山東大學電力系統(tǒng)動態(tài)模擬綜合實驗

試驗一發(fā)電機組的基本操作

1.試驗目的

把握發(fā)電機的啟動、并網(wǎng)、增減負荷、解列停機等基本操作。

2.試驗要求

（1）嚴格遵守試驗室的各種規(guī)章制度。

（2）熟識動模試驗室模擬發(fā)電機組的基本構(gòu)成。

（3）熟識發(fā)電機的相關(guān)學問及起停基本操作步驟。

3.試驗原理

同步發(fā)電機投入并聯(lián)時，為了避開電機和電網(wǎng)中產(chǎn)生沖擊電流，以及由此在電機轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的沖擊

轉(zhuǎn)矩，待投入并聯(lián)的發(fā)電機應(yīng)滿意下列條件：

（1）發(fā)電機的相序應(yīng)與電網(wǎng)全都；

（2）發(fā)電機的頻率應(yīng)與電網(wǎng)相同；

（3）發(fā)電機的激磁電動勢瓦應(yīng)與電網(wǎng)電壓U大小相等、相位相同；

上述三個條件中，第一個條件必需滿意，其它兩個允許稍有出入。

圖1-1表示投入并聯(lián)時的單相示意圖。若相序不同而投入并聯(lián)，則相當于在電機的端點上加一組負

序電壓，這是一種嚴峻的故障狀況，電流和轉(zhuǎn)矩沖擊都很大，

必需避開。若發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)頻率不同，瓦和U之間便有相對運動，兩相量間的相角差將在0~360°

之間逐步變化，電壓差忽大忽小。頻率相差越大，電壓差變化越猛烈，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)電機與電網(wǎng)之間引起很大的電流和功率振蕩。若機端電

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)電機投入并聯(lián)，則將在發(fā)

電機與電網(wǎng)中產(chǎn)生肯定的沖擊電流。在嚴峻狀況下，該電流可達到額定電流的5~8

(a)(b)

圖1-1發(fā)電機投入并聯(lián)時的狀況（a）&和U大小不等：（b）瓦和U相位不同

為了投入并聯(lián)所進行的調(diào)整和操作過程，稱為同步過程。有用的同步方法有兩種：準同步和自同步。

把發(fā)電機調(diào)整到完全合乎投入并聯(lián)的條件，然后投入電網(wǎng)，叫做準同步。為了推斷是否滿意投入并

聯(lián)條件，經(jīng)常采納同步指示器。準同步的優(yōu)點是，投入瞬間電網(wǎng)和電機沒有（或很少）沖擊，缺點是同

步手續(xù)比較簡單。為了把發(fā)電機快速投入電網(wǎng)，可米納自同步方法。自同步方法的投入步驟為：首先校

驗發(fā)電機的相序，并依據(jù)規(guī)定的轉(zhuǎn)向（和定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向全都）把發(fā)電機拖動到接近于同步轉(zhuǎn)速，

勵磁繞組經(jīng)限流電阻短路，然后把發(fā)電機投入電網(wǎng)，并馬上加上直流勵磁，此時依靠定、轉(zhuǎn)子磁場間所

形成的電磁轉(zhuǎn)矩，就可以把轉(zhuǎn)子自動牽入同步。自同步的優(yōu)點是投入快速，不需增加簡單的裝置，缺點

是投入時定子電流沖擊稍大。

4.內(nèi)容與步驟

4.1、預備工作：

4.2、開機、調(diào)速、勵磁、并網(wǎng)、增減負荷操作：

4.3、解列、停機的基本操作；

5.思索題

（1）發(fā)電機準同期條件是什么？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，相位差多大時沖擊電流最大？

（3）自同期操作方法及優(yōu)缺點是什么？

試驗二發(fā)電機有功、無功調(diào)整

1.試驗目的

熟識電力系統(tǒng)正常運行方式下主要物理量之間的關(guān)系。

2.試驗原理

依據(jù)能量守恒原理，要增加發(fā)電機的有功功率，應(yīng)增加發(fā)電機的輸入功率，即增加原動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)

矩，這時通常用加大增大汽輪機進汽閥(或水輪機的導水翼)的開度，使原動機轉(zhuǎn)矩增大，由同步發(fā)電

機的轉(zhuǎn)子運動方程：

d8

(2-1)

atTj

可知轉(zhuǎn)子加速，功角6增大。上式中，5是電角速度3與同步電角速度3。的夾角，稱為功角；刀

為在發(fā)電機組轉(zhuǎn)子上加額定轉(zhuǎn)矩后轉(zhuǎn)子從停頓狀態(tài)到額定轉(zhuǎn)速時所經(jīng)過的時間；田為轉(zhuǎn)子上的機械功

率；2為轉(zhuǎn)子上的電磁功率。當原動機轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩相互平衡時，6角才能穩(wěn)定。依據(jù)隱極發(fā)

電機的功-角特性：

EU

%,二」(I一sinb(2-2)

%

當電勢Eq是常數(shù)時，有功負荷變化打算于3角，其軌跡是一個以C為圓心，Eq為半徑的圓弧，如

圖27(a)所示。由此可見，增加原動機的輸入功率時，發(fā)電機輸出的有功功率增大，功率角3增大，

直至6=90°,電磁功率達到最大。反之，輸出的有功功率減小時，6角相應(yīng)減小。

圖2T(a)Eq為常數(shù)，P變化時圖2-2(b)在各種勵磁電流狀況下,

同步發(fā)電機的工作狀態(tài)向量圖發(fā)電機工作狀態(tài)向量圖

與電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機不僅要向電網(wǎng)輸出有功功率，而且還要輸出無功功率。假設(shè)調(diào)整勵磁時原

動機的輸入有功功率保持不變，并為了簡潔，忽視電樞電阻和磁飽和，于是依據(jù)功率平衡關(guān)系可知，在

調(diào)整勵磁前后，發(fā)電機的電磁功率心和輸出的有功功率2均應(yīng)近似保持不變，由于電網(wǎng)電壓〃和發(fā)電

機的同步電抗U均為定值所以有：

4=放5皿8=常數(shù)=作。5由5=常數(shù)

尸2=j；coss=常數(shù)i1COS0=常數(shù)(2-3)

圖2-2(b)為當滿意式(2-3),調(diào)整勵磁時發(fā)電機的向量圖。當發(fā)電機的功率因數(shù)為1時的勵磁電流

L稱為“正常勵磁”，此時發(fā)電機的輸出功率全部為有功功率，若增加勵磁電流，發(fā)電機運行在“過勵”

狀態(tài)，此時激磁電動勢增加到耳，但由于反sinb二常數(shù)，故睨的端點應(yīng)落在水平線AB上。相應(yīng)地電

樞電流變?yōu)?'，但由于/COS0=常數(shù)，故八的端點落在垂線CD上，從圖中可以看動身電機產(chǎn)生一滯后

的無功功率。反之，發(fā)電機運行于“欠勵”，產(chǎn)生一超前的無功功率。

因此，調(diào)整勵磁電流便可以調(diào)整發(fā)電機的無功功率。

3.試驗內(nèi)容與步驟

試驗用原型系統(tǒng)如圖3-1所示，發(fā)電機通過輸電線路與無窮大系統(tǒng)相連。線路I、2兩端均裝有PT

和CT,來測量建路始端和末端的電壓和電流，用以分析蓮路的故障地點和故障性質(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；

4.試驗內(nèi)容與步驟

（1）依據(jù)原理圖接線。

（2）經(jīng)檢查無誤后，給系統(tǒng)送電。

（3）開動發(fā)電機，與系統(tǒng)同期并列運行。

（4）設(shè)置故障，啟動故障錄波器錄波。

（5）分析故障對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響：邊界條件，對發(fā)電機、線路電壓、線路電流的影響。

（6）打開波形圖，紀錄試驗數(shù)據(jù)，觀看是否與分析相符，填寫試驗報告。

5.試驗報告、

見附表3-1。

6.思索題

I.輸電線路經(jīng)電弧電阻接地時，電弧電阻的存在對故障點距離的測定會有什么影響？（繼電愛護方

向）

2.有時波形圖上有嚴峻的諧波，這些諧波從何而來？

3.電力系統(tǒng)故障時，系統(tǒng)頻率往往偏離5（）Hz,這樣會對故障點距離測定產(chǎn)生什么影響？

4.電力系統(tǒng)短路時短路電流中包含有衰減的直流重量，這對CT的測量輸出會不會產(chǎn)生誤差，如

果有，是什么誤差。*

5.在同樣條件下，單相接地、兩相接地、三相故障哪種故障短路電流最大？為什么？

表3-1短路故障試驗紀錄

故障類型復合序網(wǎng)向量圖電流電壓邊界條件