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电力系统及自动化综合实验指导书

电力系统及自动化综合实验报告

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电气工程及其自动化

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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“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3-1

△

单回路

1.6

380

390

0.1

2.8

380

390

0.3

4.1

372

378

390

0.5

5.1

368

372

390

双回路

1.3

380

383

390

0.1

1.8

380

382

390

0.3

3.1

379

382

390

0.5

4.3

375

380

390

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

（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，系统恢复到实验1状态。

表3-2

全相运行值

210

0.1

1.1

非全相运行值

210

205

212

215

200

0.1

215

225

180

0.5

0.75

0.3

220

230

170

1.22

1.32

0.5

205

215

210

212

205

210

0.1

225

190

210

0.35

0.5

0.3

230

175

215

1.22

1.23

0.5

四、实验报告要求

1．整理实验数据，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。

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。

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：

由静稳系数SEq=EV/X，所以影响电力系统静态稳定性的因素主要是：

系统元件电抗，系统电压大小，发电机电势以及扰动的大小。

2．提高电力系统静态稳定有哪些措施？

答：

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）、减少系统各元件的电抗:

减小发电机和变压器的电抗，减少线路电抗（采用分裂导线）;

（2）、提高运行电压水平; （3）、改善电力系统的结构; （4）、采用串联电容器补偿; （5）、采用自动励磁调节装置; （6）、采用直流输电。

3．何为电压损耗、电压降落？

答：

电压损耗指的是输电线路首末两端电压的数值差；电压降落指的是首末两端电压的相量差。

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：

原理：

在测A、B、C三相总功率时，可以用两只功率表接在AB及BC间，测得的值相加即可。

功率表的测量原理是测得电压、电流及其功率角，然后由P=UIcosΦ得到功率的大小，该种接法测得的是线电压、线电流及其夹角，相对于相电压相电流之间夹角而言，增加了120°，若相角为0°，则总功率P=3UI，采用两表发测得的功率为P=2UIcos120°√3=3UI，所以可以用两表法测得。

前提条件：

在负荷平衡的三相系统中可以用两表法测三相功率----三相三线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。

第四章电力系统功率特性和功率极限实验

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

0°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

90°

0.3

0.5

0.63

1.2

1.3

1.4

1.45

1.5

0.5

0.8

1.6

2.0

2.45

2.6

2.90

3.25

388

385

380

372

361

350

335

325

315

290

380

378

372

370

355

345

338

330

320

Ifd

表4-2双回线

0°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

90°

0.3

0.65

1.4

1.8

失步

0.1

1.5

2.45

3.25

390

385

380

378

365

350

325

380

375

370

360

340

320

Ifd

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（EqUx）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

（2）发电机与系统并列后，调节发电机使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

0°

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