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。2.2系统准同期操作和准同期条件的整定2.2.1手动准同期操作将“同期方式”转换开关置“手动”位置。在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。观察微机准同期控制器上显示的发电机电压和系统电压，相应操作微机励磁调节器上的增磁或减磁按钮进行调压，直至“压差闭锁”灯熄灭。观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的增速或减速按钮进行调速，直至“频差闭锁”灯熄灭。此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至0°位置前」某一合适时刻时，即可合闸。观察并记录合闸时的冲击电流。2.2.2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，在f>fx和ff<fx时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表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，V>Vx和V<Vx时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表2-1：注意：电压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，顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表2-1。注意：相角差不要大于30度。10
10 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。 2．2 系统准同期操作和准同期条件的整定 2.2.1 手动准同期操作 将“同期方式”转换开关置“手动”位置。在这种情况下，要满足并列条件，需要 手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合 适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。 观察微机准同期控制器上显示的发电机电压和系统电压，相应操作微机励磁调节器 上的增磁或减磁按钮进行调压，直至 “压差闭锁”灯熄灭。 观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的 增速或减速按钮进行调速，直至 “频差闭锁”灯熄灭。 此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至 0º 位置前 某一合适时刻时，即可合闸。观察并记录合闸时的冲击电流。 2.2.2 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，在 fF>fX和 fF<fX 时手动合闸，观察 并记录实验台上有功功率表 P 和无功功率表 Q 指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入 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，VF>VX和 VF<VX时手动合闸，观察并记 录实验台上有功功率表 P 和无功功率表 Q 指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表 2-1；注意：电压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，顺时针旋转和逆时针旋转时手动合 闸，观察并记录实验台上有功功率表 P 和无功功率表 Q 指针偏转方向及偏转角度大小， 分别填入表 2-1。注意：相角差不要大于 30 度
表 2-1f<fxVr>VxVr<Vx顺时针逆时针fr>fxP (kW)Q(kVAR)注：有功功率P和无功功率Q也可以通过微机励磁调节器的显示观察。2.2.3半自动准同期将“同期方式”转换开关置“半自动”位置，按下准同期控制器上的“同期”按钮即向准同期控制器发出同期并列命令，此时，同期命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快。准同期控制器将给出相应操作指示信息，运行人员可以按这个指示进行相应操作。调速调压方法同手动准同期。当压差、频差条件满足时，整步表上旋转灯光旋转至接近0°位置时，整步表圆盘中心灯亮，表示全部条件满足，准同期控制器会自动发出合闸命令，“合闸出口”灯亮，随后DL灯亮，表示已经合闸。同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复正常闪烁，进入待命状态。2.2.4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。当一次合闻过程完毕，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。2.2.5准同期条件的整定按“参数设置”按钮使“参数设置”灯亮进入参数设置状态，（再按一下“参数设置”按钮即可使“参数设置”灯熄退出参数设置状态）共显示8个参数，可供修改的参数共有7个，即开关时间、频差允许值、压差允许值、均压脉冲周期、均压脉冲宽度、均频脉冲周期、均频脉冲宽度。另第8个参数是实测上一次开关合闸时间，单位为毫秒。以上7个参数按“参数选择”按钮可循环出现，按上三角或下三角按钮可改变其大小。改变某些参数来重复做一下全自动同期（参数整定参见《WDT-II电力系统综合自动化实验台说明部分》）。1.整定频差允许值△f=0.3Hz。压差允许值△U=3V越前时间t=0.1s，通过改变实际开关动作时间，即整定“同期开关时间”的时间继电器。重复进行全自动同期实验，观察在不同开关时间t。下并列过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值I。表2-2。11
11 表 2-1 fF>fX fF<fX VF>VX VF<VX 顺时针 逆时针 P（kW） Q（kVAR） 注：有功功率 P 和无功功率 Q 也可以通过微机励磁调节器的显示观察。 2.2.3 半自动准同期 将“同期方式”转换开关置“半自动”位置，按下准同期控制器上的“同期”按钮 即向准同期控制器发出同期并列命令，此时，同期命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快。 准同期控制器将给出相应操作指示信息，运行人员可以按这个指示进行相应操作。调速 调压方法同手动准同期。 当压差、频差条件满足时，整步表上旋转灯光旋转至接近 0º 位置时，整步表圆盘中 心灯亮，表示全部条件满足，准同期控制器会自动发出合闸命令，“合闸出口”灯亮，随 后 DL 灯亮，表示已经合闸。同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复正常闪烁，进入待命状 态。 2.2.4 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。 2.2.5 准同期条件的整定 按“参数设置”按钮使“参数设置”灯亮进入参数设置状态，（再按一下“参数设 置”按钮即可使“参数设置”灯熄退出参数设置状态）共显示 8 个参数，可供修改的参 数共有 7 个，即开关时间、频差允许值、压差允许值、均压脉冲周期、均压脉冲宽度、 均频脉冲周期、均频脉冲宽度。另第 8 个参数是实测上一次开关合闸时间，单位为毫秒。 以上 7 个参数按“参数选择”按钮可循环出现，按上三角或下三角按钮可改变其大小。 改变某些参数来重复做一下全自动同期（参数整定参见《WDT-Ⅲ电力系统综合自动化实 验台说明部分》）。 1．整定频差允许值△f=0.3Hz。压差允许值△U=3V 越前时间 tyq=0.1s，通过改变实 际开关动作时间，即整定“同期开关时间”的时间继电器。重复进行全自动同期实验， 观察在不同开关时间 tyq下并列过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流 值 Im。 表 2-2
整定同期开关时间（s）0. 10.20.30. 4实测开关时间（s）冲击电流I（A)据此，估算出开关操作回路固有时间的大致范围，根据上一次开关的实测合闸时间，整定同期装置的越前时间。在此状态下，观察并列过程时的冲击电流的大小。2.改变频差允许值△f，重复进行全自动同期实验，观察在不同频差允许值下并列过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值I.。表2-3。频差允许值△f（Hz）0. 40. 30. 20.1冲击电流I.（A)3.改变压差允许值△V，重复进行全自动同期实验，观察在不同压差允许值下并列过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值I.。表2-4。54压差允许值△V（V）32冲击电流I（A)八、实验报告要求1.比较手动准同期和自动准同期的调整并列过程：2.分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关3.分析正弦整步电压波形的变化规律；4.滑差频率fs，开关时间t的整定原则？九、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？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？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？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？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？6.在fs>fx或者f<fx，V>Vx或者V<V下并列，机端有功功率表及无功功率表的指示有何特点？为什么？12
12 整定同期开关时间（s） 0.1 0.2 0.3 0.4 实测开关时间 （s） 冲击电流 Im（A） 据此，估算出开关操作回路固有时间的大致范围，根据上一次开关的实测合闸时间， 整定同期装置的越前时间。在此状态下，观察并列过程时的冲击电流的大小。 2．改变频差允许值△f，重复进行全自动同期实验，观察在不同频差允许值下并列 过程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值 Im。 表 2-3。 频差允许值△f（Hz） 0.4 0.3 0.2 0.1 冲击电流 Im（A） 3．改变压差允许值△V，重复进行全自动同期实验，观察在不同压差允许值下并列过 程有何差异，并记录三相冲击电流中最大的一相的电流值 Im。 表 2-4。 压差允许值△V（V） 5 4 3 2 冲击电流 Im（A） 八、 实验报告要求 1．比较手动准同期和自动准同期的调整并列过程； 2．分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关； 3．分析正弦整步电压波形的变化规律； 4．滑差频率 fs，开关时间 tyq 的整定原则？ 九、 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？ 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？ 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？ 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？ 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？ 6．在 fF> fX或者 fF<fX，VF> VX 或者 VF< VX下并列，机端有功功率表及无功功率表的指示 有何特点？为什么？
实验三同步发电机励磁控制实验一、适用专业电气工程及自动化专业、自动化专业二、 计划学时10学时三、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。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）励磁系统与励磁控制系统同步发电机是把旋转形式的机械功率转换成三相交流电功率的设备，为了完成这一转换并满足运行的要求，除了需要原动机一汽轮机或水轮机供给动能外，同步发电机本身还需要有个可调节的直流磁场作为机电能量转换的媒介，同时借以适应同步发电机运行工况的变化。用来产生这个直流磁场的直流电流，称为同步发电机的励磁电流，为同步发电机提供可调励磁电流的设备总体，称为同步发电机的励磁系统。励磁系统可分为两个基本组成部分：第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流：第二部分是励磁调节器，它感受运行工况的变化，并自动调节励磁功率单元输出的励磁电流的大小，以满足电力系统运行的要求。由励磁功率单元、励磁调节器和同步发电机共同构成的一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。（二）同步发电机励磁控制系统的基本任务在同步发电机正常运行或事故运行中，同步发电机励磁控制系统都起着十分重要的作用。根据运行方面的要求，励磁控制系统应承担如下任务：1）在正常运行条件下，供给同步发电机的励磁电流，并根据发电机所带负荷的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电压在给定水平上。2）使并列运行的各同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。3）增加并入电网运行的同步发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性及输电线路的有功功率传输能力。4）在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，进行强励，将励磁13
13 实验三 同步发电机励磁控制实验 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 10 学时 三、 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。 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）励磁系统与励磁控制系统 同步发电机是把旋转形式的机械功率转换成三相交流电功率的设备，为了完 成这一转换并满足运行的要求，除了需要原动机—汽轮机或水轮机供给动能外，同步发 电机本身还需要有个可调节的直流磁场作为机电能量转换的媒介，同时借以适应同步发 电机运行工况的变化。用来产生这个直流磁场的直流电流，称为同步发电机的励磁电流， 为同步发电机提供可调励磁电流的设备总体，称为同步发电机的励磁系统。励磁系统可 分为两个基本组成部分：第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直 流励磁电流；第二部分是励磁调节器，它感受运行工况的变化，并自动调节励磁功率单 元输出的励磁电流的大小，以满足电力系统运行的要求。 由励磁功率单元、励磁调节器和同步发电机共同构成的一个闭环反馈控制系 统，称为励磁控制系统。 （二）同步发电机励磁控制系统的基本任务 在同步发电机正常运行或事故运行中，同步发电机励磁控制系统都起着十分重要 的作用。根据运行方面的要求，励磁控制系统应承担如下任务： 1）在正常运行条件下，供给同步发电机的励磁电流，并根据发电机所带负荷的情 况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电压在给定水平上。 2）使并列运行的各同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。 3）增加并入电网运行的同步发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性及输 电线路的有功功率传输能力。 4）在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，进行强励，将励磁
电流迅速增到顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。5）在同步发电机突然解列，甩掉负荷时，进行强减，将励磁电流迅速降到安全数值，以防止发电机端电压的过分升高。6）在发电机内部发生短路故障时，进行快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值，以减小故障损坏程度。7）在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励磁限制和欠励磁限制，以确保同步发电机组的安全稳定运行。（三）励磁系统的励磁方式励磁功率单元的接线方式，也称励磁方式。根据励磁电源的来源不同有多种励磁方式。常见的有三机励磁系统（含无刷励磁系统）、自并励励磁系统等。不同的励磁方式其励功率单元的组成也不同。试验装置的同步发电机有三种励磁方式可供选择。①手动励磁方式，它是市电交流220V通过变压器降压后，经自耦调压器调至需要电压，再通过整流桥整成直流向同步发电机励磁绕组供电，励磁调节由试验人员手动操作自耦调压器来实现：②微机它励方式，它是市电交流380V通过变压器降压后，经可控硅整流向发电机励磁绕组供电；③微机自并励方式，它是发电机机端电压通过变压器降压后，经可控硅整流向发电机励磁绕组供电。（四）励磁调节器的基本组成及其工作原理励磁调节器是励磁控制系统中的智能设备，它检测和综合励磁控制系统运行状态及调度指令，并产生相应的控制信号作用于励磁功率单元，用以调节励磁电流大小，满足同步发电机各种运行工况的需要。为了完成励磁控制系统的基本任务，励磁调节器至少需要以下几个基本组成部分：1.测量、给定与比较单元该单元的任务：测量发电机机端电压，并与给定电压相比较，输出机端电压的偏差信号到综合放大单元。给定电压要求在规定范围内可调。2.综合放大单元综合放大单元对电压偏差信号、稳定控制信号、励磁限制信号和各种补偿信号等起综合和放大的作用（线性迭加），经综合放大后的控制信号输出到移相触发单元作为触发脉冲角度的移相控制信号。其中，电压偏差信号来自上述测量给定比较单元，稳定控制信号来自励磁系统稳定器（ESS）和电力系统稳定器（PSS），励磁限制信号来自各种励磁限制器，补偿信号来自励磁绕组时间常数补偿器等。3.移相触发单元移相触发单元根据综合放大单元送来的控制信号的变化，改变输出到晶闸管的触发脉冲的相位，即改变控制角α，从而控制晶闸管整流电路的输出电压，达到调节发电机的励磁电流的目的。4.调差单元14
14 电流迅速增到顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。 5）在同步发电机突然解列，甩掉负荷时，进行强减，将励磁电流迅速降到安全数 值，以防止发电机端电压的过分升高。 6）在发电机内部发生短路故障时，进行快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值，以 减小故障损坏程度。 7）在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励磁限制和欠励磁限制，以确保 同步发电机组的安全稳定运行。 （三）励磁系统的励磁方式 励磁功率单元的接线方式，也称励磁方式。根据励磁电源的来源不同有多种励磁方 式。常见的有三机励磁系统（含无刷励磁系统）、自并励励磁系统等。不同的励磁方式， 其励磁功率单元的组成也不同。 试验装置的同步发电机有三种励磁方式可供选择。 ①手动励磁方式，它是市电交流 220V 通过变压器降压后，经自耦调压器调至需要 电压，再通过整流桥整成直流向同步发电机励磁绕组供电，励磁调节由试验人员手动操 作自耦调压器来实现； ②微机它励方式，它是市电交流 380V 通过变压器降压后，经可控硅整流向发电机 励磁绕组供电； ③微机自并励方式，它是发电机机端电压通过变压器降压后，经可控硅整流向发电 机励磁绕组供电。 （四）励磁调节器的基本组成及其工作原理 励磁调节器是励磁控制系统中的智能设备，它检测和综合励磁控制系统运行状态 及调度指令，并产生相应的控制信号作用于励磁功率单元，用以调节励磁电流大小，满 足同步发电机各种运行工况的需要。 为了完成励磁控制系统的基本任务，励磁调节器至少需要以下几个基本组成部分： 1．测量、给定与比较单元 该单元的任务：测量发电机机端电压，并与给定电压相比较，输出机端电压的偏差 信号到综合放大单元。给定电压要求在规定范围内可调。 2．综合放大单元 综合放大单元对电压偏差信号、稳定控制信号、励磁限制信号和各种补偿信号等起 综合和放大的作用（线性迭加），经综合放大后的控制信号输出到移相触发单元作为触发 脉冲角度的移相控制信号。其中，电压偏差信号来自上述测量给定比较单元，稳定控制 信号来自励磁系统稳定器（ESS）和电力系统稳定器（PSS），励磁限制信号来自各种励磁 限制器，补偿信号来自励磁绕组时间常数补偿器等。 3．移相触发单元 移相触发单元根据综合放大单元送来的控制信号的变化，改变输出到晶闸管的触发 脉冲的相位，即改变控制角α，从而控制晶闸管整流电路的输出电压，达到调节发电机 的励磁电流的目的。 4．调差单元