电力系统自动化 实验指导书 山东理工大学 电气与电子工程学院 2014.3.10
电力系统自动化 实验指导书 山东理工大学 电气与电子工程学院 2014.3.10
电力系统自动化(A)实验指导书 实验一 同步发电机准同期并列实验 2.1.1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)熟悉同步发电机准同期并列过程。 2.1.2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，考虑到断路器和继电器固有 的合闸时间，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。 同期装置一般在发电机端的电压和频率与系统侧电压和频率相差不大时投入，而在同期结束后 就可退出运行。 2.1.3实验项目和方法 2.1.3.1机组启动和建压 1)将发电机组电动机三相电源插头与机组控制屏侧面“电动机出线”插座连接，发电机三相输 出电压插头与“发电机进线”插座连接，发电机励磁电源插头与“励磁出线”插座连接。机组控制 屏侧面的“380V电源”插座与实验室380V三相交流电源连接，220V电源插头(“发电机出线”插座 左侧的黑色插头)与实验室220V交流电源连接。 2)检查机组控制屏上各指示仪表的指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置。 3)合上机组控制屏上的“220V电源”开关，检查开关状态：控制屏一次系统图上1QF处信号灯 应绿灯亮，红灯熄灭。观测微机型自动调速装置、微机型自动励磁装置及微机型自动同期装置（以 下分别简称为“调速装置”、“励磁装置”和“同期装置”)面板上的“运行”灯，正常应亮或闪 烁。 -1-
电力系统自动化（A）实验指导书 - 1 - 实验一 同步发电机准同期并列实验 2.1.1 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) 熟悉同步发电机准同期并列过程。 2.1.2 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，考虑到断路器和继电器固有 的合闸时间，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。 同期装置一般在发电机端的电压和频率与系统侧电压和频率相差不大时投入，而在同期结束后 就可退出运行。 2.1.3 实验项目和方法 2.1.3.1 机组启动和建压 1) 将发电机组电动机三相电源插头与机组控制屏侧面“电动机出线”插座连接，发电机三相输 出电压插头与“发电机进线”插座连接，发电机励磁电源插头与“励磁出线”插座连接。机组控制 屏侧面的“380V电源”插座与实验室380V三相交流电源连接，220V电源插头（“发电机出线”插座 左侧的黑色插头）与实验室220V交流电源连接。 2) 检查机组控制屏上各指示仪表的指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置。 3) 合上机组控制屏上的“220V电源”开关，检查开关状态：控制屏一次系统图上1QF处信号灯 应绿灯亮，红灯熄灭。观测微机型自动调速装置、微机型自动励磁装置及微机型自动同期装置（以 下分别简称为“调速装置”、“励磁装置”和“同期装置”）面板上的“运行”灯，正常应亮或闪 烁
电力系统自动化(A)实验指导书 4)合上“调速励磁电源”开关(380V)。 注意：一定要先合“220V电源”开关，再合380V“调速励磁电源”开关，否则，励磁或调速输出的功率模块可 能处于失控状态。 5)将机组控制屏上的调速装置“方式选择”开关选择为“自动”方式，“远方/就地”选择为“就 地”（选择为“远方”时，就地控制失效）。“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调速装置 开始输出控制信号。 通过“增速”按钮逐渐升高电动机转速，当按住“增速”按钮不动时，转速将快速升高。接近 额定转速时，松开“增速”按钮（防止超过额定转速），然后采用点动的方式操作按钮，直到达到 需要的转速。 6)确认机组转速在额定转速(1500转/分)附近，将机组控制屏上的励磁调节装置“方式选择” 开关选择为“恒Ug”方式，“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效）， “启动/停止”开关选择为“启动”，此时，励磁调节装置开始输出控制信号。 通过“增磁”按钮逐渐升高发电机电压，当按住“增磁”按钮不动时，发电机电压将快速升高。 接近额定电压时，松开“增磁”按钮（防止超过额定电压），然后采用点动的方式操作按钮，直到 达到需要的电压。 由于励磁电流作用可能使机组转速少许下降，在建压完成后需细微调整转速至额定值(1500转/ 分)。 2.1.3.1.2观察与分析 1)操作机组控制屏上的增速或减速按钮调整机组转速，观察发电机频率的变化。 2)操作机组控制屏上的增磁或减磁按钮调节发电机端电压，观察发电机机端电压的变化。 注：励磁装置上频率及灭磁开关均无意义，观察发电机频率应以同期装置为准。 2.1.3.1.3恒定越前时间测试 由于一般断路器的合闸机构为机械操作机构，从合闸命令发出，到断路器主触头闭合瞬间止， 需要经历一段合闸时间（一般为0.1-0.7s),因而自动同期装置在检查压差和频差已符合并列条件 时，还必须在角差为零的时刻前，发出合闸命令才能使断路器主触头闭合瞬间的相角差恰好为零， 这一时段称为“越前时间”。由于该越前时间只需按断路器的合闸时间进行整定，与滑差及压差无 关，故称其为“恒定越前时间”。 将同期装置的“合闸输出”接线端与“1QF合闸回路”红色端子相连。先观察控制屏一次系统 图上的1QF是否为断开状态（即：应绿灯亮，红灯灭），然后进行合闸时间测试。 注意：测试前确保系统电源未带电，否则可能进行合河测试时将出现非同期合闸！ 在同期装置主界面下按“E$C”键进入“功能表”，进入“装置检查”菜单，选择“合闸时间”， 稍等片刻，检查完毕后，界面显示“动作时间Xx”(xx表示动作时间数值，单位ms)。记下此动 作值，大致等于恒定越前时间。之后，再次手动断开控制屏一次系统图上的1QF。 -2-
电力系统自动化（A）实验指导书 - 2 - 4) 合上“调速励磁电源”开关（380V）。 注意：一定要先合“220V电源”开关，再合380V“调速励磁电源”开关，否则，励磁或调速输出的功率模块可 能处于失控状态。 5) 将机组控制屏上的调速装置“方式选择”开关选择为“自动”方式，“远方/就地”选择为“就 地”（选择为“远方”时，就地控制失效）。“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调速装置 开始输出控制信号。 通过“增速”按钮逐渐升高电动机转速，当按住“增速”按钮不动时，转速将快速升高。接近 额定转速时，松开“增速”按钮（防止超过额定转速），然后采用点动的方式操作按钮，直到达到 需要的转速。 6) 确认机组转速在额定转速 (1500转/分) 附近，将机组控制屏上的励磁调节装置“方式选择” 开关选择为“恒Ug”方式，“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效）， “启动/停止”开关选择为“启动”，此时，励磁调节装置开始输出控制信号。 通过“增磁”按钮逐渐升高发电机电压，当按住“增磁”按钮不动时，发电机电压将快速升高。 接近额定电压时，松开“增磁”按钮（防止超过额定电压），然后采用点动的方式操作按钮，直到 达到需要的电压。 由于励磁电流作用可能使机组转速少许下降，在建压完成后需细微调整转速至额定值（1500转/ 分）。 2.1.3.1.2 观察与分析 1) 操作机组控制屏上的增速或减速按钮调整机组转速，观察发电机频率的变化。 2) 操作机组控制屏上的增磁或减磁按钮调节发电机端电压，观察发电机机端电压的变化。 注：励磁装置上频率及灭磁开关均无意义，观察发电机频率应以同期装置为准。 2.1.3.1.3 恒定越前时间测试 由于一般断路器的合闸机构为机械操作机构，从合闸命令发出，到断路器主触头闭合瞬间止， 需要经历一段合闸时间（一般为0.1-0.7s），因而自动同期装置在检查压差和频差已符合并列条件 时，还必须在角差为零的时刻前，发出合闸命令才能使断路器主触头闭合瞬间的相角差恰好为零， 这一时段称为“越前时间”。由于该越前时间只需按断路器的合闸时间进行整定，与滑差及压差无 关，故称其为“恒定越前时间”。 将同期装置的“合闸输出”接线端与“1QF合闸回路”红色端子相连。先观察控制屏一次系统 图上的1QF是否为断开状态（即：应绿灯亮，红灯灭），然后进行合闸时间测试。 注意：测试前确保系统电源未带电，否则可能进行合闸测试时将出现非同期合闸！ 在同期装置主界面下按“ESC”键进入“功能表”，进入“装置检查”菜单，选择“合闸时间”， 稍等片刻，检查完毕后，界面显示“动作时间 xx”（xx表示动作时间数值，单位ms）。记下此动 作值，大致等于恒定越前时间。之后，再次手动断开控制屏一次系统图上的1QF
电力系统自动化(A)实验指导书 2.1.3.2手动准同期并列实验 ITA 1QF ITV 图2-1发电机组准同期并列示意图 发电机组准同期并列示意图如图2-1,1QF作为同期开关（位于机组控制屏上）。将机组控制屏 侧面的“发电机出线”与“TQDZ-Ⅲ电力系统自动化实验培训系统实验台”（以下简称“实验台”） 侧面的“发电机进线”相连。 A.按准同期条件手动合闸 1)依次合上实验台上的6QF、4QF、2QF、5QF、3QF按钮，使系统侧母线带电。各QF(即断路 器)处指示灯应红灯亮、绿灯灭。 2)在机组控制屏上完成如下实验接线： 将同期装置右侧的“Ug”(发电机电压)端子与1TV接线区“U”端子相连，“Us”(系统电 压)端子与2TV接线区“U”端子相连，“Un”端子同时与1TV和2TV的“U.”端子相连。这样同 期装置可同时采集到发电机和系统两侧的电压信号。 注：台体内部已将b、c项电压及电流接至同期装置，同时1TV和2TV的U端已短接。 注意：1TV和2TV电压信号必须为同一相，否则相角差检测不准确。 2)将机组控制屏上的调速装置“方式选择”开关选择为“自动”方式，“远方/就地”选择为“就 地”（选择为“远方”时，就地控制失效）。“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调速装置 开始输出控制信号。 通过“增速”按钮逐渐升高电动机转速，当按住“增速”按钮不动时，转速将快速升高。接近 额定转速时，松开“增速”按钮（防止超过额定转速），然后采用点动的方式操作按钮，直到达到 需要的转速。 3)确认机组转速在额定转速(1500转/分)附近，将机组控制屏上的励磁调节装置“方式选择” 开关选择为“恒Ug”方式，“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效）， “启动/停止”开关选择为“启动”，此时，励磁调节装置开始输出控制信号。 通过“增磁”按钮逐渐升高发电机电压，当按住“增磁”按钮不动时，发电机电压将快速升高。 接近额定电压时，松开“增磁”按钮（防止超过额定电压），然后采用点动的方式操作按钮，直到 达到需要的电压。 由于励磁电流作用可能使机组转速少许下降，在建压完成后需细微调整转速至额定值(1500转/ 分)。 4)将同期装置“方式选择”开关选择为“手动”方式。手动调节机组频率和电压，观察机端电 压表和发电机频率表的数值有何变化（也可在同期装置液晶屏上查看）。 -3-
电力系统自动化（A）实验指导书 - 3 - 2.1.3.2 手动准同期并列实验 G T1 1TA 1QF 1TV 2TV 图 2-1 发电机组准同期并列示意图 发电机组准同期并列示意图如图 2-1，1QF 作为同期开关（位于机组控制屏上）。将机组控制屏 侧面的“发电机出线”与“TQDZ-III 电力系统自动化实验培训系统实验台”（以下简称“实验台”） 侧面的“发电机进线”相连。 A. 按准同期条件手动合闸 1) 依次合上实验台上的6QF、4QF、2QF、5QF、3QF按钮，使系统侧母线带电。各QF（即断路 器）处指示灯应红灯亮、绿灯灭。 2) 在机组控制屏上完成如下实验接线： 将同期装置右侧的“Ug”（发电机电压）端子与1TV接线区“Ua”端子相连，“Us”（系统电 压）端子与2TV接线区“Ua”端子相连，“Un”端子同时与1TV和2TV的“Un”端子相连。这样同 期装置可同时采集到发电机和系统两侧的电压信号。 注：台体内部已将b、c项电压及电流接至同期装置，同时1TV和2TV的Un端已短接。 注意：1TV和2TV电压信号必须为同一相，否则相角差检测不准确。 2) 将机组控制屏上的调速装置“方式选择”开关选择为“自动”方式，“远方/就地”选择为“就 地”（选择为“远方”时，就地控制失效）。“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调速装置 开始输出控制信号。 通过“增速”按钮逐渐升高电动机转速，当按住“增速”按钮不动时，转速将快速升高。接近 额定转速时，松开“增速”按钮（防止超过额定转速），然后采用点动的方式操作按钮，直到达到 需要的转速。 3) 确认机组转速在额定转速 (1500转/分) 附近，将机组控制屏上的励磁调节装置“方式选择” 开关选择为“恒Ug”方式，“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效）， “启动/停止”开关选择为“启动”，此时，励磁调节装置开始输出控制信号。 通过“增磁”按钮逐渐升高发电机电压，当按住“增磁”按钮不动时，发电机电压将快速升高。 接近额定电压时，松开“增磁”按钮（防止超过额定电压），然后采用点动的方式操作按钮，直到 达到需要的电压。 由于励磁电流作用可能使机组转速少许下降，在建压完成后需细微调整转速至额定值（1500转/ 分）。 4) 将同期装置“方式选择”开关选择为“手动”方式。手动调节机组频率和电压，观察机端电 压表和发电机频率表的数值有何变化（也可在同期装置液晶屏上查看）
电力系统自动化(A)实验指导书 5)根据发电机频率和系统频率的大小，相应操作调速装置上的增速或减速按钮进行调速，直至 发电机频率近似等于系统频率。根据发电机电压和系统电压的大小，相应操作励磁装置增磁或减磁 按钮进行调压，直至发电机的端电压近似等于系统电压。 此时表示压差、频差均满足条件，观察同期装置液晶显示屏上的相角图，当旋转至0度位置前某 一合适时刻时，按下机组控制屏上的1QF,将发电机并网。由于人的反应时间，应选择在即将接近0 度之前按1QF。 在同期装置主界面下按“E$C”键，进入“功能表”，选择“报告管理”选项，再选择“浏览 事件报告”选择，观察冲击电流大小。 注意：1)此实验中同期装置应打到停止位 2)由于发电机组容量较小，冲击电流可能不明显。 3)在发电机未与系统解列之前，不应再次同期。 2.1.3.3全自动准同期并列 1)将同期装置右侧的“Ug”(发电机电压)端子与1TV接线区“U”端子相连，“Us”(系统 电压)端子与2TV接线区“Ua”端子相连，“Un”端子同时与1TV和2TV的“Un”端子相连。这样 同期装置可同时采集到发电机和系统两侧的电压信号。 注：台体内部已将b、c项电压及电流接至同期装置，同时1TV和2TV的Un端已短接。 注意：1TV和2TV电压信号必须为同一相，否则相角差检测不准确。 将同期装置的“合闸输出”接线端与“1Q℉合闸回路”红色端子相连。先观察控制屏一次系统 图上的1QF是否为断开状态（即：应绿灯亮，红灯灭）。由于全自动准同期自动发出均频、均压脉 冲，因此将同期装置右侧的“升压”、“降压”端子接到励磁装置的“升压”、“降压”端子。这 样，励磁装置就可以接收到同期装置发出的调压信号，进行相应的调节；将同期装置的“加速”、 “减速”信号端子与调速装置的“加速”、“减速”信号端子相接，这样调速装置就可以接到同期 装置发出的调速信号，进行相应的调节。 2)启动、建压：将调速装置的工作方式设置为“自动”，“启动/停止”打到“启动”，按“增 速”按钮，调节发电机转速接近1500转/分：将励磁装置的工作方式设置为“自动”，“启动/停止” 打到“启动”，按“升压”按钮，调节发电机机端电压接近系统电压380V(可根据同期装置对比观 察)。 3)并列：调节转速和电压，使其偏离合闸允许条件（转速小于1500转/分：电压小于380V)。 选择微机型同期装置的“方式选择”开关，选择为“自动”。将“启动/停止”打到“启动”，微 机准同期装置将自动进行均压、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，调速装置上有什么反应：当“升压” 或“降压”命令指示灯亮时，励磁装置上有什么反应。观察合闸时机组控制屏上电流表和有功表、 无功表的摆动情况。合闸后同期装置主界面显示合闸后发电机端电压、系统电压，发电机频率、系 统频率和相角的情况。 -4
电力系统自动化（A）实验指导书 - 4 - 5) 根据发电机频率和系统频率的大小，相应操作调速装置上的增速或减速按钮进行调速，直至 发电机频率近似等于系统频率。根据发电机电压和系统电压的大小，相应操作励磁装置增磁或减磁 按钮进行调压，直至发电机的端电压近似等于系统电压。 此时表示压差、频差均满足条件，观察同期装置液晶显示屏上的相角图，当旋转至0度位置前某 一合适时刻时，按下机组控制屏上的1QF，将发电机并网。由于人的反应时间，应选择在即将接近0 度之前按1QF。 在同期装置主界面下按“ESC”键，进入“功能表”，选择“报告管理”选项，再选择“浏览 事件报告”选择，观察冲击电流大小。 注意：1) 此实验中同期装置应打到停止位 2) 由于发电机组容量较小，冲击电流可能不明显。 3) 在发电机未与系统解列之前，不应再次同期。 2.1.3.3 全自动准同期并列 1) 将同期装置右侧的“Ug”（发电机电压）端子与1TV接线区“Ua”端子相连，“Us”（系统 电压）端子与2TV接线区“Ua”端子相连，“Un”端子同时与1TV和2TV的“Un”端子相连。这样 同期装置可同时采集到发电机和系统两侧的电压信号。 注：台体内部已将b、c项电压及电流接至同期装置，同时1TV和2TV的Un端已短接。 注意：1TV和2TV电压信号必须为同一相，否则相角差检测不准确。 将同期装置的“合闸输出”接线端与“1QF合闸回路”红色端子相连。先观察控制屏一次系统 图上的1QF是否为断开状态（即：应绿灯亮，红灯灭）。由于全自动准同期自动发出均频、均压脉 冲，因此将同期装置右侧的“升压”、“降压”端子接到励磁装置的“升压”、“降压”端子。这 样，励磁装置就可以接收到同期装置发出的调压信号，进行相应的调节；将同期装置的“加速”、 “减速”信号端子与调速装置的“加速”、“减速”信号端子相接，这样调速装置就可以接到同期 装置发出的调速信号，进行相应的调节。 2) 启动、建压：将调速装置的工作方式设置为“自动”，“启动/停止”打到“启动”，按“增 速”按钮，调节发电机转速接近1500转/分；将励磁装置的工作方式设置为“自动”， “启动/停止” 打到“启动”，按“升压”按钮，调节发电机机端电压接近系统电压380V（可根据同期装置对比观 察）。 3) 并列：调节转速和电压，使其偏离合闸允许条件（转速小于1500转/分；电压小于380V）。 选择微机型同期装置的“方式选择”开关，选择为“自动”。 将“启动/停止”打到“启动”，微 机准同期装置将自动进行均压、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，调速装置上有什么反应；当“升压” 或“降压”命令指示灯亮时，励磁装置上有什么反应。观察合闸时机组控制屏上电流表和有功表、 无功表的摆动情况。合闸后同期装置主界面显示合闸后发电机端电压、系统电压，发电机频率、系 统频率和相角的情况