二学生实验守则1.进入实验室要遵守实验室各项规章制度，保持安静，不准吸烟和随地吐痰，不乱丢纸屑和杂物。2.不得乱动与本实验无关的仪器设备，实验中要遵守操作规程，注意安全，以免损坏设备。3.实验前，要认真阅读实验指导和复习有关理论内容，了解实验目的、内容及步骤，接受教师提问和检查。4.准备就绪，必须经指导教师同意，方可动用仪器设备，如对设备使用有疑问，应及时向指导教师提出，不得自行摆弄。实验中如出现事故应立即向指导教师报告，并停机检查原因，保护现场。5.实验中要严肃认真，细心观查，记录实验数据，实验完毕须将实验结果交指导教师审阅通过。6.如由于违反操作规程而造成仪器设备损坏，按《仪器设备管理办法》有关规定处理。电气工程课程组5
5 二 学生实验守则 1.进入实验室要遵守实验室各项规章制度，保持安静，不准吸烟和随地吐痰，不乱 丢纸屑和杂物。 2.不得乱动与本实验无关的仪器设备，实验中要遵守操作规程，注意安全，以免损 坏设备。 3.实验前，要认真阅读实验指导和复习有关理论内容，了解实验目的、内容及步骤， 接受教师提问和检查。 4.准备就绪，必须经指导教师同意，方可动用仪器设备，如对设备使用有疑问，应及 时向指导教师提出，不得自行摆弄。实验中如出现事故应立即向指导教师报告，并停机检 查原因，保护现场。 5.实验中要严肃认真，细心观查，记录实验数据，实验完毕须将实验结果交指导教师 审阅通过。 6.如由于违反操作规程而造成仪器设备损坏，按《仪器设备管理办法》有关规定处理。 电气工程课程组
第二部分实验内容实验一日电力系统及自动化综合试验系统基本操作实验适用专业一、电气工程及自动化专业、自动化专业二、 计划学时4学时三、实验目的1.熟悉该综合试验台的组成部分和基本特点。2.掌握该实验设备的基本操作。四、实验设备1.WDT-III电力系统综合自动化试验台。2.PS-5G型电力系统微机监控试验系统。五、实验预习1.认真阅读WDT-III电力系统综合自动化试验台和PS-5G型电力系统微机监控试验系统的使用说明书2.研读电力系统有关方面的书籍。六、实验步骤和数据记录实验1.1试验台组成设备的熟悉。请参考WDT-III电力系统综合自动化试验台说明书和PS—5G型电力系统微机监控试验系统。实验1.2该实验系统基本操作请参考WDT-III电力系统综合自动化试验台说明书和PS—5G型电力系统微机监控试验系统说明书。七、实验报告要求1：简单说明该系统基本组成原理。2.比较各种开机和停机方法的相同和不同点。八、思考题1.YHB-III型微机线路保护装置的工作原理是什么？。2.TGS-04型微机调速装置的工作原理是什么？3.WL-04B微机励磁调节器的工作原理是什么？4.HGWT-03微机准同期控制装置的工作原理是什么？6
6 第二部分 实验内容 实验 一 电力系统及自动化综合试验系统基本操作实验 一、 适用专业 电气工程及自动化专业、自动化专业 二、 计划学时 4 学时 三、 实验目的 1．熟悉该综合试验台的组成部分和基本特点。 2．掌握该实验设备的基本操作。 四、 实验设备 1．WDT-III 电力系统综合自动化试验台。 2．PS-5G 型电力系统微机监控试验系统。 五、 实验预习 1．认真阅读 WDT-III 电力系统综合自动化试验台和 PS-5G 型电力系统微机监控试验 系统的使用说明书 2．研读电力系统有关方面的书籍。 六、 实验步骤和数据记录 实验 1.1 试验台组成设备的熟悉。 请参考 WDT-III 电力系统综合自动化试验台说明书和 PS—5G 型电力系统微机 监控试验系统。 实验 1. 2 该实验系统基本操作 请参考 WDT-III 电力系统综合自动化试验台说明书和 PS—5G 型电力系统微机 监控试验系统说明书。 七、 实验报告要求 1． 简单说明该系统基本组成原理。 2． 比较各种开机和停机方法的相同和不同点。 八、 思考题 1． YHB-III 型微机线路保护装置的工作原理是什么？。 2． TGS-04 型微机调速装置的工作原理是什么？ 3． WL-04B 微机励磁调节器的工作原理是什么？ 4． HGWT-03 微机准同期控制装置的工作原理是什么？
实验二同步发电机准同期并列实验适用专业、电气工程及自动化专业、自动化专业二、 计划学时6学时三、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。四、实验设备WDT-III电力系统综合自动化试验台五、 实验原理（一）同步发电机自动准同期控制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，同步发电机准同期控制器，就是一种能够快速无扰动地将同步发电机投入到电力系统中（并网）的自动装置。它是一种典型的自动操作（合闸）装置。（二）准同期控制的理论问题1.无扰动合闸与准同期并列条件准同期控制器需要解决的关键技术问题是无扰动合闸。所谓有扰动，就是指断路器合闸瞬间的合闸冲击电流不等于零。过大的合闸电流会产生大量热量使定子绕组过热，使绝缘加速老化：过大的合闻电流还会产生危险的电动力，使定子绕组变形受损；同时，合闸电流的有功分量还会产生有功功率冲击，对机组转轴施加过大的冲击力矩，严重时会损环同步发电机的联轴器：此外，过大的冲击电流对电力系统稳定也会产生不利影响。所以必须严格控制合闸冲击电流，以延长发电机的使用寿命，避免意外事故发生。在工程实用上，理想并列条件难以满足。实际中只要合闸冲击电流被限制在一定范围内，则不会产生任何不利影响，由此提出工程上实用的并列条件是：OG-Os<A0U-Us<AU08(2-1)并列操作时，要求频率差、电压差和相位差三个条件必须同时满足。2.准同期条件与冲击电流性质的关系：为了将合闸电流限制在安全范围内，工程实用的允许偏差取值一般为：7
7 实验二 同步发电机准同期并列实验 一、 适用专业 电气工程及自动化专业、自动化专业 二、 计划学时 6 学时 三、 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。 四、 实验设备 WDT-III 电力系统综合自动化试验台 五、 实验原理 （一）同步发电机自动准同期控制 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，同步发电 机准同期控制器，就是一种能够快速无扰动地将同步发电机投入到电力系统中（并网） 的自动装置。它是一种典型的自动操作（合闸）装置。 （二）准同期控制的理论问题 1．无扰动合闸与准同期并列条件 准同期控制器需要解决的关键技术问题是无扰动合闸。所谓有扰动，就是 指断路器合闸瞬间的合闸冲击电流不等于零。过大的合闸电流会产生大量热量使定子绕 组过热，使绝缘加速老化；过大的合闸电流还会产生危险的电动力，使定子绕组变形受 损；同时，合闸电流的有功分量还会产生有功功率冲击，对机组转轴施加过大的冲击力 矩，严重时会损坏同步发电机的联轴器；此外，过大的冲击电流对电力系统稳定也会产 生不利影响。所以必须严格控制合闸冲击电流，以延长发电机的使用寿命，避免意外事 故发生。 在工程实用上，理想并列条件难以满足。实际中只要合闸冲击电流被限制 在一定范围内，则不会产生任何不利影响，由此提出工程上实用的并列条件是： ⎪ ⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎬ ⎫ < − < − < δ δ ω ω ω Δ Δ Δ G S G S U U U （2-1） 并列操作时，要求频率差、电压差和相位差三个条件必须同时满足。 2．准同期条件与冲击电流性质的关系： 为了将合闸电流限制在安全范围内，工程实用的允许偏差取值一般为：
Aol<0.2%~0.5%ONAU|<5%~10%U[]<3°~ 5°(2-2)（三）合闸控制原理1.越前相角原理和恒定越前时间原理由上述分析可知，当合闸瞬间同时满足式（2-1）规定的条件，则合闸冲击电流将被限制在允许范围内。考虑到断路器触点从开断状态过渡到闭合状态需要走过一段行程，因此需要一定的时间（称为断路器合闸时间，记作toF，一般在0.2～0.6s之间），只要这段时间内频率差不等于零，则这段时间内的相位差变化量等于：(2-3)0to为了保证断路器触点闭合瞬间相位差等于0，就要求准同期控制器发出合闸命令时的相位差应满足：(2-4)8+8=0即要求：(2-5)8=-△8=-△01OF=4O(-1QF)即Sad=0 Tad=4o(-1QF)(2-6)就是要求当相位差靠近零值而尚未到零之前，提前一个角度（这个角度称为合闸越前相角，记作a）发出合闸命令，相应提前的时间称为越前时间，记作tad。taa在数值上等于合闸时间tor。由此得到微机准同期控制器使用的合闸原理：即根据当前频率差和断路器合闸时间计算合闸越前角，并在当前相位差等于合闸越前角时发出合闸命令。由于用相位差作为合闸判据，所以称为越前相角原理。注意到：这个越前相角并不恒定，而是随频率差变化而变化的，即微机准同期控制器总是根据变化的频率差不断地修正越前相角。虽然越前角不恒定，但越前时间却是恒定的，它等于断路器的合闸时间，所以也称为恒定越前时间原理。2.合闸误差角控制考到影响合闸角精度的因素，合闸误差角控制方法为：严格限制允许频率差的取值范围。允许频率差越小，则在合闸时间内的频率差绝对值就越小，于是由时间误差引起的相角误差也就越小。（四）同步发电机准同期并列原理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8
8 ⎪ ⎪ ⎭ ⎪⎪ ⎬ ⎫ < ° ° < < 3 ~ 5 Δ 5% ~ 10% Δ 0.2% ~ 0.5% N N δ ω ω U U （2-2） （三）合闸控制原理 1．越前相角原理和恒定越前时间原理 由上述分析可知，当合闸瞬间同时满足式（2-1）规定的条件，则合闸冲击电流将被限 制在允许范围内。考虑到断路器触点从开断状态过渡到闭合状态需要走过一段行程，因 此需要一定的时间（称为断路器合闸时间，记作 tQF，一般在 0.2～0.6s 之间），只要这 段时间内频率差不等于零，则这段时间内的相位差变化量等于： Δδ=Δω tQF (2-3) 为了保证断路器触点闭合瞬间相位差等于 0，就要求准同期控制器发出合闸命令时的相 位差δ应满足： δ + Δδ = 0 (2-4) 即要求： Δ Δ ( ) QF QF δ = − δ = − ω t = Δω −t (2-5) 即 Δ ( ) ad ad QF δ = ω t = Δω −t (2-6) 就是要求当相位差靠近零值而尚未到零之前，提前一个角度（这个角度称为合闸越 前相角，记作δad）发出合闸命令，相应提前的时间称为越前时间，记作 tad。tad在数值上 等于合闸时间 tQF。 由此得到微机准同期控制器使用的合闸原理：即根据当前频率差和断路器合闸时间 计算合闸越前角，并在当前相位差等于合闸越前角时发出合闸命令。由于用相位差作为 合闸判据，所以称为越前相角原理。注意到：这个越前相角并不恒定，而是随频率差变 化而变化的，即微机准同期控制器总是根据变化的频率差不断地修正越前相角。虽然越 前角不恒定，但越前时间却是恒定的，它等于断路器的合闸时间，所以也称为恒定越前 时间原理。 2．合闸误差角控制 考虑到影响合闸角精度的因素，合闸误差角控制方法为：严格限制允许频率差 的取值范围。允许频率差越小，则在合闸时间内的频率差绝对值就越小，于是由时间误 差引起的相角误差也就越小。 （四）同步发电机准同期并列原理 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）时合闻，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。六、实验预习1.预习同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件；2.预习微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法；七、实验步骤和数据记录2.1机组启动、建压和停机一、实验步骤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380V7.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。9，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。二、实验分析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；9
9 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。 六、 实验预习 1．预习同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件； 2．预习微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法； 七、 实验步骤和数据记录 2．1 机组启动、建压和停机 一、实验步骤 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。 9．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。 二、实验分析 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；