电力系统自动化装置试验参考指导书

实验一自动准同期条件测试一、实验目1．掌握实验设备和仪器用法，进一步理解准同期条件。2．掌握准同期条件测试办法。二、预习与思考1．为什么准同期装置都是运用滑差（脉动）电压这一特性进行工作？2．准同期条件有哪些？如何掌握原则？3．什么叫导前时间？导前时间恒定条件是什么？三、原理阐明1．滑差电压及其变化轨迹当前几乎所有准同期装置都是运用滑差电压这一特性进行工作。所谓滑差电压是指待并发电机电压UF和系统电压Ux之间电压差，通惯用Us来表达。发电机电压和系统电压瞬时值，可用下式表达：uF=UFsin(ωFt+δ1)（1-1）ux=Uxsin(ωxt+δ2)（1-2）UF、Ux为发电机和系统电压幅值，δ1、δ2为发电机电压和系统电压初相。设UF=Ux=Um，从式（1-1）和（1-2）可得滑差电压为：us=uF-ux=2Umsin[(ωFt+δ1)/2-(ωxt+δ2)/2]×cos[(ωFt+δ1)/2+(ωxt+δ2)/2]（1-3）若初始相角δ1=δ2=0，则式(1-3)可简化为：us=2Umsin[(ωF-ωx)t/2]cos[(ωF+ωx)t/2]（1-4）滑差电压Us随时间变化轨迹示于图1-1。由图1-1可以看出，us中具有两种频率不同分量，咱们感兴趣是Us低频包络线。用usm表达滑差电压Us包迹瞬时值，就得到usm=2Umsin[(ωF-ωx)t/2]（1-5）令ωs=ωf-ωx式中ωs——滑差角速度。则usm=2Umsin（ωst/2）（1-6）图1-1滑差电压变化轨迹关于滑差电压概念还可以用相量来描述。图1-2是滑差电压相量图。（a）（b）（c）（d）图1-2滑差电压相量图（a）δ=ωst；（b）δ=0；（c）δ=π/2；（d）δ=π图中用F和x表达发电机和系统电压相量，当ωs不等于零时，F和x之间相角差δ=ωst，将随时间t不断变化。假定以x为参照相量保持不动，则F将以角速度ωs作逆时针旋转。因而滑差电压s瞬时值也在不断变化。2．同期和导前时间准同期三个条件之一，就是规定用于并网断路器在合闸瞬间发电机电压相位与系统电压相位相似。事实上对于两个频率不同电压是无法比较它们之间绝对相位差。为此，所谓发电机电压与系统电压同步（即普通所说相位相似）是指发电机电压与系统电压瞬时值uF与ux同步过零或同步达到最大值瞬间。在此瞬间us=0。由式（1-6）可知，满足Usm=0时也必要同步满足ωst=2Kπ这一条件（K=0，1，……n）。为此，如图1-1所示，相邻两同步点a、b之间时间间隔tb-ta=Ts=2π/ωs。普通称Ts为频差周期或滑差周期，显然频差fs=1/Ts。为了使断路器触头在Usm=0时闭合，必然规定准同期装置能提前发出合闸脉冲。所需提前时间，取决于断路器固有合闸时间、辅助继电器动作时间和合闸接触器动作时间之和，从准同期装置发出合闸脉冲到发电机电压和系统电压同步之间时间间隔称为导前时间。由于发电机不也许在不同频差下并入系统，这就规定导前时间不应随频差ωs变化而变化。具备这种特性准同期装置就称之为恒定导前时间型准同期装置。3．导前时间恒定条件和合闸相角误差大多数恒定导前时间型准同期装置，都是采用滑差电压（或将它变换一下波形）一次微分和滑差电压相比较这一原理来构成。采用一次微分目就是为了消除导前时间与频差关系。直接采用滑差电压及其一次微分来获得恒定导前时间原理,可用下述推导来表白所得导前时间tdq与ωS无关。由式(1-6)可知，usm=2Umsin(ωst/2)则dusm/dt可由下式来表达：dusm/dt=Umωscos(ωst/2)（1-7）若令准同期装置发出合闸脉冲条件是K1（dusm/dt）=K2Usm，这一方程则有：K1Umωscos(ωst/2)=K22Umωssin(ωst/2)化简得tg(ωst/2)=K1ωs/(2K2)（1-8）当ωs很小时，tg（ωs/2）t≈（ωs/2）t式(1-8)可写成：t≈K1/K2（1-9）式(1-9)计算所得时间t（即导前时间tdq）与ωs无关。这就是准同期装置所获得恒定导前时间原理。固然，上述推导过程是有附加条件。一方面是假定ωs很小，另一方面是假定dωs/dt≈0（在一种频差周期内ωs保持不变），否则导前时间就不也许恒定。本装置由于将滑差电压变换成相似频差周期三角波后，对ωs规定可以放宽，但仍应规定dωs/dt≈0。从准同期规定来说，但愿在合闸时相角误差越小越好，但事实上由于种种因素不也许没有误差。这一误差产生重要是由如下几种方面导致：1）断路器及其辅助继电器和合闸接触器动作时间变差，令其为△t1。2）自动准同期装置导前时间整定值和断路器实际合闸时间之间误差，令其为△t2。3）导前时间自身变差，令其为△t3。4）由于ωs变化引起导前时间变化，令其为△t4。5）在合闸过程中存在加速度dωs/dt。若令由1）-4）所导致综合误差为△t∑（△t∑=±△t1±△t2±△t3±△t4），导前时间为tdq时，考虑上述因素可按下式计算合闸瞬间误差角δΣ：δΣ=ωs△t∑＋(dωs/dt)（tdq+△t∑）2/2（1-10）式(1-10)中第一项作为既有装置都已控制在3.6°如下（不涉及由于△t1所导致误差），第二项误差减小必要控制dωs/dt大小或尽量采用迅速断路器并网。在准同期装置中引入滑差电压二次微分量进行补偿在原理上可以消除dωs/dt对导前时间影响。四、实验重要测试仪器1．双踪慢扫描示波器它用来观测装置各点波形，寻找故障，规定采用长余辉双踪慢扫描示波器，如SBD-6型等。扫描时间规定可从0.1毫秒到1000秒，能清晰观测某些长时间波形，如三角波、比例微分等波形，这种示波器尚有时标，可用来粗略地观测导前时间。2． 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示波器用来拍摄导前时间，记录合闸时冲击电流。例如可采用SC-10型记录示波器。它可采用胶卷或紫外线记录纸拍摄，比较以便、灵活。3．秒表可以采用401型电秒表或405型电子数字毫秒表计。用来测量导前时间、调频和调压脉冲宽度。4．万用表应采用高内阻万用表，直流每伏内阻为20千欧，如MF-35型，MF-18型，MF-9型，MF-200型数字万用表等均能满足规定。重要用来测量电位高低。某些内阻较低万用表，如MF-14型，直流每伏只有1千欧，是不适当采用。5．交流电压表可采用0.5级表，量程0～150伏。五、实验设备序号型号使用仪器名称数量备注1TKDZB-2电力自动化及继电保护实验台12ZBL51可控励磁发电系统组件（－）（含并网旋转灯和同步表）(省略,采用目测方式)13ZBL54可调电阻器14ZBL60可控励磁发电系统实验组件（七）（含励磁电流）（注:可用恒流源代替）15DJ10-1直流电动机16DJ5-1三相交流发电机17DD03电机导轨，测速发电机及转速表18ZB36真有效值交流电压表19ZB31数字式直流电压、电流表110ZBT74A准同期实验组件（一）111万用表（通用型）1自备12数字式存储双踪示波器1自备六、实验内容与环节依照发电机信号和系统信号测试准同期条件，当电压幅值和频率有变化时，观测对滑差电压US波形影响。实验接线图见图1-3。图1-3自动准同期条件测试实验接线图1．实验准备1）按下挂件ZBL51上“断开”按键，暂时不接入同步表。2）将挂件ZBT74A上“导前时间整定”开关打到0.1S；然后再将“滑差频率整定”打到0.3Hz。合闸选取开关打到“测试”。3）将可调电阻器Rf1调至最小，可调电阻器Rst调至最大位置。4）调节实验台上调压器，使实验台输出线电压为70V。5）将实验台上“可调电压输出”（给直流电动机DJ10-1提供电枢电压）调到最小，启动实验台上开关，将“固定电压输出”开关打到“开”，接着将“可调电压输出”开关打到“开”，逐渐增长“可调电压输出”，当电机启动正常运转后，其旋转方向应符合正向旋转规定，然后短接可调电阻Rst，再缓慢地增大Rf1，直到转速表DD03上读数达到额定转速1500rpm。6）由挂件ZBL60提供励磁电流，逐渐增长励磁电流，直至发电机输出电压为70V左右。2．操作环节1）打开ZBT74A上电源开关，将ZBT74A上隔离开关打到“通”，此时即把系统电压和发电机电压接入ZBT74A装置。2）用示波器观测测试点US波形。保持原动机（直流电动机DJ10-1）电枢电压不变，增大发电机励磁电流（由挂件ZBL60提供），即变化发电机输出电压，观测滑差电压Us波形变化，并记录之。调节发电机励磁电流，使发电机输出电压仍为70V，然后缓慢减少“可调电压输出”，即变化发电机输出电压频率，观测滑差电压Us波形变化，并记录之。七、注意事项1．将系统电压和发电机电压接入挂件ZBT74A时，注意相序U、V、W应与A、B、C一一相应。2．用示波器观测测试点波形时，示波器电源应采用隔离变压器隔离。八、实验 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1．理论分析与测试观测成果与否一致，为什么？2．在合闸时相角误差产生重要因素有哪些？3．依照记录滑差电压波形，分析滑差电压受哪些因素影响。实验八合闸某些整体测试（半自动准同期并网）一、实验目1．熟悉自动合闸某些电路原理和基本特性。2．掌握半自动准同期概念及并网操作办法。二、预习与思考1．自动合闸某些要满足实际应用规定，必要具备哪些技术特性？2．自动合闸某些由哪些电路构成，互相间是如何协调工作？3．合闸逻辑电路是对哪些技术指标进行综合逻辑判断？4．要实现自动合闸系统功能，满足有关技术规定，为什么说实现办法不是唯一？5．什么叫半自动准同期？三、原理阐明1．自动合闸某些方框图HZX、HZF分别取自变压器T1、T2二次侧。通过相敏环节，获得一组与滑差电压周期相似三角波电压。该三角波幅值仅与HZX、HZF之间相角差δ关于，与HZX、HZF幅值无关。三角波周期与滑差电压周期相似。当δ=0时，相敏环节输出最小，当δ=180°时，相敏环节输出最大。相敏环节输出分两路，一路经比例微分环节、整形电路、触发器发出一种与导前时间关于脉冲到双稳触发器。另一路到频差回路和相差回路，该电压与频差整定值相比较构成准同期合闸时频差闭锁条件，该电压与导前相角整定值相比较构成相角差闭锁条件，电压差绝对值输出与电压差整定值比较构成电压差闭锁条件。只有相角差、电压差、频差同步满足准同期并列条件时，与门为“1”态，双稳触发器翻转，继电器1KZ动作，发合闸脉冲。当相角差、电压差、频差中任一条件不满足并列规定期，闭锁双稳触发器，继电器1KZ不动作，不发合闸脉冲。原理方框图如图8-1所示。图8-1ZBT74A型装置自动合闸某些方框图2．合闸某些逻辑回路及动作过程发电机电压HZF与系统电压HZX经相敏环节在TT2点输出一组三角波电压。经比例微分环节，在TT3点输出电压在A点过零，并变化方向。经反相输入放大后，TT4点电压在A点由负变正，加到双稳触发器CLK端，假定此时相角差、频率差、电压差均满足合闸条件，双稳态触发器翻转，V1管导通，合闸继电器1KZ吸合，发合闸脉冲，同步V2管截止，C14充电，当UC14>(2/3)VCC时，定期器5553脚输出低电平，双稳又翻转，V1管由导通变截止，合闸继电器1KZ断开，合闸某些动作结束。当电压差，频率差，相角差只要有一种不不大于整定值，或门输出高电平，与非门输出低电平，闭锁双稳态触发器翻转，发不出合闸脉冲。为了防止刚发出合闸脉冲又浮现压差，频差，相差闭锁现象而导致继电器1KZ触点抖动，接入“非”门和“或”门构成一种“与非”门条件，这样一旦继电器1KZ动作，将低电平送入“与非”门，T封锁“与非”门，此时无论压差，频差，相差有或没有闭锁信号，都不能导致继电器1KZ返回或触点抖动。图8-2（a）ZBT74A型装置合闸某些逻辑回路原理图图8-2（b）ZBT74A型装置合闸某些波形图延时回路是装置在做假同步，或调试时能自动复归合闸继电器，当装置正式发出合闸脉冲后，闭锁双稳200ms左右，使本实验中断路器可靠合闸。原理图及波形图见8-2。四、实验设备序号型号使用仪器名称数量备注1TKDZB-2电力自动化及继电保护实验台12ZB01断路器触点及控制回路模仿箱13ZBL51可控励磁发电系统组件（－）（含并网旋转灯和同步表）(省略,采用目测方式)14ZBL54可调电阻器15ZBL60可控励磁发电系统实验组件（七）（含励磁电流）(采用恒流源代替)16ZBL66可控励磁发电系统组合仪表17DJ10-1直流电动机18DJ5-1三相交流发电机19DD03电机导轨，测速发电机及转速表110ZB36真有效值交流电压表111ZB31数字式直流电压、电流表112ZBT74A准同期实验组件（一）113万用表（通用型）1自备14数字式存储双踪示波器1自备五、实验内容与环节用小型同步发电机来模仿发电机信号。手动调节转速，手动调节励磁，在满足准同期条件下，由合闸某些自动地将发电机并入系统。完全符合半自动准同期定义，因此本实验也叫半自动准同期实验。实验接线图见图8-3。图8-3ZBT74A型装置合闸某些整体复测实验接线图实验准备同实验三。2．操作环节1）打开ZBT74A上电源开关，将ZBT74A上隔离开关打到“通”，此时即把系统电压和发电机电压接入ZBT74A装置。2）用时间继电器代替断路器实现合闸。3）将合闸选取开关打到“运营”。4）调节实验台上“可调电压输出”，观测各信号灯批示状况：当频差不不大于整定值时，频差闭锁灯应在频差周期后半周（即相称于同步灯由亮转暗期间）亮。挂件ZBT74A上同步灯时亮时灭，亮灭周期和挂件ZBL51上并网旋转灯橙色灯相似。挂件ZBT74A上合闸灯应越前于同步灯最暗时亮。合闸瞬间，ZBL51上同步表指针S、Hz和V应接近零点。5）数字示波器探头Y1接入挂件ZBT74A面板上各测试点，记录波形。与前面给定波形相对照。6）增大实验台上“可调电压输出”，提高原动机（直流电机DJ10-1）转速，即增长原动机输入有功功率,同步增大同步发电机GS（DJ5-1）励磁电流，即增长发电机输出无功功率，直到发电机向电网输出功率达到额定有功功率(200W)和无功功率（150W）（由ZBL66来测得有功和无功功率）。在整个调节过程中，原动机转速和发电机端压保持不变。7）按下挂件ZBL51上“断开”按键，将同步表从实验电路中断开。8）减小实验台上“可调电压输出”，减少原动机（直流电机DJ10-1）转速，即减少原动机输入有功功率,同步减小同步发电机GS（DJ5-1）励磁电流，即减少发电机输出无功功率，直到发电机向电网输出有功和无功功率接近于零，然后按下ZBL57挂箱上QF手分闸按钮，即断开与电网并联开关QF,将发电机和系统断开。9）减小实验台上“可调电压输出”，将原动机转速降为零，将实验台上“固定电压输出”打到“关”，再关断发电机励磁电流。再将三相调压器旋转退至零位，最后关断实验台上开关。在上述操作过程中，1）-4）完毕了自动准同期并网实验；6）实现了发电机向电网送电；8）完毕了发电机与系统解列；9）发电机停机。六、注意事项1．将系统电压和发电机电压接入挂件ZBT74A时，注意相序U、V、W应与A、B、C一一相应。2．用示波器观测测试点波形时，示波器电源应采用隔离变压器隔离。3．直流电动机启动后，其旋转方向应符合正向旋转规定。因电动机旋转方向不同，则发电机发出电压相序就不同。七、实验报告1．依照实验内容写出自动合闸某些操作实验程序。2．依照实验成果记录数据并绘制波形。3．发现自动合闸不正常时如何按顺序检查。