電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、實(shí)驗(yàn)一自動(dòng)準(zhǔn)同期條件測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器的使用方法,深入理解準(zhǔn)同期條件。2.掌握準(zhǔn)同期條件的測(cè)試方法。二、預(yù)習(xí)與思考1.為什么準(zhǔn)同期裝置都是利用滑差(脈動(dòng)電壓這一特性進(jìn)行工作的?2.準(zhǔn)同期的條件有哪些?如何掌握標(biāo)準(zhǔn)?3.什么叫導(dǎo)前時(shí)間?導(dǎo)前時(shí)間恒定的條件是什么?三、原理說(shuō)明1.滑差電壓及其變化軌跡目前幾乎所有的準(zhǔn)同期裝置都是利用滑差電壓這一特性進(jìn)行工作的。所謂滑差電壓是指待并發(fā)電機(jī)的電壓U F和系統(tǒng)電壓U x之間的電壓差,通常用U s來(lái)表示。發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓的瞬時(shí)值,可用下式表示:u F=U F sin(F t+1 (1-1u x=U x sin(x t+2 (1-2U

2、F、U x為發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電壓的幅值,1 、2為發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓的初相。設(shè)U F=U x=U m,從式(1-1和(1-2可得滑差電壓為:u s=u F-u x=2U m sin(F t+1/2-(x t+2/2×cos(F t+1/2+(x t+2/2 (1-3若初始相角1=2=0,則式(1-3可簡(jiǎn)化為:u s=2U m sin(F-xt/2cos(F+xt/2 (1-4滑差電壓U s隨時(shí)間變化的軌跡示于圖1-1。由圖1-1可以看出,u s中含有兩種頻率不同的分量,我們感興趣的是U s的低頻包絡(luò)線(xiàn)。用u sm表示滑差電壓U s包跡的瞬時(shí)值,就得到u sm=2U m sin(F-xt

3、/2 (1-5令s= f-x式中s滑差角速度。則u sm=2U m sin(s t/2(1-6 u圖1-1 滑差電壓變化軌跡關(guān)于滑差電壓的概念還可以用相量來(lái)描述。圖1-2是滑差電壓相量圖。xxU.xF.x.U.(a(b(c(d圖1-2 滑差電壓相量圖(a=s t;(b=0;(c=/2;(d=圖中用F和x表示發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電壓的相量,當(dāng)s不等于零時(shí),F和x之間的相角差=s t,將隨時(shí)間t不斷改變。假定以x為參考相量保持不動(dòng),則F將以角速度s作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因而滑差電壓s的瞬時(shí)值也在不斷變化。2.同期和導(dǎo)前時(shí)間準(zhǔn)同期的三個(gè)條件之一,就是要求用于并網(wǎng)的斷路器在合閘瞬間發(fā)電機(jī)電壓的相位與系統(tǒng)電壓的相位相同

4、。實(shí)際上對(duì)于兩個(gè)頻率不同的電壓是無(wú)法比較它們之間的絕對(duì)相位差的。為此,所謂發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓同步(即通常所說(shuō)的相位相同是指發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓的瞬時(shí)值u F與u x同時(shí)過(guò)零或同時(shí)達(dá)到最大值的瞬間。在此瞬間u s=0。由式(1-6可知,滿(mǎn)足U sm=0時(shí)也必須同時(shí)滿(mǎn)足s t=2K這一條件(K=0,1,n。為此,如圖1-1所示,相鄰兩同步點(diǎn)a、b之間的時(shí)間間隔t b-t a=T s=2/s。通常稱(chēng)T s為頻差周期或滑差周期,顯然頻差f s=1/T s。為了使斷路器的觸頭在U sm=0時(shí)閉合,必然要求準(zhǔn)同期裝置能提前發(fā)出合閘脈沖。所需提前的時(shí)間,取決于斷路器的固有合閘時(shí)間、輔助繼電器動(dòng)作時(shí)間和合閘

5、接觸器動(dòng)作時(shí)間之和,從準(zhǔn)同期裝置發(fā)出合閘脈沖到發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓同步之間的時(shí)間間隔稱(chēng)為導(dǎo)前時(shí)間。由于發(fā)電機(jī)不可能在不同的頻差下并入系統(tǒng),這就要求導(dǎo)前時(shí)間不應(yīng)隨頻差s的變化而變化。具有這種特性的準(zhǔn)同期裝置就稱(chēng)之為恒定導(dǎo)前時(shí)間型的準(zhǔn)同期裝置。3.導(dǎo)前時(shí)間恒定的條件和合閘相角的誤差大多數(shù)恒定導(dǎo)前時(shí)間型的準(zhǔn)同期裝置,都是采用滑差電壓(或?qū)⑺儞Q一下波形的一次微分和滑差電壓相比較這一原理來(lái)構(gòu)成的。采用一次微分的目的就是為了消除導(dǎo)前時(shí)間與頻差的關(guān)系。直接采用滑差電壓及其一次微分來(lái)獲得恒定導(dǎo)前時(shí)間的原理,可用下述的推導(dǎo)來(lái)表明所得的導(dǎo)前時(shí)間t dq與S無(wú)關(guān)。由式(1-6可知,u sm=2U m sin(s

6、t/2則du sm/dt可由下式來(lái)表示:du sm /dt=U ms cos(s t/2 (1-7若令準(zhǔn)同期裝置發(fā)出合閘脈沖的條件是K1(du sm/dt=K2U sm,這一方程則有: K1U ms cos(s t/2= K22U ms sin(s t/2化簡(jiǎn)得t g(s t/2= K1s/(2K2 (1-8當(dāng)s很小時(shí),t g(s/2t(s/2t式(1-8可寫(xiě)成:tK1/K2(1-9式(1-9計(jì)算所得時(shí)間t(即導(dǎo)前時(shí)間t dq與s無(wú)關(guān)。這就是準(zhǔn)同期裝置所獲得恒定導(dǎo)前時(shí)間的原理。當(dāng)然,上述的推導(dǎo)過(guò)程是有附加條件的。首先是假定s很小,其次是假定ds/dt 0 (在一個(gè)頻差周期內(nèi)s保持不變,否則導(dǎo)前

7、時(shí)間就不可能恒定。本裝置由于將滑差電壓變換成相同頻差周期的三角波后,對(duì)s的要求可以放寬,但仍應(yīng)要求ds/dt 0。從準(zhǔn)同期的要求來(lái)說(shuō),希望在合閘時(shí)相角的誤差越小越好,但實(shí)際上由于種種原因不可能沒(méi)有誤差。這一誤差的產(chǎn)生主要是由以下幾個(gè)方面造成的:1斷路器及其輔助繼電器和合閘接觸器動(dòng)作時(shí)間的變差,令其為t1。2自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置導(dǎo)前時(shí)間整定值和斷路器實(shí)際合閘時(shí)間之間的誤差,令其為t2。3導(dǎo)前時(shí)間本身的變差,令其為t3。4由于s變化引起導(dǎo)前時(shí)間的變化,令其為t4。5在合閘過(guò)程中存在加速度ds/dt。若令由1- 4所造成的綜合誤差為t(t=±t1±t2±t3±t4,

8、導(dǎo)前時(shí)間為t dq時(shí),考慮上述因素可按下式計(jì)算合閘瞬間的誤差角:=st+(ds/dt(t dq+t2 /2 (1-10式(1-10中第一項(xiàng)作為現(xiàn)有的裝置都已控制在3.6°以下(不包括由于t1所造成的誤差,第二項(xiàng)誤差的減小必須控制ds/dt的大小或盡可能采用快速斷路器并網(wǎng)。在準(zhǔn)同期裝置中引入滑差電壓的二次微分量進(jìn)行補(bǔ)償在原理上可以消除ds/dt對(duì)導(dǎo)前時(shí)間的影響。四、實(shí)驗(yàn)主要的測(cè)試儀器1.雙蹤慢掃描示波器它用來(lái)觀察裝置的各點(diǎn)波形,尋找故障,要求采用長(zhǎng)余輝雙蹤慢掃描示波器,如SBD-6型等。掃描時(shí)間要求可從0.1毫秒到1000秒,能清晰觀察一些長(zhǎng)時(shí)間的波形,如三角波、比例微分等波形,這種示

9、波器還有時(shí)標(biāo),可用來(lái)粗略地觀測(cè)導(dǎo)前時(shí)間。2.記錄示波器用來(lái)拍攝導(dǎo)前時(shí)間,記錄合閘時(shí)沖擊電流。例如可采用SC-10型記錄示波器。它可采用膠卷或紫外線(xiàn)記錄紙拍攝,比較方便、靈活。3.秒表可以采用401型電秒表或405型電子數(shù)字毫秒表計(jì)。用來(lái)測(cè)量導(dǎo)前時(shí)間、調(diào)頻和調(diào)壓脈沖寬度。4.萬(wàn)用表應(yīng)采用高內(nèi)阻的萬(wàn)用表,直流每伏內(nèi)阻為20千歐,如MF-35型,MF-18型,MF-9型,MF-200型數(shù)字萬(wàn)用表等均能滿(mǎn)足要求。主要用來(lái)測(cè)量電位的高低。一些內(nèi)阻較低的萬(wàn)用表,如MF-14型,直流每伏只有1千歐,是不宜采用的。5.交流電壓表可采用0.5級(jí)表,量程0150伏。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟根據(jù)發(fā)電機(jī)信號(hào)和

10、系統(tǒng)信號(hào)測(cè)試準(zhǔn)同期條件, 當(dāng)電壓幅值和頻率有變化時(shí),觀測(cè)對(duì)滑差電壓U S波形的影響。實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖見(jiàn)圖1-3 。 ZBT74A×ÕÕÕÕÕé×éÕÕ¨ÕÕÕ¨ÕÕ×Õ: R (1800Õ·,R (180Õ·ÕÕ×ÕZBL54ÕÕÕ÷Õ×èÕ&#

11、247;f1st圖1-3 自動(dòng)準(zhǔn)同期條件測(cè)試實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1按下掛件ZBL51上的“斷開(kāi)”按鍵,暫時(shí)不接入同步表。2將掛件ZBT74A上的“導(dǎo)前時(shí)間整定”開(kāi)關(guān)打到0.1S;然后再將“滑差頻率整定”打到0.3Hz。合閘選擇開(kāi)關(guān)打到“測(cè)試”。3將可調(diào)電阻器R f1調(diào)至最小,可調(diào)電阻器R st調(diào)至最大位置。4調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的調(diào)壓器,使實(shí)驗(yàn)臺(tái)的輸出線(xiàn)電壓為70V。5將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“可調(diào)電壓輸出”(給直流電動(dòng)機(jī)DJ10-1提供電樞電壓調(diào)到最小,啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的開(kāi)關(guān),將“固定電壓輸出”開(kāi)關(guān)打到“開(kāi)”,接著將“可調(diào)電壓輸出”開(kāi)關(guān)打到“開(kāi)”,逐漸增加“可調(diào)電壓輸出”,當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后,其旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)符合正

12、向旋轉(zhuǎn)的要求,然后短接可調(diào)電阻R st,再緩慢地增大R f1,直到轉(zhuǎn)速表DD03上的讀數(shù)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1500rpm。6由掛件ZBL60提供勵(lì)磁電流,逐漸增加勵(lì)磁電流,直至發(fā)電機(jī)輸出電壓為70V 左右。2.操作步驟1打開(kāi)ZBT74A上的電源開(kāi)關(guān),將ZBT74A上的隔離開(kāi)關(guān)打到“通”,此時(shí)即把系統(tǒng)電壓和發(fā)電機(jī)電壓接入ZBT74A裝置。2用示波器觀測(cè)測(cè)試點(diǎn)U S的波形。保持原動(dòng)機(jī)(直流電動(dòng)機(jī)DJ10-1的電樞電壓不變,增大發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流(由掛件ZBL60提供,即改變發(fā)電機(jī)輸出電壓,觀測(cè)滑差電壓U s波形的變化,并記錄之。調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流,使發(fā)電機(jī)輸出電壓仍為70V,然后緩慢降低“可調(diào)電壓輸出”,即

13、改變發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率,觀測(cè)滑差電壓U s波形的變化,并記錄之。七、注意事項(xiàng)1.將系統(tǒng)電壓和發(fā)電機(jī)電壓接入掛件ZBT74A時(shí),注意相序U、V、W應(yīng)與A、B、C 一一對(duì)應(yīng)。2.用示波器觀察測(cè)試點(diǎn)波形時(shí),示波器的電源應(yīng)采用隔離變壓器隔離。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.理論分析與測(cè)試觀察結(jié)果是否一致,為什么?2.在合閘時(shí)相角誤差產(chǎn)生的主要原因有哪些?3.根據(jù)記錄的滑差電壓波形,分析滑差電壓受哪些因素的影響。實(shí)驗(yàn)八合閘部分整體測(cè)試(半自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉自動(dòng)合閘部分的電路原理和基本特性。2.掌握半自動(dòng)準(zhǔn)同期的概念及并網(wǎng)操作方法。二、預(yù)習(xí)與思考1.自動(dòng)合閘部分要滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的要求,必須具備哪些技術(shù)特性

14、?2.自動(dòng)合閘部分由哪些電路組成,相互間是如何協(xié)調(diào)工作的?3.合閘邏輯電路是對(duì)哪些技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合邏輯判斷?4.要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)合閘系統(tǒng)的功能,滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)要求,為什么說(shuō)實(shí)現(xiàn)的方法不是唯一的?5.什么叫半自動(dòng)準(zhǔn)同期?三、原理說(shuō)明1.自動(dòng)合閘部分方框圖HZX、HZF分別取自變壓器T1、T2的二次側(cè)。通過(guò)相敏環(huán)節(jié),獲得一組與滑差電壓周期相同的三角波電壓。該三角波的幅值僅與HZX、HZF之間的相角差有關(guān),與HZX、HZF的幅值無(wú)關(guān)。三角波的周期與滑差電壓的周期相同。當(dāng)=0時(shí),相敏環(huán)節(jié)輸出最小,當(dāng)=180°時(shí),相敏環(huán)節(jié)輸出最大。相敏環(huán)節(jié)的輸出分兩路,一路經(jīng)比例微分環(huán)節(jié)、整形電路、觸發(fā)器發(fā)出一個(gè)與導(dǎo)

15、前時(shí)間有關(guān)的脈沖到雙穩(wěn)觸發(fā)器。另一路到頻差回路和相差回路,該電壓與頻差整定值相比較構(gòu)成準(zhǔn)同期合閘時(shí)頻差閉鎖條件,該電壓與導(dǎo)前相角整定值相比較構(gòu)成相角差閉鎖條件,電壓差絕對(duì)值輸出與電壓差整定值比較構(gòu)成電壓差閉鎖條件。只有相角差、電壓差、頻差同時(shí)滿(mǎn)足準(zhǔn)同期并列的條件時(shí),與門(mén)為“1”態(tài),雙穩(wěn)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),繼電器1KZ動(dòng)作,發(fā)合閘脈沖。當(dāng)相角差、電壓差、頻差中任一條件不滿(mǎn)足并列要求時(shí),閉鎖雙穩(wěn)觸發(fā)器,繼電器1KZ不動(dòng)作,不發(fā)合閘脈沖。原理方框圖如圖8-1所示。 圖8-1 ZBT74A型裝置自動(dòng)合閘部分方框圖2.合閘部分邏輯回路及動(dòng)作過(guò)程發(fā)電機(jī)電壓HZF與系統(tǒng)電壓HZX經(jīng)相敏環(huán)節(jié)在TT2點(diǎn)輸出一組三角波電

16、壓。經(jīng)比例微分環(huán)節(jié),在TT3點(diǎn)輸出的電壓在A點(diǎn)過(guò)零,并改變方向。經(jīng)反相輸入放大后, TT4點(diǎn)電壓在A點(diǎn)由負(fù)變正,加到雙穩(wěn)觸發(fā)器的CLK端,假定此時(shí)相角差、頻率差、電壓差均滿(mǎn)足合閘條件,雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),V1管導(dǎo)通,合閘繼電器1KZ吸合,發(fā)合閘脈沖,同時(shí)V2管截止,C14充電,當(dāng)U C14>(2/3VCC時(shí),定時(shí)器555的3腳輸出低電平,雙穩(wěn)又翻轉(zhuǎn),V1管由導(dǎo)通變截止,合閘繼電器1KZ斷開(kāi),合閘部分動(dòng)作結(jié)束。當(dāng)電壓差,頻率差,相角差只要有一個(gè)大于整定值,或門(mén)輸出高電平,與非門(mén)輸出低電平,閉鎖雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),發(fā)不出合閘脈沖。為了防止剛發(fā)出合閘脈沖又出現(xiàn)壓差,頻差,相差閉鎖現(xiàn)象而導(dǎo)致繼電器1

17、KZ觸點(diǎn)抖動(dòng),接入“非”門(mén)和“或”門(mén)組成一個(gè)“與非”門(mén)的條件,這樣一旦繼電器1KZ 動(dòng)作,將低電平送入“與非”門(mén),T封鎖“與非”門(mén),此時(shí)無(wú)論壓差,頻差,相差有或沒(méi)有閉鎖信號(hào),都不能造成繼電器1KZ返回或觸點(diǎn)抖動(dòng)。 圖8-2(a ZBT74A 型裝置合閘部分邏輯回路原理圖 圖8-2(b ZBT74A 型裝置合閘部分波形圖延時(shí)回路是裝置在做假同步,或調(diào)試時(shí)能自動(dòng)復(fù)歸合閘繼電器,當(dāng)裝置正式發(fā)出合閘脈沖后,閉鎖雙穩(wěn)200ms 左右,使本實(shí)驗(yàn)中的斷路器可靠合閘。 原理圖及波形圖見(jiàn)8-2。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟用小型同步發(fā)電機(jī)來(lái)模擬發(fā)電機(jī)信號(hào)。手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,手動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁,在滿(mǎn)足準(zhǔn)同期條件下,由合

18、閘部分自動(dòng)地將發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)。完全符合半自動(dòng)準(zhǔn)同期的定義,所以本實(shí)驗(yàn)也叫半自動(dòng)準(zhǔn)同期實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖見(jiàn)圖8-3。Rf1 MG Rst DJ23-1Õ Õ Õ Õ Õ Õ Õ Õ Õ ±÷ ú¨ ú ZBL51Õ Õ Õ Õ· Õ Õ Õ × Õ Õ Õ Õ Õ Õ é ¨ Õ&#

19、213;ÕÕÕ + ÕÕÕÕÕÕ ÷ A0 U1 V1 W1 N1 U V W N C0 B0 A DJ18-1Õ Õ · Õ Õ ÕàÕ ú A X B B C C WE GS 3 Õ Õ ± í Y Z + ¨ - ÕÕÕÕÕÕ TKDZBÕ 2Õ Õ Õ

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21、3; Õ Õ Õ í ÕÕ ±÷ A ZB01ÕÕ Õ Õ Õ Õ Õ Õ Õ Õ Õ· ÷ ° · ÕÕÕ QF HC S1 M1 V I* A u* u* C A W W uB I* C IC IA ZB36Õ Õ Õ Õ Õ Õ Õ Õ ± &

22、#213; § ÷ í U F ÕÕÕÕÕÕ± à í u* u* C A W W uB I* C IC IA 1KZ S1' U M1' X I* A ZBL66Õ Õ ÕÕ · Õ Õ Õ × Õ Õ ± Õ Õ é í ÕÕÕÕÕÕ

23、77; à í ZBT74A×Õ Õ Õ Õ × Õ Õ Õ Õ Õ éé ¨ Õ ×: R f1(1800Õ,Rst (180ÕÕÕ×ZBL54ÕÕÕ×Õ · · Õ Õ÷ è÷ 圖 8-3 ZBT74A 型裝置合閘部分整體復(fù)測(cè)實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖 1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)

24、備 同實(shí)驗(yàn)三。 2操作步驟 1）打開(kāi) ZBT74A 上的電源開(kāi)關(guān)，將 ZBT74A 上的隔離開(kāi)關(guān)打到“通” ，此時(shí)即把系 統(tǒng)電壓和發(fā)電機(jī)電壓接入 ZBT74A 裝置。 2）用時(shí)間繼電器代替斷路器實(shí)現(xiàn)合閘。 3）將合閘選擇開(kāi)關(guān)打到“運(yùn)行” 。 4）調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“可調(diào)電壓輸出” ，觀察各信號(hào)燈的指示情況： 當(dāng)頻差大于整定值時(shí)，頻差閉鎖燈應(yīng)在頻差周期后半周（即相當(dāng)于同步燈由亮轉(zhuǎn)暗期間） 亮。 掛件 ZBT74A 上的同步燈時(shí)亮?xí)r滅， 亮滅周期和掛件 ZBL51 上的并網(wǎng)旋轉(zhuǎn)燈的橙色燈相同。 掛件 ZBT74A 上的合閘燈應(yīng)越前于同步燈最暗時(shí)亮。 合閘瞬間，ZBL51 上的同步表的指針 S、Hz 和 V 應(yīng)接近零點(diǎn)。 5）數(shù)字示波器的探頭