電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬綜合實(shí)驗(yàn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)一 發(fā)電機(jī)組的基本操作1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、并網(wǎng)、增減負(fù)荷、解列停機(jī)等基本操作。2實(shí)驗(yàn)要求（1） 嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室的各種規(guī)章制度。（2） 熟悉動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室模擬發(fā)電機(jī)組的基本構(gòu)成。（3） 熟悉發(fā)電機(jī)的相關(guān)知識(shí)及起停基本操作步驟。3 實(shí)驗(yàn)原理同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時(shí)，為了避免電機(jī)和電網(wǎng)中產(chǎn)生沖擊電流，以及由此在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)矩，待投入并聯(lián)的發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)滿足下列條件：（1） 發(fā)電機(jī)的相序應(yīng)與電網(wǎng)一致；（2） 發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)與電網(wǎng)相同；（3） 發(fā)電機(jī)的激磁電動(dòng)勢(shì)應(yīng)與電網(wǎng)電壓 大小相等、相位相同；上述三個(gè)條件中，第一個(gè)條件必須滿足，其它兩個(gè)允許稍有出入。圖1-1表示

2、投入并聯(lián)時(shí)的單相示意圖。若相序不同而投入并聯(lián)，則相當(dāng)于在電機(jī)的端點(diǎn)上加一組負(fù)序電壓，這是一種嚴(yán)重的故障情況，電流和轉(zhuǎn)矩沖擊都很大，必須避免。若發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)頻率不同，和之間便有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩相量間的相角差將在03600之間逐步變化，電壓差忽大忽小。頻率相差越大，電壓差變化越劇烈，投入并聯(lián)的操作亦困難；若投入電網(wǎng)，也不易牽入同步，而將在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間引起很大的電流和功率振蕩。若機(jī)端電壓與電網(wǎng)電壓大小不等如圖1-1（a）或相位不同如圖1-1（b）所示，而把發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)，則將在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)中產(chǎn)生一定的沖擊電流。在嚴(yán)重情況下，該電流可達(dá)到額定電流的58倍。 (a) (b) 圖1-1 發(fā)電機(jī)投入并

3、聯(lián)時(shí)的情況 (a)和大小不等；(b) 和相位不同為了投入并聯(lián)所進(jìn)行的調(diào)節(jié)和操作過(guò)程，稱為同步過(guò)程。實(shí)用的同步方法有兩種：準(zhǔn)同步和自同步。把發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全合乎投入并聯(lián)的條件，然后投入電網(wǎng)，叫做準(zhǔn)同步。為了判斷是否滿足投入并聯(lián)條件，常常采用同步指示器。準(zhǔn)同步的優(yōu)點(diǎn)是，投入瞬間電網(wǎng)和電機(jī)沒(méi)有（或很少）沖擊，缺點(diǎn)是同步手續(xù)比較復(fù)雜。為了把發(fā)電機(jī)迅速投入電網(wǎng)，可采用自同步方法。自同步方法的投入步驟為：首先校驗(yàn)發(fā)電機(jī)的相序，并按照規(guī)定的轉(zhuǎn)向（和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向一致）把發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近于同步轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁繞組經(jīng)限流電阻短路，然后把發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)，并立即加上直流勵(lì)磁，此時(shí)依靠定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間所形成的電磁轉(zhuǎn)矩，就

4、可以把轉(zhuǎn)子自動(dòng)牽入同步。自同步的優(yōu)點(diǎn)是投入迅速，不需增添復(fù)雜的裝置，缺點(diǎn)是投入時(shí)定子電流沖擊稍大。4內(nèi)容與步驟 4.1、準(zhǔn)備工作： 4.2、開(kāi)機(jī)、調(diào)速、勵(lì)磁、并網(wǎng)、增減負(fù)荷操作： 4.3、解列、停機(jī)的基本操作：5 思考題（1） 發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期條件是什么？形成沖擊電流的因素可能有哪些？（2） 在相序、頻率、電壓相同條件下，相位差多大時(shí)沖擊電流最大？（3） 自同期操作方法及優(yōu)缺點(diǎn)是什么？實(shí)驗(yàn)二 發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功調(diào)節(jié)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下主要物理量之間的關(guān)系。2. 實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)能量守恒原理，要增加發(fā)電機(jī)的有功功率，應(yīng)當(dāng)增加發(fā)電機(jī)的輸入功率，即增加原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這時(shí)通常用加大增大

5、汽輪機(jī)進(jìn)汽閥（或水輪機(jī)的導(dǎo)水翼）的開(kāi)度，使原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，由同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程： （2-1）可知轉(zhuǎn)子加速，功角增大。上式中，是電角速度與同步電角速度0的夾角，稱為功角；TJ為在發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子上加額定轉(zhuǎn)矩后轉(zhuǎn)子從停頓狀態(tài)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間；PT為轉(zhuǎn)子上的機(jī)械功率；PE為轉(zhuǎn)子上的電磁功率。當(dāng)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩相互平衡時(shí)，角才能穩(wěn)定。根據(jù)隱極發(fā)電機(jī)的功-角特性： （2-2）當(dāng)電勢(shì)Eq是常數(shù)時(shí)，有功負(fù)荷變化決定于角，其軌跡是一個(gè)以C為圓心，Eq為半徑的圓弧，如圖2-1（a）所示。由此可見(jiàn)，增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率增大，功率角增大，直至=900，電磁功率達(dá)到最大。反

6、之，輸出的有功功率減小時(shí)，角相應(yīng)減小。A1A2B1B2AAAACBA 2 1 A 1 2 D 圖2-1（a）Eq為常數(shù)，P變化時(shí) 圖2-2（b）在各種勵(lì)磁電流情況下， 同步發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)向量圖 發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)向量圖與電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)不僅要向電網(wǎng)輸出有功功率，而且還要輸出無(wú)功功率。假設(shè)調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)原動(dòng)機(jī)的輸入有功功率保持不變，并為了簡(jiǎn)單，忽略電樞電阻和磁飽和，于是根據(jù)功率平衡關(guān)系可知，在調(diào)節(jié)勵(lì)磁前后，發(fā)電機(jī)的電磁功率PE和輸出的有功功率P2均應(yīng)近似保持不變，由于電網(wǎng)電壓U和發(fā)電機(jī)的同步電抗Xs均為定值所以有： （2-3）圖2-2（b）為當(dāng)滿足式（2-3），調(diào)節(jié)勵(lì)磁時(shí)發(fā)電機(jī)的向量圖。當(dāng)發(fā)電機(jī)的

7、功率因數(shù)為1時(shí)的勵(lì)磁電流If稱為“正常勵(lì)磁”，此時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出功率全部為有功功率。若增加勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在“過(guò)勵(lì)”狀態(tài)，此時(shí)激磁電動(dòng)勢(shì)增加到，但因?yàn)镋0sin=常數(shù)，故的端點(diǎn)應(yīng)落在水平線AB上。相應(yīng)地電樞電流變?yōu)?，但因?yàn)?，故的端點(diǎn)落在垂線CD上，從圖中可以看出發(fā)電機(jī)產(chǎn)生一滯后的無(wú)功功率。反之，發(fā)電機(jī)運(yùn)行于“欠勵(lì)”，產(chǎn)生一超前的無(wú)功功率。因此，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流便可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率。3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（1）不投自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，調(diào)整系統(tǒng)電壓=400V左右，發(fā)電機(jī)高壓側(cè)電壓=400V左右，并網(wǎng)后，在不改變勵(lì)磁的情況下，調(diào)節(jié)有功，分別記錄P=0，1，2，3，4，5kW左右時(shí)發(fā)電機(jī)控制屏上各儀表的

8、顯示值，填入下表，畫(huà)出變化曲線，分析各量之間的關(guān)系。表2-1 P與各電量的關(guān)系P(kW)I（定子電流）If（勵(lì)磁電流）(度)Q(kVar)012345（2）不投自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，調(diào)整系統(tǒng)電壓=400V左右，發(fā)電機(jī)高壓側(cè)電壓=400V左右，并網(wǎng)后，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)有功功率P=3kW左右，然后在不調(diào)原動(dòng)機(jī)的情況下，調(diào)節(jié)勵(lì)磁，分別記錄Q=0，1，2，3，4kVar左右時(shí)發(fā)電機(jī)控制屏上各儀表的顯示值，填入下表。 表2-2 Q與各電量的關(guān)系Q(kVar)I（定子電流）If（勵(lì)磁電流）(度)P(kW)0123454. 思考題（1）為什么增加有功功率時(shí)，無(wú)功功率會(huì)下降。（2）請(qǐng)解釋發(fā)電機(jī)高壓側(cè)電壓隨P增加而下降的原

9、因。（3）說(shuō)明在原動(dòng)機(jī)進(jìn)汽量不變時(shí)，勵(lì)磁電流If增加會(huì)導(dǎo)致功率角下降的原因。 （4）從物理概念上說(shuō)明為什么在增加P、Q時(shí)要分別增開(kāi)汽門(mén)和增加勵(lì)磁？實(shí)驗(yàn)三 電力系統(tǒng)故障分析1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 掌握分析輸電線路故障性質(zhì)的方法。（2） 掌握各種故障（線路故障、發(fā)電機(jī)、變壓器故障）對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。2 實(shí)驗(yàn)要求（1） 嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室的各種規(guī)章制度。（2） 熟悉輸電線路故障的相關(guān)知識(shí)。（3） 熟悉動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室模擬故障控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及操作。3 實(shí)驗(yàn)原理對(duì)稱故障三相短路f(3)電力系統(tǒng)故障 簡(jiǎn)單故障（單重故障） 復(fù)雜故障（多重故障）不對(duì)稱故障單相短路f(1)兩相短路f(2)兩相短路接地f(1,1)單相

10、斷線O(1)兩相斷線O(2) 短路（縱向故障） 斷線（橫向故障、非全相運(yùn)行）兩處及以上簡(jiǎn)單故障同時(shí)發(fā)生凡造成電力系統(tǒng)運(yùn)行不正常的任何連接和情況稱為電力系統(tǒng)的故障。電力系統(tǒng)故障的類型很多，主要有以下幾種： 實(shí)驗(yàn)用原型系統(tǒng)如圖3-1所示，發(fā)電機(jī)通過(guò)輸電線路與無(wú)窮大系統(tǒng)相連。線路1、2兩端均裝有PT和CT，來(lái)測(cè)量線路始端和末端的電壓和電流，用以分析線路的故障地點(diǎn)和故障性質(zhì)。 輸電線路故障分析程序可以大致包括數(shù)據(jù)采集和故障相別、性質(zhì)的分析兩部分；發(fā)電機(jī)無(wú)窮大 圖3-1 實(shí)驗(yàn)用系統(tǒng)接線4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（1） 按照原理圖接線。（2） 經(jīng)檢查無(wú)誤后，給系統(tǒng)送電。（3） 開(kāi)動(dòng)發(fā)電機(jī)，與系統(tǒng)同期并列運(yùn)行。（4） 設(shè)置故障，啟動(dòng)故障錄波器錄波。（5） 分析故障對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響：邊界條件，對(duì)發(fā)電機(jī)、線路電壓、線路電流的影響。（6） 打開(kāi)波形圖，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，觀察是否與分析相符，填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告、 見(jiàn)附表3-1。6 思考題1. 輸電線路經(jīng)電弧電阻接地時(shí)，電弧電阻的存在對(duì)故障點(diǎn)距離的測(cè)定會(huì)有什么影響？(繼電保護(hù)方 向)2. 有時(shí)波形圖上有嚴(yán)重的諧波，這些諧波從何而來(lái)？3. 電力系統(tǒng)故障時(shí)，系統(tǒng)頻率往往偏離50Hz，這樣會(huì)對(duì)故障點(diǎn)距離測(cè)定產(chǎn)生什么影響？4. 電力系統(tǒng)短路時(shí)短路電流中包含有衰減的直流分量，這對(duì)CT的測(cè)量輸出會(huì)不會(huì)產(chǎn)生誤差，如 果有，是什么誤差。*5. 在同樣