发电机功角的测量使用说明书

发电机内电势测试仪使用说明书

中国电力科学研究院

2005年1月

目录

1．发电机功角的测量原理

发电机的功角是指发电机的内电势与机端电压之间的夹角，其相量关系如图

E 、U 、δ三者之间的函数关系如下：

δ

sin ∙=

∙X

U

E P （1）

测量发电机功角的关键是测取发电机内电势的空间位置，而内电势本身是不可测量的电气参数，通常人们只能通过测取大轴信号的方法间接获得内电势的空间位置。

2．发电机内电势的计算方法

2.1 电气计算法

电气计算法主要是基于稳态相量的解析法，利用发电机的交/直轴同步电抗参数以及机端电压电流计算获取功角，是纯电气法。在稳态状况下，功角计算的数学模型是准确的，数学模型中的定子电流和机端电压测量值精度也是满足要求的，各个发电企业提供的电气参数准确性就会影响最后内电势的精确度。

PAC-2000中发电机内电势的电气计算法：

考虑到隐极机和凸极机的计算公式的区别只是在Xd 、Xq 是否相等上存在差

U

I

E

J ·I ·X δ ψ

别，为方便起见，发电机内电势电气计算法统一到下面两计算公式,发电机的相量图如下图（这里图需要修改一下）：

EQ=U+I*Ra+j*I*Xq (1)

Eq= EQ+(Xd-Xq)*Id (2)

（上述公式中电枢电阻Ra,交轴电抗Xq,直轴电抗Xd需要由厂家提供）

根据提供的发电机各个参数以及PAC-2000采集卡采样的电流、电压的值得到计算所需的各个标幺值

根据上述相量图以及两计算公式，可以得到计算测得的功角δ以及内电势。

2.2 直接测量法。

直接测量法（转子位置测量法或脉冲直接法）。该方法主要是通过在发电机转子轴上设置机械测量点或者测速齿轮，在转子周围安装光电或者电磁装置，通过一定的变换来实现功角测量。由于发电机内电势的方向与发电机转轴位置固定，所以测量内电势需要一个转轴信号，标定好转轴信号与发电机内电势之间的夹角（初始角）。然后，测取转轴信号与机端电压之间的夹角就能确定发电机内电势的位置。

PAC-2000中发电机内电势的直接计算法：

a)对PAC-2000 AD采集卡采样中断得到的由内电势测量仪送来的反映空载

电动势和机端电压之间的相角的电压模拟量，进行数字滤波处理，减少

干扰，得到精确的功角

b)根据机端电流、电压的值的变化，对发电机起机过程进行判断，取并网

过程中内电势测量仪送来的反映发电机转子位置的脉冲相位和机端电压

相位差值的电压模拟量即为初功角

c)发电机并网后正常运行过程中的相角与起机检测到的初功角的差值即为

该发电机的功角

根据这里测量得到的发电机功角，以及采样得到的电流电压值，同样利用上图的各个相量位置关系，计算出发电机的内电势，这里的内电势就为直测法得到的内电势

3．测量仪器的基本原理：

3．技术指标

GJ-205型内电势测试仪理论设计测量精度为0.1度，实际测量精度小于0.5度

4．功能

仪器显示窗在0～360度范围内，显示测量的发电机功角值。

仪器的输出端子输出与测量角度成比例的直流电压值（±9V 对应±180度）

5．发电厂需提供的测量信号

5.1 火力发电厂提供的测量信号

1)接入信号：机端A相电压: 额定值57.7V

2)发电鉴相信号：24V（高电平）0V（低电平）每秒50Hz

波形如下图所示

汽轮发电机需提供传感器探头采集的50Hz的发电机转轴信号，用于测量发电机内电势，大型汽轮发电机的鉴相信号可用于测量发电机内电势。要求发电厂把该信号引至设备安装现场。

5.2 水力发电厂提供的测量信号

1)接入信号：机端A相电压: 额定值57.7V

2)由于水力发电机转速较低，一般为每分钟几百转，所以，不能采用火力发电

机采集转轴信号的方法，只能采用现有的水轮发电机用于测速50Hz的信号做为转轴信号，要求水电厂把该信号引至设备安装现场。

6．内电势测试仪的结构

6.1 GJ-205A型内电势测试仪结构及安装尺寸

GJ-205A型内电势测试仪为组屏设计。

GJ-205A型内电势测试仪为外接电源式。

一个标准19英寸4U机箱可安放一组直流电源及5台GJ-205A型内电势测试，5台GJ-205型内电势共用一组直流电源。

GJ-205A型内电势测试仪前面板尺寸为：

宽70mm，高173mm。

小箱体尺寸为：

宽62mm，高144mm，长220mm

GJ-205A型内电势测试仪外形如图1所示

图1 GJ-205A型内电势测试仪示意图

6．2．GJ-205型内电势测试仪结构及安装尺寸

GJ-205型内电势测试仪是内电源式为单独仪表式外形结构。技术指标与GJ-205A型内电势测试仪相同。

GJ-205型内电势测试仪的安装尺寸为：

高75mm宽154mm

GJ-205型内电势测试仪其外形如图2所示：

图2 GJ-205型内电势测试仪示意图

内电势测试仪的外形结构和尺寸还可以根据用户的要求单独设计，以满足不同用户的需求。

6.3接线端子

GJ-205型内电势测试仪的接线端子在后背板两组4线凤凰端子。

(后 视 图)

GJ-205A 型内电势测试仪的接线端子在后背板分上下两排，接线排列如下。

轴信号＋

轴信号－ A 相PT 信号