励磁系统建模试验方案.doc

励磁系统建模实验方案

目 录
1.实验目的 1
2.实验内容 1
3.实验依据 1
4.实验条件 1
5.设备概况及技术数据 2
6.实验内容 4
7.实验分工 5
8.环境、职业健康安全风险因素辨识和控制措施 6
9.实验设备 6

1.实验目的
对被测试机组的励磁系统进行频率响应以及动态响应测试，确认励磁系统模型参数和特性，为电力系统分析计算提供可信的模型数据。
2.实验内容
2.1励磁系统模型传递函数静态验证实验。
2.2发电机空载特性测量及空载额定状态下定子电压等各物理量的测量。
2.3发电机时间常数测量。
2.4 AVR比例放大倍数测量实验。
2.5系统动态响应测试（阶跃实验）。
2.6 20%大干扰阶跃实验。
2.7对发电机进行频率响应测试。
3.实验依据
Q/GDW142-2023《同步发电机励磁系统建模导则》
设备制造厂供货资料及有关设计图纸、说明书。
4.实验条件
4.1资料准备
励磁调节器制造厂应提供AVR和PSS模型和参数。
电机制造厂应提供发电机的有关参数和特性曲线。
4.2设备状态规定
被实验发电机组励磁系统已完毕所有常规的检查和实验，调节器无异常，具有开机条件。
5.设备概况及技术数据
容量为135MW，励磁系统形式为自并励励磁方式，励磁调节器采用南瑞电控公司生产的NES6100型数字励磁调节器。其励磁系统结构框图如图1：

图1 励磁系统框图
5.1励磁调节器模型：
图2 励磁调节器模型
励磁调节器内部参数如下表：
Kp

Ki

Kd

Td

αmax

αmin

5.2发电机：
生 产 厂 家：南京汽轮机电机厂
型 号： QFR-135-2
额定视在功率： 158.8 MVA
额定有功功率： 135 MW
额定定子电压：13.8 kV
额定定子电流：6645 A
额定功率因数： 0.85
额定励磁电流： 893 A
额定励磁电压： 403 V
额定空载励磁电流： 328 A
额定空载励磁电压： 147 V
额定转速： 3000 r/min
发电机轴系（发电机+燃气轮机）转动惯量（飞轮转矩）： 18.91t.m2
转子绕组电阻：0.3073Ω（15℃ ） 0.3811Ω(75℃), 0.4179Ω(105℃实验值)
转子绕组电感：
直轴同步电抗Xd（非饱和值/饱和值）： 219.04/197.15
直轴瞬变电抗Xd’（ 非饱和值/饱和值）： 30.02/27.02
直轴超瞬变电抗Xd”（ 非饱和值/饱和值）： 19.63/17.67
横轴同步电抗Xq（非饱和值/饱和值）： 205.96/182.36
横轴瞬变电抗Xq’（ 非饱和值/饱和值）： 36.03/32.42
横轴超瞬变电抗Xq”（ 非饱和值/饱和值）：23.1/20.79
直轴开路瞬变时间常数 Td0’ : 9.8 秒
横轴开路瞬变时间常数 Tq0’ : 1.089秒
直轴开路超瞬变时间常数 Td0” : 0.06秒
横轴开路超瞬变时间常数 Tq0” : 0.054秒

6.实验内容
本实验为空载动态实验。在发电机3000转额定转速，保持空载额定状态时进行，需时三小时。
6.1发电机空载特性实验：
发电机维持额定转速，发电机空载，将发电机定子电压、励磁电压、励磁电流接入电量记录分析仪。
逐渐改变磁电流，测量发电机定子电压20%——120%额定电压（当发电机与主变压器相连时发电机电压不能超过105%额定电压）上升和下降特性曲线。测量交流发电机空载情况下，励磁电流和机端电压的关系。
6.2发电机时间常数测量
在发电机空载条件下，励磁调节器运营在“定控制角方式”：在调节器软件中的可控硅触发模块中，断开输入的PID控制信号，直接设定触发角，使发电机转子电压阶跃，用电量记录分析仪测录发电机电压上升的曲线，计算发电机转子时间常数。
6.3 20%大干扰阶跃实验
发电机维持额定转速，使用自动励磁方式。
用自动励磁调节器调整发电机电压为50%额定电压，进行20%阶跃（上阶跃）实验，用电量记录分析仪测录发电机电压、转子电压、转子电流。
6.4 AVR比例放大倍数测量
发电机维持额定转速，发电机空载，使用自并励方式。
将发电机定子电压、励磁电压、励磁电流接入电量记录分析仪。
退出调节器积分环节，减少比例放大倍数，逐渐改变给定电压，同时测量发电机定子电压、励磁电压、给定电压。
AVR比例放大倍数登记表：
给定参考电压
机端电压测量值
发电机励磁电压
励磁机励磁电压

6.5电压给定阶跃实验
测量励磁系统整体特性。发电机维持额定转速，使用自动励磁方式。
实验方法：
用自动励磁调节器调整发电机电压为95%额定电压，进行5%阶跃（上、下）实验，用电量记录分析仪测录发电机电压、转子电压、转子电流。

7.实验分工
7.1 研究院有限公司应做的工作
7.1.1负责编制实验的具体方案及进行技术交底报告。
7.1.2实验仪器端的接线。
7.1.3实验的具体实行。
7.1.4负责配合发电厂进行实验结束后的交接验收。
7.1.5负责出具实验报告。
7.2发电厂应做的工作
7.2.1在实验前半个月内将设备技术资料提供应研究院有限公司。
7.2.2负责协调和联系实验有关各方（调度，制造厂等）和安排实验并配合实验。
7.2.3负责提供现场实验台及现场设备端的实验接线。
7.2.4担任实验工作负责人并负责安全措施的实行和检查。
7.2.5调节器内的操作由熟悉设备的发电厂人员或制造厂人员进行，其他操作由运营人员进行。均一人操作一人监护，防止对励磁系统的误操作。
7.2.6负责实验后的验收工作。
7.3设备制造厂应做的工作
7.3.1负责励磁调节器内部参数的修改并保证修改后调节器能正常运营。
7.3.2负责提供实验用临时噪声输入通道。
7.3.3负责按照研究院有限公司实验人员规定进行实验。
8.环境、职业健康安全风险因素辨识和控制措施
8.1 本实验也许导致不良环境因素：废弃的电线、电缆、电工胶布等。
对也许导致不良环境因素所采用的对策：工作完毕后及时清理现场。
8.2 本实验也许出现的现场危险源辨识如下：
220V交流电源，380V交流电源，电压阶跃实验也许产生的过电压，量测转子电压时需接触的整流柜铜板（高压），实验过程中也许出现接线错误导致PT短路、CT开路在二次侧产生高电压。
现场危险源也许导致的情况及后果：人体接触电源或量测转子电压时接触整流柜铜板而引起触电事故，实验也许产生过电压导致发电机烧毁，设备接线错误导致的短路使电线烧毁导致火灾和设备损坏，实验接线错误导致的PT短路、CT开路也许引起触电事故。
8.3 对也许出现的危险源采用的控制方法以及安全措施：
8.3.1 严格按照部颁“电业安全工作规程”做好实验时的安全工作。
8.3.2现场工作人员应当熟悉现场电源的分布情况，穿着工作服，佩戴安全帽，对的使用电源，严禁烟火，现场必备消防灭火器。
8.3.3做好测量信号，测量仪器之间的电气隔离措施，防止产生共地干扰和设备损伤。
8.3.4临时减少发电机过压保护的整定值，115%额定电压，0秒跳开灭磁开关。本实验结束后退出过压保护。
8.3.5在接线之前以及接线之后均要使用万用表测量CT回路是否连通，PT回路是否高阻抗状态。
8.3.6现场工作人员在工作中应当进行自我监督和互相监督，避免触电事故，防止火灾事故的发生。
9.实验设备
序号
仪器名称
型号
编号
有效期限
1
便携式电量记录分析仪
TK2023

2023.11.12