--電力系統(tǒng)功率特性和功率極限試驗

1、力系統(tǒng)實驗指導(dǎo)第四章 電力系統(tǒng)功率特性和功率極限實驗一、實驗?zāi)康?. 初步掌握電力系統(tǒng)物理模擬實驗的根本方法；2. 加深理解功率極限的概念,在實驗中體會各種提升功率極限舉措的作用;3. 通過對實驗中各種現(xiàn)象的觀察,結(jié)合所學(xué)的理論知識,培養(yǎng)理論結(jié)合實 際及分析問題的水平.二、原理與說明所謂簡單電力系統(tǒng),一般是指發(fā)電機通過變壓器、輸電線路與無限大容量 母線聯(lián)接而且不計各元件的電阻和導(dǎo)納的輸電系統(tǒng).對于簡單系統(tǒng),如發(fā)電機至系統(tǒng) d軸和q軸總電抗分別為Xd和Xq ,貝U發(fā) 電機的功率特性為：PEqEXqUsinXdU2X_sin2Xd Xq當發(fā)電機裝有勵磁調(diào)節(jié)器時,發(fā)電機電勢 Eq隨運行情況而變化.根

2、據(jù)一般 勵磁調(diào)節(jié)器的性能,可認為保持發(fā)電機 Eq 或E 恒定.這時發(fā)電機的功率特 性可表示成：或PeEqU iinXdPEq導(dǎo)前XdU2X_sin2Xd Xq這時功率極限為PEmE UXd隨著電力系統(tǒng)的開展和擴大,電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題更加突出,而提升電力 系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸送水平的最重要手段之一是盡可能提升電力系統(tǒng)的功率極限,從簡單電力系統(tǒng)功率極限的表達式看,提升功率極限可以通過發(fā)電機裝設(shè)性能良好 的勵磁調(diào)節(jié)器以提升發(fā)電機電勢、增加并聯(lián)運行線路回路數(shù)或串聯(lián)電容補償?shù)仁?段以減少系統(tǒng)電抗、受端系統(tǒng)維持較高的運行電壓水平或輸電線采用中繼同步調(diào)相 機或中繼電力系統(tǒng)以穩(wěn)定系統(tǒng)中繼點電壓等手段實現(xiàn).三、實驗

3、工程和方法一無調(diào)節(jié)勵磁時功率特性和功率極限的測定1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響改變 X在相同的運行條件下即系統(tǒng)電壓 Ux、發(fā)電機電勢保持Eq保持不變,即并 網(wǎng)前Ux=Eq,測定輸電線單回線和雙回線運行時,發(fā)電機的功一角特性曲線, 功率極限值和到達功率極限時的功角值.同時觀察并記錄系統(tǒng)中其他運行參數(shù)如發(fā)電機端電壓等的變化.將兩種情況下的結(jié)果加以比擬和分析.實驗步驟：1輸電線路為單回線；2發(fā)電機與系統(tǒng)并列后,調(diào)節(jié)發(fā)電機使其輸出的有功和無功功率為零；3功率角指示器調(diào)零；4逐步增加發(fā)電機輸出的有功功率,而發(fā)電機不調(diào)節(jié)勵磁；5觀察并記錄系統(tǒng)中運行參數(shù)的變化,填入表 4-1中；6輸電線路為雙回線,重復(fù)

4、上述步驟,填入表 4-2中.020406080P0IA0UzUfIlQ0表4-1單回線表4-2雙回線020406080P0Ia0UzUfIlQ01有功功率應(yīng)緩慢調(diào)節(jié),每次調(diào)節(jié)后,需等待一段時間,觀察系統(tǒng)是否穩(wěn)定,以取得準確的測量數(shù)值.(2) 當系統(tǒng)失穩(wěn)時,減小原動機出力,使發(fā)電機拉入同步狀態(tài).2 .發(fā)電機電勢Eq不同對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響在同一接線及相同的系統(tǒng)電壓下,測定發(fā)電機電勢Eq不同時(Eq<Ux或Eq>Ux)發(fā)電機的功一角特性曲線和功率極限.實驗步驟：(1) 輸電線為單回線,并網(wǎng)前EqVUx；(2) 發(fā)電機與系統(tǒng)并列后,調(diào)節(jié)發(fā)電機使其輸出有功功率為零；(3) 逐步增加發(fā)電機輸

5、出的有功功率,而發(fā)電機不調(diào)節(jié)勵磁；(4) 觀察并記錄系統(tǒng)中運行參數(shù)的變化,填入表 4-3中；(5) 輸電線為單回線,并網(wǎng)前Eq>Ux,重復(fù)上述步驟,填入表4-4中.表4-3單回線并網(wǎng)前Eq<Ux020406080P0IA0UzUfIlQ0表4-4單回線并網(wǎng)前Eq>Ux020406080P0Ia0UzUfIlQ0+(二) 手動調(diào)節(jié)勵磁時,功率特性和功率極限的測定給定初始運行方式,在增加發(fā)電機有功輸出時,手動調(diào)節(jié)勵磁保持發(fā)電機端 電壓恒定,測定發(fā)電機的功一角曲線和功率極限, 并與無調(diào)節(jié)勵磁時所得的結(jié)果 比擬分析,說明勵磁調(diào)節(jié)對功率特性的影響.實驗步驟：(1) 單回線輸電線路；(2

6、) 發(fā)電機與系統(tǒng)并列后,使 P=0, Q=0,=0,校正初始值；(3) 逐步增加發(fā)電機輸出的有功功率,調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁,保持發(fā)電機端電 壓恒定或無功輸出為零；(4) 觀察并記錄系統(tǒng)中運行參數(shù)的變化,填入表4-5中.表4-5單回線手動調(diào)節(jié)勵磁020406080P0Ia0UzUfIlQ0表4-6雙回線手動調(diào)節(jié)勵磁020406080P0Ia0UzUfIlQ0(三) 自動調(diào)節(jié)勵磁時,功率特性和功率極限的測定將自動調(diào)節(jié)勵磁裝置接入發(fā)電機勵磁系統(tǒng),測定功率特性和功率極限,并將結(jié)果與無調(diào)節(jié)勵磁和手動調(diào)節(jié)勵磁時的結(jié)果比擬,分析自動勵磁調(diào)節(jié)器的作用.1 微機自并勵(恒流或恒壓限制方式),實驗步驟自擬；表4-7單回

7、線微機自并勵方式020406080P0Ia0UzUfIlQ0表4-8雙回線微機自并勵方式020406080P0Ia0UzUfIlQ02微機它勵恒流或恒壓限制方式,實驗步驟自擬表4-9單回線微機它勵方式出為零,解列之后按下調(diào)速器的停機按鈕使發(fā)電機轉(zhuǎn)速至零. 跳開操作臺所有開關(guān)之后,方可關(guān)斷操作臺上的操作電源開關(guān).四、實驗報告要求1根據(jù)實驗裝置給出的參數(shù)以及實驗中的原始運行條件,進行理論計算. 將計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行比擬.2認真整理實驗記錄,通過實驗記錄分析的結(jié)果對功率極限的原理進行闡 述.同時對理論計算和實驗記錄進行比照, 說明產(chǎn)生誤差的原因. 并作出 Uz( ), P( ) Q( )特性曲線

8、,對其進行描述.3分析、比擬各種運行方式下發(fā)電機的功 角特性曲線和功率極限.五、思考題1功率角指示器的原理是什么？如何調(diào)節(jié)其零點？當日光燈供電的相發(fā)生 改變時,所得的功角值發(fā)生什么變化？2多機系統(tǒng)的輸送功率與功角的關(guān)系和簡單系統(tǒng)的功 角特性有什么區(qū)別？3自并勵和它勵的區(qū)別和各自特性是什么？4自動勵磁調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性有何影響？5實驗中,當發(fā)電機瀕臨失步時應(yīng)采取哪些挽救舉措才能防止電機失步？第五章 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實驗一、實驗?zāi)康?通過實驗加深對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定內(nèi)容的理解,使課堂理論教學(xué)與實踐 結(jié)合,提升學(xué)生的感性熟悉.2學(xué)生通過實際操作,從實驗中觀察到系統(tǒng)失步現(xiàn)象和掌握正確處理的措 施.3

9、用數(shù)字式記憶示波器測出短路時短路電流的非周期分量波形圖,并進行 分析.二、原理與說明電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題是指電力系統(tǒng)受到較大的擾動之后, 各發(fā)電機能否繼 續(xù)保持同步運行的問題.在各種擾動中以短路故障的擾動最為嚴重.正常運行時發(fā)電機功率特性為：P1=(EoXUo) x sini/X1 ；短路運行時發(fā)電機功率特性為：P2=( EoXUo) x sin2/X2 ;故障切除發(fā)電機功率特性為：P3=(EoXUo) xsin3/X3 ；對這三個公式進行比擬, 我們可以知道決定功率特性發(fā)生變化與阻抗和功角 特性有關(guān).而系統(tǒng)保持穩(wěn)定條件是切除故障角Sc小于S max $ max可由等面積原那么計算出來.本實驗

10、就是基于此原理,由于不同短路狀態(tài)下,系統(tǒng)阻抗 X2 不 同,同時切除故障線路不同也使 X3不同,S max也不同,使對故障切除的時間 要求也不同.同時,在故障發(fā)生時及故障切除通過強勵磁增加發(fā)電機的電勢, 使發(fā)電機功 率特性中Eo增加,使S max增加,相應(yīng)故障切除的時間也可延長；由于電力系 統(tǒng)發(fā)生瞬間單相接地故障較多, 發(fā)生瞬間單相故障時采用自動重合閘, 使系統(tǒng)進 入正常工作狀態(tài).這二種方法都有利于提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性.三、實驗工程與方法(一) 短路對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響1 短路類型對暫態(tài)穩(wěn)定的影響本實驗臺通過對操作臺上的短路選擇按鈕的組合可進行單相接地短路, 兩相 相間短路,兩相接地短路和三相

11、短路試驗.固定短路地點,短路切除時間和系統(tǒng)運行條件,在發(fā)電機經(jīng)雙回線與無窮大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行時,某一回線發(fā)生某種類型短路,經(jīng)一定時間切除故障成單回 線運行.短路的切除時間在微機保護裝置中設(shè)定,同時要設(shè)定重合閘是否投切.在手動勵磁方式下通過調(diào)速器的增減速按鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機向電網(wǎng)的出力, 測定不同短路運行時能保持系統(tǒng)穩(wěn)定時發(fā)電機所能輸出的最大功率,并進行比 較,分析不同故障類型對暫態(tài)穩(wěn)定的影響. 將實驗結(jié)果與理論分析結(jié)果進行分析 比擬.Pmax為系統(tǒng)可以穩(wěn)定輸出的極限,注意觀察有功表的讀數(shù),當系統(tǒng)出于振 蕩臨界狀態(tài)時,記錄有功表讀數(shù),最大電流讀數(shù)可以從YHB -川型微機保護裝置讀出,具體顯示為：GL-三相

12、過流值GA-A相過流值GB-B相過流值GC-C相過流值微機保護裝置的整定值代碼如下：01：過流保護動作延遲時間02：重合閘動作延遲時間03：過電流整定值04：過流保護投切選擇05:重合閘投切選擇另外,短路時間Td由面板上 短路時間繼電器整定,具體整定參數(shù)為表5-1表5-1整定值代碼0102030405Td整定值0.5(s)/5.00(A)OnOff1.0(s)微機保護裝置的整定方法如下：同時按“ 進入整定值修改畫面.進 入整定值修改畫面后,通過“ 選01整定工程,再按壓觸摸按鈕 ?；? 選擇當保護時間s;通過 選03整定工程,再按壓觸摸按鈕 牛或- 選擇當過電流保護值；通過 選04整定工程,再

13、按壓觸摸按鈕 ?；? 選擇當過電流保護投切 ON ;通過 選05整定工程,再按壓觸摸按鈕 牛 或-選擇重合閘投切為OFF.詳細操作方法 WDT-m C綜合自動化試驗臺使 用說明書.注：同時按下“+“ 按鈕可以恢復(fù)到出廠默認值.自動方式開機,建壓,并網(wǎng),待機組運行穩(wěn)定后,在下面4種不同線路組合下做各種短路試驗,觀察并記錄短路發(fā)生時的最大有功Pmax和最大短路電流.表5-2短路切除時間t=0.5s線路組合 1: QF1= 1 QF2= 1 QF3= 1 QF4= 1 QF5=0 QF6= 1:短路類型P max(W)最大短路電流A單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路0:表示對應(yīng)線路開關(guān)斷開

14、狀態(tài)1 :表示對應(yīng)線路開關(guān)閉合狀態(tài) 表5-3短路切除時間t=0.5s線路組合 2: QF1 = 0 QF2= 1 QF3= 0QF4= 1 QF5=0 QF6= 1:短路類型P max(W)最大短路電流A單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路表5-4短路切除時間t=0.5s線路組合 3: QF1= 1 QF2= 1 QF3= 0QF4= 1 QF5=1 QF6= 1:短路類型P max(W)最大短路電流A單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路表5-5短路切除時間t=0.5s線路組合 4： QF1 = 0 QF2= 1 QF3= 1QF4= 1 QF5=1 QF6= 1:短路類型P

15、max(W)最大短路電流A:單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路2. 故障切除時間對暫態(tài)穩(wěn)定的影響固定短路地點,短路類型和系統(tǒng)運行條件,通過調(diào)速器的增速按鈕增加發(fā)電 機向電網(wǎng)的出力,在測定不同故障切除時間能保持系統(tǒng)穩(wěn)定時發(fā)電機所能輸出的 最大功率,分析故障切除時間對暫態(tài)穩(wěn)定的影響.一次接線方式：QF1 = 1 QF2= 1 QF3= 1QF4= 1 QF5= 0 QF6= 1表5-6短路類型:過流保護動作時間P max(W)最大短路電流(A)0.5 (s)1.0 (s)1.5 (s)例：QF1 = 0 QF2= 1 QF3= 1 QF4= 1 QF5=1QF6= 1(二)研究提升暫態(tài)穩(wěn)

16、定的舉措1 .強行勵磁在微機勵磁方式下短路故障發(fā)生后,微機將自動投入強勵以提升發(fā)電機電 勢.觀察它對提升暫態(tài)穩(wěn)定的作用.2.單相重合閘在電力系統(tǒng)的故障中大多數(shù)是送電線路(特別是架空線路)的瞬時性故障,除此之外也有 永久性故障.在電力系統(tǒng)中采用重合閘的技術(shù)經(jīng)濟效果,主要可歸納如下：(1) 提升供電可靠性；(2) 提升電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性；(3) 對繼電保護誤動作而引起的誤跳閘,也能起到糾正的作用.對瞬時性故障,微機保護裝置切除故障線路后,經(jīng)過延時一定時間將自動重 合原線路,從而恢復(fù)全相供電,提升了故障切除后的功率特性曲線. 同樣通過對 操作臺上的短路按鈕組合,選擇不同的故障相.通過調(diào)速器的增

17、(減)速按鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機向電網(wǎng)的出力, 觀察它對提升暫態(tài) 穩(wěn)定的作用,觀察它對提升暫態(tài)穩(wěn)定的作用.其故障的切除時間在微機保護裝置中進行修改,同時要設(shè)定進行重合閘投 切,并設(shè)定其重合閘時間.其操作步驟同上,不同的是在05整定工程時,按壓觸摸按鈕 ?；蜻x擇投合閘投切on,并選02整定工程時,按壓觸摸按鈕 牛' 或-設(shè)定重合閘動作延時時間.瞬時故障時間由操作臺上的短路時間繼電器設(shè) 定,當瞬時故障時間小于保護動作時間時保護不會動作；當瞬時故障時間大于保 護動作時間而小于重合閘時間,能保證重合閘成功,當瞬時故障時間大于重合閘 時間,重合閘后那么認為線路為永久性故障加速跳開整條線路.表5-7整定值代

18、碼0102030405Td保護不動作0.21.55.00onon0.1重合閘0.21.55.00onon1.0永久故障0.21.55.00onon3.0三異步運行和再同步的研究1 在發(fā)電機穩(wěn)定異步運行時,觀察并分析功率,發(fā)電機的轉(zhuǎn)差,振蕩周期 及各表的讀數(shù)變化的特點.2 在不切除發(fā)電機的情況下,研究調(diào)節(jié)原動機功率,調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁對振 蕩周期,發(fā)電機轉(zhuǎn)差的影響,并牽入再同步.考前須知：1 在做單相重合閘實驗時,進行單相故障操作的時間應(yīng)該在接觸器合閘10秒之后進行,否那么,在故障發(fā)生時會跳三相,微機保護裝置會顯示“ GL ,且不會進行重合閘操作.2 實驗結(jié)束后,通過勵磁裝置使無功至零,通過調(diào)速器使有功至零,解列 之后按下調(diào)速器的停機按鈕使發(fā)電機轉(zhuǎn)速至零.跳開操作臺所有開關(guān)之后,方 可關(guān)斷操作臺上的電源關(guān)斷開關(guān),并斷開其他電源開關(guān).3. 對失步處理的方法如下：