电力系统基础实验指导书.docx
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电力系统基础实验指导书
电力系统基础实验指导书
北京建筑大学
建电系
实验一一机—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；不对称度运行对发电机的影响等。
二、预习与思考
1、何为电压损耗和电压降落？
2、影响简单电力系统静态稳定性的因素有哪些？
3、提高电力系统静态稳定有哪些措施？
三、实验原理
电力系统稳态对称和不对称运动分析，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、更为直观的、易于形成的深刻记忆的手段之一。
实验用一次系统接线图如图2-1所示。
图2-1一次系统接线图
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。
试验台的输电线路使用多个结成链形的电抗线圈来模拟，其电抗值满足相似条件。
“无穷大”无线就是直接用实验室的交流电源，因此是由实际电力系统供电的，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）。
利用光电编码盘的脉冲信号测量交流发电机的转速，此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。
四、实验设备
序号
型号
使用仪器名称
数量
备注
1
EAL-01
电源输出
1
2
EAL-02
双回路输出电路
1
3
EAL-03
微机接口
1
4
EAL-04
原动机调速系统
1
5
EAL-05
发电机励磁系统
1
6
EAL-06
准同期控制器
1
7
EAL-07
线路保护
1
五、实验内容与步骤
1、实验准备
1）、合上实验台断路器；
2）、打开软件；
3）、合上实验台上挂箱EAL-01的“合闸”按钮（实验主界面的EAL-01中的“合闸”按钮）。
2、实验步骤
1）、单回路稳态对称运行实验
①、合上EAL-02上的状态开关QF2、QF6、QF4、QFS，使系统运行在单回路状态下；
②、按照实验一进行启机、建压、并网；
③、通过调速器中的“加速”“减速”按钮改变原动机功率，通过励磁调节器中“增磁”“减磁”按钮改变发电机功率，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），在EAL-02中右下角点击PV4中（A、B、C相）观察并记录线路首端电压值，点击PV1中（A、B、C相）观察记录线路末端电压值、点击PV3中（A、B、C相）观察记录线路开关站的电压值；
特别注意：
调节“加速”、“减速”按钮改变有功功率P时，操作要慢；特别是调节“增磁”、“减磁”按钮改变无功功率Q时，操作一定要谨慎，同时注意观测发电机机端电压，以防过高。
④、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。
⑤、进行解列操作、灭磁操作和停机操作（具体操作方法参考实验一）；
2）、双回路对称运行与单回路对称运行比较实验
①、按照单回路稳态对称运行实验进行双回路对称运行实验，只是将单回路切换为双回路（将EAL-02上的继电器QF1、QF3合上）；
③、将实验1的结果与实验2进行比较和分析。
如表2-1。
表2-1
P
Q
I（PA1,PA2）
（ABC）
（PV3）
（ABC）
（PV1，PV4）
（ABC）
单
回
路
双
回
路
注：
—励磁电压；
—系统无穷大电压；
—发电机端电压；
—输电线路的电压损耗；△U—输电线路的电压损耗；
六、注意事项
1、实验台上能进行的操作，在实验界面上都可以通过相应的按钮来实现；
2、当EAL-01、EAL-04或EAL-05过流指示灯亮时，不能进行其他操作，要进行相应的复位后，重新做实验。
七、实验报告
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电路首、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的范围；
3、根据实验数据，比较分析P与
、Q与U之间的关系，可以得出哪些重要结论？
4、提高电力系统静态稳定有哪些措施？
实验二电力系统暂态稳定实验
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；
二、预习与思考
1、不同短路状态下对系统阻抗产生影响的机理是什么？
2、提高电力系统暂态稳定的措施有哪些？
三、实验原理
电力系统暂态稳定性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。
在各种扰动中以断路故障的扰动最为严重。
正常运行时发电机功率特性为：
（1）
短路运行时发电机功率特性为：
；
（2）
故障切除发电机功率为：
；（3）
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
小于
，
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
不同,同时切除故障线路不同也使
不同，
也不同，使对故障切除时的时间要求也不同。
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
增加，使
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，发生瞬间单相故障是采用自动重合闸，使系统进入正常工作状态。
这二种方法有利于提高系统的稳定性。
四、实验设备
序号
型号
使用仪器名称
数量
备注
1
EAL-01
电源输出
1
2
EAL-02
双回路输出电路
1
3
EAL-03
微机接口
1
4
EAL-04
原动机调速系统
1
5
EAL-05
发电机励磁系统
1
6
EAL-06
准同期控制器
1
7
EAL-07
线路保护
1
五、实验内容与步骤
1、实验准备
1）、合上实验台断路器；
2）、打开软件；
3）、合上实验台上挂箱EAL-01的“合闸”按钮（实验主界面的EAL-01中的“合闸”按钮）。
2、短路对电力系统暂态稳定的影响
短路类型对暂态稳定影响
本实验台通过通过操作界面EAL-07上的四个短路选择按钮，可组合成单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路和三相短路四种故障方式，固定短路地点，短路类型和系统运行条件。
开机、建压、并网；（提示：
B相单跳恢复为全相运行）
在微机保护装置中，所有投切时间整定值设置“0”，即如下5项设置为“0”：
过流保护器使用选择
0
速断保护投切
0
限时速断保护投切
0
过流保护投切
0
重合闸投切
0
选择“恒
”工作方式；
特别注意：
调压器输出电压约270V，发电机端电压270V。
软件故障设置，分别按照表3-1、3-2、3-3、3-4设置成相应的故障类型；
测定不同短路运行时能保持系统稳定时发电机所能输出的最大功率，并进行比较，分析不同短路类型对暂态稳定的影响。
将实验结果与理论分析结果进行分析比较。
为系统可以稳定输出的极限，最大电流读数可以从微机保护装置的故障显示中读出。
提示：
四种回路结构中，建议最后测定双回路的
值。
从一种类型到另一种类型，按照如下步骤进行：
每测完一组
后，注意及时短路复位；
先减速，将有功功率P降下来；
改变线路结构；
进行短路设置；
测试
值。
表3-1短路切除时间t=200s短路类型：
单相接地短路
QF1
QF2
QF3
QF4
QF5
QF6
最大短路电流（A）
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
（0：
表示对应线路开关断开状态1：
表示对应线路开关闭合状态）
表3-2短路切除时间t=200s短路类型：
两相相间短路
QF1
QF2
QF3
QF4
QF5
QF6
最大短路电流（A）
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
表3-3短路切除时间t=200s短路类型：
两相接地短路
QF1
QF2
QF3
QF4
QF5
QF6
最大短路电流（A）
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
表3-4短路切除时间t=200s短路类型：
三相短路
QF1
QF2
QF3
QF4
QF5
QF6
最大短路电流（A）
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
六、注意事项
1、实验台上能进行的操作，在实验界面上都可以通过相应的按钮来实现；
2、当EAL-01、EAL-04或EAL-05过流指示灯亮时，不能进行其他操作，要进行相应的复位后，重新做实验。
七、实验报告
1、整理不同短路类型下获得的实验数据，通过对比，对不同短路类型进行定性分析，详细说明不同短路类型对系统稳定性的影响。
2、通过实验中观察到的现象，说明两种提高暂态稳定的措施。
3、当系统采用不同接线形式时，比较所测得的极限功率的大小，由此得出什么重要结论？
4、解释你所观察到的失步现象。
电机启动、建压和停机实验
一、实验目的
1、掌握实验设备的正确使用方法。
2、掌握开机、停机的方法。
二、预习与思考
1、本实验系统由几部分组成？
各部分的功能是什么？
2、在实验中需要注意什么？
三、原理说明
实验台由三相交流电源、双回路、准同期控制器、微机线路保护、发电机励磁系统、原动机调速系统和发电机组几部分组成。
四、实验设备
序号
型号
使用仪器名称
数量
备注
1
EAL-01
电源输出
1
2
EAL-02
双回路输出电路
1
3
EAL-06
准同期控制器
1
4
EAL-07
线路保护装置
1
5
EAL-16
发电机励磁系统
1
6
EAL-17
原动机调速系统
1
五、实验内容与步骤
1、电机启动和建压实验
1）、打开电脑；
2）、合上实验台左侧的断路器；
3）、打开LIBVIEW7.0软件，运行实验届面7.7点击如下图标；检查实验台（界面）各开关状态，EAL-01上的断开指示灯亮（绿灯），合闸指示灯熄灭。
进入实验届面EAL-02双回路中，将实验台上的各开关状态打在OFF（绿色）状态。
；（备注：
在运行实验界面时先运行一分钟点后击停止按钮，再点击运行按停止钮）。
4）、在EAL-17中将励磁开关打开；
5）、将EAL-01的合闸按钮按下,把电压调至220V。
6）、进入“原动机调速系统”界面，合上“KM1”。
7）、进入“发电机励磁系统”励磁方式选择微机他励“KM5”（合上“KM5”）,然后合上“KM3”，进入“微机控制器”，控制方式选择“恒
”运行方式（励磁调节器中按下“恒
”按钮），“恒
”指示灯亮。
然后点击最左下方的“停机”。
8）、进入“双回路输出电路”界面，点击合上EAL-02上的系统电压开关“QFS”；合上EAL-02上的线路开关QF2、QF6、QF4。
9）、在微机控制器中的原动机调速器中，“开机方式”自动选择为“微机自动”方式（调速器中），微机自动指示灯亮；
10）、并网操作，同期方式选择“全自动”，发同期命令。
11）、在调速器中将发电机频率调到49.8HZ，在励磁调节器中将发电机电压幅值调到220V；
2、停机实验
1）、减磁至无功接近0var，减速至有功接近0w。
2）、解列，QFG跳开。
3）、进行灭磁操作。
在本装置中采用的是自动励磁开关灭磁，点击右下方的“灭磁”按钮，自动灭磁。
然后进入“发电机励磁系统”界面，直接断开继电器“KM3”，此时“KM3”的ON灯灭，OFF灯亮,再断开“KM5”，此时“KM5”的ON灯灭，OFF灯亮，表示发电机的励磁开关已断开。
4）、同步发电机组的停机操作。
进入“微机控制器”界面，按下调速器中的“停机/开机”按钮，“停机”指示灯亮，控制参数递减至零，发电机减速，逐渐停止转动。
然后进入“原动机调速系统”界面，断开“KM1”，ON灯灭，OFF灯亮。
进入“双回路输出电路”界面，断开上EAL-02上的系统电压开关“QFS”；断开EAL-02上的线路开关QF2、QF6、QF4。
5）、断开EAL-01电源，即按下EAL-01上的“断开”按钮，此时，表示已经关机，等待下一次开机。
六、注意事项
1、当在作实验的过程中电机的声音出现强烈非常态噪音时，请立即断开空开。
2、当EAL-01、EAL-16或EAL-17过流指示灯亮时，不能进行其他操作，要进行相应的复位后，重新启动。
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