WDT-IIIC综合实验指导书2

1、第三章 一机无穷大系统稳态运行方式实验一、实验目的1了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围；2了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件；不对称度运行参数的影响；不对称运行对发电机的影响等。二、原理与说明电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概念”。为一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。因此，除了通过结合实际的问题，让学生掌握此类“数值概念”外，实验也是一条很好的、更为直观、易于形成深刻记忆的手段之一。实验用一

2、次系统接线图如图2所示。图2 一次系统接线图本实验系统是一种物理模型。原动机采用直流电动机来模拟，当然，它们的特性与大型原动机是不相似的。原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。实验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满足相似条件。“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“

3、无穷大”母线的条件。为了进行测量，实验台设置了测量系统，以测量各种电量（电流、电压、功率、频率）。为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发电机轴上装设了闪光测角装置。此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。三、实验项目和方法 1单回路稳态对称运行实验 在本章实验中，原动机采用手动模拟方式开机，励磁采用手动励磁方式，然后启机、建压、并网后调整发电机电压和原动机功率，使输电系统处于不同的运行状态（输送功率的大小，线路首、末端电压的差别等），观察记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点及数值范围，为电压损耗、电压降落、沿线电压

4、变化、两端无功功率的方向（根据沿线电压大小比较判断）等。2双回路对称运行与单回路对称运行比较实验按实验1的方法进行实验2的操作，只是将原来的单回线路改成双回路运行。将实验1的结果与实验2进行比较和分析。表3-1PQIUFUZDU单回路0.403.5370370000.805.3360360001.006.834035010101.207.63303401010双回路0.403.0370375550.805.3365370551.006.5360365551.207.535536055注：UZ 中间开关站电压；DU 输电线路的电压损耗； 输电线路的电压降落3单回路稳态非全相运行实验确定实现非全相

5、运行的接线方式，断开一相时，与单回路稳态对称运行时相同的输送功率下比较其运行状态的变化。具体操作方法如下：（1）首先按双回路对称运行的接线方式（不含QF5）；（2）输送功率按实验1中单回路稳态对称运行的输送功率值一样；（3）微机保护定值整定：动作时间0秒，重合闸时间100秒；（4）在故障单元，选择单相故障相，整定故障时间为0²<t<100²；（5）进行单相短路故障，此时微机保护切除故障相，准备重合闸，这时迅速跳开“QF1”、“QF3”开关，即只有一回线路的两相在运行。观察此状态下的三相电流、电压值与实验1进行比较；（6）故障100²以后，重合闸成功，系

6、统恢复到实验1状态。表3-2UAUBUCIAIBICPQS全相运行值2152152150.5250.5620.5380.400.42102102101.0261.0460.9750.800.82062062061.5061.3971.4311.001.02032032031.6701.8601.8001.201.2非全相运行值2152152150.4220.6500.6060.400.42102102100.7771.2001.1670.800.82082052021.0901.6431.6021.001.02052022001.3361.9001.9561.201.2四、实验报告要求1整理实

7、验数据，说明单回路送电和双回路送电对电力系统稳定运行的影响，并对实验结果进行理论分析。由实验数据，我们得到如下变化规律：（1）保证励磁不变的情况下，同一回路，随着有功输出的增加，回路上电流也在增加，这是因为输出功率P=UIcos ，机端电压不变所以电流随着功率的增加而增加；（2）励磁不变情况下，同一回路，随着输出功率的增大，首端电压减小，电压损耗也在减小，这是由于输出功率的增大会使发电机输出端电压降低，在功率流向为发电机到系统的情况下，即使电压虽好降低有由于电压降落的横向分量较小，所以电压降落近似为电压损耗；（3）出现电压降落为负的情况是因为系统倒送功率给发电机的原因。单回路供电和双回路供电对

8、电力系统稳定性均有一定的影响，其中双回路要稳定一些，单回路稳定性较差。2根据不同运行状态的线路首、末端和中间开关站的实验数据、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点和变化范围。由实验数据，我们可以得到如下结论：（1）送出相同无功相同有功的情况下：单回路所需励磁电压比双回路多，线路电流大小相等，单回路的电压损耗比双回路多；（eg.P=1,Q=0.5时）（2）送出相同无功的条件下，双回路比单回路具有更好的静态稳定性，双回路能够输送的有功最大值要多于单回路；发生这些现象的原因是：双回路电抗比单回路小，所以所需的励磁电压小一些，电压损耗也要少一些，而线路电流由于系统电压不改变；此外，由于电抗越大

9、，稳定性越差，所以单回路具有较好的稳定性。3 比较非全相运行实验的前、后实验数据，分析输电线路输送功率的变化。五、思考题1 影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？答：电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。电力系统的静态稳定性是电力系统正常运行时的稳定性,电力系统静态稳定性的基本性质说明,静态储备越大则静态稳定性越高。影响简单系统静态稳定性的因素主要指来自各个方面的小干扰；还有就是发电机的电势、系统电压、系统元件电抗。小干扰通常指的是正常的负荷波动和系统操作、少量负荷的投入和切除以及系统接线的切换等。2 提高电力系统静态稳定有哪些措施？答:电

10、力系统具有静态稳定性是系统正常运行的必要条件。要提高系统的静态稳定性，主要是提高输送功率的极限。从简单电力系统的功率极限表达式PM =EV/X来看，可以从提高发电机的电势E、提高系统电压V和减小系统元件电抗X这三方面入手。提高静态稳定性的措施很多，但是根本性措施是缩短"电气距离"。主要措施有:（1） 提高发电机的电势E：调节空载电动势，主要可以通过采用自动励磁装置，根据运行状态变量的偏移改变励磁，调节发电机励磁电流，以调节空载电动势。（2） 减小系统元件的电抗X：所以常减小输电线路的电抗，可采用分裂导线、串联电容器补偿、增多输电线路的回路数等方法来减小电抗。（3）提高系统的

11、电压等级，可以提高系统的稳定性，电压越高，电压损耗越小，且增加了输送功率。（4）提高系统的运行电压，通过备有足够的无功功率来完成，如装设调相机、静止补偿器等。（5）改善系统的结构，加强系统联系，缩小电气距离，例如增加回路数等。 （6）采用直流输电。 3.何为电压损耗、电压降落？答：电压损耗是指始末端电压的数值差(U1 U2 )，也用DU表示：DU= U1 U2 ；电压降落是指始末端电压的向量差= (U1 U2 )。 当两点电压的相角差相差不大时，可近似的认为电压损耗就等于电压降落。4.“两表法”测量三相功率的原理是什么？它有什么前提条件？答：1 两表法的测量原理：两表法是表1的电流接A相，电压

12、接Uab；表2的电流接C相，电压接Ucb ，则有P=P1+P2=UabIacos(30°+ ）+ UcbIccos(30°-)=3UIcos2 两表法测量的前提条件：三相三系统可以用两表法测量,但是三相四线系统只有在三相平衡时才可以采用两表法，所以一般电能计量过程中,三相三线系统采用两表法,三相四线系统采用三表法。实验心得：让我们大概了解电力系统的基本运作；同步电机的并网的操作：开始先调转速让同步电机动起来，调节同步机的转速使其频率与电网的频率（50赫兹）非常接近，调节励磁使两者的电压相等，然后观察同期系统，当指针指可以并网的位置时并网。第四章 电力系统功率特性和功率极限实

13、验一、实验目的1 初步掌握电力系统物理模拟实验的基本方法；2 加深理解功率极限的概念，在实验中体会各种提高功率极限措施的作用；3 通过对实验中各种现象的观察，结合所学的理论知识，培养理论结合实际及分析问题的能力。二、原理与说明所谓简单电力系统，一般是指发电机通过变压器、输电线路与无限大容量母线联接而且不计各元件的电阻和导纳的输电系统。对于简单系统，如发电机至系统d轴和q轴总电抗分别为XdS和XqS，则发电机的功率特性为：当发电机装有励磁调节器时，发电机电势Eq随运行情况而变化。根据一般励磁调节器的性能，可认为保持发电机E¢q（或E¢）恒定。这时发电机的功率特性可表示成：或这

14、时功率极限为随着电力系统的发展和扩大，电力系统的稳定性问题更加突出，而提高电力系统稳定性和输送能力的最重要手段之一是尽可能提高电力系统的功率极限，从简单电力系统功率极限的表达式看，提高功率极限可以通过发电机装设性能良好的励磁调节器以提高发电机电势、增加并联运行线路回路数或串联电容补偿等手段以减少系统电抗、受端系统维持较高的运行电压水平或输电线采用中继同步调相机或中继电力系统以稳定系统中继点电压等手段实现。三、实验项目和方法（一）无调节励磁时功率特性和功率极限的测定1网络结构变化对系统静态稳定的影响（改变x）在相同的运行条件下（即系统电压Ux、发电机电势保持Eq保持不变，即并网前Ux=Eq），测

15、定输电线单回线和双回线运行时，发电机的功一角特性曲线，功率极限值和达到功率极限时的功角值。同时观察并记录系统中其他运行参数（如发电机端电压等）的变化。将两种情况下的结果加以比较和分析。实验步骤：（1）输电线路为单回线；（2）发电机与系统并列后，调节发电机使其输出的有功和无功功率为零；（3）功率角指示器调零；（4）逐步增加发电机输出的有功功率，而发电机不调节励磁；（5）观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-1中；（6）输电线路为双回线，重复上述步骤，填入表4-2中。表4-1 单回线d0°10°20°30°40°50°60°

16、70°80°90°P00.20.50.81.01.21.31.41.4失步IA00.6250.6541.0501.3241.6772.0452.3252.536Uz375370370360355345325310290UF375370365355350340320310290Ifd222222222Q0000000.20.30.3表4-2 双回线d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P00.30.81.01.41.41.8 失步IA00.426

17、0.9951.5612.2022.5903.006Uz375375370360350340325UF375370365355340325310Ifd2222222Q0000000注意：（1）有功功率应缓慢调节，每次调节后，需等待一段时间，观察系统是否稳定，以取得准确的测量数值。（2）当系统失稳时，减小原动机出力，使发电机拉入同步状态。2发电机电势Eq不同对系统静态稳定的影响在同一接线及相同的系统电压下，测定发电机电势Eq不同时（Eq<Ux或Eq>Ux）发电机的功一角特性曲线和功率极限。实验步骤：（1） 输电线为单回线，并网前Eq<Ux；（2） 发电机与系统并列后，调节发电机使

18、其输出有功功率为零； （3） 逐步增加发电机输出的有功功率，而发电机不调节励磁；（4） 观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-3中；（5） 输电线为单回线，并网前Eq>Ux，重复上述步骤，填入表4-4中。表4-3 单回线 并网前Eq<Uxd0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P00.30.450.81.01.11.31.3失步IA00.3910.6451.0321.4501.7052.0802.310Uz375375370360350340320305UF3

19、70370360355350335320305Ifd22222222Q0000000.10.2表4-4 单回线 并网前 Eq>Uxd0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P00.20.50.71.01.21.31.41.4失步IA00.3150.6000.9951.4001.7502.1652.2102.450Uz375375370360350340315305300UF370370365360350335315305300Ifd222222222Q0+00000.10

20、.20.20.3（二）手动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定给定初始运行方式，在增加发电机有功输出时，手动调节励磁保持发电机端电压恒定，测定发电机的功一角曲线和功率极限，并与无调节励磁时所得的结果比较分析，说明励磁调节对功率特性的影响。通常自动调节励磁装置按照发电机端电压的变化而调节励磁电流此时Eq不再是常数功角特性发生了改变。实验步骤：（1）单回线输电线路；（2）发电机与系统并列后，使P=0，Q=0，d=0，校正初始值；（3）逐步增加发电机输出的有功功率，调节发电机励磁，保持发电机端电压恒定或无功输出为零；（4）观察并记录系统中运行参数的变化，填入表4-5中。表4-5 单回线 手动调节励磁

21、d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P000.20.40.70.9失步IA00.1100.2100.6000.8801.260Uz375375375375375370UF375375375375375360Ifd222222Q000000表4-6 双回线 手动调节励磁d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P000.30.71.01.5失步IA00.10

22、00.4850.8401.3802.150Uz380380380380380360UF380380380380380360Ifd2.22.22.22.32.52.5Q000000（三）自动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定将自动调节励磁装置接入发电机励磁系统，测定功率特性和功率极限，并将结果与无调节励磁和手动调节励磁时的结果比较，分析自动励磁调节器的作用。自动励磁调节器调节器是为了提高电力系统稳态和动态性能，对同步发电机电机、同步调相机和大型同步电动机的励磁进行自动调节的一种装置。作用是在正常运行工况下维持母线电压为给定水平，即起调压作用。稳定地分配机组间的无功功率。提高电力系统运行的动态性

23、能及输电线路的传输能力。装有快速无失灵区励磁调节器的发电机可运行在人工稳定区，在系统事故下高顶值倍数的快速励磁系统能提高系统的暂态稳定度。励磁控制中引入镇定器后，可提供合适的阻尼力矩，有力地抑制低频振荡和改善电力系统动态品质。1微机自并励（恒流或恒压控制方式），实验步骤自拟；表4-7 单回线 微机自并励方式d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P00.20.40.71.01.21.31.41.4失步IA00.3000.5101.0001.3501.7802.0102.380

24、2.580Uz380380375365355340330315310UF380380375365355340330315310Ifd2.32.32.32.32.32.32.32.32.3Q00000000.20.2表4-8 双回线 微机自并励方式d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P00.40.71.11.41.6 失步IA00.4600.8501.5102.0502.450Uz380380375365355350UF380380375360350340Ifd2.32.3

25、2.32.32.32.3Q0000002微机它励（恒流或恒压控制方式），实验步骤自拟。表4-9 单回线 微机它励方式d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P00.20.50.71.01.21.31.41.4失步IA00.2850.6401.0101.4501.7502.0202.2272.510Uz380380370360350340325310290UF375375370360350340325315300Ifd2.12.12.12.12.12.12.12.12.1Q00

26、00000.20.20.3表4-10 双回线 微机它励方式d0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°P00.30.71.01.21.51.8失步IA00.3350.9801.4651.9602.3603.000Uz380380370360355350325UF380380370360350340320Ifd2.12.12.12.12.12.12.1Q0000000注意事项：1调速器处停机状态时，如果“输出零”灯不亮，不可开机；2实验结束后，通过励磁调节使无功输出为零，通过调速器

27、调节使有功输出为零，解列之后按下调速器的停机按钮使发电机转速至零。跳开操作台所有开关之后，方可关断操作台上的操作电源开关。四、实验报告要求1根据实验装置给出的参数以及实验中的原始运行条件，进行理论计算。将计算结果与实验结果进行比较。2认真整理实验记录，通过实验记录分析的结果对功率极限的原理进行阐述。同时对理论计算和实验记录进行对比，说明产生误差的原因。并作出Uz(d)，P(d) Q(d)特性曲线，对其进行描述。3分析、比较各种运行方式下发电机的功角特性曲线和功率极限。五、思考题1功率角指示器的原理是什么？如何调节其零点？当日光灯供电的相发生改变时，所得的功角值发生什么变化？功率传感器也称功率计

28、探头，它把高频电信号通过能量转换为可以直接检测的电信号。功率指示器包括信号放大、变换和显示器。显示器直接显示功率值。按功率计在测试系统中的连接方式分类有终端式和通过式两种。终端式功率计把功率计探头作为测试系统的终端负载，功率计吸收全部待测功率，由功率指示器直接读取功率值。通过式功率计，它是利用某种耦合装置，如定向耦合器、耦合环、探针等从传输的功率中按一定的比例耦合出一部分功率，送入功率计度量，传输的总功率等于功率表指示值乘以比例系数。 转子转速代表发电机转速Wf,日光灯频率代表系统频率Wx。Wf-Wx=delta（功角）当发电机输出功率为零时,delta=0,所以调节发电机输出使功率为零,此时

29、功角指示器指示即为零点.改变日光灯相时,delta角度不变,但delta零点改变.2 多机系统的输送功率与功角d的关系和简单系统的功角特性有什么区别？电磁功率与功角的关系式被称为“功角特性”或“功率特性”。任一台发电机的功角特性，是它与其余所以发电机电势相角差的函数。在系统含有三台以上发电机的情况下，不能用曲线作出发电机的功角特性。多机系统：系统内任一台发电机运行情况的变化（如电势E和功角），都(13.33) 会影响系统其他发电机的运行状态。复杂电力系统中第i台发电机功角特性方程为3 自并励和它励的区别和各自特性是什么？自并励：发电机转子绕组由专用的直流励磁机供电，即与电枢绕组并联；调整励磁机

30、的磁场电阻， 可改变励磁机的励磁电流。特点：运行可靠性高，可提高机组轴系的稳定性，励磁系统响应快；缺点是励磁电源来自发电机机端，受发电机机端电压变化的影响。它励：它励直流励磁电动机的励磁绕组是由副励磁机供电的；即由独立电源供电。特点：电枢电流等于负载电力或输入电流，与励磁电流无关。区别：电源来源不同，它励比自并励多了一台副励磁机。4 自动励磁调节器对系统静态稳定性有何影响？电力系统必须具有在遭受微小扰动后快速恢复到原来的正常运行状态的能力，这就是电力系统的静态稳定。当电力系统发生扰动时，发电机端的电压就会下降，这样，定子电流也相应增加，于是，励磁电流也会随之增加。在这种情况下，如果接入励磁调节

31、器，当发电机电压下降，励磁调节器将使励磁电流增加，其增加量和速度决定与励磁系统增益和时间常数。如果励磁电流增加分量与的衰减分量相抵消,则系统可以达到一个新的静稳定极限。当发电装置有自动励磁调节装置时，发电机具有发电机端电势为常数的功率特性，相当于将发电机电抗减小为暂态电抗。在理论上缩短了发电机与系统间的电气距离，从而扩大了静态稳定范围，增加了功率极限，即提高了电力系统的静态稳定性。5 实验中，当发电机濒临失步时应采取哪些挽救措施才能避免电机失步？首先应当增加励磁电流，提高发电机电势，若是继续发生失步现象应立刻断开并车开关，切断励磁电流，最后切断原动机，并将原动机转速降为零。第五章 电力系统暂态

32、稳定实验一、实验目的1通过实验加深对电力系统暂态稳定内容的理解，使课堂理论教学与实践结合，提高学生的感性认识。2学生通过实际操作，从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施。3用数字式记忆示波器测出短路时短路电流的非周期分量波形图，并进行分析。二、原理与说明电力系统暂态稳定问题是指电力系统受到较大的扰动之后，各发电机能否继续保持同步运行的问题。在各种扰动中以短路故障的扰动最为严重。正常运行时发电机功率特性为：P1（Eo×Uo）×sin1/X1；短路运行时发电机功率特性为：P2（Eo×Uo）×sin2/X2；故障切除发电机功率特性为： P3（Eo×Uo）×sin3/X3；对这三个公式进行比较，我们可以知道决定功率特性发生变化与阻抗和功角特性有关。而系统保持稳定条件是切除故障角c小于max，max可由等面积原则计算出来。本实验就是基于此原理，由于不同短路状态下，系统阻抗X2不同，同时切除故障线路不同也使X3不同，max也不同，使对故障切除的时间要求也不同。 同时，在故障发生时及故障切除通过强励磁增加发电机的电势，使发电机功率特性中Eo增加，使max增加，相应故障切除的时间也可延长；由于电力系统发生瞬间单相接地故障较多，发生瞬间单相故障时采用自动重合闸，使系统进入正常工作状态。这二种