电力系统分析实验手册.docx

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电力系统分析实验手册

红河学院工学院自动化系

实验一电力系统设备认识实验

实验目的：

1．熟悉该综合试验台的组成部分和基本特点。

2．掌握该实验设备的基本操作。

实验安全操作说明

为了顺利完成电力系统综合自动化实验平台的全部实验，确保实验时人身安全与设备的安全可靠运行，实验人员严格遵守如下安全说明：

1.与监控主站的电源插头配合使用的插座，一经确定后不可随意调整，原因有二：

（1）该插座容量要求较高，若换用其它容量较低的插座，实验时的冲击电流会导致监控主站上的电源开关跳开。

（2）该插座与监控主站插头的相序已经对应，若换用的插座与监控主站插头的相序不对应，并列实验时会对仪表和发电机组产生冲击，严重时可能导致设备损坏。

2.上电前，应做如下工作：

（1）检查实验装置、监控主站和发电机组间的电缆线是否可靠连接。

（2）实验装置的地线必须与实验室的地线相连，保证实验装置可靠接地，

（3）实验装置和监控主站间的通讯线是否可靠连接。

3.上电后，实验前，应注意：

（1）观察实验装置上方的电压表或者通过“N母电压切换”转换开关检查各母线电压是否正常。

（2）上电后实验装置面板上的实验区按钮不可随意乱按，因为有的实验相间短路或者单相接地电流很大，即使做实验时，也要短时间的按，不可长时间按“试验”按钮！

！

（3）检查微机准同期装置、微机励磁装置和直流电动机调速装置的参数设置是否为实验要求的值。

如果不是，请修改相关设置。

4.实验过程中，人体不可接触带电线路，如三相自耦调压器输入、输出接线端。

5.实验装置带电时，切记不可接触实验装置内部接线的任何元器件，以免触电。

6.发电机组启动后，切勿推拉发电机组。

7.在进行发电机组与系统间的解列操作时，要使发电机组的有功功率P和无功功率Q接近于零，即：

零功率解列。

8.监控主站上的总电源应由实验指导教师来控制，其他人员只能经指导教师允许后方可操作，不得自行合闸。

9.保护装置中的有些参数为固定参数，是根据实验装置本身而设定的，不可随意更改，需要更改时，实验完在改回原值即可（比如保护装置中的“接线方式”控制字和一些系统参数设

实验二微机自动准同期装置的操作实验

一、实验目的

1.熟悉同步发电机准同期并列过程；

2.加深理解同步发电机并列条件；

3.会使用微机自动准同期、微机半自动准同期和手动同期三种方式并列；

4.掌握微机自动准同期装置和同期表的使用方法。

二、实验原理

将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用微机自动准同期并列方式。

微机自动准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足压差和频差要求后，由微机自动准同期装置发出并列信号，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。

微机自动准同期装置的电源由系统电经电压互感器提供，这也是微机自动准同期装置显示的“系统频率”和“系统PT”值的来源。

本实验装置采用直流电动机“微机调速装置”来调节转速，用“微机励磁调节装置”来调节励磁，采用“微机自动准同期装置”的自动并列、半自动并列和同期表的手动并列三种方式并列。

为了使待电机组满足并列条件，完成并列自动化的任务，微机自动准同期装置需要满足以下基本技术要求：

1.在频差或电压差均满足要求时，自动准同期装置在设定的导前时间瞬间发出合闸信号，使断路器在相角差为零时闭合。

2.在频差和电压差有任一满足要求时，或都不满足要求时，虽然设定的导前时间到达，自动准同期装置不发出合闸信号。

3.在完成上述两项基本并列要求后，自动准同期装置要具有均压和均频的功能。

如果频差不满足要求，是发电机转速引起的，此时自动准同期装置要发出均频脉冲，改变发电机组的转速。

如果电压差不满足要求，是发电机的励磁电流引起的，此时自动准同期装置要发出均压脉冲，改变发电机的励磁电压的大小。

该微机发电机保护实验装置的并列方式可分为：

自动准同期并列、半自动准同期并列和手动同期并列三种方式。

半自动准同期并列方式没有频差调节和压差调节功能。

并列时，待并发电机的频率和电压由运行人员监视和调整，当频率和电压都满足并列条件时，微机自动准同期装置就在设定的导前时间发出合闸信号。

手动同期并列也是由运行人员调整待并发电机的频率和电压，同时观测面板上的“同期”表的指针偏转情况，当条件满足时，由运行人员手动按下面板上的“手动同期”按钮，进行并列。

三、实验步骤

全自动同期并列：

1.用导线将1#发电机实验台、变压器实验台和线路实验台上的“合闸回路”端子与“合闸回路”端子短接，“跳闸回路”端子与“跳闸回路”端子短接，“A相TV出”端子与“A相TV入”端子短接,“A相TA出”端子与“A相TA入”端子短接。

2.合上监控实验台总漏电断路器，按下启动按钮，此时面板上的转换开关处于并网状态，然后合上1#发电机保护实验台的控制电源，按下启动按钮，发电机风机启动。

3.按下调速控制器“运行/停止”按键1～2秒，至“运行/停止”灯亮，电动机慢慢启动，当电枢电压逐渐至给定电压，观察“微机励磁调节装置”上显示的转速或者面板右侧转速表显示的转速，此时发电机组的转速约为1300r/min，机端电压显示16V左右。

4.手动点击触摸屏上的“主画面”，按钮，进入主界面。

将微机励磁调节器的机端电压给定值设置到90%UN，其方法：

先点击触摸屏上的“用户登录”-“密码输入”输入“1111”-“ENT”-“返回主页”，再点击“参数设定”-“确认”-“调节参数”-“常规参数”-“起励PT电压”设置为“90V”（其PT额定值为100V），初始设置通常为90%UN。

5.按下起励按钮，五秒钟后发电机起励成功，此时机端电压约为360V左右，调节电动机调速器开大按钮，使电动机转速达到额定1500转，调节触摸屏增励按钮，使发电机机端电压达到额定电压380V。

6．合上线路保护实验台控制电源、Ⅰ母电源断路器及Ⅳ母电源断路器，按下启动按钮，合上实验台面板上的QF4、QF5、QF9。

7．合上变压器实验台的控制电源和Ⅰ’母电源断路器，按下启动按钮，合上实验台面板上的QF2、QF3。

8.打开自动同期装置的电源开关，同期装置自动调频调压，当压差和频差满足同期并列条件时（压差设置为3%，频差为0.2HZ），发出合闸信号，发电机实验台面板上的QF1合闸，完成同期并列。

半自动同期并列：

1、若要实现半自动准同期并列，完成全自动同期并列中的前7个步骤，并把自动同期装置上的自动调频和自动调压闭锁（闭锁状态下自动调频、自动调压指示灯灭，调节方式见备注）

2.手动调节调速装置上的开大关小按键及触摸屏上的增励和减励按钮，观察自动同期装置上的电压和频率期表，当发电机机端电压、频率达到同期条件，同期装置自动发出合闸信号，使面板上的QF1合闸，完成半自动准同期并列。

手动同期并列：

1、若要实现手动准同期并列，完成全自动同期并列中的前7个步骤，并把发电机面板上的同期方式开关切换到手动状态。

2.手动调节调速装置上的开大关小按键及触摸屏上的增励和减励按钮，观察发电机面板上的同期表，当发电机机端电压、频率达到同期条件，手动按下发电机实验区中的手动同期按钮，使面板上的QF1合闸，完成手动准同期并列。

解列停机：

1.观察发电机实验面板上的有功功率和无功功率表，当指示为零时，手动断开发电机慢板上的QF1完成解列。

2..操记录相关数据后，按下发电机实验区中的灭磁开关或触摸屏上的灭磁按钮，触摸屏提示灭磁，且机端电压降至初始值；

6、按下调速控制器“运行/停止”按键1～2秒，至“运行/停止”灯灭，电动机转速降至0；

7、实验完毕后先按下1#发电机保护实验台、变压器保护实验台及输电线路保护实验台上的停止按钮，断开上述实验台的控制电源断路器及母线电源控制器，最后断监控实验台停止按钮总漏电断路器。

实验三单机—无穷大系统稳态运行方式实验

一、实验目的

1.熟悉远距离输电的线路基本结构和参数的测试方法；

2.掌握对称稳定工况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围；

3.掌握电力系统稳态不对称运行对发电机的影响；

4.通过实验分析，进一步掌握简单电力系统潮流分布的概念，了解和掌握对称稳定情况下，输电系统网络结构和运行方式变化对简单电力系统潮流分布的影响。

二、实验原理

单机-无穷大系统模型，是简单电力系统分析的最基本，最主要的研究对象。

本实验平台建立的是一种物理模型，如下图6-1所示：

图6-1一次系统接线图

发电机组的原动机采用国际直流电动机模拟，但其特性与电厂的大型原动机并不相似。

发电机组并列以后，输出有功功率的大小可以通过调节直流电动机的电枢电压来调节。

发电机组的三相同步发电机采用的是工业现场标准的小型发电机，参数与大型同步发电机不相似，但可将其看做一种具有特殊参数的电力系统发电机。

实验平台的变压器采用的是380：

380的干式变压器来模拟升压变，变压器采用的是△-Y型接法。

实验平台的输电线路是用多个接成链型的电抗器线圈来模拟线路的阻抗，，其电抗值满足模拟输电线路的相似条件。

“无穷大”系统采用大功率三相自耦调压器，三相自耦调压器的容量远大于发电机的容量，可以近似看做无穷大电源，并且通过调压器可以方便的模拟系统电压的波动。

另外实验平台还就一次系统的发电-变电-输电分别配置了对应的二次保护和各类故障模拟开关，二次保护装置采用的是许继生产的用于现场的工业级微机保护装置，例如发电机组配置的微机发电机组保护装置WFB-821,后备保护装置WFB-822,升压变压器实验装置配置的微机变压器主保护装置WBH-821,后备保护装置WBH-822,输电线路上配置了带有距离保护的微机线路保护装置WXH-825。

各保护的具体内容参见具体实验指导及装置说明书。

实验平台提供的测量仪表可以方便的测量电压、电流、有功、无功、频率，其测量值都是电力系统一次部分的实际值，用表计测量虽然精确度差一些，但是比较直观。

比较精确的测量数据就是各保护装置中采集的具体位置的电压、电流（例如发电机机端、中性点，变压器高压侧、低压侧）以及有功、无功，功率因数等。

但是，各保护装置采集的均是电压电流互感器二次回路值，电压互感器均是是380V/100V,电流互感器5A/5A，也就是说电压、功率是要经过换算才能和一次表计对应。

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功角指示装置。

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。

三、实验内容与步骤

单回路稳态对称运行实验

4.手动点击触摸屏上的“主画面”，按钮，进入主界面。

将微机励磁调节器的机端电压给定值设置到90%UN，其方法：

6．合上线路保护实验台控制电源、Ⅰ母电源断路器及Ⅳ母电源断路器，按下启动按钮，合上实验台面板上的QF4、QF5、QF9。

7．合上变压器实验台的控制电源和Ⅰ’母电源断路器，按下启动按钮，合上实验台面板上的QF2、QF3。

9.调节直流电动机微机调速装置的开大、关小键，调整发电机有功功率；调节微机励磁装置増励、减励键，改变发电机的电压，调整发电机的无功功率，使电力输电系统处于不同的运行状态，观察并记录线路首、末端测量表计值，计算分析和比较运行状态不同时，运行参数（电压损耗、电压降落、沿线电压变化、两端无功功率的方向等）变化的特点及数值范围，记录于数据表5-1-1中。

注：

在调节功率过程中发电机组一旦出现失步问题，立即进行以下操作，使发电机恢复同步运行状态：

操作直流电动机调速装置的“减速”按键，减少有功的输送，增加励磁给定，提高发电机电势；单回路切换成双回路。

10.实验完毕后，调节发电机保护实验台上的调速装置和触摸屏，观察发电机实验面板上的有功功率和无功功率表，当指示为零时，手动断开发电机慢板上的QF1完成解列。

11..按下发电机实验区中的灭磁开关或触摸屏上的灭磁按钮，触摸屏提示灭磁，且机端电压降至初始值；

12、按下调速控制器“运行/停止”按键1～2秒，至“运行/停止”灯灭，电动机转速降至0；

13、按下发电机保护实验台、变压器保护实验台及输电线路保护实验台上的停止按钮，断开上述实验台的控制电源断路器及母线电源控制器，最后断监控实验台停止按钮总漏电断路器。

表3-1

参数

结构

△U

△P

△Q

单回路

0.3

0.6

1.0

双回路

0.3

0.6

1.0

1.5

1.双回路对称运行与单回路对称运行比较试验

实验步骤基本同实验内容1，只是将原来的单回路改成双回路运行。

观察并记录数据于表6-1中，将实验结果与实验1进行比较和分析。

2.单回路稳态非全相运行实验

（1）输送单回路稳态对称运行相同的功率，此时在发电机实验故障区按下“非全相”试验按钮，（不要超过20S）,即只有一回路的两相在运行，其它操作同上。

观察此状态下的三相电流、电压值，观察并记录运行状态和参数变化情况记录于表6-2中，将实验结果与实验1进行比较；（备注在：

由于实验装置的有功功率表和无功功率表只能测量三相平衡状态下的有功功率和无功功率值，所以在非全相运行状态下，有功功率和无功功率值应从微机励磁装置中读出）

表3-2cosφ=0.8Us=340V

参数

状态

P1（kW）

单回路全相运行

0.3

0.6

单回路非全相运行

0.3

0.6

（2）发电机组的解列和停机同上。

四、思考题：

1.整理实验数据，说明单回路输电和双回路输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，分析输电线路各运行参数的变化。

实验四电力系统功率特性和功率极限实验

一、实验目的

1.加深理解发电机功率特性和功率极限的概念；

2.通过实验了解提高电力系统功率极限的措施；

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结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

和

，则凸极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

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

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要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中继点电压等手段实现。

三、实验内容与步骤

开电源前，调整实验装置上各切换开关的位置，确保三个实验装置电压为同一相电压或线电压，并列方式为半自动同期方式。

并列前发电机组运行15分钟左右，再并列更稳定。

（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（改变输电线路阻抗）

在相同的运行条件下（即系统电压Us、发电机电势保持不变，即并列前Us=Eq），测定输电线为单回线和双回线运行时，发电机的功—角特性曲线；特别是单回线功率极限值和达到功率极限值时的功角值。

同时观察并记录系统中其他运行参数的变化。

将两种情况下的结果加以比较和分析。

实验步骤如下：

4.手动点击触摸屏上的“主画面”，按钮，进入主界面。

将微机励磁调节器的机端电压给定值设置到90%UN，其方法：

6．合上线路保护实验台控制电源、Ⅰ母电源断路器及Ⅳ母电源断路器，按下启动按钮，合上实验台面板上的QF4、QF5、QF9。

7．合上变压器实验台的控制电源和Ⅰ’母电源断路器，按下启动按钮，合上实验台面板上的QF2、QF3。

9.调节发电机使其输出的有功功率为零，不调节励磁，逐步增加发电机输出有功功率，观察并记录系统中运行参数的变化，填入表6-3中。

功角可以通过功角指示器读出。

10.将单回线改为双回线，重复上述步骤，填入表6-4中。

11.实验完毕后，调节发电机保护实验台上的调速装置和触摸屏，观察发电机实验面板上的有功功率和无功功率表，当指示为零时，手动断开发电机慢板上的QF1完成解列。

12..按下发电机实验区中的灭磁开关或触摸屏上的灭磁按钮，触摸屏提示灭磁，且机端电压降至初始值；

13、按下调速控制器“运行/停止”按键1～2秒，至“运行/停止”灯灭，电动机转速降至0；

14、按下发电机保护实验台、变压器保护实验台及输电线路保护实验台上的停止按钮，断开上述实验台的控制电源断路器及母线电源控制器，最后断监控实验台停止按钮总漏电断路器。

注：

在功率调节过程中，有功功率应缓慢调节，每次调节后，需要等待一段时间，直流电动机调速装置显示给定电枢电压和实际电枢电压，按增速键后，给定电枢电压增加1V,这时候调速装置会有1V缓慢增加的过程，要待显示实际电压稳定后，记录数据后再调节。

从保护装置中读到的功率值比较准确，但需要换算电压互感器380V/100V,电流互感器5A/5A。

注：

在调节功率过程中一旦出现失步问题，立即进行以下操作，使发电机恢复同步运行状态：

操作微机调速装置上的“减速键”，减小有功功率，单回路切换成双回路。

表4-1单回线

0°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

Ifd

表4-2双回线

0°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

Ifd

P-有功功率；Q-无功功率；

-励磁电流；

-机端电压；

-机端电流

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，测定并列前发电机电势不同时（Eq＜Us或Eq＞Us）发电机的功角特性曲线和功率极限。

实验步骤：

4.手动点击触摸屏上的“主画面”，按钮，进入主界面。

将微机励磁调节器的机端电压给定值设置到90%UN，其方法：

5.按下起励按钮，五秒钟后发电机起励成功，此时机端电压约为36

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