电力系统自动化实验报告

电力系统自动化报告学院:核技术与自动化学院专业:电气工程及其自动化班级:2011060505班学号:3201106050504姓名:~~~~~~指导老师:顾民完成时间:2014年4月30日电力系统自动化实验报告实验一发电机组的启动与运转实验一、实验目的:1．了解微机调速装置的工作原理和掌握其操作方法。2．熟悉发电机组中原动机（直流电动机）的基本特性。3．掌握发电机组起励建压，并网，解列和停机的操作。二、原理说明:在本实验平台中，原动机采用直流电动机模拟工业现场的汽轮机或水轮机，调速系统用于调整原动机的转速和输出的有功功率，励磁系统用于调整发电机电压和输出的无功功率。THLZD-2型电力系统综合自动化实验台输电线路的具体结构如下图所示：调速系统的原理结构图：励磁系统的原理结构示意图三、实验内容与步骤：1．发电机组起励建压⑴先将实验台的电源插头插入控制柜左侧的大四芯插座（两个大四芯插座可通用）。接着依次打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。⑵将控制柜上的“原动机电源”开关旋到“开”的位置，此时，实验台上的“原动机启动”光字牌点亮，同时，原动机的风机开始运转，发出“呼呼”的声音。⑶按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“自动”方式，开机默认方式为“自动方式”。⑷按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“启动”键，此时，装置上的增速灯闪烁，表示发电机组正在启动。当发电机组转速上升到1500rpm时，THLWT-3型微机调速装置面板上的增速灯熄灭，启动完成。⑸当发电机转速接近或略超过1500rpm时，可手动调整使转速为1500rpm，即：按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“手动”方式，此时“手动”指示灯会被点亮。按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键即可调整发电机转速。⑹发电机起励建压有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动起励建压；一是常规起励建压；一是微机励磁。发电机建压后的值可由用户设置，此处设定为发电机额定电压400V，具体操作如下：①手动起励建压1)选定“励磁调节方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁调节方式”旋钮旋到“手动调压”，“励磁电源”旋钮旋到“他励”。2)打开励磁电源。将控制柜上的“励磁电源”打到“开”。3)建压。调节实验台上的“手动调压”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压（线电压）达到设定的发电机电压。②常规励磁起励建压1)选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“常规控制”，“励磁电源”旋钮旋到“自并励”或“他励”。2)重复手动起励建压步骤⑵3)励磁电源为“自并励”时，需起励才能使发电机建压。先逐渐增大给定，可调节THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大到3.5V左右，按下THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“起励”按钮然后松开，可以看到控制柜上的“发电机励磁电压”表和“发电机励磁电流“表的指针开始摆动，逐渐增大给定，直到发电机电压达到设定的发电机电压。4)励磁电源为“他励”时，无需起励，直接建压。逐渐增大给定，可调节THLCL-2常规励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压达到设定的发电机电压。③微机励磁起励建压1)选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“微机控制”，“励磁电源”旋钮旋到“自并励”或“他励”。2)检查THLWL-3微机励磁装置显示菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如下：“励磁调节方式”设置为实验要求的方式，此处为“恒Ug”。“恒Ug预定值”设置为设定的发电机电压，此处为发电机额定电压。“无功调差系数”设置为“+0”具体操作见THLWL微机励磁装置使用说明。3)按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“启动”键，发电机开始起励建压，直至THLWL-3微机励磁装置面板上的“增磁”指示灯熄灭，表示起励建压完成。2．发电机组停机⑴减小发电机励磁至0。⑵按下THLWT-3微机调速器装置面板上的“停止”键。⑶当发电机转速减为0时，将THLZD-2电力系统综合自动化控制柜面板上的“励磁电源”打到“关”，“原动机电源”打到“关”。3．发电机组并网⑴首先投入无穷大系统，具体操作参见第一部分“无穷大系统”，将实验台上的“发电机运行方式”切至“并网”方式。打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。⑵发电机与系统间的线路有“单回”和“双回”可选。根据实验要求选定一种，此处选“单回”。单回：断路器QF1和QF3（或者QF2、QF4和QF6）处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态；双回：断路器QF1、QF2、QF3、QF4和QF6处于“合闸”状态，其他处断路器处于“分闸”状态。⑶合上断路器QF7，调节自耦调压器的手柄，逐渐增大输出电压，直到接近发电机电压。⑷投入同期表。将实验台上的“同期表控制”旋钮打到“投入”状态。⑸发电机组并网有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动并网；一是半自动并网；一是自动并网。为了保证发电机在并网后不进相运行，并网前应使发电机的频率和电压略大于系统的频率和电压。手动并网:所谓“手动并网”，就是手动调整频差和压差，满足条件后，手动操作并网断路器实现并网。1)选定“同期方式”。将实验台上的“同期方式”旋钮旋到“手动”状态。2)观测同期表的指针旋转。同期时，以系统为基准，fgfs时同期表的相角指针顺时针旋转，频率指针转到“+”的部分；UgUs时压差指针转到“+”。反之相反。fg和Ug表示发电机频率和电压；fs和Us表示系统频率和电压。根据同期表指针的位置，手动调整发电机的频率和电压，直至频率指针和压差指针指向“0”位置。表示频率差和压差接近于“0”，此时相角指针转动缓慢，当相角指针转至中央刻度时，表示相角差为“0”，此时按下断路器QF0的“合闸”按钮。完成手动并网。4．发电机组发出有功和无功功率⑴调节励磁装置，调整发电机组发出的无功，使Q=0.75kVar，PF=0.8。具体操作：①手动励磁：调节THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“手动调压”旋钮，逐步增大励磁，直到达到要求的无功值。②常规励磁：调节THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐步增大给定，直至达到要求的无功值③微机励磁：多次按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“＋”键，逐步增大励磁，直至达到要求的无功值。⑵调节调速器，调整发电机组发出的有功，具体操作：多次按下THLWT-3微机调速装置“+”键，逐步增大发电机有功输出，使P=1kW。5．发电机组解列⑴将发电机组输出的有功和无功减为0。具体操作：①多次按下THLWT-3微机调速装置“－”键，逐步减少发电机有功输出，直至有功接近0。②调节励磁，减小无功。多次按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“－”键，逐步减少发电机无功输出，直至无功接近于0。备注：在调整过程中，注意不要让发电机进相。⑵按下THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的断路器QF0的“分闸”按钮，将发电机组和系统解列。然后发电机停机，具体参照实验内容“⒉发电机组停机”。四、思考题：1、为什么发电机组送出有功和无功时，先送无功？答：为了防止发电机发生近相运行。电机开始时大部分功用在磁路的饱和上和感性,容性负载的偶合上,这些功都是无功，电压的波动主要由无功负荷引起的，当无功出现缺额时，即感性负载过剩时，其对发电机产生去磁电枢反应，使气隙的磁场被削弱，端电压便降低。电压过低时会使电网中有功功率损耗和电能损耗增加，还会危及电力系统运行稳定性，先送无功有利于保证系统电压的稳定，提高供电质量。2、为什么要求发电机组输出的有功和无功为0时才能解列？答：保护断路器，尽量不要带电流分闸，维护系统稳定。不发生功率突变，保护发电机，避免突然甩负荷的冲击。如果有功负荷未减至零，解列时电磁制动力矩突然消失，在汽机或水轮机过剩力矩的作用下引起机组超速。降有功到接近零是防止发电机突然丢负荷造成汽轮机过速，降无功是防止发电机瞬间过电压。无功负荷减到接近零就可以了，这样还可以通过定子电流观察发电机出口开关是否非全相分闸。实验心得:这次发电机组的启动与运转实验，让我们对发电机组的启动有了深刻的认识。在发电机组运行时，为了防止发电机发生近相运行。电机开始时大部分功用在磁路的饱和上和感性,容性负载的偶合上,这些功都是无功，电压的波动主要由无功负荷引起的，当无功出现缺额时，即感性负载过剩时，其对发电机产生去磁电枢反应，使气隙的磁场被削弱，端电压便降低。电压过低时会使电网中有功功率损耗和电能损耗增加，还会危及电力系统运行稳定性，先送无功有利于保证系统电压的稳定，提高供电质量。实验二欠励限制实验一、实验目的1．掌握欠励限制的作用、工作原理、特性曲线及其整定方法。2．深入理解“V”形曲线和功率圆图，分析研究欠励运行与机组稳定的关系。二、原理说明欠励限制的作用就是当发电机处于进相运行时，将其最小励磁值限制在发电机临界失步稳定极限范围内，并且使最小励磁值不致低于发电机进相运行时定子端部绕组及铁芯部件的发热允许范围。自并励方式励磁的同步发电机，当并列运行于容量不大而电压波动较大的电网中，在电网电压升高时（比如由于电力系统高压线路空载运行，或无功补偿电容在电力系统负荷低谷时未及时切除，造成系统无功过剩），自并励励磁系统由于电压负反馈的调节作用，会自动使发电机励磁电流大幅度降低。当发电机励磁电流小于某一定值时，其功率因数角将由滞后变为超前，发电机自动带上容性负载，即所谓“进相”运行，进入“进相”的励磁状态称为“欠励”状态。根据凸极同步发电机的功率方程式：式中：P－发电机有功功率；Eq－发电机空载电势；Us－系统电压；δ－功角；XL－线路电抗；Xd－发电机纵轴同步电抗；Xq－发电机横轴同步电抗。发电机“V”形曲线当P、U、Xd、Xq、XL确定后，励磁电流减少，引起Eq减少，必然导致功角δ增大，当δ90°时，电机失步。发电机运行的P（有功）－Q（无功）极限在电机理论中可由功角特性得出同步发电机的V形曲线（图3-2-6-1)或由功率圆图来确定（图3-2-6-2)。由“V”形曲线可知，发电机带上不同的有功负载时，分别“进相”到不同程度后即失去稳定。所以，当发电机带上某一有功功率时，为保证发电机稳定运行，其最小励磁电流由“V”形曲线就可确定。发电机所带有功负载越大，则允许“进相”的范围就越小，即励磁电流最小限制值越高。最小励磁限制和最大容性无功功率（或电流）限制是同一回事。因为在发电机并联运行情况下，容性无功功率的增大是欠激励磁电流减小的必然反应，因此欠激励磁电流的测量和最小励磁电流的限制都可以通过容性无功功率来实现。保持静态稳定极限所允许的P～Q关系，可由发电机的功角特性和静态稳定特性的条件dP/dδ=0来推导。从而可作出保证静态稳定极限下的凸极同步发电机的P－Q关系功率圆图。P－Q关系功率圆图的半径及圆心的参数见图3-2-6-2所示，图中虚线为凸极机的P－Q曲线。弧线的下方为发电机失步运行区。静稳定条件下的功率圆图显然，为了保证机组有一定静稳定储备和避免水轮发电机由于欠励运行造成定子端部发热，需要限制发电机的最小励磁电流，也就是相应地限制发电机的最大进相无功电流（或功率）。当电网电压波动较大，而发电机容量相对较小，并且有灵敏的励磁调节器时，甚至还可能发生因为电网电压升高，该机自动强减而失磁或自同期并网时发生失磁，因此考虑这一因素，也有必要装设欠励限制电路。对于自复励的发电机，因有复励分量，可以不装设欠励限制。总之，欠励限制器的任务就是确保在任何情况下，限制发电机的进相无功不超过允许范围，当进相无功超过允许范围时，欠励限制器将限制励磁电流的减少。三、实验内容与步骤1．合上控制柜上的所有电源开关；然后合上实验台上的所有电源开关。合闸顺序：先总开关，后三相开关，再单相开关。2．选定实验台上面板的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“微机