《电力系统》实验指导书.docx

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《电力系统》实验指导书

电力系统》实验指导书

常州工学院

实验平台认识

:

WDT-mc型电力系统综合自动化试验装置简介

电力系统综合自动化实验台是一个自动化程度很高的多功能实验平台，它由发电机组、实验操作台、无穷大系统等设备组成O如附图所示，发电机与无穷大之间采用双回路输电线路，并设有中间开尖站，通过中间开矢站和单回、双回线路的组合，使发电机与无穷大系统之间可构成四种不同联络阻抗，供系统实验分析比较时使用（如实验二图2所示）。

图电力系统综合自动化试验台外形图

1・发电机组

它是由同在一个轴上的三相同步发电机（SN=2.5kVA，Vn=400V，

nN=1500r.p.m），模拟原动机用的直流电动机（Pn=2.2kW，Vn=220V）以及测速装置和功率角指示器组成。

直流电动机、同步发电机经弹性联轴器对轴联结后组装在一个活动底盘上构成可移动式机组。

具有结构紧凑、占地少、移动轻便等优点，机组的活动底盘有四个螺旋式支脚和三个橡皮轮，将支脚旋下即可开机实验。

2・试验操作台它是由输电线路及保护单元、功率调节和同期单元，仪表测量和短路故障模拟单元等组成。

输电线路采用具有中间开尖站的双回路输电线路模型，并对其中一段线路设有“YHB・A微机保护装置此线路的过流保护还具有单相自动重合闸功能。

功率调节和同期单元，由“TG・S03B微机调速装置”、“WL・04B微机励磁调节器”、“HGWT-03B微机准同期控制器”等微机型的自动装置和其相对应的手动装置组成。

仪表测量和短路故障模拟单元由各种测量表计及其切换开尖、各种带灯操作按钮以及观测波形用的测试孔和各种类型的短路故障操作等部分组成。

在做电力系统试验时，全部的操作均在试验操作屏台上进行。

3・无穷大系统

无穷大电源是由15kVA的自耦调压器组成。

通过调整自耦调压器的电压可以改变无穷大母线的电压。

试验操作台的“操作面板”上有模拟接线图、操作按钮和切换开尖以及指示灯和测量仪表等。

操作按钮与模拟接线图中被操作的对象结合在一起，并用灯光颜色表示其工作状态，具有直观的效果o红色灯亮表示开矢在合闸位置，绿色灯亮表示开尖在分闸位置。

本试验装置主要是为开设与电力系统运行（稳态及暂态）有矢的教学实验而设计的。

虽然试验装置中的发电机、原动机、励磁系统及输电线路，并未按与大型实际电力系统的相似条件来，进行物理仿真，然而，它们不失为一个真实的“一机一无穷大”的简单电力系统，并且可以定性地、反复地、直观地实验，观测实际电力系统的各种运行状态，而且由于小型发电机与大型发电机参数（标幺值）的差别。

在实验中可以观测与教科书中对大型发电机所作的分析差别，这更有利于引导学生进行思考，从而进一步加深对电力系统运行状态特，性的理解，也有利于培养学生的科学思维能力，有利于对学生进行实际操作和实验研究能力的培训和训练。

实际电力系统中的远距离输电，往往采用双回路输电线路并设中间开尖站来提高暂态稳定，在本试验台中输电线路按双回路来模拟，并将每回线路分成两段，也设置了中间开矢站。

双回输电线路接线示意图如图1-2所示每相的电抗参数设定为：

XL仁XL2=20；XL3二XL4=40。

短路点的N相对发电机中性点电抗

为8；短路点的N相对无穷大电源的中性点电抗为12

图双回输电线路接线示意图

二：

同步发电机组启动和建压操作简介

实验前首先检查WDT-me型电力系统综合自动化试验台、同步发电机组、感应调压器是否具备开机条件，符合要求后合试验台上“操作电源”开尖，此时反映各开尖位置的绿色指示灯亮，同时4台微机装置上电，数码管均能正确显示。

1・开机方式选择

在试验台的“TGS-03B微机调速”装置中有三种开机方式供选择，即“模拟方式”、“微机自动方式”、“微机手动方式”。

（1）当选择“模拟方式”时，应首先将指针电位器调至零，然后合上“原动机开尖”再顺时针旋转指针电位器，当发电机旋转之后，应观察机组稳定情况，然后缓慢加速到额定转速。

（2）当选择“微机自动方式”时，先合上“原动机开矢然后按下“停机/开机”按钮，此时“开机”指示灯亮，“停机”指示灯灭，发电机组自动增速到额

定转速。

（3）当选择“微机手动方式”时，先合上“原动机开矢然后按下“停机/开机”按钮，指示灯同样对应转换，按下“增速”按钮，可以看到控制量的大小，监视发电机转速，直至将发电机调整为额定转速。

（4）本装置可实现“微机自动”与“微机手动”方式的自由切换，在“模拟方式”下可自由切换到“微机方式”，在“微机方式”下通过调节指针电位器观察平衡灯也可在不矢机的情况下可以自由切换到“模拟方式”。

2・励磁方式选择

在试验台上有一个“励磁方式”切换开矢，它可选择三种励磁方式，即“手动励磁方式”、“微机它励方式”、“微机自并励方式”。

（1）当选择“手动励磁方式”时，应先将“手动励磁”调节旋钮反时针旋到零，然后合上“励磁开尖”，顺时针调节“手动励磁”旋钮增加励磁电压，在维持发电机为额定频率时，增加励磁电压，使发电机为额定电压。

（2）当选择“微机它励”或“微机自并励”时，微机励磁调节器选择“恒Uf”运行方式，然后合上“励磁开尖松开“灭磁”按钮，调节器自动起励至给定电压。

3・无穷大电流和线路开尖操作

（1）合上无穷大电源“系统开尖”。

观察“系统电压”表是否为实验要求值，调整自耦调压器的把手，顺时针增大或逆时针减少输出至无穷大母线的电压，调整到实验的要求值（一般为380V）

（2）合上线路开尖“QFT和“QF3”则发电机的母线上得电，此时可以从微机准同期控制器上观察到系统的频率和电压，同时也能看到发电机的频率和电压。

4・同期方式选择

在试验台上有一个“同期方式”切换开矢，它提供三种同期方式供选择，即

“手动同期方式”、“全自动同期方式”、“半自动同期方式”o

（1）当“同期方式”选择为“手动”方式时，则“发电机开尖”两侧的电压施加到“同期表”上，根据“同期表”中的“电压差”和“频率差”调整发电机的转速和电压，使之接近为零。

然后，在“相角差”趋向零时的“导前角”时间合闸，即发电机与系统并列。

（2）当“同期方式”选择为“全自动”方式时，然后按下“微机准同期控制器”上的“同期命令则发电机“调频”、“调压”和“合闸出口”均由微机准同期控制器完成。

（3）当“同期方式”选择为“半自动”方式时，则准同期控制器通过指示灯的亮或者，指示实验人员进行“升压”、“降压”、“增速”、“减速”操作。

当

合闸条件满足时，准同期控制器发出合闸命令，实现同步发电机同期并列操作。

说明：

有尖实验中的接线方式改变及操作位置、参数整定等，以及注意事项，在

《WDT-mc电力系统综合自动化试验台使用说明书》中已作了说明，这里不再赘

述。

学生在实验前，必须先认真阅读该《使用说明书》方可进行实验。

三：

PS-5G型电力系统微机监控试验系统简介

PS-5G型电力系统微机监控试验台是一个高度自动化的、开放式多机电力网综合试验系统，它建立在WDT-me型电力系统综合实验平台的基础之上，将多个实验平台联接成一个大的电力系统，并配置微机监控系统实现电力系统综合自动化的遥测、遥信、遥控、遥调等功能。

使它能够反映现代电能的生产、传输、分配和使用的全过程，充分体现现代电力系统高度自动化、信息化、数字化的特点，实现电力系统的检测、控制、监视、保护、调度的自动化。

这个适应新实验课程体系的开放式公共实验平台，有利于提高学生创新思维与实践能力，更好地培养出高素质的复合型人才。

多机电力网综合试验系统的研制，更新与加强了专业实验内容，改进了实验方法与手段，创建了一套能进行专业课程和综合研究试验的实验装置，建立一个开放式、研究性、综合型的专业实验现代教学体系，提高专业实验的教学质量和水平，更有利于培养学生综合分析问题和解决问题的能力。

附图2电力系统微机监控试验台外形图

1・一次系统构成

开放式多机电力网综合试验系统由3~6台相当于实际电力系统中发电厂的^WDT-mc型电力系统综合自动化试验台”、1台相当于实际电力系统调度通信中心的“P・S5G型电力系统微机监控试验台”（如附图2所示）、6条不同长短的输电线路和3组可改变功率大小的负荷等组成o整个一次系统构成一个可变的多机环型电力网络（如第七章图4所示），便于进行理论计算和实验分析。

每台发电机按600MW机组来模拟，无穷大电源短路容量为6000MVA，主电力网按500kV电压等级来模拟，双回路400km长距离输电线路将功率送入无穷大系统，在距离100km的中间站经联络变压器与220kV母线相联，地方负荷有纯无功负荷、纯有功负荷和正常感性负荷，有利于实验分析和比较。

2・监控系统的配置多机电力网综合试验系统中的计算机监控系统是多目标、多参数、多功能的实时系统，为了使监控系统具有良好的开放f生，并考虑实验系统的具体情况，采用了分层分布式系统配置如附图3所示。

上位机和现地控制单元（LCU）之间采用RS-485通讯网络结构，并且通过通讯网络与各开尖站的智能仪表、控制执行单元（PLC）相联，可通过局域网与远方调度通讯。

附图3监控系统的配置框图

监控管理上位机采用抗干扰性强的工业控制计算机，各电站的LCU采用

具有监控功能的微机励磁系统对机组完成现地监控，各开尖站的电量监测采

用具有数据处理功能的智能仪表对线路、负荷完成现地监测，并通过高可靠性的

PLC对各开尖进行监控和负荷调节，且具有过载报警功能

实验报告要求

1・各个实验系统组成的描述；

2.发电机的各种开机方式和建压方式。

五、思考题

1・发电机的调速系统的作用？

2・发电机的励磁系统的作用？

实验单机一无穷大系统稳态运行方式实验

♦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”夕卜，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