電力系統(tǒng)及自動化綜合實驗指導書是一本與電氣工程

1、前 言電力系統(tǒng)及自動化綜合實驗指導書是一本與電氣工程專業(yè)的電力工程、電力系統(tǒng)自動化、電力系統(tǒng)分析、微機保護、電力系統(tǒng)自動裝置原理等課程相配套的實驗及原理指導教材。實驗教學是高等理工科學校的主要實驗性環(huán)節(jié)之一，它在培養(yǎng)學生的實際操作能力、分析問題和解決問題的能力方面，起著極重要的作用；專業(yè)綜合實驗課程還肩負著綜合運用所學基礎知識和專業(yè)知識，培養(yǎng)學生創(chuàng)造能力的作用。本實驗指導書前六章是在武漢聯(lián)華電氣有限責任公司生產(chǎn)“LHWDT-型電力系統(tǒng)綜合自動化試驗臺”上進行的，實驗指導書后二章需增加在該公司生產(chǎn)的“LHPS-5G型電力系統(tǒng)微機監(jiān)控試驗臺”共同完成后二章試驗，而實際這個試驗系統(tǒng)所能開出的實驗遠不

2、止這些，如：同步發(fā)電機靜態(tài)安全運行極限的測定，同步發(fā)電機參數(shù)的離線（在線）測定以及磁阻功率實驗等，都未編寫在此指導書中，這里只是提供實驗平臺供大家開發(fā)研究。將多個此實驗平臺，通過“LHPS-5G型電力系統(tǒng)微機監(jiān)控實驗系統(tǒng)”構(gòu)成一個可變的多機可變環(huán)型電力網(wǎng)絡，進行各種潮流分析實驗，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的檢測、控制、監(jiān)視、保護、調(diào)度的自動化，具有電力系統(tǒng)“四遙”功能。本指導書分為八個章節(jié)，它僅提供可以進行實驗的題目。每個題目的內(nèi)容多少不一，有些編寫得比較詳細，有的比較簡略，這便于因材施教和進行選擇；有些題目內(nèi)容較多，可以選做其中一部分；另外，在實驗課中也可將若干部分實驗內(nèi)容組合成一個課題深入研究，這樣可以

3、充分發(fā)揮學生在科學實驗方面的主動性和創(chuàng)造能力，提高實驗教學的水平和質(zhì)量。各學?？梢愿鶕?jù)課程設置具體情況，參考“LHWDT-型電力系統(tǒng)綜合自動化試驗臺”和“LHPS-5G型電力系統(tǒng)微機監(jiān)控試驗臺”使用說明書和本指導書編寫適合自己學校要求的指導書。綜合自動化實驗平臺的模型是針對電力系統(tǒng)教學實驗而設計，其工作方式是按發(fā)電機通過輸電線路與無窮大系統(tǒng)聯(lián)接，構(gòu)成“一機無窮大”電力系統(tǒng)而設計的，考慮到模型操作的靈活和方便。在設計中，設計者也考慮到增加一些與外部聯(lián)接的功能，在一定程度上擴大其使用功能。首先，在接口設計中采用了通用接口標準，可為電力系統(tǒng)新產(chǎn)品（如繼電保護，控制調(diào)節(jié)裝置等）進行初步的性能考核實驗。

4、其次，為了使發(fā)電機組作為一個獨立設備脫離無窮大系統(tǒng)工作，以適應某些實驗要求，可以通過改連接線，接入專用負載進行實驗，如第六章的單機對負荷實驗就是將調(diào)壓器的副方解開來，外接電阻后進行系列實驗。本指導書的編寫凝聚了許多人的辛勤汗水，編者在此一并表示衷心的感謝。由于編寫者水平有限，加之時間倉促，錯誤和不足之處在所難免，謹請讀者指正。第一章 同步發(fā)電機準同期并列實驗一、實驗目的1加深理解同步發(fā)電機準同期并列原理，掌握準同期并列條件；2掌握微機準同期控制器及模擬式綜合整步表的使用方法；3熟悉同步發(fā)電機準同期并列過程；4觀察、分析有關波形。二、原理與說明將同步發(fā)電機并入電力系統(tǒng)的合閘操作通常采用準同期并列

5、方式。準同期并列要求在合閘前通過調(diào)整待并機組的電壓和轉(zhuǎn)速，當滿足電壓幅值和頻率條件后，根據(jù)“恒定越前時間原理”，由運行操作人員手動或由準同期控制器自動選擇合適時機發(fā)出合閘命令，這種并列操作的合閘沖擊電流一般很小，并且機組投入電力系統(tǒng)后能被迅速拉入同步。根據(jù)并列操作的自動化程度不同，又分為手動準同期、半自動準同期和全自動準同期三種方式。正弦整步電壓是不同頻率的兩正弦電壓之差，其幅值作周期性的正弦規(guī)律變化。它能反映兩個待并系統(tǒng)間的同步情況，如頻率差、相角差以及電壓幅值差。線性整步電壓反映的是不同頻率的兩方波電壓間相角差的變化規(guī)律，其波形為三角波。它能反映兩個待并系統(tǒng)間的頻率差和相角差，并且不受電壓

6、幅值差的影響，因此得到廣泛應用。手動準同期并列，應在正弦整步電壓的最低點(同相點)時合閘，考慮到斷路器的固有合閘時間，實際發(fā)出合閘命令的時刻應提前一個相應的時間或角度。自動準同期并列，通常采用恒定越前時間原理工作，這個越前時間可按斷路器的合閘時間整定。準同期控制器根據(jù)給定的允許壓差和允許頻差，不斷地檢查準同期條件是否滿足，在不滿足要求時閉鎖合閘并且發(fā)出均壓均頻控制脈沖。當所有條件均滿足時，在整定的越前時刻送出合閘脈沖。三、實驗項目和方法（一）機組啟動與建壓1檢查調(diào)速器上“模擬調(diào)節(jié)”電位器指針是否指在0位置，如不在則應調(diào)到0位置；2合上操作電源開關，檢查實驗臺上各開關狀態(tài)：各開關信號燈應綠燈亮、

7、紅燈熄。調(diào)速器面板上數(shù)碼管在并網(wǎng)前顯示發(fā)電機轉(zhuǎn)速（左）和控制量（右）。調(diào)速器上“自動或手動”燈和“停機”燈均為熄滅狀態(tài)，“鎖零”燈亮；3按調(diào)速器上的“微機方式自動/手動”按鈕使“微機自動、手動”燈亮；4勵磁調(diào)節(jié)器選擇恒UF運行方式，合上勵磁開關；5把實驗臺上“同期方式”開關置“斷開”位置；6合上系統(tǒng)電壓開關和線路開關QF1，QF3，檢查系統(tǒng)電壓接近額定值380V；7合上原動機開關，按“停機/開機”按鈕使“開機”燈亮，調(diào)速器將自動啟動電動機到額定轉(zhuǎn)速；自動方式時，請將第三個轉(zhuǎn)換開關置“1”，試驗方式置“0”對應指示燈亮。8當機組轉(zhuǎn)速升到95%以上時，微機勵磁調(diào)節(jié)器自動將發(fā)電機電壓建壓到與系統(tǒng)電壓

8、相等。（二）觀察與分析1操作調(diào)速器上的增速或減速按鈕調(diào)整機組轉(zhuǎn)速，記錄微機準同期控制器顯示的發(fā)電機和系統(tǒng)頻率。觀察并記錄旋轉(zhuǎn)燈光整步表上燈光旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)速度與頻差方向及頻差大小的對應關系；觀察并記錄不同頻差方向，不同頻差大小時的模擬式整步表的指針旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)速度、頻率平衡表指針的偏轉(zhuǎn)方向及偏轉(zhuǎn)角度的大小的對應關系； 2操作勵磁調(diào)節(jié)器上的增磁或減磁按鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機端電壓，觀察并記錄不同電壓差方向、不同電壓差大小時的模擬式電壓平衡表指針的偏轉(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度的大小的對應關系；3調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電壓，觀察并記錄微機準同期控制器的頻差閉鎖、壓差閉鎖、相差閉鎖燈亮熄規(guī)律；4將示波器跨接在“發(fā)電機電壓”測孔與“

9、系統(tǒng)電壓”測孔間，觀察正弦整步電壓（即脈動電壓）波形，觀察并記錄整步表旋轉(zhuǎn)速度與正弦整步電壓的周期的關系；觀察并記錄電壓幅值差大小與正弦整步電壓最小幅值間的關系；觀察并記錄正弦整步電壓幅值達到最小值得時刻所對應的整步表指針位置和燈光位置；5用示波器跨接到“三角波”測孔與“參考地”測孔之間，觀察線性整步電壓（即三角波）的波形，觀察并記錄整步表旋轉(zhuǎn)速度與線性整步電壓的周期的關系；觀察并記錄電壓幅值差大小與線性整步電壓最小幅值間的關系；觀察并記錄線性整步電壓幅值達到最小值得時刻所對應的整步表指針位置和燈光位置。（三）手動準同期1按準同期并列條件合閘將“同期方式”轉(zhuǎn)換開關置“手動”位置。在這種情況下，

10、要滿足并列條件，需要手動調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓、頻率，直至電壓差、頻差在允許范圍內(nèi)，相角差在零度前某一合適位置時，手動操作合閘按鈕進行合閘。觀察微機準同期控制器上顯示的發(fā)電機頻率和系統(tǒng)頻率，相應操作微機調(diào)速器上的增速或減速按鈕進行調(diào)速，直至 “增速減速”燈熄滅。此時表示壓差、頻差均滿足條件，觀察整步表上旋轉(zhuǎn)燈位置，當旋轉(zhuǎn)至0º 位置前某一合適時刻時，即可合閘。觀察并記錄合閘時的沖擊電流。2偏離準同期并列條件合閘本實驗項目僅限于實驗室進行，不得在電廠機組上使用！實驗分別在單獨一種并列條件不滿足的情況下合閘，記錄功率表沖擊情況：（1）電壓差相角差條件滿足，頻率差不滿足，在fF>fX和fF&

11、lt;fX 時手動合閘，觀察并記錄實驗臺上有功功率表P和無功功率表Q指針偏轉(zhuǎn)方向及偏轉(zhuǎn)角度大小，分別填入表1；注意：頻率差不要大于0.5HZ。（2）頻率差相角差條件滿足，電壓差不滿足，VF>VX和VF<VX時手動合閘，觀察并記錄實驗臺上有功功率表P和無功功率表Q指針偏轉(zhuǎn)方向及偏轉(zhuǎn)角度大小，分別填入表1；注意：電壓差不要大于額定電壓的10%。（3）頻率差電壓差條件滿足，相角差不滿足，順時針旋轉(zhuǎn)和逆時針旋轉(zhuǎn)時手動合閘，觀察并記錄實驗臺上有功功率表P和無功功率表Q指針偏轉(zhuǎn)方向及偏轉(zhuǎn)角度大小，分別填入表1-1。注意：相角差不要大于30度。表1-1fF>fXfF<fXVF>

12、VXVF<VX順時針逆時針P（kW）Q（kVAR）注：有功功率P和無功功率Q也可以通過微機勵磁調(diào)節(jié)器的顯示觀察。（四）半自動準同期將“同期方式”轉(zhuǎn)換開關置“半自動”位置，微機正常燈閃爍。準同期控制器將給出相應操作指示信息，運行人員可以按這個指示進行相應操作。調(diào)速調(diào)壓方法同手動準同期。當壓差、頻差條件滿足時，整步表上旋轉(zhuǎn)燈光旋轉(zhuǎn)至接近0º 位置時，整步表圓盤中心燈亮，表示全部條件滿足，手動按下發(fā)電機開關，并網(wǎng)。隨后DL燈亮，表示已經(jīng)合閘。（五）全自動準同期將“同期方式”轉(zhuǎn)換開關置“全自動”位置；按下準同期控制器的“同期”按鈕，同期命令指示燈亮，微機正常燈閃爍加快，此時，微機準同期

13、控制器將自動進行均壓、均頻控制并檢測合閘條件，一旦合閘條件滿足即發(fā)出合閘命令。在全自動過程中，觀察當“升速”或“降速”命令指示燈亮時，調(diào)速器上有什么反應；當“升壓”或“降壓”命令指示燈亮時，微機勵磁調(diào)節(jié)器上有什么反應。當一次合閘過程完畢，控制器會自動解除合閘命令，避免二次合閘。（六）準同期條件的整定同期參數(shù)設置，可通過聯(lián)華專用用信軟件修改。共顯示8個參數(shù)，可供修改的參數(shù)共有7個，即開關時間、頻差允許值、壓差允許值、均壓脈沖周期、均壓脈沖寬度、均頻脈沖周期、均頻脈沖寬度。另第8個參數(shù)是實測上一次開關合閘時間，單位為毫秒。以上7 個參數(shù)按“參數(shù)選擇”按鈕可循環(huán)出現(xiàn)，按上三角或下三角按鈕可改變其大小

14、。改變某些參數(shù)來重復做一下全自動同期（參數(shù)整定參見LHWDT-電力系統(tǒng)綜合自動化實驗臺說明書）。1整定頻差允許值f=0.2Hz。壓差允許值U=5V超前時間tyq=0.1s，通過改變實際開關動作時間，即整定“同期開關時間”的時間繼電器。重復進行全自動同期實驗，觀察在不同開關時間tyq下并列過程有何差異，并記錄三相沖擊電流中最大的一相的電流值Im，填入表1-2。表1-2整定同期開關時間（s）0.10.20.30.4實測開關時間 （s）沖擊電流Im（A）據(jù)此，估算出開關操作回路固有時間的大致范圍，根據(jù)上一次開關的實測合閘時間，整定同期裝置的越前時間。在此狀態(tài)下，觀察并列過程時的沖擊電流的大小。2改變

15、頻差允許值f，重復進行全自動同期實驗，觀察在不同頻差允許值下并列過程有何差異，并記錄三相沖擊電流中最大的一相的電流值Im，填入表1-3。注：此實驗微機調(diào)速器工作在微機手動方式。表1-3頻差允許值f（Hz）0.20.150.1沖擊電流Im（A）（七）停機當同步發(fā)電機與系統(tǒng)解列之后，按調(diào)速器的“停機/開機”按鈕使“停機”燈亮，即可自動停機，當機組轉(zhuǎn)速降到85%以下時，微機勵磁調(diào)節(jié)器自動逆變滅磁。待機組停穩(wěn)后斷開原動機開關，跳開勵磁開關以及線路和無窮大電源開關。切斷操作電源開關。四、實驗報告要求1比較手動準同期和自動準同期的調(diào)整并列過程；2分析合閘沖擊電流的大小與哪些因素有關；3分析正弦整步電壓波形

16、的變化規(guī)律；4滑差頻率fs，開關時間tyq 的整定原則？注意事項：1手動合閘時，仔細觀察整步表上的旋轉(zhuǎn)燈，在旋轉(zhuǎn)燈接近0º位置之前某一時刻合閘。2當面板上的指示燈、數(shù)碼管顯示都停滯不動時，此時微機準同期控制器處于“死機”狀態(tài)，按一下“復位”按鈕可使微機準同期控制器恢復正常。3微機自動勵磁調(diào)節(jié)器上的增減磁按鈕按鍵只持續(xù)5秒內(nèi)有效，過了5秒后如還需調(diào)節(jié)則松開按鈕，重新按下。4在做三種同期切換方式時，做完一項后，需做另一項時，斷開斷路器開關，然后選擇“同期方式”轉(zhuǎn)換開關。五、思考題1相序不對(如系統(tǒng)側(cè)相序為A、B、C、為發(fā)電機側(cè)相序為A、C、B)，能否并列？為什么？2電壓互感器的極性如果有

17、一側(cè)(系統(tǒng)側(cè)或發(fā)電機側(cè))接反，會有何結(jié)果？3準同期并列與自同期并列，在本質(zhì)上有何差別？如果在這套機組上實驗自同期并列，應如何操作？4合閘沖擊電流的大小與哪些因素有關？頻率差變化或電壓差變化時，正弦整步電壓的變化規(guī)律如何？5當兩側(cè)頻率幾乎相等，電壓差也在允許范圍內(nèi)，但合閘命令遲遲不能發(fā)出，這是一種什么現(xiàn)象？應采取什么措施解決？6在fF> fX或者fF<fX，VF> VX 或者VF< VX下并列，機端有功功率表及無功功率表的指示有何特點？為什么？第二章 同步發(fā)電機勵磁控制實驗一、實驗目的1加深理解同步發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)原理和勵磁控制系統(tǒng)的基本任務；2了解自并勵勵磁方式和它勵勵磁

18、方式的特點；3熟悉三相全控橋整流、逆變的工作波形；觀察觸發(fā)脈沖及其相位移動；4了解微機勵磁調(diào)節(jié)器的基本控制方式；5觀察強勵現(xiàn)象及其對穩(wěn)定的影響；6了解幾種常用勵磁限制器的作用；7掌握勵磁調(diào)節(jié)器的基本使用方法。二、原理與說明同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩部分組成，它們和同步發(fā)電機結(jié)合在一起就構(gòu)成一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，稱為勵磁控制系統(tǒng)。勵磁控制系統(tǒng)的三大基本任務是：穩(wěn)定電壓，合理分配無功功率和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。圖1 勵磁控制系統(tǒng)示意圖實驗用的勵磁控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示?？晒┻x擇的勵磁方式有兩種：自并勵和它勵。當三相全控橋的交流勵磁電源取自發(fā)電機機端時，構(gòu)成自并勵勵磁系統(tǒng)。而當

19、交流勵磁電源取自380V市電時，構(gòu)成它勵勵磁系統(tǒng)。兩種勵磁方式的可控整流橋均是由微機自動勵磁調(diào)節(jié)器控制的，觸發(fā)脈沖為雙脈沖，具有最大最小角限制。微機勵磁調(diào)節(jié)器的控制方式有二種：恒UF（保持機端電壓穩(wěn)定）、恒IL（保持勵磁電流穩(wěn)定）。同步發(fā)電機并入電力系統(tǒng)之前，勵磁調(diào)節(jié)裝置能維持機端電壓在給定水平。當操作勵磁調(diào)節(jié)器的增減磁按鈕，可以升高或降低發(fā)電機電壓；當發(fā)電機并網(wǎng)運行時，操作勵磁調(diào)節(jié)器的增減磁按鈕，可以增加或減少發(fā)電機的無功輸出，其機端電壓按調(diào)差特性曲線變化。發(fā)電機正常運行時，三相全控橋處于整流狀態(tài)，控制角小于90°；當正常停機或事故停機時，調(diào)節(jié)器使控制角大于90°，實現(xiàn)逆

20、變滅磁。勵磁系統(tǒng)的強勵，有助于提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性；勵磁限制器是保障勵磁系統(tǒng)安全可靠運行的重要環(huán)節(jié)，常見的勵磁限制器有過勵限制器、欠勵限制器等。三、實驗項目和方法（一）不同角（控制角）對應的勵磁電壓波形觀測（1）合上操作電源開關，檢查實驗臺上各開關狀態(tài)：各開關信號燈應綠燈亮、紅燈熄；（2）勵磁系統(tǒng)選擇它勵勵磁方式：操作 “勵磁方式開關”切到“微機它勵”方式，調(diào)節(jié)器面板“它勵”指示燈亮；（3）勵磁調(diào)節(jié)器選擇恒運行方式：操作調(diào)節(jié)器面板上的“恒”按鈕選擇為恒方式，面板上的“恒”指示燈亮；（4）合上勵磁開關，合上原動機開關；（5）在不啟動機組的狀態(tài)下，松開微機勵磁調(diào)節(jié)器的滅磁按鈕，操作增磁按鈕或減磁

21、按鈕即可逐漸減小或增加控制角，從而改變?nèi)嗳貥虻碾妷狠敵黾捌洳ㄐ?。注意：微機自動勵磁調(diào)節(jié)器上的增減磁按鈕鍵只持續(xù)3秒內(nèi)有效，過了3秒后如還需要調(diào)節(jié)，則松開按鈕，重新按下。實驗時，調(diào)節(jié)勵磁電流為表1規(guī)定的若干值，記下對應的角（調(diào)節(jié)器對應的顯示參數(shù)為“CC”），同時通過接在Ud+、Ud-端子之間的示波器觀測全控橋輸出電壓波形，并由電壓波形估算出角，另外利用數(shù)字萬用表測出電壓Ufd和UAC，將以上數(shù)據(jù)記入下表，通過Ufd，UAC和數(shù)學公式也可計算出一個角來；完成此表后，比較三種途徑得出的角有無不同，分析其原因。表2-1勵磁電流Ifd0.0A0.5A1.5A2.5A顯示控制角勵磁電壓Ufd交流輸入電

22、壓UAC由公式計算的示波器讀出的（6）調(diào)節(jié)控制角大于90度但小于120度，觀察全控橋輸出電壓波形，與課本所畫波形有何不同？為什么？（7）調(diào)節(jié)控制角大于120度，觀察全控橋輸出電壓波形，與課本所畫波形有何不同？為什么？（二）同步發(fā)電機起勵實驗同步發(fā)電機的起勵有二種：恒UF方式起勵和恒IL方式起勵。這兩種方式起勵都可以分別在它勵和自并勵兩種勵磁方式下進行。恒UF方式起勵，現(xiàn)代勵磁調(diào)節(jié)器通常有“設定電壓起勵”和“跟蹤系統(tǒng)電壓起勵”的兩種起勵方式。設定電壓起勵，是指電壓設定值由運行人員手動設定，起勵后的發(fā)電機電壓穩(wěn)定在手動設定的電壓水平上；跟蹤系統(tǒng)電壓起勵，是指電壓設定值自動跟蹤系統(tǒng)電壓，人工不能干預

23、，起勵后的發(fā)電機電壓穩(wěn)定在與系統(tǒng)電壓相同的電壓水平上，有效跟蹤范圍為85%115%額定電壓；“跟蹤系統(tǒng)電壓起勵”方式是發(fā)電機正常發(fā)電運行默認的起勵方式，而“設定電壓起勵”方式通常用于勵磁系統(tǒng)的調(diào)試試驗。恒IL方式起勵，也是一種用于試驗的起勵方式，其設定值由程序自動設定，人工不能干預，起勵后的發(fā)電機電壓一般為20%額定電壓左右。1恒UF方式起勵步驟（1）將“勵磁方式開關”切到“微機自勵”方式，投入“勵磁開關”；（2）所有按鈕彈起，此時“滅磁”指示燈亮；為恒UF方式。（3）將調(diào)節(jié)器操作面板上的“滅磁”按鈕按下，此時滅磁指示燈亮，表示處于滅磁位置；一般處在自動滅磁狀態(tài)。（4）啟動機組；（5）當轉(zhuǎn)速接

24、近額定時，（頻率47Hz）,將“滅磁”按鈕松開，發(fā)電機起勵建壓。注意觀察在起勵時勵磁電流和勵磁電壓的變化（看勵磁電流表和電壓表）。錄波，觀察起勵曲線，測定起勵時間，上升速度，超調(diào)，振蕩次數(shù)，穩(wěn)定時間等指標，記錄起勵后的穩(wěn)態(tài)電壓和系統(tǒng)電壓。上述的這種起勵方式是通過手動解除“滅磁”狀態(tài)完成的，實際上還可以讓發(fā)電機自動完成起勵，其操作步驟如下：（1）將“勵磁方式開關”切到“微機自勵”方式，投入“勵磁開關”；（2）所有按鈕彈起，此時“滅磁”指示燈亮；為恒UF方式；（3）使調(diào)節(jié)器操作面板上的“滅磁”按鈕為彈起松開狀態(tài)（注意，此時滅磁指示燈仍然是亮的）；（4）啟動機組；（5）注意觀察，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速接近額定

25、時（頻率47Hz），滅磁燈自動熄滅，機組自動起勵建壓，整個起勵過程由機組轉(zhuǎn)速控制，無需人工干預，這就是發(fā)電廠機組的正常起勵方式。同理，發(fā)電機停機時，也可由轉(zhuǎn)速控制逆變滅磁。改變系統(tǒng)電壓，重復起勵（無需停機、開機，只需滅磁、解除滅磁），觀察記錄發(fā)電機電壓的跟蹤精度和有效跟蹤范圍以及在有效跟蹤范圍外起勵的穩(wěn)定電壓。按下滅磁按鈕并斷開勵磁開關，將“勵磁方式開關”改切到“微機它勵”位置，恢復投入“勵磁開關”（注意：若改換勵磁方式時，必須首先按下滅磁按鈕并斷開勵磁開關！否則將可能引起轉(zhuǎn)子過電壓，危及勵磁系統(tǒng)安全。）本勵磁調(diào)節(jié)器將它勵恒UF運行方式下的起勵模式設計成“設定電壓起勵”方式（這里只是為了試驗方

26、便，實際勵磁調(diào)節(jié)器不論何種勵磁方式均可有兩種恒UF起勵方式），起勵前允許運行人員手動借助增減磁按鈕設定電壓給定值，選擇范圍為20110%額定電壓。用滅磁和解除滅磁的方法，重復進行不同設定值的起勵試驗，觀察起勵過程，記錄設定值和起勵后的穩(wěn)定值。2恒IL方式起勵步驟（1）將“勵磁方式開關”切到“微機自勵”方式或者“微機它勵”方式，投入“勵磁開關”；（2）按下“恒IL”按鈕選擇恒IL控制方式，此時恒IL指示燈亮；（3）將調(diào)節(jié)器操作面板上的“滅磁”按鈕按下，此時滅磁指示燈亮，表示處于滅磁位置；（4）啟動機組；（5）當轉(zhuǎn)速接近額定時（頻率>=47Hz）,將“滅磁”按鈕松開，發(fā)電機自動起勵建壓，記錄

27、起勵后的穩(wěn)定電壓。起勵完成后，操作增減磁按鈕可以自由調(diào)整發(fā)電機電壓。（三）控制方式及其相互切換本型微機勵磁調(diào)節(jié)器具有恒UF，恒IL等二種控制方式，分別具有各自特點，請通過以下試驗自行體會和總結(jié)。1恒UF方式 選擇它勵恒UF方式，開機建壓不并網(wǎng)，改變機組轉(zhuǎn)速45HZ55HZ，記錄頻率與發(fā)電機電壓、勵磁電流、控制角的關系數(shù)據(jù)；表2-2發(fā)電機頻率發(fā)電機電壓勵磁電流勵磁電壓控制角·45Hz46Hz47Hz48Hz49Hz50Hz51Hz52Hz53Hz54Hz55Hz2恒IL方式選擇它勵恒IL方式，開機建壓不并網(wǎng)，改變機組轉(zhuǎn)速45HZ55HZ，記錄頻率與發(fā)電機電壓、勵磁電流、控制角的關系數(shù)據(jù)

28、；表2-3發(fā)電機頻率發(fā)電機電壓勵磁電流勵磁電壓控制角·45Hz46Hz47Hz48Hz49Hz50Hz51Hz52Hz53Hz54Hz55Hz將系統(tǒng)電壓恢復到380V，并網(wǎng)帶負荷。勵磁調(diào)節(jié)器控制方式選擇為恒UF方式，改變系統(tǒng)電壓，記錄系統(tǒng)電壓與發(fā)電機電壓、勵磁電流、控制角，無功功率的關系數(shù)據(jù)；表2-6系統(tǒng)電壓發(fā)電機電壓發(fā)電機電流勵磁電流控制角有功功率無功功率380V370V360V350V390V400V410V將系統(tǒng)電壓恢復到380V，勵磁調(diào)節(jié)器控制方式選擇為恒IL方式，改變系統(tǒng)電壓，記錄系統(tǒng)電壓與發(fā)電機電壓、勵磁電流、控制角，無功功率的關系數(shù)據(jù)；表2-7系統(tǒng)電壓發(fā)電機電壓發(fā)電機電

29、流勵磁電流控制角有功功率無功功率380V370V360V350V390V400V410V將系統(tǒng)電壓恢復到380V，勵磁調(diào)節(jié)器控制方式選擇為恒方式，改變系統(tǒng)電壓，記錄系統(tǒng)電壓與發(fā)電機電壓、勵磁電流、控制角，無功功率的關系數(shù)據(jù)；表2-8系統(tǒng)電壓發(fā)電機電壓發(fā)電機電流勵磁電流控制角有功功率無功功率380V370V360V350V390V400V410V注意：四種控制方式相互切換時，切換前后運行工作點應重合。5負荷調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)調(diào)速器的增速減速按鈕，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出有功功率，調(diào)節(jié)勵磁調(diào)節(jié)器的增磁減磁按鈕，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出無功功率。由于輸電線路比較長，當有功功率增到額定值時，功角較大（與電廠機組相比），必要

30、時投入雙回線；當無功功率到額定值時，線路兩端電壓降落較大，但由于發(fā)電機電壓具有上限限制，所以需要降低系統(tǒng)電壓來使無功功率上升，必要時投入雙回線。記錄發(fā)電機額定運行時的勵磁電流，勵磁電壓和控制角。將有功、無功減到零值作空載運行，記錄發(fā)電機空載運行時的勵磁電流，勵磁電壓和控制角。了解額定控制角和空載控制角的大致度數(shù)，了解空載勵磁電流與額定勵磁電流的大致比值。表2-9發(fā)電機狀態(tài)勵磁電流勵磁電壓控制角空載半負載額定負載（四）逆變滅磁和跳滅磁開關滅磁實驗滅磁是勵磁系統(tǒng)保護不可或缺的部分。由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子是一個大電感，當正?；蚬收贤C時，轉(zhuǎn)子中貯存的能量必須泄放，該能量泄放的過程就是滅磁過程。滅磁只能在空載

31、下進行（發(fā)電機并網(wǎng)狀態(tài)滅磁將會導致失去同步，造成轉(zhuǎn)子異步運行，感應過電壓，危及轉(zhuǎn)子絕緣）。三相全控橋當觸發(fā)控制角大于90°時，將工作在逆變狀態(tài)下。本實驗的逆變滅磁就是利用全控橋的這個特點來完成的。1逆變滅磁步驟：（1）選擇“微機自勵”勵磁方式或者“微機它勵”方式，勵磁控制方式采用“恒UF”；（2）啟動機組，投入勵磁并起勵建壓，增磁，使同步發(fā)電機進入空載額定運行；（3）按下“滅磁”按鈕，滅磁指示燈亮，發(fā)電機執(zhí)行逆變滅磁命令，注意觀察勵磁電流表和勵磁電壓表的變化以及勵磁電壓波形的變化。2跳滅磁開關滅磁實驗步驟：（1）選擇微機自并勵勵磁方式或者“微機它勵”方式，勵磁控制方式采用恒UF；（2

32、）啟動機組，投入勵磁并起勵建壓，同步發(fā)電機進入空載穩(wěn)定運行；（3）直接按下“勵磁開關”綠色按鈕跳開勵磁開關，注意觀察勵磁電流表和勵磁電壓表的變化。以上試驗也可在它勵勵磁方式下進行。（五）伏赫限制實驗單元接線的大型同步發(fā)電機解列運行時，其機端電壓有可能升得較高，而其頻率有可能降得較低。如果其機端電壓UF與頻率f的比值B=UF/f過高，則同步發(fā)電機及其主變壓器的鐵芯就會飽和，使空載激磁電流加大，造成發(fā)電機和主變過熱。因此有必要對UF/f加以限制。伏赫限制器工作原理就是：根據(jù)整定的最大允許伏赫比Bmax和當前頻率，計算出當前允許的最高電壓UFh=Bmax*f，將其與電壓給定值Ug比較，取二者中較小值

33、作為計算電壓偏差的基準Ub，由此調(diào)節(jié)的結(jié)果必然是發(fā)電機電壓UFUFh。伏赫限制器在解列運行時投入，并網(wǎng)后退出。實驗步驟：（1）選擇“微機自勵”勵磁方式或者“微機它勵”方式，勵磁控制方式采用“恒UF”；（2）啟動機組，投入勵磁起勵建壓，發(fā)電機穩(wěn)定運行在空載額定以上；（3）調(diào)節(jié)原動機減速按鈕，使機組從額定轉(zhuǎn)速下降，從50Hz44Hz；（4）每間隔1Hz記錄發(fā)電機電壓隨頻率變化的關系數(shù)據(jù)；（5）根據(jù)試驗數(shù)據(jù)描出電壓與頻率的關系曲線，并計算設定的Bmax值（用限制動作后的數(shù)據(jù)計算，伏赫限制指示燈亮表示伏赫限制動作）。做本實驗時先增磁到一個比較高的機端電壓后再慢慢減速。表2-10發(fā)電機頻率f50Hz49

34、 Hz48 Hz47 Hz46 Hz45 Hz44 Hz機端電壓UF（六）同步發(fā)電機強勵實驗強勵是勵磁控制系統(tǒng)基本功能之一，當電力系統(tǒng)由于某種原因出現(xiàn)短時低壓時，勵磁系統(tǒng)應以足夠快的速度提供足夠高的勵磁電流頂值，借以提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和改善電力系統(tǒng)運行條件。在并網(wǎng)時，模擬單相接地和兩相間短路故障可以觀察強勵過程。實驗步驟：（1）選擇“微機自勵”勵磁方式，勵磁控制方式采用“恒UF”；（2）啟動機組，滿足條件后并網(wǎng)；（3）在發(fā)電機有功和無功輸出為50額定負載時，進行單相接地和兩相間短路實驗，注意觀察發(fā)電機端電壓和勵磁電流、勵磁電壓的變化情況；觀察強勵時的勵磁電壓波形；方 式電 流 值類型表2-

35、11自 勵它 勵單相接地短路兩相間短路單相接地短路兩相間短路勵磁電流最大值發(fā)電機電流最大值（4）采用它勵勵磁方式，重復（1）（2），并完成后面的思考題。（七）欠勵限制實驗欠勵限制器的作用是用來防止發(fā)電機因勵磁電流過度減小而引起失步或因機組過度進相引起定子端部過熱。欠勵限制器的任務是：確保機組在并網(wǎng)運行時，將發(fā)電機的功率運行點(P、Q)限制在欠勵限制曲線上方。欠勵限制器的工作原理：根據(jù)給定的欠勵限制方程和當前有功功率P計算出對應的無功功率下限：Qmin=aP+b。將Qmin與當前Q比較，若：Qmin<Q，欠勵限制器不動作；Qmin>Q，欠勵限制器動作，自動增加無功輸出，使Qmin&l

36、t;Q。 實驗步驟：（1）選擇“微機自勵”勵磁方式或者“微機它勵”方式，勵磁控制方式采用“恒UF”；（2）啟動機組，投入勵磁；（3）滿足條件后并網(wǎng)；（4）調(diào)節(jié)有功功率輸出分別為0，50%，100%的額定負載，用減小勵磁電流(按“減磁”按鈕)或升高系統(tǒng)電壓的方法使發(fā)電機進相運行，直到欠勵限制器動作（欠勵限制指示燈亮），記下此時的有功P和無功Q；（5）根據(jù)試驗數(shù)據(jù)作出欠勵限制線P=f(Q)，并計算出該直線的斜率和截距；如果減磁到失步時還不能使欠勵限制動作時可以用提高系統(tǒng)電壓來實現(xiàn)。 表2-12發(fā)電機有功功率P欠勵限制動作時的Q值零功率50%額定有功100%額定有功PQ（八）調(diào)差實驗1調(diào)差系數(shù)的測定

37、在微機勵磁調(diào)節(jié)器中使用的調(diào)差公式為（按標么值計算）UB=Ug±KQ*Q，它是將無功功率的一部分疊加到電壓給定值上（模擬式勵磁調(diào)節(jié)器通常是將無功電流的一部分疊加在電壓測量值上，效果等同）。實驗步驟：（1）選擇“微機自勵”勵磁方式或者“微機它勵”方式，勵磁控制方式采用“恒UF”；（2）啟動機組，投入勵磁；（3）滿足條件后并網(wǎng)，穩(wěn)定運行；（4）用降低系統(tǒng)電壓的方法以增加發(fā)電機無功輸出，記錄一系列 UF、Q數(shù)據(jù)；（5）作出調(diào)節(jié)特性曲線，并計算出調(diào)差系數(shù)；表2-13發(fā)電機機端電壓UF發(fā)電機無功輸出Q123452零調(diào)差實驗設置調(diào)差系數(shù)0，實驗步驟同1。用降低系統(tǒng)電壓的方法以增加發(fā)電機無功輸出，記

38、錄一系列 UF、Q數(shù)據(jù)，作出調(diào)節(jié)特性曲線。QUFO3正調(diào)差實驗設置調(diào)差系數(shù)4%，實驗步驟同1。用降低系統(tǒng)電壓的方法以增加發(fā)電機無功輸出，記錄一系列 UF、Q數(shù)據(jù)，作出調(diào)節(jié)特性曲線。4負調(diào)差實驗設置調(diào)差系數(shù)-4%，實驗步驟同1。用降低系統(tǒng)電壓的方法以增加發(fā)電機無功輸出，記錄一系列 UF、Q數(shù)據(jù)，作出調(diào)節(jié)特性曲線。表2-14K=0K=+4%K=-4%UFQUFQUFQ（九）過勵磁限制實驗發(fā)電機勵磁電流超過額定勵磁電流1.1倍稱為過勵。勵磁電流在1.1倍以下允許長期運行，1.12.0之間按反時限原則延時動作，限制勵磁電流到1.1倍以上，2.0倍以下，瞬時動作限制勵磁電流在2.0倍以上。過勵限制指示燈

39、在過勵限制動作時亮。實驗步驟：(1) 選擇“微機自勵”勵磁方式或者“微機它勵”方式，勵磁控制方式采用“恒UF”；(2) 啟動機組，投入勵磁；(3) 用降低額定勵磁電流定值的方法模擬勵磁電流過勵（注：無法使勵磁電流真正過勵，你有辦法嗎？），此時限制器將按反時限特性延時動作，記錄勵磁電流值和延時時間，觀察過勵限制器動作過程；(4) 描出勵磁限制特性曲線，；1.11.21.31.41.51.61.71.81.9I/Iet2.0(5) 做本實驗時需要改變過流整定值。表2-15 額定電流整定值Ie=_勵磁電流實際值I過勵倍數(shù)(I/Ie)延時時間(t)（十）停機滅磁發(fā)電機解列后，直接控制調(diào)速器停機，勵磁調(diào)

40、節(jié)器在轉(zhuǎn)速下降到43HZ以下時自動進行逆變滅磁。待機組停穩(wěn)，斷開原動機開關，跳開勵磁和線路等開關，切除操作電源總開關。四、實驗報告要求1 分析比較各種勵磁方式和各種控制方式對電力系統(tǒng)安全運行的影響；2 比較各項的實驗數(shù)據(jù)，分析其產(chǎn)生的原因。3 分析勵磁調(diào)節(jié)器、空載實驗的各項測試結(jié)果。4 分析勵磁調(diào)節(jié)器、負載實驗的各項測試結(jié)果。五、思考題1三相可控橋?qū)τ|發(fā)脈沖有什么要求？2比較恒UF方式起勵、恒IL方式起勵起勵有何不同？3逆變滅磁與跳勵磁開關滅磁主要有什么區(qū)別？4為什么在并網(wǎng)時不需要伏赫限制？5比較在它勵方式下強勵與在自并勵下強勵有什么區(qū)別？6比較在它勵方式下逆變滅磁與在自并勵下逆變滅磁有什么差

41、別？7比較單回線路和雙回線路有功功率與功角的關系有何變化，線路電壓降落與無功功率的關系有何不同？8比較四種運行方式：恒UF、恒IL、恒Q和恒的特點，說說他們各適合在何種場合應用？對電力系統(tǒng)運行而言，哪一種運行方式最好？試就電壓質(zhì)量，無功負荷平衡，電力系統(tǒng)穩(wěn)定等方面進行比較。第三章 一機無窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行方式實驗一、實驗目的1了解和掌握對稱穩(wěn)定情況下，輸電系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)與運行參數(shù)的數(shù)值變化范圍；2了解和掌握輸電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)不對稱運行的條件；不對稱度運行參數(shù)的影響；不對稱運行對發(fā)電機的影響等。二、原理與說明電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)對稱和不對稱運行分析，除了包含許多理論概念之外，還有一些重要的“數(shù)值概念”。為一

42、條不同電壓等級的輸電線路，在典型運行方式下，用相對值表示的電壓損耗，電壓降落等的數(shù)值范圍，是用于判斷運行報表或監(jiān)視控制系統(tǒng)測量值是否正確的參數(shù)依據(jù)。因此，除了通過結(jié)合實際的問題，讓學生掌握此類“數(shù)值概念”外，實驗也是一條很好的、更為直觀、易于形成深刻記憶的手段之一。實驗用一次系統(tǒng)接線圖如圖2所示。圖2 一次系統(tǒng)接線圖本實驗系統(tǒng)是一種物理模型。原動機采用直流電動機來模擬，當然，它們的特性與大型原動機是不相似的。原動機輸出功率的大小，可通過給定直流電動機的電樞電壓來調(diào)節(jié)。實驗系統(tǒng)用標準小型三相同步發(fā)電機來模擬電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機，雖然其參數(shù)不能與大型發(fā)電機相似，但也可以看成是一種具有特殊參數(shù)的電力

43、系統(tǒng)的發(fā)電機。發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)可以用外加直流電源通過手動來調(diào)節(jié)，也可以切換到臺上的微機勵磁調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。實驗臺的輸電線路是用多個接成鏈型的電抗線圈來模擬，其電抗值滿足相似條件?！盁o窮大”母線就直接用實驗室的交流電源，因為它是由實際電力系統(tǒng)供電的，因此，它基本上符合“無窮大”母線的條件。為了進行測量，實驗臺設置了測量系統(tǒng)，以測量各種電量（電流、電壓、功率、頻率）。為了測量發(fā)電機轉(zhuǎn)子與系統(tǒng)的相對位置角（功率角），在發(fā)電機軸上裝設了閃光測角裝置。此外，臺上還設置了模擬短路故障等控制設備。三、實驗項目和方法 1單回路穩(wěn)態(tài)對稱運行實驗 在本章實驗中，原動機采用手動模擬方式開機，勵磁采用手動勵磁方

44、式，然后啟機、建壓、并網(wǎng)后調(diào)整發(fā)電機電壓和原動機功率，使輸電系統(tǒng)處于不同的運行狀態(tài)（輸送功率的大小，線路首、末端電壓的差別等），觀察記錄線路首、末端的測量表計值及線路開關站的電壓值，計算、分析、比較運行狀態(tài)不同時，運行參數(shù)變化的特點及數(shù)值范圍，為電壓損耗、電壓降落、沿線電壓變化、兩端無功功率的方向（根據(jù)沿線電壓大小比較判斷）等。2雙回路對稱運行與單回路對稱運行比較實驗按實驗1的方法進行實驗2的操作，只是將原來的單回線路改成雙回路運行。將實驗1的結(jié)果與實驗2進行比較和分析。表3-1PQIUFUZUaDU單回路雙回路注：UZ 中間開關站電壓；DU 輸電線路的電壓損耗； 輸電線路的電壓降落3單回路穩(wěn)

45、態(tài)非全相運行實驗確定實現(xiàn)非全相運行的接線方式，斷開一相時，與單回路穩(wěn)態(tài)對稱運行時相同的輸送功率下比較其運行狀態(tài)的變化。具體操作方法如下：（1）首先按雙回路對稱運行的接線方式（不含QF5）；（2）輸送功率按實驗1中單回路穩(wěn)態(tài)對稱運行的輸送功率值一樣；（3）微機保護定值整定：動作時間0秒，重合閘時間100秒；（4）在故障單元，選擇單相故障相，整定故障時間為0²<t<100²；（5）進行單相短路故障，此時微機保護切除故障相，準備重合閘，這時迅速跳開“QF1”、“QF3”開關，即只有一回線路的兩相在運行。觀察此狀態(tài)下的三相電流、電壓值與實驗1進行比較；（6）故障100&

46、#178;以后，重合閘成功，系統(tǒng)恢復到實驗1狀態(tài)。表3-2UAUBUCIAIBICPQS全相運行值非全相運行值四、實驗報告要求1整理實驗數(shù)據(jù)，說明單回路送電和雙回路送電對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響，并對實驗結(jié)果進行理論分析。2根據(jù)不同運行狀態(tài)的線路首、末端和中間開關站的實驗數(shù)據(jù)、分析、比較運行狀態(tài)不同時，運行參數(shù)變化的特點和變化范圍。3比較非全相運行實驗的前、后實驗數(shù)據(jù)，分析輸電線路輸送功率的變化。五、思考題1 影響簡單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的因素是哪些？2 提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定有哪些措施？3 何為電壓損耗、電壓降落？4 “兩表法”測量三相功率的原理是什么？它有什么前提條件？第四章 電力系統(tǒng)功率特性和功率

47、極限實驗一、實驗目的1 初步掌握電力系統(tǒng)物理模擬實驗的基本方法；2 加深理解功率極限的概念，在實驗中體會各種提高功率極限措施的作用；3 通過對實驗中各種現(xiàn)象的觀察，結(jié)合所學的理論知識，培養(yǎng)理論結(jié)合實際及分析問題的能力。二、原理與說明所謂簡單電力系統(tǒng)，一般是指發(fā)電機通過變壓器、輸電線路與無限大容量母線聯(lián)接而且不計各元件的電阻和導納的輸電系統(tǒng)。對于簡單系統(tǒng)，如發(fā)電機至系統(tǒng)d軸和q軸總電抗分別為XdS和XqS，則發(fā)電機的功率特性為：當發(fā)電機裝有勵磁調(diào)節(jié)器時，發(fā)電機電勢Eq隨運行情況而變化。根據(jù)一般勵磁調(diào)節(jié)器的性能，可認為保持發(fā)電機E¢q（或E¢）恒定。這時發(fā)電機的功率特性可表示成

48、：或這時功率極限為隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和擴大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題更加突出，而提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸送能力的最重要手段之一是盡可能提高電力系統(tǒng)的功率極限，從簡單電力系統(tǒng)功率極限的表達式看，提高功率極限可以通過發(fā)電機裝設性能良好的勵磁調(diào)節(jié)器以提高發(fā)電機電勢、增加并聯(lián)運行線路回路數(shù)或串聯(lián)電容補償?shù)仁侄我詼p少系統(tǒng)電抗、受端系統(tǒng)維持較高的運行電壓水平或輸電線采用中繼同步調(diào)相機或中繼電力系統(tǒng)以穩(wěn)定系統(tǒng)中繼點電壓等手段實現(xiàn)。三、實驗項目和方法（一）無調(diào)節(jié)勵磁時功率特性和功率極限的測定1網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)變化對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響（改變x）在相同的運行條件下（即系統(tǒng)電壓Ux、發(fā)電機電勢保持Eq保持不變，即并網(wǎng)前Ux=Eq

49、），測定輸電線單回線和雙回線運行時，發(fā)電機的功一角特性曲線，功率極限值和達到功率極限時的功角值。同時觀察并記錄系統(tǒng)中其他運行參數(shù)（如發(fā)電機端電壓等）的變化。將兩種情況下的結(jié)果加以比較和分析。實驗步驟：（1）輸電線路為單回線；（2）發(fā)電機與系統(tǒng)并列后，調(diào)節(jié)發(fā)電機使其輸出的有功和無功功率為零；（3）功率角指示器調(diào)零；（4）逐步增加發(fā)電機輸出的有功功率，而發(fā)電機不調(diào)節(jié)勵磁；（5）觀察并記錄系統(tǒng)中運行參數(shù)的變化，填入表4-1中；（6）輸電線路為雙回線，重復上述步驟，填入表4-2中。表4-1 單回線d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P0IA0UzUFIfdQ0表4-2 雙回線d0°10°20