電力系統(tǒng)分析試驗(yàn)報(bào)告

1、 電力系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)工程:1 、單機(jī)-無窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn) 2 、 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實(shí)驗(yàn) _ 學(xué) 院： 電氣信息學(xué)院_ 專 業(yè)： 電氣工程及其白動(dòng)化_ 班 級(jí): 2021級(jí) _ 學(xué) 號(hào)： _ 姓 名： _ 單機(jī)一無窮大系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 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

2、， 用相對(duì)值表示的電壓損耗，電壓降落等的數(shù)值范圍，是用丁判斷運(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，除了通過結(jié)合實(shí)際的問題，讓學(xué)生 掌握此類“數(shù)值概念夕卜，實(shí)驗(yàn)也是一條很好的、更為直觀、易丁形成深刻記憶 的手段之一。實(shí)驗(yàn)用一次系統(tǒng)接線圖如圖 2所示。 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)采用直流電動(dòng)機(jī)來模擬，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，可通過給定直流電動(dòng)機(jī) 的電樞電壓來調(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)

3、電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)可以用外加直流電源通過手動(dòng)來調(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模擬，其電抗值滿足相似條件。 “無窮大母線就直接 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，它根本上符合“無 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)工程和方法 2. 雙回路對(duì)稱運(yùn)行與單回路對(duì)稱運(yùn)行比擬實(shí)驗(yàn) XL1 - 9B- 日虞法弗其日 在本章實(shí)驗(yàn)中，

4、原動(dòng)機(jī)采用手動(dòng)模擬方式開機(jī)，勵(lì)磁采用手動(dòng)勵(lì)磁方式，然后啟機(jī)、建 壓、并網(wǎng)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、末端電壓的差異等)，觀察記錄線路首、末端的測(cè)量表計(jì)值及線路開關(guān)站的電 壓值，計(jì)算、分析、比擬運(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、兩端無功功率的方向(根據(jù)沿線電壓大小比擬判斷)等。 進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)2的操作，只是將原來的單回線路改成雙回路運(yùn)行。將實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果進(jìn)行比擬 和分析。 表3-1 P Q I LF Lt Ua AU U 雙回路 0.4 0.4 0.9 350 340 330 20 20 0

5、.8 0.4 1.5 350 340 330 20 20 1.2 0.4 2.25 340 330 330 10 10 1.6 0.4 3.1 315 310 330 -15 -15 注：Lt一中間開關(guān)站電壓； 徵輸電線路的電壓損耗; U 一輸電線路的電壓降落 四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析 在雙回路運(yùn)行時(shí)，隨著有功輸出地增加，電機(jī)輸出電壓降低且電壓降落減少 五、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)定性的根本性質(zhì)說明

6、，靜態(tài)儲(chǔ)藏越大那么靜態(tài)穩(wěn)定性越 高。影響簡(jiǎn)單系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的因素主要指來自各個(gè)方面的小干擾； 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。小干擾通常指的是正常的負(fù)荷波動(dòng)和系 統(tǒng)操作、少量負(fù)荷的投入和切除以及系統(tǒng)接線的切換等。 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，主要是提高輸送公驢的極限。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 X這三方面入手。具體措施如下: 主要措施有： (1) 提高發(fā)電機(jī)的電勢(shì)E:調(diào)節(jié)空載電動(dòng)勢(shì)，主要可以通過采用自動(dòng)

7、勵(lì)磁 裝置，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)變量的偏移改變勵(lì)磁， 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，以調(diào)節(jié)空載電 動(dòng)勢(shì)。 (2) 減小系統(tǒng)元件的電抗X:所以常減小輸電線路的電抗，可采用分裂導(dǎo) 線、申聯(lián)電容器補(bǔ)償、增多輸電線路的回路數(shù)等方法來減小電抗。 (3) 提高系統(tǒng)的電壓等級(jí)，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電壓越高，電壓損耗 越小，且增加了輸送功率。 (4) 提高系統(tǒng)的運(yùn)行電壓，通過備有足夠的無功功率來完成，如裝設(shè)調(diào)相 機(jī)、靜止補(bǔ)償器等。 (5) 改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)系統(tǒng)聯(lián)系，縮小電氣距離，例如增加回路數(shù)等。 (6) 采用直流輸電。 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(Ui - U2),也用AU表示：

8、AU=U - U2 ;電壓降落是指始末端電壓的向量差 (Ui - U2 )。當(dāng)兩點(diǎn)電壓的相角差相 差不大時(shí)，可近似的認(rèn)為電壓損耗就等丁電壓降落。 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+R=UabIaCOS(A3 n)+UcbIcCOS(3X)=3UIcos , U為相電壓。 三相三系統(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 以采用兩表法，所以一般電能計(jì)量過程中，三相三線系統(tǒng)采用兩表法，三相四線系 統(tǒng)采用三表法。 六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與心得體會(huì) 1、電力系統(tǒng)分析的實(shí)驗(yàn)是模

9、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)的根本運(yùn)作，讓我們受益匪淺，在實(shí)驗(yàn)中，由丁只有一臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，各 位同學(xué)團(tuán)結(jié)分工合作，從中我們也學(xué)到了很多實(shí)際操作知識(shí)， 對(duì)丁我們以后的工 作會(huì)很有幫助。 2、此次實(shí)驗(yàn)剛開始，老師就給我們普及了一下關(guān)丁電力系統(tǒng)中開關(guān)紅綠燈狀 態(tài)的知識(shí)，紅燈是危險(xiǎn)，接通，有電；綠燈是平安，斷開，接通。其實(shí)這個(gè)我們 早就該知道，但是老師提問的時(shí)候我們都不干答復(fù)， 這就是理論與實(shí)際脫節(jié)，以 后我們要加強(qiáng)實(shí)踐鍛煉。 3、 此次實(shí)驗(yàn)，我們了解了電力系統(tǒng)中的靜態(tài)穩(wěn)定問題， 及單機(jī)無窮大系統(tǒng)的 一些情況，并知道了提高靜態(tài)穩(wěn)定性的一些措施， 體會(huì)到了電壓降落與電壓損耗 的區(qū)別與

10、類同，并了解了兩表法測(cè)量功率的根本原理與方法，收獲頗大。 4、 此次實(shí)驗(yàn)我印象最深的是同步電機(jī)的并網(wǎng)。 開始先讓直流電機(jī)轉(zhuǎn)起來，帶 動(dòng)同步電機(jī)，調(diào)節(jié)同步機(jī)的轉(zhuǎn)速使其頻率與電網(wǎng)的頻率非常接近， 調(diào)節(jié)勵(lì)磁使兩 者的電壓相等，然后觀察同期系統(tǒng)，當(dāng)指針指可以并網(wǎng)的位置時(shí)并網(wǎng)， 最后并網(wǎng) 成功。這個(gè)過程看似輕松，但如果在真正的發(fā)電廠的并網(wǎng)中時(shí)很關(guān)鍵的， 一個(gè)失 誤的操作就可能引發(fā)很大的事故。因?yàn)椴⒕W(wǎng)的失敗會(huì)導(dǎo)致很大的沖擊電流使電網(wǎng) 崩潰。 總之，我們從簡(jiǎn)單的模擬實(shí)驗(yàn)中學(xué)到了很多有用的實(shí)際知識(shí)， 對(duì)丁我們以后 解決實(shí)際問題提供了平臺(tái)。 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實(shí)驗(yàn) 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)

11、穩(wěn)定內(nèi)容的理解，使課堂理論教學(xué)與實(shí)踐 結(jié)合，提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。 2. 學(xué)生通過實(shí)際操作，從實(shí)驗(yàn)中觀察到系統(tǒng)失步現(xiàn)象和掌握正確處理的措 施。 3. 用數(shù)字式記憶示波器測(cè)出短路時(shí)短路電流的非周期分量波形圖，并進(jìn)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(dòng)之后，各發(fā)電機(jī)能否繼 續(xù)保持同步運(yùn)行的問題。在各種擾動(dòng)中以短路故障的擾動(dòng)最為嚴(yán)重。 正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)功率特性為： P1= (Eox U6 x sin Si/X1； 短路運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)功率特性為： P2= (Eox U6 x sin a 2X2 ; 故障切除發(fā)電機(jī)功率特性為： P3 = (Eox U6 x sin a

12、3/X3 ; 對(duì)這三個(gè)公式進(jìn)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 a c小于a max a max可由等面積 原那么計(jì)算出來。本實(shí)驗(yàn)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(shí)切除故障線路不同也使 X3不同，a max也不同，使對(duì)故障切除的時(shí)間 要求也不同。 同時(shí)，在故障發(fā)生時(shí)及故障切除通過強(qiáng)勵(lì)磁增加發(fā)電機(jī)的電勢(shì)， 使發(fā)電機(jī)功 率特性中Eo增加，使a max增加，相應(yīng)故障切除的時(shí)間也可延長(zhǎng)；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(shí)采用自動(dòng)重合閘， 使系統(tǒng)進(jìn) 入正常工作狀態(tài)。這二種方法都有利于提高系統(tǒng)的

13、穩(wěn)定性。 三、 實(shí)驗(yàn)工程與方法 (一)短路對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響 1. 短路類型對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響 本實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過對(duì)操作臺(tái)上的短路選擇按鈕的組合可進(jìn)行單相接地短路, 兩相 相問短路，兩相接地短路和三相短路試驗(yàn)。 固定短路地點(diǎn)，短路切除時(shí)間和系統(tǒng)運(yùn)行條件，在發(fā)電機(jī)經(jīng)雙回線與“無窮 大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，某一回線發(fā)生某種類型短路，經(jīng)一定時(shí)間切除故障成單回 線運(yùn)行。短路的切除時(shí)間在微機(jī)保護(hù)裝置中設(shè)定，同時(shí)要設(shè)定重合閘是否投切。 在手動(dòng)勵(lì)磁方式下通過調(diào)速器的增減速按鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)的出力， 測(cè)定不同短路運(yùn)行時(shí)能保持系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)發(fā)電機(jī)所能輸出的最大功率， 并進(jìn)行比擬, 分析不同故障類型對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。將實(shí)驗(yàn)

14、結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)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(dāng)系統(tǒng)出丁振蕩臨界 狀態(tài)時(shí)，記錄有功表讀數(shù)，最大電流讀數(shù)可以從 YHIB-m型微機(jī)保護(hù)裝置讀出， 具體顯示為： GL-E 三相過流值 GA-EX A相過流值 GBX B相過流值 GC-*、C相過流值 微機(jī)保護(hù)裝置的整定值代碼如下： 01 : 過流保護(hù)動(dòng)作延遲時(shí)間 02: 重合閘動(dòng)作延遲時(shí)間 03: 過電流整定值 04: 過流保護(hù)投切選擇 05 : 重合閘投切選擇 另外，短路時(shí)間TD由面板上“短路時(shí)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 01 02 03 04 05 TD 整定值 0

15、.5(s) / 5.00(A) On Off 1.0(s) 微機(jī)保護(hù)裝置的整定方法如下：按壓“畫面切換按鈕，當(dāng)數(shù)碼管顯示 PA 一時(shí)，按壓觸摸按鈕“+或“輸入密碼，待密碼輸入后，按下按鍵“， 如果輸入密碼正確，就會(huì)進(jìn)入整定值修改畫面。進(jìn)入整定值修改畫面后，通過“ 先選01整定工程，再按壓觸摸按鈕“ + 或“選擇當(dāng)保護(hù)時(shí)間s; 通過選03整定工程，再按壓觸摸按鈕“ + 或“選擇當(dāng)過電流 保護(hù)值；通過選04整定工程，再按壓觸摸按鈕“ + 或“選擇 當(dāng)過電流保護(hù)投切ON通過選05整定工程，再按壓觸摸按鈕“ + 或選擇重合閘投切為OFF 詳細(xì)操作方法 WDTIII綜合自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)使用 說明書。 表5-

16、4 短路切除時(shí)間t=0.5s 短路類型：兩相接地短路 QF1 QF2 QF3 QF4 QF5 QF6 Pma,(W) 最大短路電流(A 1 1 1 1 0 1 1.2 5.79 表5-5 短路切除時(shí)間t=0.5s 短路類型：三相短路 QF1 QF2 QF3 QF4 QF5 QF6 Pma,(W) 最大短路電流A 1 1 1 1 0 1 1.7 4.73 表5-2 短路切除時(shí)間t=0.5s 短路類型：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪?0:表示對(duì)應(yīng)線路開關(guān)斷開狀態(tài) 1:表示對(duì)應(yīng)線路開關(guān)閉合狀態(tài) QF1 QF2 QF3 QF4 QF5 QF6 Pma,(W) 最大短路電流(A) 1 1 1 1 0 1 1.1 6.05

17、 表5-3 短路切除時(shí)間t=0.5s 短路類型：兩相相間短路 QF1 QF2 QF3 QF4 QF5 QF6 PmaW) 最大短路電流(A 1 1 1 1 0 1 1.1 5.96 四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析 整理不同短路類型下獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過比照，對(duì)不同短路類型進(jìn)行定性 分析，詳細(xì)說明不同短路類型和短路點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響。 1. 電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某一運(yùn)行狀態(tài)下受到大的干擾后能 夠保持繼續(xù)同步運(yùn)行的穩(wěn)定狀態(tài)。 2. 根據(jù)不同短路類型下的極限功率測(cè)定結(jié)果，可知，單相接地短路對(duì)系統(tǒng) 穩(wěn)定性影響最小，兩相相問短路次之，兩相接地短路再次之；通過短路點(diǎn)的最大 短路電流亦可分析出上述結(jié)

18、果。在相同的短路類型下，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，短 路點(diǎn)離發(fā)電機(jī)越遠(yuǎn)，短路對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響越小。 五、思考題 1. 不同短路狀態(tài)下對(duì)系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生影響的機(jī)理是什么？ 答：發(fā)生短路時(shí)，根據(jù)正序等效定那么，在正常等值電路中的短路點(diǎn)接入附 加電抗，就得到故障情況下的等值電路， 此時(shí)，就可計(jì)算出發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的轉(zhuǎn) 移電抗。由丁在不同短路故障時(shí)有不同的附加電抗， 使得不同短路狀況下的系統(tǒng) 阻抗不同。 利用對(duì)稱分量法，將阻抗的不對(duì)稱裝換為電壓和電流的不對(duì)稱， 同時(shí)，根 據(jù)各序分量具有獨(dú)立性的特點(diǎn)，進(jìn)行短路的等效計(jì)算。單相短路時(shí)，總的阻抗等 丁正序，負(fù)序和零序電抗的申聯(lián)疊加，因此總的阻抗比擬大。兩相短路時(shí)沒有零

19、序電抗，是正序電抗和負(fù)序電抗的申聯(lián)疊加， 因此電抗比單項(xiàng)短路時(shí)要小。兩線 接地短路時(shí)，總的電抗等丁負(fù)序電抗和零序電抗并聯(lián)過后， 再與正序電抗申聯(lián)疊 加，因此它的總的電抗比單相短路和兩相接地短路的電抗都要小， 因此在兩相接 地短路時(shí)的短路電流最大，系統(tǒng)就最不穩(wěn)定。 2. 提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的措施有哪些？ 答：提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性就要盡可能的減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的不平衡功率， 減小轉(zhuǎn)子相對(duì)加速度以及減小轉(zhuǎn)子的相對(duì)變化量， 從而減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)運(yùn)動(dòng) 的震蕩幅度。主要措施有以下幾條： (1) :快速切除故障 (2) :發(fā)電機(jī)快速?gòu)?qiáng)行勵(lì)磁 (3) :發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng) (4) :采用自動(dòng)重合閘 (5) :變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地 (6) :輸電線路強(qiáng)行申聯(lián)補(bǔ)償 (7) :切發(fā)電機(jī)和切負(fù)荷 (8) :設(shè)計(jì)中間開關(guān)站 4. 自動(dòng)重合閘裝置對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響是什么？ 答：電力網(wǎng)絡(luò)中的短路故障大多數(shù)是有網(wǎng)絡(luò)放電造成的， 是暫時(shí)性的，在 切除故障線路，經(jīng)過一段電弧熄滅和空氣去游離之后，短路故障便完全消除了。 如果再把線路重新投入系統(tǒng)，它便能繼續(xù)投入工作。假設(shè)重新投入輸電線路是由開 關(guān)設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行，那么稱為自動(dòng)重合閘。自動(dòng)重合閘成功，對(duì)暫態(tài)