电力系统分析综合实验二(1)：同步发电机准同期并列实验

实验名称：  同步发电机准同期并列实验     实验类型：               同组学生姓名：

一、实验目的和要求（必填）                        二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）                        四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理                            六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的和要求

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

二、实验内容和原理

1.实验内容

（1）机组微机启动和建压

（2）手动准同期

（3）半自动准同期

（4）全自动准同期

（5）停机

2.实验原理

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。根据并列操作自动化程度的不同，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频差，不断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匀均频控制脉冲。当所有条件满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。

三、主要仪器设备

四、实验方法和实验步骤

1．机组微机启动和建压

（1）在调速装置上检查“模拟调节”电位器指针是否指在0位置，如果不在，则应调到0位置；

（2）合上操作台的“电源开关”，在调速装置、励磁调节器、微机准同期控制器上分别确认其“微机正常”灯为闪烁状态，在微机保护装置上确认“装置运行”灯为闪烁状态。在调速装置上确认“模拟方式”灯为熄灭状态，否则，松开“模拟方式”按钮。同时确认“并网”灯为熄灭状态，“输出0”、“停机”灯亮。检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄，调速装置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）；

（3）按调速装置上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮；

（4）把操作台上“励磁方式”开关置于“微机它励”位置，在励磁调节器上确认“它励”灯亮；

（5）在励磁调节器上选择恒UF运行方式，合上“励磁开关”；

（6）把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置；

（7）合上“系统开关”和线路开关“QF1、QF3”，检查系统电压接近额定值380V；

（8）合上“原动机开关”，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速装置将自动启动电动机到额定转速；

（9）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。

2．手动准同期

（1）按准同期并列条件合闸

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，直至微机准同期控制器上的“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，相应操作微机调速装置上的“增速”或“减速”按钮进行调速，直至微机准同期控制器上的“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0度位置前某一合适时刻时，即可合闸（发电机开关）。观察记录合闸时的冲击电流（三相电流表设在发电机和发电机开关之间）等数据（以下的并列实验同）。

（2）偏离准同期并列条件合闸

实验要求：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（下标F－发电机、X－无穷大系统）：

①电压差相角差条件满足，频率差不满足，在fF>fX和fX>fF时手动合闸，观察并记录实验台上的有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小。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，在VF>VX和VX>VF时手动合闸，观察并记录实验台上的有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小。注意：电压差不要大于10%额定电压

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的有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小。注意：相角差不要大于30度

注意：本实验项目仅限于实验室进行

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“同期命令”按钮即向准同期控制器发出同期并列命令，此时，“同期命令”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（调速调压的方法同手动准同期）。

当压差、频差条件满足时，整步表上旋转灯光旋转至接近0度位置时，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合”灯亮，表示已经合闸。“同期命令”灯熄，“微机正常”灯恢复正常闪烁，进入待命状态。

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”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、均频控制并检查合闸条件，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，调速装置上有什么反应；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”灯熄，“微机正常”灯恢复到正常闪烁。

5．停机

通过按下调速装置上的“减速”按钮和励磁调节器上的“减磁”按钮、分别将发电机输出的有功功率、无功功率减至0。跳开发电机开关后（即同步发电机与系统解列），跳开“励磁开关”灭磁，松开调速装置上的“停机/开机”按钮使“开机”灯灭、“停机”灯亮，即可自动停机。待机组停稳后断开“原动机开关”，然后跳开线路开关和无穷大电源开关，最后切断“电源开关”。

实验注意事项：

（1）手动合闸时，仔细观察整步表上的旋转灯，在旋转灯接近0位置之前的某一时刻合闸。

（2）当面板上的指示灯、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。

（3）微机自动励磁调节器上的增磁/减磁按钮按键只持续5秒内有效，过了5秒后如需调节则松开按钮，重新按下。

（4）在做同期方式切换时，应该先断开发电机开关，然后选择“同期方式”转换开关位置。

五、实验数据记录与处理

本实验用的是自动准同期合闸装置，装置主要由输入单元、CPU单元、输出单元、显示单元、电源单元组成。装置输入来自发电机和系统两端电源，两个电压经过装置做差运算，得到正弦整步电压，正弦整步电压是一个正弦的包络信号，包含了准同期并列装置的所能检测的信息，如压差、频差、相角差等等。但在利用正弦整步电压判定并列点两侧的电压相位差时需要考虑电压差的影响，为排除此影响，根据每个基波周期的脉宽比脉冲，利用时域积分得到了较易判定合闸条件的线性三角波电压。

七、讨论、心得

1、比较手动准同期和自动准同期的调整并列过程。

在手动准同期的情况下，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、频率在允许范围内，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。

在自动准同期的情况下，只需按下准同期控制器的“同期”按钮，“同期命令”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、均频控制逼格检查合闸条件，一旦合闸条件满足即发出合闸命令

手动准同期并列过程是通过人观察旋转灯的旋转来判断发电机和电网是否满足并车条件，并通过调节发电机转速及励磁使之买组，然后确定合闸发信装置发出合闸信号的时机。而自动准过同期的调整并列过程是通过自动装置来完成并车条件的判断和对发电机的调节。

2、相序不对（如系统侧相序为A、B、C，发电机侧相序为A、C、B）时能否并列？为什么？

不能并列，因为相序不对时，并列点三相中之多只有一项能保证相位相同，而其余两相存在着较大的相位差，并列时会产生较大的冲击电波。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。

3、电压互感器的极性如果一侧（系统侧或发电机侧）接反，会有什么结果?

在使用自动准同期并列装置时，如果电压互感器的记性如果有一侧接反，根据自动准同期装置要在变压器二次侧电压差不多同相位才会合闸，此时并列点两侧电压的时机相位差是接近180°，故在并列时会产生很大的冲击电流而使发电机损坏

4、合闸冲击电流的大小与哪些因素有关？

合闸冲击电流产生的根本原因是由于合闸时并列点两侧的电压瞬时值不等。所以影响合闸冲击电流大小的因素有并列点两侧电压幅值、合闸时并列点两侧电压的电压差以及合闸点两侧电压频率差

5、在fF>fX、fX>fF或VF>VX、VX>VF下并列时，机端有功功率表及无功功率表的指示有何特点？为什么？

①fF>fX

在频率有负误差时，有功功率瞬时下降，然后回升，无功功率几乎不变；当频率有正误差时，有功功率瞬时上升，然后回落，无功功率不变。

②fX>fF

在频率有负误差时，无功功率瞬时下降、然后回升，有功功率几乎不变；当频率有正误差时，无功功率瞬时上升，然后回落，有功功率不变。

③VF>VX

脱网时，发电机的转速和其频率成正比；并网后，发电机的频率被拉到电网频率，转速的变化导致有功功率的变化

④VX>VF

脱网时，发电机的励磁与其电压成正比；并网后，发电机的电压被拉到电网电压，励磁的变化导致无功功率的变化

2．心得、体会

（1）通过本次实验，根据指导书上所给的实验步骤以及老师的指导，亲自动手实现了发电机的并网过程，探究学习了发电机同期并网的原理以及实验现象。

（2）实验过程中，由于微机方式的有功功率与无功功率显示出现问题，导致我们无法比较准确的判断偏同步并网过程中有功与无功功率的变化，这给实验带来了一定的难度。

（3）半自动并网方式的并网过程与全自动并网的并网过程的区别就在于是否在操作者给定固定频率和电压时并网；手动并网的过程中，可以看微机显示，也可以看仪表显示。用仪表显示时，首先确认的就是电压、频率是否都达到中间的刻度，然后再判断相位差角是否可以符合并网条件，即在0°左右；用微机显示来实现手动并网，就需要看相位、电压、频率的并网红灯是否有亮，当红灯全都不亮的时候方可并网。

（4）如果发电机并网时，偏移的角度比较大，或者电压、频率与要求并网的电压或频率相差较大的时候，会产生一定的冲击电流。这个冲击电流随着偏移程度的增大而增大，对于发电机和电网来说都是非常不利的，所以发电机并网的条件十分重要。