电力系统综合自动化实验平台
一、系统概述
“电力系统综合自动化实验平台”是根据实验教学要求，结合工业现场的实际应用和发展而设计的综合型实验平台。满足《电力系统分析》、《电力系统自动化》、《电气工程基础》、《电力系统自动装置原理》、《电力系统调度自动化》、《电力工程》等课程中的实验项目，并可完成课程设计、毕业设计、实习及某些研究课题等相关实验。能对发电厂、变电所及工厂中常用的自动装置、变电站监控、电力系统运行、继电保护等教学内容进行操作实验。同时，该平台可与“电力系统监控实验平台”组建成“N+1”电力系统环网，能够实现数据的集中监控和设备的自动控制。具有结构灵活多变、功能强大、运行可靠和维护方便的特点。
二、特点
1. 每台发电机配有自动励磁调节器，自动准同期装置、输电线路和微机过流保护和重合闸装置，自动励磁调节器具有调差、强励、过励限制等功能；
2. 实验台具有微机自动装置，每套自动装置具有3种控制方式和对应的多种手动控制装置，并且微机励磁的运行方式和运行参数可在线修改。
3. 实验台上引有端子排，主要是供学生操作使用的各开关的状态信号输出和跳、合控制接口。
4.实验台包括发电机组、双回路输电线路、无穷大电源等一次设备组成，通过中间开关站投切，发电机与无穷大系统之间可构成四种不同联络阻抗。
5. 每台直流电机机都配有微机调速装置，该微机调速装置并具有过速保护功能。
三、技术性能
1. 输入电压：三相四线制380V±10% 50Hz
2. 工作环境：环境温度范围为-5℃～＋40℃ 相对湿度＜85%（25℃）
海拔＜4000m
3. 装置容量：＜15kVA
4. 外形尺寸：
实验台：1800×600×2280mm
负载箱：650×600×1350mm
发电机组：1000×485×800mm
5. 安全保护
1）每台设备入口装有漏电保护器。
2）整个系统采用隔离变压器浮地保护设计。
3）设备外壳接大地。
4）交流和直流电源均具有过流保护。
四、系统组成及主要元件参数
电力系统综合自动化实验平台包括发电机组、实验台和无穷大电源。
发电机组
它是由安装在同一个轴上的三相同步发电机，直流电动机，测速装置和功角指示器组成。采用直流电动机模拟汽轮机，所有配件均固定在可移动的推车底盘上，方便学生做实验。相关器件参数如下：
1）三相同步发电机：SN=2.5KVA, VN=400V，nN=1500rpm，功率因数PF=0.8
2）直流电动机：PN=3kW, VN=440V，IN=8.6A，nN=1500rpm，采用Z4系列直流电动机，为三相整流供电，而非2.2kW的Z2系列电机的单相整流供电，有利于实验室三相电压的平衡，防止单相线路因负荷过重而老化。；同时Z4系列电机自身带冷却风扇，寿命较Z2系列电机长。
3）测速装置采用图尔克1024光电编码器。
4）功角指示器采用特制频闪灯、标刻度圆盘和指针构成。
5）可移动推车底盘配有万向轮及带减震的紧固脚，既可方便移动,也可固定。
实验台
实验台采用一体化设计，微机励磁装置、微机调速装置、微机准同期装置和微机保护装置都内嵌在实验台面上。结构紧凑，操作方便。双层亚光密纹结构，钢材表面经过喷塑处理，提高防锈、绝缘性能，实验台桌面板上铺设防静电的绝缘橡胶垫。实验台由输电线路单元，测量仪表单元，微机保护装置和合闸时间设置、短路故障类型设置及短路时间设置和其他等构成。
输电线路单元：采用双回路输电线路，每条输电线路分两段，并设置有中间开关站，可以构成四种不同联络阻抗.便于学生实验分析比较；
1）每相的电抗参数：xL1=xL2=20Ω，xL3=xL4=40Ω；
2）短路点的Ｎ相对发电机中性点电抗：８Ω；
3）短路点的Ｎ相对无穷大电源的中性点电抗:12Ω；
4）四条输电线路全部采用电抗器来模拟，并且电抗器在短路时不饱和。
测量仪表单元：电压表3只，电流表3只，三相有功功率表1只，三相无功功率表1只，功率因数表1只和同期表1只。仪表参数如表1-1所示：
|
序号 |
仪表名称 |
量程 |
精度 |
|
1 |
原动机电枢电压表 |
0～500V |
1.5 |
|
2 |
原动机电枢电流表 |
0～15A |
1.5 |
|
3 |
发电机励磁电压表 |
0～80V |
1.5 |
|
4 |
发电机励磁电流表 |
0～10A |
1.5 |
|
5 |
发电机电压表 |
0～450V（线电压）；0～300V（线电压） |
1.5 |
|
6 |
发电机频率表 |
45～55Hz |
2.5 |
|
7 |
开关站电压表 |
0～450V |
1.5 |
|
8 |
A相电流表 |
0～7.5A，7.5/5A |
1.5 |
|
9 |
B相电流表 |
0～7.5A，7.5/5A |
1.5 |
|
10 |
C相电流表 |
0～7.5A，7.5/5A |
1.5 |
|
11 |
有功功率表 |
0～5kW，7.5/5A，380V/100V |
2.5 |
|
12 |
无功功率 |
0～4kVar，7.5/5A，380V/100V |
2.5 |
|
13 |
系统电压表 |
0～450V（线电压）；0～300V（线电压） |
1.5 |
|
14 |
同期表 |
频差：－3～＋3Hz；压差：－10～＋10V |
2.5 |
微机保护装置：该微机保护装置可作为线路或发电机后备保护，插件式结构，具备以下主要功能：
1）三段式相间过流保护：定时限/反时限特性，方向元件闭锁，低电压元件闭锁
2）三段式零序过流保护：定时限/反时限特性，零序方向元件闭锁，零序电压元件闭锁
3）独立的加速保护：相电流加速，零序电流加速
4）低频减载：滑差闭锁，低电压闭锁
7）三相一次重合闸：重合闸充电指示，非同期/检同期/检无压方式，检同期时母线电压自动适应线路侧电压，勿需整定电压相别
8）接地选线：接地告警3U0/3I0，集中/分散选线
9）采集和显示电流、电压、有功、无功、功率因数、频率；2路脉冲量；
10） 8路遥信量
11）遥控分合、闭锁及远方定值修改
12）保护投入/退出，远方定值区切换
13）具有过流选相跳闸、自动重合闸、过流保护、故障电流波形观测等功能，电流测量值优于 1%。
14）具有完善的事故分析功能。包括保护动作事件记录、事件顺序记录和保护投退—装置运行-开入记录。
合闸时间设置、短路故障类型设置及短路时间设置：可设置并网断路器合闸时间、三相输电线路短路类型（含单相接地，两相短路，两相短路接地和三相短路）和短路时间，还可观测暂态电流、电压波形。实验控制屏
仪表单元：直流电压表、直流电流表各2只，分别指示原动机电枢电压和电流、发电机励磁电压和电流。交流电压表1只，指示控制柜工作电源电压。各仪表参数如表1-2：
|
序号 |
仪表名称 |
量程 |
精度 |
|
1 |
原动机电枢电压表 |
0～500V |
1.5 |
|
2 |
原动机电枢电流表 |
0～10A或0～15A |
1.5 |
|
3 |
发电机励磁电压表 |
0～150V |
1.5 |
|
4 |
发电机励磁电流表 |
0～5A |
1.5 |
|
5 |
单相电源电压表（交流） |
0～450V |
1.5 |
微机调速装置具有如下功能：
1）采用插件式结构，具有手动模拟调节、微机自动调节、微机手动调节、过速保护功能；
2）具有测量、显示机组转速、电网频率功能；
3）微机调速装置具有光电测速功能；测量发电机转速精度优于0.2%；测量系统功角精度优于 1 º。
4）具有通讯功能 :TCP/IP网络通讯，串口通讯
微机励磁调节器装置具有如下功能：
1）采用插件式结构，励磁方式分为手动、自并励和它励三种；
2）具有恒UF、恒IL、恒α、恒Q 四种自动调节功能；
3）具有定子过电压保护、过励限制、瞬时过电流限制、欠励限制和伏赫限制功能；
4）液晶显示，中文菜单操作；
5）在线修改控制参数和存储功能。
6）具有电力系统稳定器功能（PSS）
7）微机励磁调节器其技术要求：发电机电压调整范围：
单机：20%～120%
单机实验：20%～130%
并网：85%～120%
发电机电压调节精度：0.5%UN；
起励超调小于10%UN
甩负荷超调小于15% UN
调差率±15%可调，档距小于 0.1%，测控频率10Hz，即每工频周波测量和控制输出各两次。
具有通讯功能
可观测多种波形。
微机准同期装置具有如下功能：
1）采用插件式结构，全自动准同期和半自动准同期方式可选，全自动方式
下具有自动调频调压功能，半自动时闭锁自动调频调压功能；
2）实时显示发电机和系统的压差和频差；测量频率、电压精度优于0.5%
3）液晶显示，中文菜单操作；
4）在线整定和修改频差、压差允许值和导前时间
5）具有波形观测孔，可观察合闸脉冲相对于三角波的位置、发电机电压波形、系统电压波形和矩形波波形等。可实现断路器合闸时间测定。
6）．具有通讯功能,能够与上位机通讯以便实现监测功能。
其他
1）整流变压器：接法：△ /Y，电压变比：380/170，180，190V，SN=4KVA
2）励磁变压器：接法： △/Y，电压变比：380/60，70，80V，SN=500VA
3）系统控制回路安全可靠。
4）可以与微机联接通讯。
5）可以与电网实习培训系统并网使用
6）与风力发电模拟实验平台可并网使用
7）配备相应器件，如：电压互感器、电流互感器、万能转换开关、继电器及接触器等。
8）实验台插孔和连接线坚固耐用，安全可靠；连接各实验台的电缆和通讯线坚固耐用，安全可靠。
9）每台发电机的电流、电压留有标准接口，用于对发电机组的调频、调压控制。
无穷大系统
采用三相自耦调压器模拟无穷大系统，具体参数如下：
副边0-430V可调。
五、实验项目
第一章 原动机的起动与运转（发电机启动和调整实验）
第二章 发电机机电特性实验
实验1 发电机的空载特性曲线测试
实验2 发电机的短路特性曲线测试
实验3 发电机的负载特性实验
第三章 同步发电机励磁控制实验
实验4 微机励磁装置基本操作实验
实验5 不同α角（控制角）励磁电压波形观测实验
实验6 同步发电机起励实验
实验7 控制方式及其相互切换实验
实验8 逆变灭磁和跳灭磁开关灭磁实验
实验9 伏赫限制实验
实验10 欠励限制实验
实验11 同步发电机强励实验
实验12 调差特性实验
实验13 过励限制实验
实验14 PSS实验
第四章 准同期并列运行
实验14 自动准同期条件测试
实验15 线性整步电压形成（相敏环节）测试
实验16 导前时间整定及测量方法
实验17 压差、频差和相差闭锁与整定（含各种信号波形观测）
实验18 手动准同期并网实验
实验19 半自动准同期并网实验
实验20 自动准同期并网实验
第五章 单机----无穷大系统稳定运行方式实验
实验21 单回路稳态对称运行实验
实验22 双回路和单回路的稳态对称运行比较实验
实验23 单回路稳态非全相运行实验
第六章 单机带负荷实验
实验24 独立系统的特性实验
实验25 投、切不同负荷的实验
实验26 甩负荷实验
第七章 电力系统功率特性（功角）和功率极限（静态稳定性）实验
实验27 无调节励磁时，功率特性和功率极限的测定
实验28 手动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定
实验29 微机自并励时，功率特性和功率极限的测定
实验30 微机他励时，功率特性和功率极限的测定
实验31 单回路、双回路输送功率与功角关系实验
实验32 提高电力系统静态稳定性实验（励磁调节器对静态稳定性影响实验）
第八章 电力系统暂态稳定性实验
实验33 短路类型对电力系统暂态稳定性的影响实验
实验34 故障切除时间对暂态稳定的影响实验
实验35 有无强励磁对暂态稳定性影响试验；
实验36 线路重合闸及其对系统暂态稳定性影响的实验；
实验37 同步发电机异步运行和再同步实验
实验38 提高电力系统暂态稳定性的措施
实验39 单机带负荷与单机无穷大系统时频率特性实验
实验40 同步发电机安全运行极限测定
六、系统配置
“THLZD-2A型电力系统综合自动化实验平台”配置清单（单套）
|
序号 |
编号 |
名 称 |
数 量 |
|
1． |
THLZD-2A |
发电机组 |
1 件 |
|
2． |
THLZD-2A |
电力系统综合自动化实验台 |
1 件 |
|
3． |
|
15KVA自耦调压器 |
1 件 |
|
4． |
THLZD-2A |
三相可调负载箱 |
1 件 |
|
5． |
|
数字存储示波器 |
1 台 |
|
6． |
XLZD-1 |
实验导线及配件 |
1 件 |
THLZD-2A电力系统综合自动化实验平台主要元件设备清单（单套）
|
序号 |
名 称 |
产地 |
数量 |
|
1 |
STC-2KW三相同步发电机 |
河北 |
1台 |
|
2 |
Z4-112/2-1型直流电动机 |
杭州 |
1台 |
|
3 |
TSGC2-9K 三相自耦调压器 |
上海 |
1台 |
|
4 |
模拟输电线路和负荷电抗器 |
杭州 |
17台 |
|
5 |
电流互感器，电压互感器 |
杭州 |
8只 |
|
6 |
6L2/6C2型电力仪表 |
宁波 |
14只 |
|
7 |
交流接触器 |
法国施耐德 |
24只 |
|
8 |
4KVA整流变压器 |
浙江 |
1只 |
|
9 |
交，直流继电器 |
香港爱克思 |
12只 |
|
10 |
转换开关 |
上海 |
8只 |
|
11 |
各类按钮 |
杭州 |
20只 |
|
12 |
智能电量采集模块 |
山东 |
2只 |
|
13 |
微机调速器 |
浙江天煌 |
1台 |
|
14 |
微机励磁装置 |
浙江天煌 |
1台 |
|
15 |
微机准同期装置 |
浙江天煌 |
1台 |
|
16 |
微机保护装置 |
浙江天煌 |
1台 |
|
17 |
台式机柜 |
杭州 |
1套 |
