電力系統(tǒng)1實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電力系統(tǒng)1實(shí)驗(yàn)報(bào)告電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)單機(jī)一無(wú)窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)院：電氣信息學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：123030108學(xué)號(hào)：2012141441378姓名：黃金老 師:單機(jī)一無(wú)窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解和掌握對(duì)稱穩(wěn)定情況下，輸電系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀 態(tài)與運(yùn)行參數(shù)的數(shù)值變化范圍；2. 了解和掌握輸電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)不對(duì)稱運(yùn)行的條件；不對(duì)稱 度運(yùn)行參數(shù)的影響；不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)的影響等。二、原理與說(shuō)明電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)對(duì)稱和不對(duì)稱運(yùn)行分析，除了包含許多理 論概念之外，還有一些重要的“數(shù)值概念”。為一條不同電 壓等級(jí)的輸電線路，在典型運(yùn)行方式下，用相對(duì)值表示的 電壓損耗，電壓降落等的數(shù)值范圍，是

2、用于判斷運(yùn)行報(bào)表 或監(jiān)視控制系統(tǒng)測(cè)量值是否正確的參數(shù)依據(jù)。因此，除了 通過(guò)結(jié)合實(shí)際的問(wèn)題，讓學(xué)生掌握此類“數(shù)值概念”外， 實(shí)驗(yàn)也是一條很好的、更為直觀、易于形成深刻記憶的手 段之一。實(shí)驗(yàn)用一次系統(tǒng)接線圖如圖 2所示。XL1QF2OnLi1*5 0 l圖2 一次系統(tǒng)接線圖本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一種物理模型。原動(dòng)機(jī)米用直流電動(dòng)機(jī)來(lái) 模擬，當(dāng)然，它們的特性與大型原動(dòng)機(jī)是不相似的。原動(dòng) 機(jī)輸出功率的大小，可通過(guò)給定直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓來(lái) 調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用標(biāo)準(zhǔn)小型三相同步發(fā)電機(jī)來(lái)模擬電力系 統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)，雖然其參數(shù)不能與大型發(fā)電機(jī)相似，但 也可以看成是一種具有特殊參數(shù)的電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)。發(fā) 電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)可以用

3、外加直流電源通過(guò)手動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)，也 可以切換到臺(tái)上的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn) 臺(tái)的輸電線路是用多個(gè)接成鏈型的電抗線圈來(lái)模擬，其電 抗值滿足相似條件。無(wú)窮大母線就直接用實(shí)驗(yàn)室的交流 電源，因?yàn)樗怯蓪?shí)際電力系統(tǒng)供電的，因此，它基本上 符合“無(wú)窮大”母線的條件。為了進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)置了測(cè)量系統(tǒng)，以測(cè)量各種電 量（電流、電壓、功率、頻率）。為了測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與系 統(tǒng)的相對(duì)位置角（功率角），在發(fā)電機(jī)軸上裝設(shè)了閃光測(cè)角 裝置。此外，臺(tái)上還設(shè)置了模擬短路故障等控制設(shè)備。三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和方法1 單回路穩(wěn)態(tài)對(duì)稱運(yùn)行實(shí)驗(yàn)在本章實(shí)驗(yàn)中，原動(dòng)機(jī)采用手動(dòng)模擬方式開(kāi)機(jī)，勵(lì)磁采 用手動(dòng)勵(lì)磁方式，然后啟機(jī)、建壓、并網(wǎng)

4、后調(diào)整發(fā)電機(jī)電 壓和原動(dòng)機(jī)功率，使輸電系統(tǒng)處于不同的運(yùn)行狀態(tài)（輸送 功率的大小，線路首、末端電壓的差別等），觀察記錄線路 首、末端的測(cè)量表計(jì)值及線路開(kāi)關(guān)站的電壓值，計(jì)算、分析、比較運(yùn)行狀態(tài)不同時(shí)，運(yùn)行參數(shù)變化的特點(diǎn)及數(shù)值范 圍，為電壓損耗、電壓降落、沿線電壓變化、兩端無(wú)功功 率的方向（根據(jù)沿線電壓大小比較判斷）等。2 雙回路對(duì)稱運(yùn)行與單回路對(duì)稱運(yùn)行比較實(shí)驗(yàn)按實(shí)驗(yàn)1的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)2的操作，只是將原來(lái)的單回線 路改成雙回路運(yùn)行。將實(shí)驗(yàn)1的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)2進(jìn)行比較和分 析。表 3-1 XL仁XL2=20,XL3=XL4=40,單回線路 X=60 ,雙回 線路X=30PQIUfUzuu u單回路00.40

5、.565390033060620.40.40.92538003305063+63j0.80.51.67537003304081 + 130j1.213.253200330-10-188+225j雙回路00.81.238036033050630.50.81.53753503304564+40j10.823653453303566+82j20.84.4300290330-30-80+200j注：Uz 中間開(kāi)關(guān)站電壓；U 輸電線路的電壓損耗；U=Uf U輸電線路的電壓降落，V VPX QRV3. 單回路穩(wěn)態(tài)非全相運(yùn)行實(shí)驗(yàn)確定實(shí)現(xiàn)非全相運(yùn)行的接線方式，斷開(kāi)一相時(shí)，與單回 路穩(wěn)態(tài)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)相同的輸送功率

6、下比較其運(yùn)行狀態(tài)的變 化。 具體操作方法如下：（1）首先按雙回路對(duì)稱運(yùn)行的接線方式（不含 QF5）；（2）輸送功率按實(shí)驗(yàn)1中單回路穩(wěn)態(tài)對(duì)稱運(yùn)行的輸送功 率值一樣；（3）微機(jī)保護(hù)定值整定：動(dòng)作時(shí)間 0秒，重合閘時(shí)間100 秒；（4）在故障單元，選擇單相故障相，整定故障時(shí)間為0 t100 ；（5）進(jìn)行單相短路故障，此時(shí)微機(jī)保護(hù)切除故障相，準(zhǔn) 備重合閘，這時(shí)迅速跳開(kāi)“ QF1 ”、“QF3”開(kāi)關(guān)，即只有一 回線路的兩相在運(yùn)行。觀察此狀態(tài)下的三相電流、電壓值 與實(shí)驗(yàn)1進(jìn)行比較；（6） 故障100以后，重合閘成功，系統(tǒng)恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)1 狀態(tài)。表3-2UaUbUcIaI BI CPQs全相運(yùn)行值1951902

7、002.22.210.781+0.78j2002002001.251.250.20.780.2+0.78j（IB電流表壞了，無(wú)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明單回路送電和雙回路送電對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論分析。答：由表3-1的數(shù)據(jù)可知，單回路送電的電壓損耗和電壓降落比雙回路的送電 時(shí)的電壓損耗和電壓降落要大，因此，電力系統(tǒng)雙回路送電比單回路送電更穩(wěn) 定。但這僅僅是從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上降低系統(tǒng)阻抗來(lái)分析，實(shí)際應(yīng)用中選擇雙回線路 或多回線路更是因?yàn)槎嗷鼐€路能提高供電可靠性。電力系統(tǒng)故障有線路單相接 地、相間短路等。如果是單回線路，一旦發(fā)生上述故障，受電端必然會(huì)失電，

8、但如果建成雙回路、甚至三回線路，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，兩條或三條線上同時(shí)發(fā)生 同類事故的可能性大大降低，反過(guò)來(lái)說(shuō)，供電可靠性大大提高了。因此也就提 高了安全穩(wěn)定運(yùn)行的能力。2 .根據(jù)不同運(yùn)行狀態(tài)的線路首、末端和中間開(kāi)關(guān)站的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析、比較 運(yùn)行狀態(tài)不同時(shí)，運(yùn)行參數(shù)變化的特點(diǎn)和變化范圍。答：在單回路運(yùn)行時(shí)，隨著有功輸出的增加，輸出的無(wú)功增加，且電流增加， 電機(jī)輸出電壓減小，電壓降落減小，電壓降落的范圍為-10V60V ;在雙回路運(yùn) 行時(shí)，隨著有功輸出的增加，輸出的無(wú)功無(wú)變化，電流增加得比單回路大，開(kāi) 關(guān)站電壓降低，電機(jī)輸出電壓降低且電壓降落減少，電壓降落的范圍為-30V50V。且電機(jī)的無(wú)功輸出增大到

9、一定程度，線路末端的電壓會(huì)大于線路首端的電壓。七、思考題1、影響簡(jiǎn)單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的因素是哪些？答：電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性的失步， 自動(dòng)恢復(fù)到起始運(yùn)行狀態(tài)的能力。電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的基本性質(zhì)說(shuō)明 ，靜態(tài)儲(chǔ)備越大則靜態(tài)穩(wěn)定性 越高。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中時(shí)刻受到小的擾動(dòng)包括負(fù)荷的隨機(jī)變化，汽輪機(jī)蒸汽壓力的波動(dòng)、發(fā)電機(jī)端電壓發(fā)射點(diǎn)小的偏移等等。影響電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的因素主要指來(lái)自各個(gè)方面的小擾動(dòng)，還有就是發(fā)電機(jī) 的電勢(shì)、系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)元件電抗。2、提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定有哪些措施？答:電力系統(tǒng)具有靜態(tài)穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常運(yùn)行的

10、必要條件。要提高系統(tǒng)的靜態(tài) 穩(wěn)定性，主要是提高輸送功率的極限。從簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的功率極限表達(dá)式Pm =EV/X來(lái)看，可以從提高發(fā)電機(jī)的電勢(shì) E、提高系統(tǒng)電壓 V和減小系統(tǒng)元 件電抗這三方面入手。具體措施如下 :(1) 、減少系統(tǒng)各元件的電抗包括:減小發(fā)電機(jī)和變壓器的電抗，減少線路電抗等，具體方法可有以下幾種：1、提高發(fā)電機(jī)電勢(shì)提高發(fā)電機(jī)電勢(shì)是提高電力系統(tǒng)的功率極限最有效的措施，它主要依靠采用 自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器并改善其性能來(lái)實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，幾乎所有的發(fā)電機(jī) 都裝有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器明顯地提高了功率極限。自動(dòng)勵(lì)磁 調(diào)節(jié)器在整個(gè)發(fā)電機(jī)投資中所占的比重很小，所以，在各種提高穩(wěn)定性的措

11、施 中，總是優(yōu)先考慮使用或改善自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置。2、減少系統(tǒng)的總電抗從簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的功率極限表達(dá)式可以看出，輸電系統(tǒng)的功率極限與系統(tǒng) 總電抗成反比，系統(tǒng)電抗越小，功率極限就越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性也就越高。（1 ）、輸電系統(tǒng)的總電抗由發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線路的電抗組成。發(fā)電 機(jī)和變壓器的電抗與它們的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，力求使它們的電抗減小一些。當(dāng)發(fā) 電機(jī)和變壓器裝有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器時(shí)，發(fā)電機(jī)的實(shí)際電抗已由大減小。因此， 從發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)方面去減小電抗的作用有限。自耦變壓器具有損耗小、體積小、 價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)外，它的電抗也較小，對(duì)提高穩(wěn)定性有利，故在超高壓電力系 統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。（2）、相對(duì)而言，設(shè)法減少輸電

12、線的電抗，則是一個(gè)可循的途徑。主要方 法之一是采用分裂導(dǎo)線， 這可以使線路電抗約減少 20%，而且還能減少或避免 電暈所引起的有功功率損耗。（3）、減少輸電線電抗的另一方法是采用串聯(lián)電容補(bǔ)償。一般來(lái)說(shuō)，補(bǔ)償 度越大，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定越有利，但過(guò)大的補(bǔ)償度可能引起發(fā)電機(jī)的自勵(lì)磁等異常 情況，影響線路繼電保護(hù)的正確動(dòng)作，增大短路電流等，一般取補(bǔ)償度為0.2-0.5。（4）、此外，在超高壓遠(yuǎn)距離輸電中，如輸電功率受穩(wěn)定性限制，也可采用增加輸電回路數(shù)，減少等值電抗，以達(dá)到提高輸電功率的目的。3、提高和穩(wěn)定系統(tǒng)電壓（1 ）、要提高系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平，最主要的是系統(tǒng)中應(yīng)裝設(shè)充足的無(wú)功電 源。在遠(yuǎn)距離輸電線的中途或

13、在負(fù)荷中心裝設(shè)同步調(diào)相機(jī)，將有助于提高和穩(wěn) 定系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。（2）、合理地選用高一級(jí)的電壓， 除了降低損耗、增加輸電容量等作用外， 還能提高電力系統(tǒng)的功率極限，這在設(shè)計(jì)新線路或改造舊線路時(shí)常作為一個(gè)措 施來(lái)考慮。這是因?yàn)閷?duì)于同一結(jié)構(gòu)的輸電線路，采用的額定電壓越高，線路電 抗的標(biāo)幺值就越小，功率極限就越高。在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中，維持和控制母線電壓是調(diào)度部門保證電力系統(tǒng)穩(wěn) 定運(yùn)行的主要和日常工作。維持、控制變電站、發(fā)電廠高壓母線電壓恒定，特別是樞紐廠（站）高壓母線電壓恒定，可以保證和提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3、何為電壓損耗、電壓降落？答：電壓損耗是指始末端電壓的數(shù)值差

14、 U1 - U2，它是由于線路長(zhǎng)度或大負(fù)載 引起的電壓下降，電源側(cè)電壓與負(fù)載側(cè)電壓明顯不同。電壓降落是指始末端電壓的向量差 Ul U2,它同電壓損耗意思差不多，都是 低于220V的，電壓降落還有不同于損耗的其他不確定因素引起。當(dāng)兩點(diǎn)電壓的相角差相差不大時(shí)，可近似的認(rèn)為電壓損耗就等于電壓降落。4、“兩表法”測(cè)量三相功率的原理是什么？它有什么前提條件?答：兩表法是表1的電流接A相，電壓接Uab ；表2的電流接C相，電壓接Ucb 。 兩表法測(cè)量：P R P2 U ab I a C0S(a 30) Ucb Ic cos(30 c) 3UI cos , U為相電壓。在負(fù)荷平衡的三相供電系統(tǒng)中，可以采用這種方式。在A、C兩相設(shè)電流互感器，并將這兩個(gè)相的電流的差值作為B相電流，這樣，三相電流就全了。三相三線系統(tǒng)可以用兩表法測(cè)量，但是三相四線系統(tǒng)只有在三相平衡時(shí)才可 以米用兩表法，所以一般電能計(jì)量過(guò)程中，三相三線系統(tǒng)米用兩表法,三相四線系 統(tǒng)米用三表法 。八、實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)1、電力系統(tǒng)分析的實(shí)驗(yàn)是模擬真實(shí)電力系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，可以讓我們大概了解電 力系統(tǒng)的基本運(yùn)作。在試驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備少，各位同學(xué)團(tuán)結(jié)分工合作，根 據(jù)老師的講解進(jìn)行操作，第一次結(jié)合電力系統(tǒng)