电力系统自动化 实验指导书 上海交通大学 电气工程实验中心 2009年3月
电 力 系 统 自 动 化 实验指导书 上海交通大学 电气工程实验中心 2009 年 3 月
实验一同步发电机并网运行实验 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)熟悉同步发电机准同期并列过程。 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。 三、实验项目和方法 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
实验一 同步发电机并网运行实验 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) 熟悉同步发电机准同期并列过程。 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。 三、 实验项目和方法 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。 4)按附表1对调速装置和励磁装置的参数进行设置。具体的设置方法参考《TQTS-TI微机型自 动调速装置用户手册》和《TQLC-Ⅲ微机型自动励磁装置用户手册》。 5)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“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。 6)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。 7)确认机组转速在额定转速附近（如果未达到，重复步骤5），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。 3.2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。 3.3恒定越前时间测试 将同期装置的“合闸输出”接线端与“1QF合闸回路”左侧红色端子相连。先断开控制屏一次 系统图上的1QF,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,同上。 3.4手动准同期并列
烁。 4) 按附表1对调速装置和励磁装置的参数进行设置。具体的设置方法参考《TQTS-ITI 微机型自 动调速装置用户手册》和《TQLC-III 微机型自动励磁装置用户手册》。 5) 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“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。 6) 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。 7) 确认机组转速在额定转速附近（如果未达到，重复步骤5），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。 3.2 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。 3.3 恒定越前时间测试 将同期装置的“合闸输出”接线端与“1QF合闸回路”左侧红色端子相连。先断开控制屏一次 系统图上的1QF，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，同上。 3.4 手动准同期并列
G ITA 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.按准同期条件合闸 1)合上实验台上的1QF、2QF、3QF、4QF、5QF、6QF按钮，使系统侧母线带电。各QF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“a”端子相连，“Us”(系统电压) 端子与2TV接线区“a”端子相连，“Un”端子同时与1TV和2TV的“x”端子两连。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。 注意：1TV和2TV电压信号必须为同一相，否则相角差检测不准确。 3)设置同期参数 需要设置如下几个同期参数： *压差允许值：当发电机和系统两侧的电压差在压差允许值范围内时，则认为压差满足合闸要求： *频差允许值：当发电机和系统两侧的频率差在频差允许值范围内时，则认为频差满足合闸条件： *合闸时间：断路器的实际合闸时间： *均频均压参数：同期装置在检测到频差和压差不满足条件时，向调速装置和励磁装置发出的均 频均压脉冲的宽度和周期。改变均频均压参数可改变同期装置均频均压的快慢。 在同期装置的主界面状态下，按“E$C”进入功能表菜单，选择“定值管理”可进行相应设置。 提示：设置压差允许值为1.0V,频差允许值为0.3Hz,合闸时间值设为恒定越前时间测试的时间 值，合闸相角值设为10，均频系数值为7，均频周期为0.5，均压系数为7，均压周期为0.5。 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）。 5)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。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。 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
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. 按准同期条件合闸 1) 合上实验台上的1QF、2QF、3QF、4QF、5QF、6QF按钮，使系统侧母线带电。各QF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“a”端子相连，“Us”（系统电压） 端子与2TV接线区“a”端子相连，“Un”端子同时与1TV和2TV的“x”端子两连。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。 注意：1TV和2TV电压信号必须为同一相，否则相角差检测不准确。 3) 设置同期参数 需要设置如下几个同期参数： *压差允许值：当发电机和系统两侧的电压差在压差允许值范围内时，则认为压差满足合闸要求； *频差允许值：当发电机和系统两侧的频率差在频差允许值范围内时，则认为频差满足合闸条件； *合闸时间：断路器的实际合闸时间； *均频均压参数：同期装置在检测到频差和压差不满足条件时，向调速装置和励磁装置发出的均 频均压脉冲的宽度和周期。改变均频均压参数可改变同期装置均频均压的快慢。 在同期装置的主界面状态下，按“ESC”进入功能表菜单，选择“定值管理”可进行相应设置。 提示：设置压差允许值为1.0V，频差允许值为0.3Hz，合闸时间值设为恒定越前时间测试的时间 值，合闸相角值设为10，均频系数值为7，均频周期为0.5，均压系数为7，均压周期为0.5。 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）。 5) 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。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。 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。 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： )由于发电机组容量较小，冲击电流可能不明显。 2)在发电机未与系统解列之前，不应再次同期。 B.偏高准同期并列条件合闸 本实验项目仅限于实验室进行，不得在电厂机组上使用！！！ 实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况： (1)电压差、相角差条件满足，频率差不满足，分别在∫。>f,和∫。<∫，时手动合闸，观察并记 录机组控制屏上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，填入表2-1。 注意：频率差不要大于0.5Hz。 (2)频率差、相角差条件满足，电压差不满足，分别在U。>U,和U。<U,时手动合闸，观察并 记录机组控制屏上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，填入表2-1。 注意：频率差不要大于额定电压的10%。 (3)频率差、电压差条件满足，相角差不满足，调节调速装置的增减速控制相角差指针，使指针 分别在顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸，观察机组控制屏上有功功率表P和无功功率表Q指针 偏转方向及偏转角度大小，从励磁装置显示屏上读取有功和无功数值填入表2-1。 注意：相角差不要大于20度。 表21不同频差下的有功和无功量 fg>f fg<fs Ug>U: U&<U; 顺时针 逆时针 P (kW) Q (kVAR) 3.5半自动准同期并列 1)将同期装置的“启动/停止”开关选择为“停止”，然后将发电机与系统解列（跳开1QF); 2)按手动准同期实验中的接线方法，将发电机电压和系统电压接到同期装置。由于半自动准同 期是同期装置自动发出合闸信号，因此将同期装置右侧的“合闸输出”端子与机组控制屏下方的“1QF 合闸回路”左侧红色端子相连，这样同期装置可控制1QF合闸。 3)参数设置：确认同期条件的设置，进入“同期参数”选项，如果参数设置与手动准同期的参 数设置一致，则不用再修改：否则对参数进行修改成手动准同期时的参数。 4)并列：将调速装置的工作方式设置为“自动”、励磁装置的工作方式设置为“自动”，调节 发电机电压和频率，使其偏离合闸允许条件。将同期装置的“方式选择”开关选择为“半自动”。 根据当前压差、频差数值进行手动调压、调速，方法同手动准同期。当压差、频差条件满足时，同
一合适时刻时，按下机组控制屏上的1QF，将发电机并网。 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) 由于发电机组容量较小，冲击电流可能不明显。 2) 在发电机未与系统解列之前，不应再次同期。 B. 偏离准同期并列条件合闸 本实验项目仅限于实验室进行，不得在电厂机组上使用！！！ 实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况： (1) 电压差、相角差条件满足，频率差不满足，分别在 g s f > f 和 g s f < f 时手动合闸，观察并记 录机组控制屏上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，填入表2-1。 注意：频率差不要大于0.5Hz。 (2) 频率差、相角差条件满足，电压差不满足，分别在U g > U s 和U g < U s 时手动合闸，观察并 记录机组控制屏上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，填入表2-1。 注意：频率差不要大于额定电压的10%。 (3) 频率差、电压差条件满足，相角差不满足，调节调速装置的增减速控制相角差指针，使指针 分别在顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸，观察机组控制屏上有功功率表 P 和无功功率表 Q 指针 偏转方向及偏转角度大小，从励磁装置显示屏上读取有功和无功数值填入表 2-1。 注意：相角差不要大于20度。 表 2-1 不同频差下的有功和无功量 g s f > f g s f < f U g > U s U g < U s 顺时针 逆时针 P（kW） Q（kVAR） 3.5 半自动准同期并列 1) 将同期装置的“启动/停止”开关选择为“停止”，然后将发电机与系统解列（跳开1QF）； 2) 按手动准同期实验中的接线方法，将发电机电压和系统电压接到同期装置。由于半自动准同 期是同期装置自动发出合闸信号，因此将同期装置右侧的“合闸输出”端子与机组控制屏下方的“1QF 合闸回路”左侧红色端子相连，这样同期装置可控制1QF合闸。 3) 参数设置：确认同期条件的设置，进入“同期参数”选项，如果参数设置与手动准同期的参 数设置一致，则不用再修改；否则对参数进行修改成手动准同期时的参数。 4) 并列：将调速装置的工作方式设置为“自动”、励磁装置的工作方式设置为“自动”，调节 发电机电压和频率，使其偏离合闸允许条件。将同期装置的“方式选择”开关选择为“半自动”。 根据当前压差、频差数值进行手动调压、调速，方法同手动准同期。当压差、频差条件满足时，同