【信息化-精编】电力系统自动化实验培训系统实验指导书

电力系统自动化实验培训系统实验指导书

C HANG S HA T ONG Q ING E LECTRICALAN

D I NFORMATION C O.LTD TQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统

实验指导书

长沙同庆电气信息有限公司

目录

第1章概述1

1.1 系统简介1

1.2 系统特点1

1.3 系统构成1

1.3.1发电机组及控制屏 (1)

1.3.2电力系统自动化实验培训系统 (8)

1.3.3组态接线屏 (13)

第2章电力系统自动装置课程实验 (17)

2.1 同步发电机准同期并列实验 (17)

2.1.3.1机组启动和建压 (17)

2.1.3.1.3恒定越前时间测试 (18)

2.1.3.2手动准同期并列实验 (19)

A.按准同期条件手动合闸 (19)

B.偏离准同期并列条件合闸 (20)

2.1.3.5半自动准同期并列 (21)

2.1.3.6全自动准同期并列 (21)

2.1.3.7不同准同期条件对比实验 (22)

2.2 同步发电机励磁控制实验 (24)

2.2.3.1不同Α角对应的励磁电压测试 (25)

2.2.3.2同步发电机起励 (26)

A.恒机端电压方式起励 (26)

B.恒励磁电流方式起励 (26)

2.2.3.3伏/赫限制实验 (27)

2.2.3.4调差特性实验 (28)

2.2.3.5强励实验 (30)

2.2.3.6欠励限制实验 (31)

2.2.3.7过励限制实验 (32)

第3章电力系统分析课程实验 (34)

3.1 电力系统稳定性实验 (35)

3.1.3.1负荷调节实验 (35)

3.1.3.2单回路与双回路稳态对称运行比较实验 (35)

A.单回路稳态对称运行实验 (35)

B.双回路对称运行与单回路对称运行比较实验 (36)

3.2 单机带负荷实验 (37)

3.2.3.1原动机转速自动方式（自动调节）下负荷容量对发电机的电压，频率的影响.37

3.2.3.2原动机转速手动方式（无调节）下负荷容量对发电机的电压，频率的影响 (38)

3.2.3.3励磁系统无调节下负荷容量对发电机的电压，频率的影响 (39)

第4章电力系统综合实验41

4.1发电厂自动化综合实验41

4.1.3.2各机组依次并网实验 (42)

4.1.3.3发电厂机组监控实验 (44)

4.1.3.4发电厂机组调节实验 (44)

4.1.3.5并联运行机组间无功功率的分配实验 (44)

4.2电力系统自动化综合实验46

4.2.3.1多台机组依次并网实验 (47)

4.2.3.2不改变网络结构的潮流分布实验 (48)

4.2.3.3改变网络结构的潮流分布实验 (50)

4.2.3.4四遥实验 (51)

4.2.3.5电力系统有功功率平衡和频率调整实验 (51)

4.2.3.6电力系统无功功率平衡和电压调整实验 (51)

4.2.3.7多台机组依次退出实验 (51)

4.3分区调频实验52

A.时，分区调频实验 (53)

B.时，分区调频实验 (53)

附录1：自动装置参数设定参考表 (55)

附录2：TQTS-III微机型自动调速装置用户手册 (56)

附录3：TQTQ-III微机型同期装置用户手册 (63)

附录4：TQLC-III微机型自动励磁装置用户手册 (79)

第1章概述

1.1系统简介

“TQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统”是根据教育部《电力系统分析》、《电力系统自动装置原理》、《电力系统自动化》、《电力系统调度自动化》、《电力系统远动技术》、《电力工程》、《工厂供电》等相关课程实验教学的需求，结合最新的电力系统自动化技术而研发的实验培训系统。既适用于相关课程的实验教学、培养学生的实践技能，也可作为学生课程设计和毕业设计的开放平台，还可作为专业技术人员上岗培训平台。

1.2系统特点

（1）多功能：一套实验系统可完成包括同期、励磁调节、静态稳定、暂态稳定、功率特性、继电保护等多种实验功能，且提供手动、自动等不同的实验方法，供学生比较。

（2）可视化界面：每台自动装置本身都有液晶显示屏，可以方便的观察数据、设置参数。

（3）实验系统配置PC机，可将实验中的各种数据及波形上传到PC机，可以实时地观察各种实验波形和数据，还可以存储，以供分析，在PC机上也可以对自动装置进行控制调节。

（4）贴近现场实际：实验系统是一个完整的电力系统典型模型，与电力系统的实际情况基本相符。

1.3系统构成

TQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统由发电机组及控制屏、电力系统自动化实验培训系统和组态接线屏组成。具体结构及面板示意图详见下文：

1.3.1发电机组及控制屏

1.3.1.1结构与外形

三相同步发电机组长118CM，宽50CM，高48CM。

TQPFK-II发电机组控制屏长75CM，宽65CM，高175CM。

发电机组控制屏面板上包括指示仪表、一次电路示意图、微机调速、微机同期、微机励磁装置、二次电路以及电源控制几个部分，如图1-1所示。

图1-1发电机组控制屏面板示意图

注：个别型号产品第6区已经并到第2区示意图上，视具体情况而定。

发电机组控制屏左侧面插座有励磁出线、电动机出线、发电机出线；右侧面插座有发电机出线、380V电源、220V电源、通讯线等。如图1-2所示。

“励磁出线”与应发电机组的发电机励磁端子F+，F-相连；“电动机出线”与发电机组的电动机控制电压相连；“发电机进线”与发电机组发电机电压输出端子的U、V、W、N 相连；“发电机出线”应与系统电源相连；“380V电源”接市电三相交流380V电源。220V 电源接市电220V单相交流电源，TV与实验台TV相连。

图1-2发电机组控制屏侧面示意图

1.3.1.2技术参数

发电机组及控制屏容量2.8K VA。

1.3.1.

2.1发电机组

（1）三相同步发电机(S N=2.5KVA，U N=400，N N=1500R.P.M)

（2）直流电动机(P N=2.2KW，U N=220V)，用来模拟原动机，配有测速装置

1.3.1.

2.2TQTS-III微机型自动调速装置

（1）测量发电机转速精度：≤0.2%

（2）可自动调节/手动调节

（3）工作环境条件

环境温度：-10℃－40℃

相对湿度：5%－95%

（4）交流电源

额定电压：AC220V

允许偏差：-15%－+15%

频率：50H Z±0.5H Z

波形：正弦波，波形畸变<5%

（5）开关量输入输出路数

12路光电隔离输入

5路光电隔离输出

（6）网络接口

1路RS485接口，带光电隔离

（9）指标参数

*速度采用光电脉冲输入，每转1000个脉冲

*控制计算周期10MS

*调速范围20%~120%，可控硅移相范围10~150度

*在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为±10%时，发电机电压超调量小于

阶跃量的30%，振荡次数小于2次，调节小于5秒（此参数与调节器参数有关）1.3.1.2.3TQLC-III微机型自动励磁装置

（1）工作环境条件

环境温度：-10℃－40℃；

相对湿度：5%－95%；

（2）交流电源

额定电压：AC220V；

允许偏差：-15%－+15%；

频率：50H Z±0.5H Z；

波形：正弦波，波形畸变<5%；

（3）模拟量输入参数

定子电流（三相）：额定值5A；

机端电压（三相）：额定值相电压57.7V（二次）；

励磁电压：额定值220V；

励磁电流：额定值3.60A；

频率：额定值50H Z；

（4）开关量输入输出路数

12路光电隔离输入；

5路光电隔离输出；

（5）网络接口

1路RS485接口，带光电隔离

（6）指标参数

*调压范围20%~120%。可控硅移相范围10~150度；

*起励超调≤10%，甩负荷超调≤15%；

*调差率±15%可调；

*频率特性：频率每变化1%，发电机机端电压变化不大于额定值的0.25%；

*电流测量精度：0.5%，电压精度：0.5%。

*在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为±10%时，发电机电压超调量小于阶跃量的30%，振荡次数小于2次，调节小于5秒（此参数与调节器参数有关）1.3.1.2.4TQTQ-III微机型自动同期装置

（1）工作环境条件

环境温度：-10℃－40℃；

相对湿度：5%－95%；

（2）交流电源

额定电压：AC220V；

允许偏差：-15%－+15%；

频率：50H Z±0.5H Z；

波形：正弦波，波形畸变<5%；

（3）模拟量输入参数

机端电压（三相）：额定值相电压57.7V（二次）；

机端电留（三相）：额定值10A（二次）；

频率：额定值50H Z；

（4）开关量输入输出路数

12路光电隔离输入；

10路继电器触点输出；

（5）测量系统频率、机端电压、系统电压精度优于0.5%

（6）全自动准同期合闸

（7）半自动准同期合闸

（8）断路器合闸时间测定

（9）多种参数的修改，可在装置上通过液晶屏修改，也可通过PC机修改

（10）通讯功能，可在PC机上实时观测多种波形、并可以保存数据

注：通讯功能视具体型号而定，部分产品未加载通讯功能。此注释适用于同期装置。

1.3.1.

2.5互感器

（1）电压互感器：变比为380V/100V。

（2）电流互感器：变比为10A/5A。

1.3.1.

2.6励磁整流模块

（1）最大输出电流：30A

（2）额定工作电压：380V

（3）控制电源电压：12V直流

（4）控制信号：0~10V

1.3.1.

2.7调速整流模块

（1）最大输出电流：30A

（2）额定工作电压：450V

（3）控制电源电压：12V直流

（4）控制信号：0~10V

1.3.1.3发电机组控制屏构成

发电机组控制屏由以下几部分构成：

1)台体

2)测量表计：励磁电流表、励磁电压表、机端电压表、系统电压表、有功表、无功表、机端频率表。

3)一次接线图：发电机组与系统之间的连接示意图。

4)三相模拟断路器：用三相交流接触器模拟实现。

5)电压互感器：用来采集发电机机端电压和系统电压。

6)电流互感器：用来采集发电机电流。

7)TQTS-III微机型自动调速装置：用来调节电动机转速。

8)TQTQ-III微机型自动同期装置：实现发电机组与无穷大系统并网操作。

9)TQLC-III微机型自动励磁装置：用来调节发电机励磁。

10)励磁整流模块：受自动励磁装置控制输出发电机励磁电流。

11)调速整流模块：受自动调速装置控制输出调速控制电流。

1.3.1.4发电机组控制屏面板介绍

发电机组控制屏面板如图2-1，分6个区分别介绍。

注：个别型号产品第6区已经并到第2区示意图上，视具体情况而定。

1.3.1.4.1发电机组控制屏1区

发电机组控制屏1区为指示仪表，包含励磁电流表、励磁电压表、机端电压表、系统电压表、有功表、无功表、机端频率表、系统频率表，如图1-3所示。

各表对应的测量点均与名称符合，机端表测量点为经过T1变压器之后的数据。

图1-3发电机组控制屏1区示意图

1.3.1.4.2发电机组控制屏2区

发电机组控制屏2区为发电机组与系统连接的一次电路示意图，如图1-4所示。断路器1QF即为并网开关，1QF处安装有带灯操作按键，按红灯按键可对断路器进行合闸，按绿灯按键可进行跳闸。当断路器处于合位时，红灯亮，绿灯灭；处于跳位时，绿灯亮，红灯灭。

用红绿带灯按键模拟，红灯亮模拟断路器合闸，绿灯亮模拟断路器跳闸；G表示发电机组，T1为380V/380V变压器，1TA、1TV、2TV分别为电流互感器、机端电压互感器、系

统电压互感器。1TA、1TV和2TV的二次信号连接到控制屏下方接线端子上。

注：个别型号产品第6区已经并到第2区示意图上，视具体情况而定。部分型号1TA、1TV和2TV 的二次信号已连接示意图接线端子上。

1.3.1.4.3发电机组控制屏3区

发电机组控制屏3区为TQTS-III微机型自动调速装置及其控制区，见图1-5所示。

装置具体操作详见附录3《TQTS-III微机型自动调速装置用户手册》，此处着重介绍装置控制开关及按键操作。

启动/停止：此拨码开关为装置主控制，只有在启动状态下，其它操作才有效；打到停止状态后，装置所有数据清零。（注意：在并网状态时切勿改变其状态）

远方/就地：即远程控制方式/就地控制方式的切换。在一种状态时，另一种控制方式的任何操作均不起作用。

AGC/自动/手动：即三种控制方式

图1-4发电机组与系统相连一次接线示意图

注：多数版本系统中AGC方式暂未启用

增速/减速按钮：利用该按钮可对电动机转速进行控制。

加速/减速端子：当与同期装置“加速”、“减速”端子相连时，可由同期装置自动调速。图1-5发电机组控制屏3区示意图

1.3.1.4.4发电机组控制屏4区

发电机组控制屏4区为TQTQ-III微机型自动同期装置及其控制区，见图1-6所示。

装置具体操作详见附录4《TQTQ-III微机型自动同期装置用户手册》，此处着重介绍装置控制开关及按键操作。

启动/停止：此拨码开关为装置主控制，只有在启动状态下其它操作才有效；打到停止状态后，装置所有数据清零。（注意：在并网状态时切勿改变其状态）

远方/就地：即远程控制方式/就地控制方式的切换。在一种状态时，另一种控制方式的

任何操作均不起作用。

自动/半自动/手动：同期的三种控制方式。

恒定越前时间/恒定越前相角：合闸控制方式选择。

U G、U S、U N：为测量输入接口。

合闸输出：即合闸控制输出，应与控制屏6区的1QF合闸控制回路红色接线端相连。

注：个别型号产品第6区已经并到第2区示意图上，视具体情况而定。部分型号合闸机构已连接示意图接线端子上。

升压、降压、加速、减速：应分别与励磁装置的升压、降压；调速装置的加速、减速端子相连，实现均压和均频控制。

图1-6发电机组控制屏4区示意图

1.3.1.4.5发电机组控制屏5区

发电机组控制屏5区为TQLC-III微机型自动励磁装置及其控制区，见图1-7所示。

装置具体操作详见附录5《TQLC-III微机型自动励磁装置用户手册》，此处着重介绍装置控制开关及按键操作。

启动/停止：此拨码开关为装置主控制，只有在启动状态下其它操作才有效；打到停止状态后，装置所有数据清零。（注意：在并网状态时切勿改变其状态）

远方/就地：即远程控制方式/就地控制方式的切换。在一种状态时，另一种控制方式的任何操作均不起作用。

恒U G/恒IL/恒Q/恒Α：即4种控制方式。注意在将励磁装置“方式选择”开关拨到中间位置（“恒Q/恒Α”）后，应等待10秒再选择“恒Q”或“恒Α”方式。

增磁/减磁：利用该按钮可对发电机励磁进行控制。

升压/降压：当与同期装置“升压”、“降压”端子相连时，可由同期装置自动调速。图1-7发电机组控制屏5区示意图

1.3.1.4.6发电机组控制屏6区

发电机组控制屏6区为联机方式及电源开关区。见图1-8。

注意：

打开电源时请注意顺序：首先将220V电源开启，然后检查各自动装置启动情况，再开启调速励磁电源；关闭电源时顺序相反，应先关闭调速励磁电源，防止破坏整流模块。

图1-8发电机组控制屏6区示意图

1.3.2电力系统自动化实验培训系统

1.3.

2.1结构与外形

电力系统自动化实验培训系统总长为176CM，宽80CM，高185CM。电力系统自动化实验培训系统由一次主接线、多功能微机保护装置及接线区、二次输出区、控制回路区、电源开关等几部分。

电力系统自动化实验培训系统面板由3部分组成，如图1-9所示。

图1-9TQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统

1.3.

2.2技术参数

实验台三相功率为3000W。

1.3.

2.2.1TQWB-IV多功能微机保护实验装置

（1）工作环境条件

环境温度：-10℃－40℃

相对湿度：5%－95%

（2）交流电源

额定电压：AC220V

允许偏差：-15%－+15%

频率：50H Z±0.5H Z

波形：正弦波，波形畸变<5%

（3）额定参数

交流电流：5A

交流电压：相电压57.7V

频率：50H Z

直流电压输出：DC24V

保护电流工作范围：2.5A－40A

保护电压工作范围：5V－120V （4）保护精度

电流精度：3%

电压精度：3%

时间精度：±10MS

装置瞬动时间：≤40MS

1.3.

2.2.2线路电抗

4组电抗器组，两组36M H，两组48M H。1.3.2.2.3互感器

（1）电压互感器：变比为380V/100V。

（2）电流互感器：变比为10A/5A。1.3.2.2.4三相调压器

（1）输入电压：380V

（2）输出电压：0~450V

（3）容量：9K VA

1.3.

2.3电力系统自动化实验培训系统构成

电力系统自动化实验培训系统由以下几部分构成：

1)实验台体

2)一次接线图

3)三相模拟断路器：用三相交流接触器模拟实现

4)模拟线路：用4组电抗器组模拟，可构成双回线

5)TQWB-IV多功能微机保护实验装置：用来保护输电线路。

6)三相调压器：用来模拟无穷大电源。

7)电压互感器：用来采集母线电压。

8)电流互感器：用来采集线路电流。

9)短路故障设置模块：用来设置瞬时性和永久性故障，三相短路及两相短路。

1.3.

2.4电力系统自动化实验培训系统面板介绍

1.3.

2.4.1电力系统自动化实验培训系统1区

电力系统自动化实验培训系统1区为一次主接线区，如图1-10所示。

在一次主接线区包含实验台一次回路接线图和短路设置点，短路性质分瞬时性和永久性，短路类型分两相短路和三相短路，图中左侧虚线部分表示该部分实际设备不在本实验台上，在机组控制屏上。

图1-10一次主接线

注：电力系统自动化实验培训系统存在与继电保护实验台合并的型号，在此只以此型号做说明，具体请参照实物。

1.3.

2.4.2电力系统自动化实验培训系统2区

电力系统自动化实验培训系统2区为多功能微机保护装置及其接线区，其接线区分四个部分：电压输入、电流输入、跳合位监视、跳合闸控制。如图1-11所示。

图1-11微机保护装置及其接线区

电压输入端子可与机组控制屏或实验台上的电压互感器二次侧相连，监测电压信号；电流输入端子可与机组控制屏或实验台上的电流互感器二次侧相连，注意公共端也应分别连接。跳合闸端子应与实验台上的断路器合闸回路绿色端子和跳闸回路绿色端子相连。

1.3.

2.4.5电力系统自动化实验培训系统3区

电力系统自动化实验培训系统3区为互感器输出及断路器控制区，如图1-12所示。详见继电保护部分说明书。

图1-12互感器输出及断路器控制区

1.3.3组态接线屏

1.3.3.1结构与外形

组态接线屏长85CM，宽60CM，高185CM。组态接线屏包含线路变压器等一次区、断路器刀闸一次区、断路器刀闸手动控制区、二次电流电压输出区、电容器控制区等，如图1-13所示。

图1-13组态接线屏面板图

1.3.3.2技术参数

（1）三相功率：1200W

（2）线路参数：36M H，3.6A

（3）变压器T1：380V/380V，3KVA

（4）电压互感器：380V/100V

（5）电流互感器：10A/5A

（6）电容器组：1，2，3，4号电容器值分别为2ΜF，4ΜF，8ΜF，15ΜF

1.3.3.3组态接线屏面板介绍

1.3.3.3.1组态接线屏1区

组态接线屏1区为线路变压器等一次区，包含6条线路阻抗接入区、变压器接入区、

电容器接入区、电流互感器接入区、电压互感器接入区。如图1-14所示。

图1-14线路变压器等一次区

1.3.3.3.2组态接线屏2区

组态接线屏2区为断路器刀闸一次区，包含6个断路器和7个刀闸的一次接入区。如图1-15所示。

图1-15断路器刀闸一次接入区

1.3.3.3.3组态接线屏3区

组态接线屏3区为断路器QF、刀闸QS和电容器投切的手动控制区，如图1-16所示。图1-16断路器和刀闸手动控制区

1.3.3.3.4组态接线屏4区

组态接线屏4区为接入区，包含5个接入点和1个无穷大电源接入点，如图1-17所示。图1-17电流电压二次输出区

1.4注意事项

（1）在电流电压互感器输出端取电流电压信号时电流电压不能接反，防止烧坏电压互感器。

（2）接跳合闸回路时要注意跳合闸控制接点的接线顺序，防止24V电源短路。

（3）在上电的情况下禁止打开后门，有触电危险。

（4）在连接一次回路时严禁上380V电，有触电危险。

（5）面板上接一次回路时要严格按照实验说明书接线，接完线后要由另一个人检查后方可上电，防止触电危险。

（6）接跳合闸回路时要注意跳合闸控制接点的接线顺序，防止24V电源短路。

（7）微机保护装置在不使用的情况下应将其电源关闭，长时间运行会影响其使用寿命。

（8）控制屏在不使用的情况下应将其电源关闭，长时间运行会影响其使用寿命。

（9）屏中的进出线在不使用的情况下应将插座上的连线拔掉，防止380V电通过连线裸露在外部，造成触电危险。

（10）在测试合闸时间时，应确保系统电源未带电，否则将出现非同期合闸！

（11）发电机起动必须按以下顺序操作：

A.检查机组控制屏上各指示仪表的指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置。

B.合上机组控制屏上的“220V电源”开关，检查开关状态：控制屏一次系统图上1QF 处信号灯应绿灯亮，红灯熄灭。观测微机型自动调速装置、微机型自动励磁装置及微机型自动同期装置（以下分别简称为“调速装置”、“励磁装置”和“同期装置”）面板上的“运行”灯，正常应亮或闪烁。

C.对调速装置和励磁装置的参数进行合理设置。

D.合上“调速励磁电源”开关（380V）。

E.将机组控制屏上的调速装置“方式选择”开关选择为“自动”方式，“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效）。“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调速装置开始输出控制信号。

通过“增速”按钮逐渐升高电动机转速，当按住“增速”按钮不动时，转速将快速升高。接近额定转速时，松开“增速”按钮（防止超过额定转速），然后采用点动的方式操作按钮，直到达到需要的转速。

F.确认机组转速在额定转速附近（如果未达到，重复步骤5），将机组控制屏上的励磁调节装置“方式选择”开关选择为“恒U G”方式，“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效），“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，励磁调节装置开始输出控制信号。

通过“增磁”按钮逐渐升高发电机电压，当按住“增磁”按钮不动时，发电机电压将快