单元接线的大型同步发电机解列运行时，其机端电压有可能升得较高，而其频率有可能降得较 低。如果其机端电压U。与频率f的比值B=Uf过高，则同步发电机及其主变压器的铁芯就会饱和， 使空载激磁电流加大，造成发电机和主变过热。因此有必要对Uf加以限制。伏赫限制器工作原理 就是：根据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Ueh=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U:≤Uh。以上数值均按标么值计算。伏赫限制器在解列运行时投入，并网后退出。 实验步骤： 1)启动机组，见“同步发电机准同期并列实验”。 2)励磁装置“方式选择”开关选择为“自动（恒Ug)”方式，“远方/就地”选择为“就地”。 3)当机组转速升到额定附近时，“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调节器开始输出控制 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，发电机将快速升高电 压。接近额定电压时，采用“点动”的方式操作按钮，使发电机达到需要的电压。本实验要求发电 机稳定运行在空载额定以上。 4)在励磁装置主界面下，按“OK”键进入主菜单，进入“参数设定”选项，设置“Vz倍数” 的值为1.1。 5)在励磁装置主界面下，按“OK”键进入主菜单，进入“投退保护”选项，将“VHz限制” 选为“投”，其他两项设为“退”。退出并保存设置。 注意： 此功能若未投入，实验所要求的功能将无法实现。 6)调节调速装置“减速”按钮，使机组从额定转速开始下降。 7)从50Hz~44Hz,每间隔1Hz记录发电机电压随频率变化的关系数据，填入表2-5。 8)根据实验数据描出电压与频率的关系曲线，并计算设定的Bmx值（用限制动作后的数据计 算，伏赫限制指示灯亮表示伏赫限制动作)。做本实验时先增磁到一个比较高的机端电压后再慢慢减 速。（若机组不稳，励磁和同期装置上显示的频率摆动剧烈，可读取调速装置上的转速进行计算） 实验完毕后停机，应严格按照“同步发电机准同期并列实验”中的停机步骤执行。 表2-5不同频率下的发电机电压 发电机频率F(Hz) 50 49 48 47 46 45 44 机端电压U。(V) 3.4调差特性实验 A.调差系数的测定 在励磁装置中，使用的调差公式为（按标么值计算）：UB=U。±K。*Q,它是将无功功率的一 部分叠加到电压给定值上，其中Ug为电压给定值，Q为无功功率，Kq为调差系数。 实验步骤： 1)启动机组，满足条件后并网运行，并退出同期装置，并网步骤见“同步发电机准同期并列实 3
13 单元接线的大型同步发电机解列运行时，其机端电压有可能升得较高，而其频率有可能降得较 低。如果其机端电压 Ug 与频率 f 的比值 B=Ug/f 过高，则同步发电机及其主变压器的铁芯就会饱和， 使空载激磁电流加大，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 Ugh=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 Ug≤Ugh。以上数值均按标幺值计算。伏赫限制器在解列运行时投入，并网后退出。 实验步骤： 1) 启动机组，见“同步发电机准同期并列实验”。 2) 励磁装置“方式选择”开关选择为“自动（恒 Ug）”方式，“远方/就地”选择为“就地”。 3) 当机组转速升到额定附近时，“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调节器开始输出控制 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，发电机将快速升高电 压。接近额定电压时，采用“点动”的方式操作按钮，使发电机达到需要的电压。本实验要求发电 机稳定运行在空载额定以上。 4) 在励磁装置主界面下，按“OK”键进入主菜单，进入“参数设定”选项，设置“V/Hz倍数” 的值为1.1。 5) 在励磁装置主界面下，按“OK”键进入主菜单，进入“投退保护”选项，将“V/Hz限制” 选为“投”，其他两项设为“退”。退出并保存设置。 注意： 此功能若未投入，实验所要求的功能将无法实现。 6) 调节调速装置“减速”按钮，使机组从额定转速开始下降。 7) 从 50Hz～44Hz，每间隔 1Hz 记录发电机电压随频率变化的关系数据，填入表 2-5。 8) 根据实验数据描出电压与频率的关系曲线，并计算设定的 Bmax 值（用限制动作后的数据计 算，伏赫限制指示灯亮表示伏赫限制动作）。做本实验时先增磁到一个比较高的机端电压后再慢慢减 速。（若机组不稳，励磁和同期装置上显示的频率摆动剧烈，可读取调速装置上的转速进行计算） 实验完毕后停机，应严格按照“同步发电机准同期并列实验”中的停机步骤执行。 表 2-5 不同频率下的发电机电压 发电机频率 F（Hz） 50 49 48 47 46 45 44 机端电压 Ug（V） 3.4 调差特性实验 A. 调差系数的测定 在励磁装置中，使用的调差公式为（按标么值计算）：U B = U g ± Kq *Q ，它是将无功功率的一 部分叠加到电压给定值上，其中Ug为电压给定值，Q为无功功率，Kq为调差系数。 实验步骤： 1）启动机组，满足条件后并网运行，并退出同期装置，并网步骤见“同步发电机准同期并列实
验”。 2)调速装置设置为“自动”方式，励磁装置设置为“恒Ug”方式。 3)用降低系统电压的方法（调节调压器）以增加发电机无功输出，记录一系列机端电压和无功 功率的数据，将数据填入表2-6。（如果记录数据时，励磁调节装置上的数值显示有波动，则可以参 考实验台上方的电压表和无功表，计算时额定无功功率为KVr,额定电压220V) 4)作出调节特性曲线，并计算出调差系数。比较计算得出的调差系数与设置的调差系数是否大 致相同。（设置的“调差系数”可在励磁装置的主界面下按“OK”键，进入主菜单，进入“参数设 置”选项查看) 表2-6机端电压与无功关系表 发电机机端电压(UG) 发电机无功输出(Q) 1 2 3 B.零调差实验 设置调差系数=0，在励磁装置的主界面下按“OK”键，进入主菜单，进入“参数设置”选项， 将调差系数设为“00.0%”。退出保存设置。实验步骤同A。 用降低系统电压的方法增加发电机无功输出，记录一系列机端电压、和无功功率的数据，作出 调节特性曲线。 Q 图2-3调节特性曲线 C.正调差实验 设置调差系数=5%，在励磁装置主界面下按“OK”键，进入主菜单，进入“参数设置”选项， 将“调差系数”设为“05.0%”。将“调差极性”设为“十”。退出保存设置。实验步骤同A。 用降低系统电压的方法增加发电机无功输出，记录一系列机端电压、和无功功率的数据，作出 调节特性曲线。 D.负调差实验 设置调差系数=一5%，在励磁装置主界面下按“OK”键，进入主菜单，进入“参数设置”选 g
14 验”。 2）调速装置设置为“自动”方式，励磁装置设置为“恒Ug”方式。 3）用降低系统电压的方法（调节调压器）以增加发电机无功输出，记录一系列机端电压和无功 功率的数据，将数据填入表2-6。（如果记录数据时，励磁调节装置上的数值显示有波动，则可以参 考实验台上方的电压表和无功表，计算时额定无功功率为KVar，额定电压220V） 4）作出调节特性曲线，并计算出调差系数。比较计算得出的调差系数与设置的调差系数是否大 致相同。（设置的“调差系数”可在励磁装置的主界面下按“OK”键，进入主菜单，进入“参数设 置”选项查看） 表2-6 机端电压与无功关系表 发电机机端电压（UG） 发电机无功输出（Q） 1 2 3 4 B. 零调差实验 设置调差系数＝0，在励磁装置的主界面下按“OK”键，进入主菜单，进入“参数设置”选项， 将调差系数设为“00.0％”。退出保存设置。实验步骤同A。 用降低系统电压的方法增加发电机无功输出，记录一系列机端电压、和无功功率的数据，作出 调节特性曲线。 UG Q 图2-3 调节特性曲线 C. 正调差实验 设置调差系数＝5％，在励磁装置主界面下按“OK”键，进入主菜单，进入“参数设置”选项， 将“调差系数”设为“05.0％”。将“调差极性”设为“＋”。退出保存设置。实验步骤同A。 用降低系统电压的方法增加发电机无功输出，记录一系列机端电压、和无功功率的数据，作出 调节特性曲线。 D. 负调差实验 设置调差系数＝－5％，在励磁装置主界面下按“OK”键，进入主菜单，进入“参数设置”选
项，将“调差系数”设为“05.0%”。将“调差极性”设为“一”。退出保存设置。实验步骤同A。 用降低系统电压的方法增加发电机无功输出，记录一系列机端瑞电压、和无功功率的数据，作出 调节特性曲线。 表27不同调差系数下机端电压与无功关系表 Kq=0 Kq=+5% Kq=-5% Uc UG p Ug Q 3.5强励实验 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。 在并网时，模拟两相短路和三相短路故障可以观察强励过程。 实验步骤： 1)启动机组，满足条件后并网运行，调速装置设置为“自动”方式，励磁调节装置设置为“自 动”方式： 2)在发电机有功和无功输出为50%额定负载时，将实验台上的“瞬时/永久”故障类型拨码开 关打到“永久”位，按下“两相短路”按钮。注意观察发电机电流和励磁电流、励磁电压的变化情 况，将数据记入表2-8。 注意： 由于未投入线路保护，设置故障的时间不过太长，将“瞬时/永久”开关打到“瞬时”位可以清除故障。 3)将“瞬时/永久”开关打到“瞬时”位以清除故障。再将“瞬时/永久”故障类型开关打到“永 久”，按下“三相短路”按钮。观察发电机机电流和励磁电压、励磁电流的变化情况，将数据记入表 2-8。 实验完毕后把故障类型拨码开关打到“瞬时”位以清除故障。 表2-8不同故障类型下励磁与发电机的最大电流值 类型 两相短路 三相短路 电流值 励磁电流最大值(A) 发电机电流最大值(A) 3.6欠励限制实验 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
15 项，将“调差系数”设为“05.0％”。将“调差极性”设为“－”。退出保存设置。实验步骤同A。 用降低系统电压的方法增加发电机无功输出，记录一系列机端电压、和无功功率的数据，作出 调节特性曲线。 表2-7 不同调差系数下机端电压与无功关系表 Kq＝0 Kq＝＋5％ Kq＝－5％ UG Q UG Q UG Q 3.5 强励实验 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。 在并网时，模拟两相短路和三相短路故障可以观察强励过程。 实验步骤： 1) 启动机组，满足条件后并网运行，调速装置设置为“自动”方式，励磁调节装置设置为“自 动”方式； 2) 在发电机有功和无功输出为 50％额定负载时，将实验台上的“瞬时/永久”故障类型拨码开 关打到“永久”位，按下“两相短路”按钮。注意观察发电机电流和励磁电流、励磁电压的变化情 况，将数据记入表 2-8。 注意： 由于未投入线路保护，设置故障的时间不过太长，将“瞬时/永久”开关打到“瞬时”位可以清除故障。 3) 将“瞬时/永久”开关打到“瞬时”位以清除故障。再将“瞬时/永久”故障类型开关打到“永 久”，按下“三相短路”按钮。观察发电机机电流和励磁电压、励磁电流的变化情况，将数据记入表 2-8。 实验完毕后把故障类型拨码开关打到“瞬时”位以清除故障。 表 2-8 不同故障类型下励磁与发电机的最大电流值 类型 电流值 两相短路 三相短路 励磁电流最大值（A） 发电机电流最大值（A） 3.6 欠励限制实验 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：确保机组在并网运行时，将发电机的功率运行点P、Q)限制在 欠励限制曲线上方。 欠励限制器的工作原理：根据给定的欠励限制方程和当前有功功率P计算出对应的无功功率下 限：Qn=(A1B)×(P-B)。将Qn与当前Q比较，若：Q>Qn,欠励限制器不动作：Q<Qn,欠 励限制器动作，自动增加无功输出，使Q>Q。(均为绝对值计算)。 实验步骤： 1)启动机组，满足条件后并网运行，调速装置设置为“自动”方式，励磁调节装置设置为“恒 Ug”方式。 2)在励磁装置主界面下按“OK”键，进入主菜单。进入“参数设置”选项，设置“欠励限制” A(如A=2)和B(如B=1)的值。退出并保存设置。 3)进入“保护投退”选项，将“欠励限制”选为“投”，其他两项设为“退”。退出并保存设 置。 注意： 此功能若未投入，实验所要求的功能将无法实现。 4)调节有功功率和无功功率输出分别为0，用增大系统电压的方法使发电机进相运行，直到欠 励限制器动作（励磁装置的欠励限制指示灯亮），记下此时的有功P和无功Q,此时再升高系统电压 或按“减磁”按钮励磁调节均不起作用。如果系统电压上升到450V左右时，仍不能使欠励限制器动 作，则可以进一步按励磁装置的减磁按钮，使发电机进相程度更深，从而使欠励限制器动作。 5)恢复系统电压为正常值(380V)，使发电机恢复运行在非欠励区，调节有功、无功输出均为 0。 6调节50%、100%额定有功，重复上面的实验，并记录欠励限制时的无功值，填入表2-9。 表2-9不同有功下欠励限制动作时的无功值 发电机有功功率P 欠励限制动作时的Q值 零功率 50%额定有功 100%额定有功 7)根据试验数据作出欠励限制曲线P=Q)（如图2-4)，并计算出该直线的斜率。 3.7过励限制实验 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，1.1~ 2.0之间按反时限原则延时动作，限制励磁电流到1.1倍以上，2.0倍以下，瞬时动作限制励磁电流 在2.0倍以上。过励限制器动作时励磁装置的过励限制指示灯亮。 实验步骤： 1)启动机组，满足条件后并网运行，调速装置设置为“自动”方式，励磁调节装置设置为“恒 Ug”方式。 16
16 子端部过热。欠励限制器的任务是：确保机组在并网运行时，将发电机的功率运行点(P、Q)限制在 欠励限制曲线上方。 欠励限制器的工作原理：根据给定的欠励限制方程和当前有功功率P计算出对应的无功功率下 限： min Q AB P B = ×− (/)( )。将Qmin 与当前Q 比较，若：Q Q> min ，欠励限制器不动作；Q Q< min ，欠 励限制器动作，自动增加无功输出，使Q Q> min 。（均为绝对值计算）。 实验步骤： 1) 启动机组，满足条件后并网运行，调速装置设置为“自动”方式，励磁调节装置设置为“恒 Ug”方式。 2) 在励磁装置主界面下按“OK”键，进入主菜单。进入“参数设置”选项，设置“欠励限制” A（如A=2）和B(如B＝1)的值。退出并保存设置。 3) 进入“保护投退”选项，将“欠励限制”选为“投”，其他两项设为“退”。退出并保存设 置。 注意： 此功能若未投入，实验所要求的功能将无法实现。 4) 调节有功功率和无功功率输出分别为0，用增大系统电压的方法使发电机进相运行，直到欠 励限制器动作（励磁装置的欠励限制指示灯亮），记下此时的有功P和无功Q，此时再升高系统电压 或按“减磁”按钮励磁调节均不起作用。如果系统电压上升到450V左右时，仍不能使欠励限制器动 作，则可以进一步按励磁装置的减磁按钮，使发电机进相程度更深，从而使欠励限制器动作。 5) 恢复系统电压为正常值（380V），使发电机恢复运行在非欠励区，调节有功、无功输出均为 0。 6) 调节50%、100%额定有功，重复上面的实验，并记录欠励限制时的无功值，填入表2-9。 表2-9 不同有功下欠励限制动作时的无功值 发电机有功功率 P 欠励限制动作时的 Q 值 零功率 50%额定有功 100％额定有功 7) 根据试验数据作出欠励限制曲线P=f(Q)（如图2-4），并计算出该直线的斜率。 3.7 过励限制实验 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，1.1～ 2.0 之间按反时限原则延时动作，限制励磁电流到 1.1 倍以上，2.0 倍以下，瞬时动作限制励磁电流 在 2.0 倍以上。过励限制器动作时励磁装置的过励限制指示灯亮。 实验步骤： 1) 启动机组，满足条件后并网运行，调速装置设置为“自动”方式，励磁调节装置设置为“恒 Ug”方式
2)在“参数设置”中，将瞬时过励设置为1.1。在“投退保护”中，将过励限制功能投入。 注意： 此功能若未投入，实验所要求的功能将无法实现。 3)用降低额定励磁电流定值的方法模拟励磁电流过励，改变不同的额定励磁电流的大小，观察 达到过励限制时的实际励磁电流的大小。 P 图2-4欠励限制曲线 3.8停机 调节有功输出和无功输出分别为零，在不带负载的情况下跳开同期开关1QF,使同步发电机与 系统解列。在发电机与系统解列之后，将励磁调节装置“启动/停止”选择为“停止”，使发电机端 电压降为零，将调速装置“启动/停止”选择为“停止”，使电动机转速降为零。待机组停稳后断开 机组控制屏上的“调速励磁电源开关”“220V电源”开关、实验台上的开关1QF、2QF、3QF、4QF、 5QF、6QF开关，断开机组控制屏和实验台的“总电源”开关，最后断开市电总电源开关。 四、实验报告要求 1)整理各项实数据 2)分析各项负载实验的测试结果 3)分析为什么励磁调节装置工作在“自动”方式时，调节有功功率的输出时，无功功率会随之 变化，而在调节无功功率时有功功率不变？ 五、思考题 1)三相可控桥对触发脉冲有什么要求？ 2)比较恒机端电压方式起励、恒励磁电流方式起励有何不同？ 3)为什么在并网时不需要伏赫限制？ 4)比较四种运行方式：恒机端电压、恒励磁电流、恒无功功率和恒α的特点，说说他们各适合 在何种场合应用？对电力系统运行而言，哪一种运行方式最好？试就电压质量，无功负荷平衡，电 力系统稳定等方面进行比较
17 2) 在“参数设置”中，将瞬时过励设置为 1.1。在“投退保护”中，将过励限制功能投入。 注意： 此功能若未投入，实验所要求的功能将无法实现。 3) 用降低额定励磁电流定值的方法模拟励磁电流过励，改变不同的额定励磁电流的大小，观察 达到过励限制时的实际励磁电流的大小。 图 2-4 欠励限制曲线 3.8 停机 调节有功输出和无功输出分别为零，在不带负载的情况下跳开同期开关1QF，使同步发电机与 系统解列。在发电机与系统解列之后，将励磁调节装置“启动/停止”选择为“停止”，使发电机端 电压降为零，将调速装置“启动/停止”选择为“停止”，使电动机转速降为零。待机组停稳后断开 机组控制屏上的“调速励磁电源开关”“220V电源”开关、实验台上的开关1QF、2QF、3QF、4QF、 5QF、6QF开关，断开机组控制屏和实验台的“总电源”开关，最后断开市电总电源开关。 四、 实验报告要求 1) 整理各项实数据 2) 分析各项负载实验的测试结果 3) 分析为什么励磁调节装置工作在“自动”方式时，调节有功功率的输出时，无功功率会随之 变化，而在调节无功功率时有功功率不变？ 五、 思考题 1) 三相可控桥对触发脉冲有什么要求？ 2) 比较恒机端电压方式起励、恒励磁电流方式起励有何不同？ 3) 为什么在并网时不需要伏赫限制？ 4) 比较四种运行方式：恒机端电压、恒励磁电流、恒无功功率和恒 α 的特点，说说他们各适合 在何种场合应用？对电力系统运行而言，哪一种运行方式最好？试就电压质量，无功负荷平衡，电 力系统稳定等方面进行比较