时只需满足电压相等、频率相等、相位相同就可以了。

实验心得：

首先感谢老师的悉心指导，我们才能顺利的完成本次实验。

本实验加强了我的实践能力，丰富了我的理论知识，使我对同步发电机励磁控制系统有了初步的认识。

通过实验，我更深刻地理解了同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务，也了解了自并励励磁方式和它励励磁方式的特点和微机励磁调节器的基本控制方式以及电力系统稳定器的作用和几种常用励磁限制器的作用，还初步掌握了励磁调节器的基本使用方法。

这次实验让我们把理论和实践结合起来，加深了我对所学理论知识的理解，让我能更好地将理论知识应用于实践当中，为我今后的学习和工作奠定了基础。