广西大学电气工程学院自动装置实验报告

电力系统自动装置原理实验报告

实验项目：发电机自动准同期装置实验

学院：电气工程学院

班级：电气工程及其自动化10~班

姓名：

学号：

实验一 发电机自动准同期装置实验

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、掌握微机准同期控制装置及模拟式综合整步表的基本使用方法；

3、熟悉同步发电机准同期并列过程；

4、学会观察、分析有关实验波形。

二、实验基本原理

（一）控制发电机运行的三个主要自动装置

同步发电机从静止过渡到并网发电状态，一般要经历以下几个主要阶段：

（1）起动机组，使机组转速从零上升到额定转速；

（2）起励建压，使机端电压从残压升到额定电压；

（3）合出口断路器，将同步发电机无扰地投入电力系统并列运行；

（4）输出功率，将有功功率和无功功率输出增加到预定值。

上述过程的控制，至少涉及3个自动装置，即调速器、励磁调节器和准同期控制器。它们分别用于调节机组转速/功率、控制同步发电机机端电压/无功功率和实现无扰动合闸并网。

（二）准同期并列的基本原理

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。

准同期并列要满足以下四个条件：

（1）发电机电压相序与系统电压相序相同；

（2）发电机电压与并列点系统电压相等；

（3）发电机的频率与系统的频率基本相等；

（4）合闸瞬间发电机电压相位与系统电压相位相同。

具体的准同期并列的过程如下：先将待并发电机组先后升至额定转速和额定电压，然后通过调整待并机组的电压和转速，使电压幅值和频率条件满足，再根据“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，使出口断路器合上的时候相位差尽可能小。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。

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。

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。

（三）同期点

发电厂发电机的并列操作断路器，称为同期点。除了发电机的出口断路器之外在一次电路中，凡有可能与发电机主回路串联后与系统（或另一电源）之间构成唯一断路点的断路器，均可作为同期点。例如，发电机—变压器组的高压侧断路器，发电机—三绕组变压器组的各侧断路器等，都可作为同期点。在同期点应装设准同期装置。

关于准同期并列的详细介绍，请参看杨冠城主编的教材《电力系统自动装置原理(第四版)》的相关章节。

三、实验设备简介

实验室的微机准同期装置型号为HGWT-04，安装在实验室主测量控制试验台的正中央，其面板图如图3-1所示。

图3-1 HGWT-04微机准同期控制器的面板图

（一）、面板简介

1、数码显示器

主要用以显示发电机频率、发电机电压、系统频率、系统电压及准同期控制整定参数；

2、指示灯

它们是：〖+24V电源〗、〖微机正常〗、〖同期命令〗、〖参数设置〗、〖频差闭锁〗、〖加速〗、〖减速〗、〖压差闭锁〗、〖升压〗、〖降压〗、〖相差闭锁〗、〖合闸出口〗、〖DL合〗、〖圆心〗。

3、LED旋转灯光整步表

用48只发光二极管围成一个圆圈，表示360°相角（每点7.5°）。用点亮二极管的方法指示当前相角，因此当相角在0~360°之间变化时，灯光就旋转起来，如同整步表一样。如将接入准同期控制器的系统电压取自线路末端，该灯光整步表还可在发电机并入系统后指示发电机机端电压与系统电压之间的功角。

（二）、操作按钮

一共有6个按钮，它们是【同期命令】、【参数设置】、【参数选择】、下三角

【▼】、上三角【▲】、【复位】。

（三）显示画面说明

显示器显示内容：

显示组1：发电机频率Hz

系统频率Hz

显示组2：频 差

允许频差

允许频差 显示组3：频 差 发电机电压V 系统电压V 电压差 允许电压差 相角差 越前角

显示组4：1 1 1 1 1 1 1 1（或2 2 2 2 2 2 2 2）

相角差整定电压（V） 电压差整定电压（V）

显示组5：以十六进制显示如下：

注意：通过按增、减按钮，可以切换显示组别。

四、实验内容和步骤

（一）自动准同期的准备工作

1、启动原动机，按照模拟要求选择相应的模拟方式，将机组转速升到额定转速；

2、发电机建压到额定电压；

3、投入无穷大电源并合上线路开关至发电机同期点；

4、选择待并列的机组编号为1号机，将同期方式选为自动同期。

（二）自动准同期并列

1、按下微机准同期装置面板上的【同期命令】按钮，注意观察信号灯和显示器的变化过程；

2、用录波仪将合闸瞬间的机端电流波形记录下来；

3、跳开出口断路器，将发电机组与系统解列。

（三）观察与分析

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，将相关结果记录于表3-1。

表3-1 不同频差时旋转灯光整步表灯光旋转情况记录表

2、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，将结果记录于表3-2。

表3-2 频差闭锁、压差闭锁、相差闭锁灯亮熄规律表

3、将发电机电压与系统电压接入录波仪，观察正弦整步电压（即脉动电压）波形，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。

1、频率有正偏差时的冲击电流波形

2、电压有正偏差时的冲击电流波形

3、相位顺时针旋转，相位偏差大概30度时的冲击电流波形

（四）偏离准同期并列条件合闸（选做）

选择手动并列方式，进行单独一种并列条件不满足情况下的手动准同期并列试验，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，观察并记录实验数据，分别填入表3-3（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，观察并记录实验数据，分别填入表3-3（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，观察并记录实验数据，分别填入表3-3（注意：相角差不要大于30º）。

表3-3 频差闭锁、压差闭锁、相差闭锁灯亮熄规律表

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。

（五）停机

当同步发电机与系统解列之后，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。

注意事项：

当微机准同期装置面板上的指示灯、数码管显示都停滞不动时，此时微机准同期控制器处于“死机”状态，按一下“复位”按钮可使微机准同期控制器恢复正常。

五、实验分析

1、描述正常自动准同期并列过程中，按下微机准同期装置面板上的【同期命令】按钮后，结合微机准同期装置面板上的指示灯、显示器显示内容的变化，分析自动准同期的调整并列过程。

答：微机准同期装置正常工作时，LED旋转灯光整步表上的灯依次闪烁，圆心灯亮。显示器显示为发电机的电压和频率及系统的电压和频率，按下微机准同期装置面板上的【同期命令】按钮后，【同期命令】指示灯亮，旋转灯闪烁速度逐渐减慢。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，显示器上的电压、频率改变，合闸条件满足时圆心灯灭，旋转灯上的0°指示灯亮，进行合闸操作。

2、分析正常自动准同期并列时的机端电压、电流波形。

答：正常自动准同期并列是，对电网冲击很小，机端电压和电流波形畸变不大，波形成正弦。

4、分析频差闭锁、压差闭锁、相差闭锁灯亮熄规律。

答：频差闭锁：当频差较大时，频差闭锁指示灯亮，闭锁同期功能，若此时按下同期按钮，增速（减速）指示灯亮，当频差减小到一定范围时，频差闭锁指示灯灭，允许同期；

压差闭锁：当压差较大时，压差闭锁指示灯亮，闭锁同期功能，当压差回复到允许同期的范围内时，压差闭锁指示灯灭；

相差闭锁：当相差较大时，相差闭锁指示灯亮，闭锁同期功能，当相差恢复到允许同期的范围内时，相差闭锁指示灯灭。

5、分析正弦整步电压波形的变化规律，并分析正弦整步电压幅值达到最小值时所对应的整步表指针位置和灯光位置。 答：正弦整步电压波形的是正弦脉动波，它的包络是正弦型的，即的包络的，是正弦变化。

整步电压幅值最小时，整步表灯光位于最上方。

和之差幅值是

6、实验心得。

这次实验使我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，掌握微机准同期控制装置及模拟式综合整步表的基本使用方法；熟悉同步发电机准同期并列过程。

六、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？

答：相序不对不允许并列。相序不同相当于两相短路，会形成很大的环流，轻则设备开关跳闸，重则电源网络（总变电站）跳闸，导致网域大部分停电事故。

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？ 答：会使得和相角相差180°，如果仍以相同条件进行同期合闸操作，此时合闸的电压差是最大的，合闸将引起非常大的冲击电流。

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？

答：本质区别是是否需要检测同期。自同期法并列是将未励磁而转速接近同步转速的发电机投入系统并立即（或经一定时间）加上励磁，让系统将发电机拖入同步，不需要检测同期；而准同期并列是在所有并列条件满足的情况下才将发电机投入系统，需要检测同期。

如果在这套机组上实验自同期并列，应：1、将发电机拖到接近同步转速；2、合上并列断路器，将发电机投入系统；3、立即加上励磁。

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？

答：与合闸时候的电压幅值差，合闸相角差，发电机次暂态电抗，电力系统等值电抗， 发电机交轴次暂态电抗，发电机交轴次暂态电势等因素有关。频率差变化或电压差变化时，正弦整步电压的随着频率差变化或电压差变化而变化。因为不仅与电压差值有关，还与合闸相角差有关，而频率差是也会变化。所以正弦整步电压随着它们的变化而变化。

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？

答：这是存在合闸相角差的现象，应该采取恒定越前相角或者恒定越前时间方法进行合闸操作。

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？

答：fF> fX：有功功率为正，无功功率为负；

fF<fX：有功功率为负，无功功率为正；

VF> VX：有功功率为零，无功功率为正；

VF< VX：有功功率为零，无功功率为负。

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