发电机功角的测量使用说明书
功角测量装置设备手册
功角测量装置
一、概述
湖北省水布垭水电厂PMU子站工程在电厂按照分布式组屏方式布置，工程配置共计2面屏柜，主机测量屏1安装在500KV线路保护室，采用双主机冗余配置，1 台CSS200-1G授时单元为采集装置对时，1台CSS200-1A同步相量采集装置采集2 段500KV线路电压、2条500KV线路电流以及4段主变高压侧电流。
测量屏2布置在机组保护室，2台CSS200-1A同步相量采集装置测量4台机组机端电压、电流以及励磁电压、电流信号。
4台CSFU-107内电势装置测量4台机组运行功角信号。
PMU 子站通过电力数据网接入华中网调WAMS主站系统。
二、设备异动情况
1、2008年4月6日由于设计院将“开关站功角分析处理装置告警动作”、“开关站功角分析处理装置电源消失”至监控系统的告警信号全部接在装置告警回路的公共端（SD1、SD5、
SD6），造成告警信号回路未经过装置告警接点控制直接导通，告警接点长期动作，不能正确反映设备运行状况。
现将告警信号回路改接至装置告警接点两端（SD1、SD7、SD8）。
详见《功角装置告警回路变更技术方案》。
二、检修记录
四、主要缺陷情况。
2功角测量原理和技术
凸极发电机功角特性
EQ U jX q I EQ U q U cos I d I sin( j ) Eq U q I d X d EQ I d ( X d X q ) X q X q XT X L Xd Xd XT X L
cr
h
复杂系统暂态稳定分析
根据故障前状态、给定系统结构和参数、给定 故障、给定控制措施，获得发电机的功角摇摆 曲线 X F ( X , Y ,U , S , P )
0 G ( X , Y ,U , S , P )
功角对于电力系统稳定分析极其重要
通过积分方法获得功角的优点
只计及正序分量,忽略负序、零序分量的影响
负序电流产生的磁场和转子绕组电流的磁场形成的转矩,是两 倍频率交变、平均值接近于零的制动转矩，对发电机的机电 暂态过程没有明显影响,可以忽略不计。由于零序电流在转子 空间的合成磁场为零，它不产生转矩，也完全可以忽略。
间接计算法的优缺点
计算法确定功角δ，不需要装设位置传感装置，以及初 始功角校正，具有简单、易于实现、经济实用的优点。 计算法是依赖于发电机的数学模型和内部参数，由于 计算方法是基于发电机的稳态模型，在稳态运行且发 电机参数比较精确时具有良好的测量精度 而在暂态过程中，由于参数时变性、机组铁心饱和等 的影响，可能产生新的误差。为保证暂态过程的计算 精度，需要建立发电机的暂态模型，计算其功角。
基于暂态模型的功角实时计算方法
Park 方程式推导出的发电机电压方程磁链方程：
发电机的功角δ是E、U 之间的夹角，只要能确定电压的直轴、 交轴分量即可，而不必非求出E 的大小，因此可简化：
发动机测功机操作方法
发动机测功机操作方法发动机测功机是用来测试发动机功率输出的设备。
它可以测量发动机在不同负荷和转速条件下的功率输出，并对其进行分析和评估。
以下是发动机测功机的详细操作方法：1. 准备工作a. 确保测功机处于正常工作状态，如检查电源是否接通，仪表是否显示正常等。
b. 准备好适当的测试设备，如测功机传感器、电缆、数据采集系统等。
2. 安装测功机a. 将测功机与发动机的输出轴连接，并确保连接紧固。
b. 检查测功机与发动机之间的传动装置，确保其正常运转。
3. 设置参数a. 根据实际需要，设置测功机的参数，如功率范围、转速范围等。
b. 设置采样频率和数据存储方式，以便后续数据分析和评估。
4. 启动发动机a. 确保发动机处于正常的运行状态，如检查燃油供应是否充足、冷却系统是否正常等。
b. 启动发动机，并将其运行至稳定状态。
5. 开始测试a. 在测功机的控制面板上选择所需的测试模式，如动态负荷测试、定转速测试等。
b. 按照测试程序的要求，逐步增加发动机负荷和转速，直至达到所需的测试条件。
6. 数据采集和分析a. 在测试过程中，测功机会采集并记录发动机的功率输出数据，包括负荷、转速、燃料消耗等。
b. 将采集到的数据导入数据采集系统，进行数据分析和评估。
7. 结果评估a. 根据测试结果和参考标准，评估发动机的功率输出性能，并判断其符合要求。
b. 分析测试过程中发现的异常现象，并进行故障诊断和修复。
8. 结束测试a. 在测试结束后，关闭发动机和测功机，并拆除连接。
b. 清理和维护测功机，确保其处于良好的工作状态。
发动机测功机的操作方法可能会因不同的型号和厂家而有所差异，因此在具体操作中应严格按照设备说明书和操作手册的要求进行操作。
并且，在操作过程中需要十分注意安全，如佩戴个人防护装备、防止电击和热水泄漏等。
此外，操作人员应具备相关的技术知识和经验，以保证测试过程的准确性和可靠性。
发电机内电势功角测量方法
技术背景
国内PMU技术的试点应用始于2019年，华东电网公司/电科院、清华大学/ 四方公司、河海大学等研究用PMU实现发电机功角检测技术都在2019年。
东北电网、江苏电网、三峡电网、华北电网、南方电网、台湾电网已 实施了WAMS计划。
1）硬件手段上，脉冲正确性的检测
2）空载情况下，多次数据的平滑综合处理
3）测量数据的软件平滑滤波
原理介绍（自适应直接测量发电机功角接入示意图）
第三节 发电机输入输出信号介绍
发电机接入量
信号类型 机端电压Ua 机端电压Ub 机端电压Uc 机端电流Ia 机端电流Ib 机端电流Ic 键相信号 转速信号 励磁电压Uf 励磁电流If AGC控制输出信号
原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）
1）基于直接键相脉冲测量方法
u1 p2
机端电压U
T 键相脉冲
GPS秒脉冲
T t1 t2
T
原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）
◆以GPS秒脉冲上升沿时刻定 义为0时刻。
◆快速采集发电机机端电压的 U的过零时刻t1,则可得到其绝 对相角：
u12**f*t1
◆采集键相脉冲发生时刻t2, 则可得到转子绝对机械角：
机端电 压U
键相 脉冲
GPS秒 脉冲
p 2**f *t2
12
T
T tt 12
T
原理介绍（采用直接键相信号测量的原理）
◆t2对应的机组转轴位置与机组内电势ε之间有一个固定的机 械角度α，α数值的大小不受发电机运行状态的改变而改变， 除非转轴位置传感器的机械位置发生变化。
= p +α
同步发电机的功角 -回复
同步发电机的功角-回复同步发电机的功角是指在稳定运行时，发电机电势的磁动势与对应的电流之间的相位差。
它是确保发电机与电力系统中其他元件同步运行的重要参数之一，对于电力系统的稳定运行具有重要意义。
本文将从功角的概念、形成原理、影响因素以及调整方法等方面进行详细阐述，以期给读者一个全面而深入的了解。
一、功角的概念功角是指在发电机稳态运行时，发电机电势与对应的电流之间的相位差。
在各种电力设备中，发电机作为电力系统的主要供电源，其发电功角对于电力系统的稳定运行起着至关重要的作用。
二、功角的形成原理1. 线圈电流与磁势之间的相位差作为一台交流发电机，发电机中的线圈通电后会形成电流，而由于线圈中存在着磁导系数，因此线圈中的电流会引起一定的磁势。
而由于电力系统中的电荷不仅涉及电流而且涉及电荷。
为了使电网和发电机运行，必须使电力系统中的所有电力设备的电流达到稳定运行的状态。
这里面的流程是基于，电源电感发电机的磁势相对而言是稳定的，因此只需要调整电源电解部分的电准电流的相位改变就可以。
2. 稳定功率运行原则功率平衡是电力系统稳定运行的基本原则之一，同步发电机通过调节功角来保持与电力系统中其他设备的同步。
根据电力系统运行的要求，发电机的功角需要与负荷功角相匹配，以确保稳定的功率传输。
三、功角的影响因素1. 功率系统电压的控制功角的大小直接受到电力系统电压的控制。
当电力系统电压变大时，发电机的功角也会增大；反之，电力系统电压变小，发电机的功角也会减小。
2. 机械特性发电机的机械特性也会对功角产生影响。
特别是在过载或故障情况下，发电机的机械特性可能会发生明显的变化，进而影响到功角的大小。
3. 频率变化频率的变化也会对功角产生影响。
一般来说，当电力系统频率增大时，发电机的功角也会增大；反之，频率减小时，功角也会相应减小。
四、功角的调整方法1. 发电机励磁系统的调整通过调整发电机的励磁系统可以改变其磁动势，从而改变发电机的功角。
功角指示器的工作原理
功角指示器的工作原理
功角指示器是一种用于电力系统中测量和显示发电机转子与系统电压之间相角差的仪表。
其工作原理如下：
1. 电源供电：功角指示器需要通过电源供电以正常工作。
通常情况下，它会连接到电力系统的辅助电源，如直流电源或变压器的次级侧。
2. 检测相角差：功角指示器使用传感器或设备来检测发电机转子和系统电压之间的相角差。
这可以通过不同的方式实现，例如使用电流互感器和电压互感器来测量电流和电压信号的相位差。
3. 信号处理：从传感器获取的相角差信号被输入到功角指示器中进行信号处理。
这包括放大、滤波和转换等步骤，以确保准确且稳定的测量结果。
4. 显示结果：最后，经过处理的相角差信号被转换为可视化的结果，并在功角指示器的显示屏上显示出来。
通常，功角指示器会以角度值（如度数）显示相角差。
总的来说，功角指示器的工作原理是通过检测和处理发电机转子与系统电压之间的相角差，然后将结果显示在仪表上，以帮助电力系统操作人员监测和控制系统的稳定性和运行状态。
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 (3)2．测量仪器的基本原理： (3)3．技术指标 (4)4．功能 (5)5．发电厂需提供的测量信号 (5)5．1．火力发电厂提供的测量信号 (5)5．2．水力发电厂提供的测量信号 (6)6．内电势测试仪的结构 (6)6．1．GJ-205A型内电势测试仪结构及安装尺寸 (6)6．2．GJ-205型内电势测试仪结构及安装尺寸 (7)6．3．发电机内电势测试仪校初始功角 (8)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：δsin ∙=∙X U EP （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。
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。
2．测量仪器的基本原理：U I E J ·I ·X δψ3．技术指标接入信号：机端A相电压: 额定值57.7V发电鉴相信号：24V（高电平）0V（低电平）每秒50Hz波形如下图所示精度指标：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）仪器具有校准初始功角的功能，一经校准长期有效。
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。
GLM-20功角测量仪用户手册
1.功能简介及技术指标★适时监测发电机功角及系统功角。
★发电机功角及系统功角能输出输出4-20mA模拟量信号,可以接入现场RTU，通过RTU进行数据远传。
图1 GLM-20前面板示意图1.1仪器可监测显示如下参量：1.1.1发电机功角δG1.1.2系统功角δS1.1.3发电机电压U G (kV)1.1.4系统电压U S (kV)1.1.5发电机频率f (Hz)1.1.6发电机转速n(rpm)1.2技术指标通道容量：模拟量3路。
准确度：0.5级。
交流电压输入范围：0～150V。
转速输入信号：正弦或脉冲，集电极开路输入。
外形尺寸：380mm（长）×170mm（宽）×85mm（高）。
重量：3.5kg。
工作环境：a.温 度：0～35℃。
b.湿 度：<80%。
c.预热时间：30分钟。
d.工作方式：连续。
2.后面板接线 I S-I S+U SbU Sa U Ga U d2K G2K G1电源STD允许禁止串行口AC220V I G+I G-K S1U d1U Gb K S2图 2 后面板示意图2.1 转子d 轴位置U d 输入端正极（交流信号时可任意确定正、负极，确定后请不要再改变）输入接‘U d1’，负极输入接‘U d2’端。
2.1.1转子每转一周发出1个脉冲信号，如热工方面的鉴相信号。
2.1.2转子每转一周发出60个脉冲信号，这是汽轮发电机组普遍采用的转子测速信号。
如果接入的U d 是2.3.1节形式，需把后面板‘每转脉冲’开关拨到1侧，把U d 开关拨到“脉冲”侧。
如果接入的U d 是2.3.2节形式，需把开关拨到60侧。
把U d 开关拨到“正弦”侧。
如显示的δ、n 不稳定，再把这个开关拨到“脉冲”侧观察δ、n 显示值。
如还不稳定，则需要用示波器观察U d 信号是否接入，U d 信号的波形是否干扰太大或幅值太小。
2.2 发电机定子电压U Ga、U Gb接入U Ga、U Gb后，仪器便可测出发电机定子电压U G。
发电机功角的计算及应用
继电器 第 "/ 卷 第 $ 期 "%%% 年 $ 月 @AB,C "/ " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "
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同步发电机的功角
同步发电机的功角
同步发电机是一种常见的发电设备，它与电力系统中的其他发电机相比具有特殊的功角调节功能。
功角是指同步发电机输出电功率与电网负荷之间的相位差。
在电力系统中，同步发电机的功角是一个至关重要的参数，它直接影响着电力系统的稳定性和运行效果。
同步发电机的功角调节是通过控制励磁电流来实现的。
当电网负荷增加时，同步发电机的励磁电流会增大，从而增加了输出电功率。
反之，当电网负荷减少时，同步发电机的励磁电流会减小，从而减少了输出电功率。
通过这种方式，同步发电机可以根据电网负荷的变化来调节输出功率，以满足电力系统的需求。
功角调节对于电力系统的稳定运行至关重要。
如果功角调节不当，可能会导致电力系统的频率波动、电压失稳等问题。
因此，同步发电机的功角控制必须精确而稳定。
为了确保同步发电机的功角控制效果，电力系统通常会使用一些辅助设备，如自动励磁控制装置和自动电压调节器。
这些设备可以根据电网负荷的变化及时调整同步发电机的励磁电流和电压，以保持功角的稳定。
同步发电机的功角调节是电力系统中的一个重要环节，它直接关系到电力系统的稳定性和运行效果。
通过精确控制励磁电流和电压，同步发电机可以根据电网负荷的变化来调节输出功率，以满足电力
系统的需求。
只有在功角控制稳定可靠的情况下，电力系统才能正常运行，并提供稳定可靠的电能供应。
总的来说，同步发电机的功角调节是电力系统中的一项重要技术，它需要精确控制励磁电流和电压，以保持功角的稳定。
通过合理的功角调节，同步发电机可以满足电力系统的需求，并确保电力系统的稳定运行。
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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
A 电源 电源 空 空
A 相PT。