1、电力系统自动装置原理 水电学院电力系 杨国清4.4 励磁励磁 系统的试验系统的试验 4.4.1 概述概述4.4.2 静态开环试验静态开环试验4.4.3 空载试验空载试验4.4.4 并网试验并网试验4.4.1 概述概述（1）励磁试验的目的：）励磁试验的目的：为设计、制造、安装、交接等提供总体的全面的检验为设计、制造、安装、交接等提供总体的全面的检验验证，确保发电机励磁系统完成其应有的作用。验证，确保发电机励磁系统完成其应有的作用。（2）励磁试验的分类：）励磁试验的分类：a.按试验时间：励磁系统一般将试验分为型式试验、出按试验时间：励磁系统一般将试验分为型式试验、出厂试验、交接试验和大修试验等几个
2、阶段。厂试验、交接试验和大修试验等几个阶段。型式试验是检查励磁系统是否全面达到设计要求，包型式试验是检查励磁系统是否全面达到设计要求，包括功能、性能指标、环境条件、数学模型、电力系统括功能、性能指标、环境条件、数学模型、电力系统各种运行和故障情况下的行为等。型式试验是作为定各种运行和故障情况下的行为等。型式试验是作为定型生产的依据。型生产的依据。4.4.1 概述概述b.按试验内容：试验主要分为静态开环试验、空载试验和按试验内容：试验主要分为静态开环试验、空载试验和并网试验三类。并网试验三类。静态试验主要检查控制器的输入输出特性和移相特性。静态试验主要检查控制器的输入输出特性和移相特性。空载试验
3、主要进行以下试验：零起升压试验、阶跃响空载试验主要进行以下试验：零起升压试验、阶跃响应试验、频率特性试验、应试验、频率特性试验、V/Hz限制动作试验、调节限制动作试验、调节范围测定试验、逆变灭磁试验、恒机端电压调节方式范围测定试验、逆变灭磁试验、恒机端电压调节方式（自动）和恒励磁电流调节方式（手动）无扰动切换（自动）和恒励磁电流调节方式（手动）无扰动切换试验。试验。并网试验又称负荷试验，主要进行调差率整定和测定并网试验又称负荷试验，主要进行调差率整定和测定试验、增减负荷试验、突增减无功试验、机组甩负荷试验、增减负荷试验、突增减无功试验、机组甩负荷试验以及恒压、恒无功、恒功率因数和恒励磁电流调试
4、验以及恒压、恒无功、恒功率因数和恒励磁电流调节方式之间无扰动切换试验。节方式之间无扰动切换试验。4.4.1 概述概述（3）励磁试验的有关标准：）励磁试验的有关标准：GBT7409.3-1997 同步电机励磁系统同步电机励磁系统 大中型同步励磁系统技术要求大中型同步励磁系统技术要求 GB10585-1989 中小型同步电机励磁系统基本技术要求中小型同步电机励磁系统基本技术要求 DLT650-1998 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件 DLT583-1995 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件
5、 DLT491-1999 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置运行检修大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置运行检修规程规程 DL490-1992 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置的安装验收大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置的安装验收规程规程 DL489-1992 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置的试验规大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置的试验规程程.4.4.1 概述概述（4）试验系统的搭建）试验系统的搭建4.4.2 静态开环试验静态开环试验静态开环试验的主要目的是用开环的方法检查励磁调静态开环试验的主要目的是用开环的方法检查励磁调节器各部分的工作的正确性，为励磁控制系统
6、闭环试验节器各部分的工作的正确性，为励磁控制系统闭环试验作准备，包括对逻辑部分的检查。试验内容主要包括自作准备，包括对逻辑部分的检查。试验内容主要包括自动回路输入动回路输入/输出特性、手动回路输入输出特性、手动回路输入/输出特性和核相试输出特性和核相试验验 4.4.2 静态开环试验静态开环试验（1 1）测量单元的检查）测量单元的检查 目的：测量采集通道误差，在软件里加以补偿，以实目的：测量采集通道误差，在软件里加以补偿，以实现对发电机电气量的准确测量。现对发电机电气量的准确测量。方法：用继电保护测试仪发出幅值和相位均可调的电方法：用继电保护测试仪发出幅值和相位均可调的电压和电流标准信号，模拟发
7、电机的出口电压和电流，压和电流标准信号，模拟发电机的出口电压和电流，分别加于测量回路各个环节的输入端，检查各个环节分别加于测量回路各个环节的输入端，检查各个环节的输入输出特性，再在软件里对各个环节的误差进行的输入输出特性，再在软件里对各个环节的误差进行补偿。补偿。4.4.2 静态开环试验静态开环试验（2 2）自动（手动）回路输入）自动（手动）回路输入/输出特性检查输出特性检查 目的：目的：检查控制器在不同增益的情况下输入检查控制器在不同增益的情况下输入/输出特性。输出特性。方法：方法：在切除积分和各种限制的情况下进行，给定不在切除积分和各种限制的情况下进行，给定不变改变增益和增益不变改变给定值
8、。通过对两种情况变改变增益和增益不变改变给定值。通过对两种情况下输入下输入/输出值的观察，得控制器的输入输出值的观察，得控制器的输入/输出特性良好，输出特性良好，即比例调节特性良好的增益系数。即比例调节特性良好的增益系数。4.4.2 静态开环试验静态开环试验（3 3）核相试验）核相试验 目的：目的：检查励磁系统的同步信号和触发脉冲的相位关检查励磁系统的同步信号和触发脉冲的相位关系，确保触发脉冲严格按导通角触发可控硅。系，确保触发脉冲严格按导通角触发可控硅。方法：使控制器进入运行，手工改变可控硅的导通角，方法：使控制器进入运行，手工改变可控硅的导通角，用示波器观察各个导通角情况下触发脉冲和同步信
9、号用示波器观察各个导通角情况下触发脉冲和同步信号之间的相位关系。之间的相位关系。4.4.3 空载试验空载试验（1 1）零起升压试验零起升压试验 目的：目的：励磁系统基本的接线和控制是否正确，测试励励磁系统基本的接线和控制是否正确，测试励磁系统的起励特性。磁系统的起励特性。方法：方法：采用直流电源起励方式，发电机在空载、额定采用直流电源起励方式，发电机在空载、额定转速下运行时，闭合起励开关进行零起升压。转速下运行时，闭合起励开关进行零起升压。标准：标准：国标规定的超调量不大于国标规定的超调量不大于15、振荡不超过、振荡不超过3次、次、调节时间不大于调节时间不大于10秒秒 4.4.3 空载试验空载
10、试验试验波形试验波形4.4.3 空载试验空载试验（2 2）阶跃扰动响应试验阶跃扰动响应试验 目的：目的：测试控制器的测试控制器的PIDPID参数，使得在线性范围内的自参数，使得在线性范围内的自动电压调节动态品质达到标准的要求，并初步检查励动电压调节动态品质达到标准的要求，并初步检查励磁系统的静态放大倍数及发电机空载电压阶跃上升时磁系统的静态放大倍数及发电机空载电压阶跃上升时间。间。方法：方法：设置控制器为自动方式，设置阶跃量为设置控制器为自动方式，设置阶跃量为10。机组在空载、额定电压稳定运行时，突然将电压给定机组在空载、额定电压稳定运行时，突然将电压给定值变为额定电压的值变为额定电压的90和
11、和110，录制发电机端电压波，录制发电机端电压波形。形。标准：标准：国标规定的超调量不大于国标规定的超调量不大于50、调节时间不大、调节时间不大于于10秒、振荡次数小于秒、振荡次数小于3次次 4.4.3 空载试验空载试验下扰下扰10%10%波形图波形图 上扰上扰10%10%波形图波形图 4.4.3 空载试验空载试验（3 3）电压电压/频率特性试验频率特性试验 目的：目的：检查励磁调节器的电压检查励磁调节器的电压/频率特性以及发电机转频率特性以及发电机转速在一定范围内变化时励磁调节器准确控制发电机机速在一定范围内变化时励磁调节器准确控制发电机机端电压的能力。端电压的能力。方法：在发电机空载状态下
12、进行，通过机组的调速系方法：在发电机空载状态下进行，通过机组的调速系统改变发电机的转速，使发电机频率在统改变发电机的转速，使发电机频率在4747HzHz51Hz51Hz范范围内变化，每隔围内变化，每隔0.50.5HzHz读数，测定发电机相应频率下的读数，测定发电机相应频率下的机端电压。机端电压。4.4.3 空载试验空载试验在不同频率下，最大机端电压控制偏差值为在不同频率下，最大机端电压控制偏差值为+0.6%，表明，表明该励磁系统在该励磁系统在47Hz51Hz机组频率范围内具有良好的电机组频率范围内具有良好的电压控制精度。压控制精度。电压电压/频率特性试验数据频率特性试验数据F(Hz)4747.
13、54848.5495050.55151.5U(V)382.28381.14380.76378.1380.38380.76379.62380.04380.084.4.3 空载试验空载试验（4 4）V/F V/F限制试验限制试验 方法：方法：分别在自动和手动励磁控制方式下，分别在自动和手动励磁控制方式下，维持机组频率不变、调整励磁控制给定值（自动方维持机组频率不变、调整励磁控制给定值（自动方式下为机端电压给定值，手动方式下为励磁电流给定式下为机端电压给定值，手动方式下为励磁电流给定值），进行升压。值），进行升压。维持励磁控制给定值不变，减小机组频率等两项试维持励磁控制给定值不变，减小机组频率等两项
14、试验，试验过程中，频率变化范围为验，试验过程中，频率变化范围为51减至减至47Hz，频率变频率变化步长为化步长为0.5 Hz，记录相应的机端电压和励磁电流变化曲记录相应的机端电压和励磁电流变化曲线。线。4.4.3 空载试验空载试验机端电压励磁电流机端电压励磁电流机端电压励磁电流机端电压励磁电流自动增电压给定自动增电压给定V/F限制波形图限制波形图 自动减电压给定自动减电压给定V/FV/F限制波形图限制波形图 手动增电压给定手动增电压给定V/FV/F限制波形图限制波形图 手动减电压给定手动减电压给定V/FV/F限制波形图限制波形图 4.4.3 空载试验空载试验（5 5）自动方式与手动方式调节范围
15、测定试验自动方式与手动方式调节范围测定试验目的：测试自动和手动方式下发电机电压和转子电压目的：测试自动和手动方式下发电机电压和转子电压（电流）的调节范围和稳定情况，以便满足各种情况（电流）的调节范围和稳定情况，以便满足各种情况下发电机并网和输送功率的要求。下发电机并网和输送功率的要求。方法：分别设置调节通道为自动和手动方式，起励后方法：分别设置调节通道为自动和手动方式，起励后进行增减给定值的操作，至达到要求的调节范围的上进行增减给定值的操作，至达到要求的调节范围的上下限。下限。4.4.3 空载试验空载试验在两种调节方式下，机端电压和励磁电流变化平稳，无在两种调节方式下，机端电压和励磁电流变化平
16、稳，无振荡。振荡。自动方式波形图自动方式波形图 手动方式波形图手动方式波形图 4.4.3 空载试验空载试验（6 6）逆变灭磁试验逆变灭磁试验 逆变灭磁试验分两种情况进行，即正常逆变灭磁以及空逆变灭磁试验分两种情况进行，即正常逆变灭磁以及空载误强励灭磁。载误强励灭磁。正常逆变灭磁正常逆变灭磁空载误强励空载误强励逆变灭磁逆变灭磁4.4.3 空载试验空载试验（7 7）手、自动调节方式之间的切换试验手、自动调节方式之间的切换试验 4.4.3 并网试验并网试验（1 1）自动准同期并网试验自动准同期并网试验 目的：检测励磁控制品质目的：检测励磁控制品质方法：发电机空载额定电压稳定运行时，投入自动准方法：发
17、电机空载额定电压稳定运行时，投入自动准同期装置，观察并网时间及机组冲击情况。同期装置，观察并网时间及机组冲击情况。（2 2）连续增减无功负荷试验）连续增减无功负荷试验目的：机组无功功率调节过程的动态特性。目的：机组无功功率调节过程的动态特性。方法：机组空载并网后，通过增减无功旋钮，连续平方法：机组空载并网后，通过增减无功旋钮，连续平稳地将机组无功功率从零增加到额定值。在并网前至稳地将机组无功功率从零增加到额定值。在并网前至机组无功功率达额定值时间段内，记录机组无功功率、机组无功功率达额定值时间段内，记录机组无功功率、机端电压、励磁电压以及励磁电流变化曲线。机端电压、励磁电压以及励磁电流变化曲线
18、。4.4.3 并网试验并网试验（3 3）突增、突减无功负荷试验）突增、突减无功负荷试验 目的：观察无功负荷阶跃变化时机组励磁系统的动态目的：观察无功负荷阶跃变化时机组励磁系统的动态响应过程。响应过程。方法：方法：在发电机带额定有功和无功功率运行状态下，在发电机带额定有功和无功功率运行状态下，突增减突增减40的无功功率阶跃负荷，即突然改变无功的无功功率阶跃负荷，即突然改变无功功率设定值功率设定值40，观察并记录机组无功功率、机端，观察并记录机组无功功率、机端电压、励磁电压以及励磁电流变化曲线。电压、励磁电压以及励磁电流变化曲线。机 端 电 压励 磁 电 流机 端 电 压励 磁 电 压无 功 功
19、率机 端 电 压机 端 电 压励 磁 电 压4.4.3 并网试验并网试验（4 4）调差试验）调差试验目的：整定和检查发电机励磁控制器的调差率，以实目的：整定和检查发电机励磁控制器的调差率，以实现机组稳定并列运行和它们之间的无功分配。现机组稳定并列运行和它们之间的无功分配。方法：在发电机并网运行状态下，设定励磁调节器自方法：在发电机并网运行状态下，设定励磁调节器自动方式运行，并将无功功率从零调整至额定值，测量动方式运行，并将无功功率从零调整至额定值，测量发电机端电压，再将发电机与系统解列并稳定空载运发电机端电压，再将发电机与系统解列并稳定空载运行后，测量发电机空载电压，并记录发电机机端电压行后，
20、测量发电机空载电压，并记录发电机机端电压波形。波形。%100/)(0nfUUU4.4.3 并网试验并网试验（5 5）甩负荷试验）甩负荷试验 目的：目的：测试励磁控制器在发电机甩负荷时对发电机电测试励磁控制器在发电机甩负荷时对发电机电压的控制能力。压的控制能力。方法：方法：发电机并网运行，带有一定的有功和无功，使发电机并网运行，带有一定的有功和无功，使发电机和系统解列，录制机端电压、励磁电流和有功发电机和系统解列，录制机端电压、励磁电流和有功无功波形图。无功波形图。标准：标准：国标国标GB/T7409.3-1997的机端电压不大于甩负荷的机端电压不大于甩负荷前机端电压的前机端电压的1.151.2
21、倍、振荡次数不超过倍、振荡次数不超过3-5次以及次以及调节时间不超过调节时间不超过5秒秒 4.4.3 并网试验并网试验机端电压励磁电压4.4.3 并网试验并网试验（6 6）无扰动切换试验）无扰动切换试验 目的：目的：检查励磁控制器无扰动切换以及各种调节方式之间检查励磁控制器无扰动切换以及各种调节方式之间的切换试验的切换试验 。方法：方法：通过励磁调节器人机接口，人为改变励磁控制方式，通过励磁调节器人机接口，人为改变励磁控制方式，同时记录不同励磁控制方式切换前后励磁电流波形。同时记录不同励磁控制方式切换前后励磁电流波形。恒压切换至恒无功恒压切换至恒无功 恒无功切换至恒功率因数恒无功切换至恒功率因数
