实验一自动准同期条件测试一、实验目的1．掌握实验设备和仪器的使用方法, 深入理解准同期条件。
2．掌握准同期条件的测试方法。
二、预习与思考1．为什么准同期装置都是利用滑差( 脉动) 电压这一特性进行工作的?2．准同期的条件有哪些? 如何掌握标准?3．什么叫导前时间? 导前时间恒定的条件是什么?三、原理说明1．滑差电压及其变化轨迹当前几乎所有的准同期装置都是利用滑差电压这一特性进行工作的。
所谓滑差电压是指待并发电机的电压UF 和系统电压Ux之间的电压差, 一般见Us来表示。
发电机电压和系统电压的瞬时值, 可用下式表示:uF =UFsin(ωFt+δ1) ( 1-1)ux =Uxsin(ωxt+δ2) ( 1-2)U F 、 Ux为发电机和系统电压的幅值, δ1、δ2为发电机电压和系统电压的初相。
设UF =Ux=Um, 从式( 1-1) 和( 1-2) 可得滑差电压为:u s =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随时间变化的轨迹示于图1-1。
由图1-1能够看出, us 中含有两种频率不同的分量, 我们感兴趣的是Us的低频包络线。
用usm 表示滑差电压Us包迹的瞬时值, 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)u图1-1 滑差电压变化轨迹关于滑差电压的概念还能够用相量来描述。
图1-2是滑差电压相量图。
xxU....xF.x.U.( 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 x表示发电机和系统电压的相量, 当ωs不等于零时,F和x之间的相角差δ=ωst, 将随时间t不断改变。
假定以x为参考相量保持不动, 则F将以角速度ωs作逆时针旋转。
因而滑差电压s的瞬时值也在不断变化。
2．同期和导前时间准同期的三个条件之一, 就是要求用于并网的断路器在合闸瞬间发电机电压的相位与系统电压的相位相同。
实际上对于两个频率不同的电压是无法比较它们之间的绝对相位差的。
为此, 所谓发电机电压与系统电压同步( 即一般所说的相位相同) 是指发电机电压与系统电压的瞬时值uF与ux同时过零或同时达到最大值的瞬间。
在此瞬间us=0。
由式( 1-6) 可知, 满足Usm=0时也必须同时满足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之间的时间间隔tb-ta=Ts=2π/ωs。
一般称Ts为频差周期或滑差周期, 显然频差fs=1/Ts。
为了使断路器的触头在Usm=0时闭合, 必然要求准同期装置能提前发出合闸脉冲。
所需提前的时间, 取决于断路器的固有合闸时间、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的时间间隔称为导前时间。
由于发电机不可能在不同的频差下并入系统, 这就要求导前时间不应随频差ωs的变化而变化。
具有这种特性的准同期装置就称之为恒定导前时间型的准同期装置。
3．导前时间恒定的条件和合闸相角的误差大多数恒定导前时间型的准同期装置, 都是采用滑差电压( 或将它变换一下波形) 的一次微分和滑差电压相比较这一原理来构成的。
采用一次微分的目的就是为了消除导前时间与频差的关系。
直接采用滑差电压及其一次微分来获得恒定导前时间的原理,可用下述的推导来表明所得的导前时间tdq 与ωS无关。
由式(1-6)可知,usm =2Umsin(ωst/2)则dusm/dt可由下式来表示:dusm /dt=Umωscos(ωst/2) ( 1-7)若令准同期装置发出合闸脉冲的条件是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的原理。
当然, 上述的推导过程是有附加条件的。
首先是假定ωs 很小, 其次是假定dωs/dt≈0( 在一个频差周期内ωs保持不变) , 否则导前时间就不可能恒定。
本装置由于将滑差电压变换成相同频差周期的三角波后, 对ωs 的要求能够放宽, 但仍应要求dωs/dt≈0。
从准同期的要求来说, 希望在合闸时相角的误差越小越好, 但实际上由于种种原因不可能没有误差。
这一误差的产生主要是由以下几个方面造成的:1) 断路器及其辅助继电器和合闸接触器动作时间的变差, 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的误差, 令其为△t2。
3) 导前时间本身的变差, 令其为△t3。
4) 由于ωs 变化引起导前时间的变化, 令其为△t4。
5) 在合闸过程中存在加速度dωs/dt。
若令由1) - 4) 所造成的综合误差为△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的误差角δΣ:δΣ=ωs△t∑＋ (dωs/dt)( tdq+△t∑) 2 /2 ( 1-10)式(1-10)中第一项作为现有的装置都已控制在3.6°以下( 不包括由于△t1所造成的误差) , 第二项误差的减小必须控制dωs/dt的大小或尽可能采用快速断路器并网。
在准同期装置中引入滑差电压的二次微分量进行补偿在原理上能够消除dωs/dt对导前时间的影响。
四、实验主要的测试仪器1．双踪慢扫描示波器它用来观察装置的各点波形, 寻找故障, 要求采用长余辉双踪慢扫描示波器, 如SBD-6型等。
扫描时间要求可从0.1毫秒到1000秒, 能清晰观察一些长时间的波形, 如三角波、比例微分等波形, 这种示波器还有时标, 可用来粗略地观测导前时间。
2．记录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, 比较方便、灵活。
3．秒表能够采用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的万用表, 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要求。
主要用来测量电位的高低。
一些内阻较低的万用表, 如MF-14型, 直流每伏只有1千欧, 是不宜采用的。
5．交流电压表可采用0.5级表, 量程0～150伏。
五、实验设备六、实验内容与步骤根据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, 观测波形的影响。
实验接线图见图1-3 。
对滑差电压US。