中性点接地系统综合实验报告.doc

综 合 实 验 实 验 报 告指导老师：陈新苗 王庆华 贺秋丽 莫仕勋 姓 名： 学 号： 专业班级：电气工程及其自动化2009级 组 员： 目 录一、实验目的1二、提供的设备1三、实验内容1第一节 电压互感器不完全三角形接线实验1第二节 电压互感器星形星形开口三角形接线实验3第三节 中性点不接地系统实验8第四节 中性点通过消弧线圈接地系统实验13四、实验心得14一、实验目的电气工程及其自动化专业综合实验是一个融设计性、综合性、实践性为一体的重要实践教学环节。其目的就是结合本专业的培养目标，充分调动学生的积极性、主动性和创造性，应用所学知识综合分析和解决工程实际问题，以提高学生的素质和能力。具体目的有以下几点：1. 通过综合实验，进一步巩固和掌握所学专业知识的基本概念、基本原理和分析方法；2. 培养学生综合应用所学知识分析和解决工程实际问题的能力，将知识用好用活；3. 培养学生的自学能力、思维能力、实践观点和创新意识；4. 培养学生的动手能力和实践技能，进行工程训练；5. 使学生了解电业工作的特点和要求，培养学生严谨的工作态度和科学作风。二、提供的设备综合实验在校内电工实习基地进行，实习基地提供以下设备供学生选用：1、安装屏：屏的尺寸为2360800600mm，前门、后门和屏内可以安装设备，一个屏可以同时安排两组学生独立进行实验。2、电工仪表：电流表、电压表、有功功率表、无功功率表、频率表、有功电度表等。3、电压互感器、电流互感器及熔断器。4、接钮、信号灯、光字牌、电阻、端子排等。5、三相调压器、电流发生器。6、连接导线、套管。7、万用表及安装工具。三、实验内容第一节 电压互感器不完全三角形接线实验一、正确接线实验（1）将两只380V/100V单相电压互感器按图7-1（a）正确接线，互感器一、二次装上熔断16FU，接至AC380V的系统中，在二次侧不接负载（开路）或接入负载（一只三相功率表或电能表）。（2）在互感器二次侧开路和接入负载两种情况下，用万用表分别测量并记录互感器一、二次侧的三个线电压值与表1中。（3）画出电压互感器二次侧电压向量图。 二、错误接线实验（接入负载）（1）将1TV互感器一次侧的A、X端对调，如图7-1（b）所示。测量并记录互感器二次侧三个线电压值并和正确接线比较。然后恢复到正确接线。画出互感器二次侧电压向量图进行分析。分析：由向量图可以看到，将1TV互感器一次侧的A、X端对调之后，与对调相关的两相的线电压都变为了相电压，但是与对调无关的组线电压则保持与原来的线电压一样。（2）将1TV互感器一次侧的a、x端对调，如图7-1（c）所示。测量并记录互感器二次侧三个线电压值并和正确接线比较。然后恢复到正确接线。画出互感器二次侧电压向量图进行分析。分析：同样，由向量图可以看到，将1TV互感器一次侧的a、x端对调之后，与对调相关的两相的线电压都变为了相电压，但是与对调无关的组线电压则保持与原来的线电压一样。（3）将1TV互感器一次侧的A、X端和二次侧的a、x端接线都对调，如图7-1（d）所示。测量并记录互感器二次侧三个线电压值并和正确接线比较。然后恢复到正确接线。画出互感器二次侧电压向量图进行分析。分析：由向量图可以知道，当互感器的两端都对调的时候，两个相反的极性感应出来的电压与正常的接线结果是完全一样的。三、互感器断路实验（1）互感器一次侧1FU熔断器熔断（拔下），如图7-1（e）所示。在互感器二次侧开路和接入负载两种情况下，分别测量并记录互感器二次侧三个线电压并和正确接线比较。恢复到正确接线。有载无载均为：分析：当把1Fu拔下的时候，可以分析出来，是没有电压的，而测量则相当与测量到线电压，故在三个线电压中，其中一个为零，另外两个线电压数值不变。（2） 互感器一次侧2FU熔断器熔断（拔下），如图7-1（f）所示。在互感器二次侧开路和接入负载两种情况下，分别测量并记录互感器二次侧三个线电压并和正确接线比较。恢复到正确接线。 分析：有载无载均为上图所示，无载时有些偏移。主要是当B相断路的时候，它相当于是AC相的中性点，在电路阻抗和负载完全一样的时候它是一个纯中性点，故AB、AC的电压恰好是AC电压的一半，但是由于实际电路中的参数不可能完全一样的，所以实测数据就有些偏差，但也在我们的预期之内。（3） 互感器一次侧4FU熔断器熔断（拔下），如图7-1（g）所示。在互感器二次侧开路和接入负载两种情况下，分别测量并记录互感器二次侧三个线电压并和正确接线比较。恢复到正确接线。 二次侧无负载： 二次侧有负载：分析：互感器一次侧4FU熔断器熔断时，当二次侧无负载的时候，测量点的ab是没能形成回路的，故测量值为0，而理论上ca的线电压也为0 ，但是我们实际上所测的数据为20 ，原因可能是由于三相电压的不平衡，而且有悬空电压中性点漂移的存在。在有负载的情况下，在测量bc和ca线电压时，二次侧可以形成通路，因此测量bc和ca都相当于测量bc上的线电压，所以所测得数据跟预想一致，向量图如上所示。（4） 互感器一次侧5FU熔断器熔断（拔下），如图7-1（h）所示。在互感器二次侧开路和接入负载两种情况下，分别测量并记录互感器二次侧三个线电压并和正确接线比较。恢复到正确接线。 二次侧无负载：二次侧有负载：分析：当互感器一次侧5FU熔断器熔断时，即B相测量点相当于ac的终点，所以测到的ab和bc理论上是相等的，而且在向量上等于ac的一半。实际上测到数据符合预想。当接有负载的时候，因为在负载端可以形成回路，所以测量ab时相当于短接，故数值为0 ，测量bc和ca都相当于测量bc,数值上为正常线电压。向量图表示如上。（5）互感器一次侧6FU熔断器熔断（拔下），如图7-1（i）所示。在互感器二次侧开路和接入负载两种情况下，分别测量并记录互感器二次侧三个线电压并和正确接线比较。恢复到正确接线。二次侧无负载：二次侧有负载：分析：当互感器一次侧6FU熔断器熔断，AB的线电压不变，而在无负载的时候，BC间相当于断路，所以测量值为零，而在有负载的时候，BC间电压相当于短路，测量值仍为零。而AC间电压保持为正常线电压。表1 V-V接线电压互感器实验记录= 399 V， = 401 V ， =402 V互感器二次电压（V）互感器接线情况二次无负载二次有负载1正确接线104.3104.9105.1104.2104.9105.12A、X对调104.3104.9179.6104.2104.9179.63a、x对调104.2104.8179.6104.2104.8179.64一二次都对调104.3104.9105.1104.2104.9105.251FU熔断器熔断0.08104.9104.90.07104.9104.962FU熔断器熔断56.148.6104.956.148.6104.974FU熔断器熔断1.24105.031.00.07104.9102.785FU熔断器熔断46.546.5105.152.452.4105.196FU熔断器熔断104.31.4430.5104.20.07102.1第二节 电压互感器星形星形开口三角形接第二节 电压互感器星形星形开口三角形接线实验一、正确接线实验（1）、将三只 V单相电压互感器按图7-2（a）正确接线，互感器一、二次侧装上保险16FU，在二次侧接入负载（一只三相功率表或电度表）。（2）、分别测量并记录一次侧的三个线电压、；三个相电压、；二次侧三个线电压、和三个相电压、；开口三角电压和各绕组电压、，将测量值填入表2中。表2 Y/yo，d接线电压互感器实验记录= 398.1V = 400V =399.3V =228V =230.7V =231V二次侧星形电压（V）开口三角电压（V）互感器接线情况线电压相电压相电压零序正确接线104.9105.3105.260.360.760.935.135.435.43.251TV-A，X对调59.1105.259.060.260.760.735.235.535.569.51TV-a1，x1对调59.2105.259.660.260.360.835.235.435.52.61TV-a2，x2对调104.9105.1105.260.259.860.7035.435.469.31FU熔断器熔断60.4104.7610.3560.360.60.235.435.434.22FU熔断器熔断60.560.7104.958.20.66135.20.3535.634.54FU熔断器熔断0.64105.2102.659.259.760.735.235.535.63.25FU熔断器熔断52.552.6105.260.229.260.935.235.535.63.2 （3）画出互感器二次侧向量图。二、错误接线实验（1）将1TV互感器一次侧的A、X端接线对调，如图7-2（b）所示。测量并记录互感器二次侧星形绕组三个线电压、和三个相电压、；开口三角电压和各绕组电压、，并和正确接线比较，然后恢复到正确接线。画出互感器二次侧电压向量图进行分析。分析：当将1TV互感器一次侧的A、X端接线对调后，如图a示，为二次侧的电压向量图，其中由于极性相反，向量方向对调，故最后形成的组合向量中，与原来的正常情况相比，有两个线电压变成了原来的相电压，其中一个与对调无关的线电压保持不变。如图b示，为开口三角侧向量图，互换接线之后，极性相反，线电压分析同上，最后的叠加之后的总电压与正常相比则不为0，而是原来相电压的两倍。（2）将1TV互感器二次侧的a1、x1端接线对调，如图7-2（c）所示。测量并记录互感器二次侧星形绕组三个线电压、和三个相电压、；开口三角电压和各绕组电压、，并和正确接线比较，然后恢复到正确接线。画出互感器二次侧电压向量图进行分析。 分析：将1TV互感器二次侧的a1、x1端接线对调，则开口三角侧情况正常。如图a示，为二次侧的电压向量图，其中由于极性相反，向量方向对调，故最后形成的组合向量中，与原来的正常情况相比，有两个线电压变成了原来的相电压，其中一个与对调无关的线电压保持不变。（3）将1TV互感器二次侧的a2、x2端接线对调，如图7-2（d）所示。测量并记录互感器二次侧星形绕组三个线电压、和三个相电压、；开口三角电压和各绕组电压、，并和正确接线比较，然后恢复到正确接线。画出互感器二次侧电压向量图进行分析。分析：对调了1TV互感器二次侧的a2、x2端接线，则二次侧的电压正常，而右图示，为开口三角侧向量图，互换接线之后，极性相反，线电压分析同上，最后的叠加之后的总电压与正常相比则不为0，而是原来相电压的两倍。三、互感器断线实验（1）互感器一次侧1FU熔断器熔断（拔下），如图7-3（a）所示。测量并记录互感器二次侧星形绕组三个线电压、和三个相电压、；开口三角电压和各绕组电压、，并和正确接线比较，然后恢复到正确接线。分析：互感器一次侧1FU熔断器熔断,则A相没有感应电压，因此在测量AB线电压和AC线电压的时候相当于直接测量到B相的相电压，故在数值上是一个相电压，而BC的线电压则没有受到影响，因此仍为正常线电压。具体向量图如上所示。（2）互感器一次侧2FU熔断器熔断（拔下），如图7-3（b）所示。测量并记录互感器二次侧星形绕组三个线电压、和三个相电压、；开口三角电压和各绕组电压、，并和正确接线比较，然后恢复到正确接线。画出互感器二次侧电压向量图进行分析。分析：对于互感器一次侧2FU熔断器熔断 ，同理，即B相是没有感应电压，则在测量AB或者AC的时候仅仅是相当于测量A或C的相电压，而AC则是正常的线电压。如此，向量图如上所示。（3）互感器一次侧4FU熔断器熔断（拔下），如图7-3（c）所示。测量并记录互感器二次侧星形绕组三个线电压、和三个相电压、；开口三角电压和各绕组电压、，并和正确接线比较，然后恢复到正确接线。画出互感器二次侧电压向量图进行分析。分析：当互感器一次侧4FU熔断器熔断时，a检测点相当于与回路断开，故在测量AB点线电压时无法形成回路，而在测量BC和AC的时候，由于有负载的存在，则相当于都是测量BC的线电压，故这两个数据与正常线电压一致。向量图如上所示。（4）互感器一次侧5FU熔断器熔断（拔下），如图7-3（d）所示。测量并记录互感器二次侧星形绕组三个线电压、和三个相电压、；开口三角电压和各绕组电压、，并和正确接线比较，然后恢复到正确接线。画出互感器二次侧电压向量图进行分析。分析：当互感器一次侧5FU熔断器熔断时，即B相测量点相当于ac的终点，所以测到的ab和bc理论上是相等的，而且在向量上等于ac的一半。实际上测到数据符合预想。当接有负载的时候，因为在负载端可以形成回路，所以测量ab时相当于短接，故数值为0 ，测量bc和ca都相当于测量bc,数值上为正常线电压。向量图表示如上。第三节 中性点不接地系统实验1、 实验接线图中性点不接地系统实验接线如图9-2所示。外电源通过三单相变压器组隔离后自成380V的小接地电流系统，变压器不能采用上面实验的1TM，因为1TM二次侧电压很低。变压器一次侧可接成星形或三角形，二次侧必须接成星形。用电容器1C3C模拟系统的对地电容（每相用两只）。A相通过接地开关Qd接地，可以实现单相接地或不接地，电压互感器2TV接成星形星形开口三角接线，由三个单相电压互感器构成，单相互感器的电压比为：/，V，互感器一、二次星形中性点接地。注意各接地点应先连在一起再一点接地。变压器中性点通过开关QL接通消弧线圈L，在实验中L用一个单相调压器来代替，调压器输入端空着，只接输出端，可以调节电抗的大小，电流表5PA、6PA、7PA、8PA用来测量相关回路的电流，如果电流表不够，7PA、8PA可用5PA、6PA代替，但要使原回路接通。实验接线设备的参考规格如表9-2所示。 符号名称型号规格单位数量备注Q1三相刀开关HK2-15/3，15A，3极台1前实验用2TM单相变压器组BK-100，380，220/220V台3一次抽头2TV电压互感器JDG-0.5改，/，V台313C电容器1F，交流630V只6每相2只Qd,QL转换开关LW5-15.D0084/1只2L单相调压器可用前面实验的三相调压器的一相台158PA交流电流表500mA只4二、正常无故障实验分析各组电压之间的数量关系。由表9-3可知，线电压与相电压的关系：在误差允许的范围内，正常运行时的线电压，线电压等于倍的相电压，A、B、C三相电压的相位相差。由表9-4可知，相对地电压约等于相电压。测量变压器中性点对地电压UNd,与理论值比较。理论上中性点对地点电压应该为零，但是由于系统不完全对称，所以会存在分析三只电容器的电流Ica、Icb、Icc，与理论值进行比较。由公式可得理论值为150.72mA，现在测的148mA, 151mA, 150mA，与理论几乎相同。测量三只电容器公共接地出的电流，三相对地电容电流之和为零。这时因为各相对地阻抗为电容，因此此各相对地电容电流超前相电压。同时由于相电压相等，各相对地电容相等，以此电流也相等。对电压互感器二次侧开口三角各绕组电压（Ua2 、Ub2 、Uc2）和开口电压Uo进行分析。由表9-6及表9-7可知，互感器星型绕组二次接线的线、相电压的关系与变压器二次侧有类似的关系。由于是正常运行没有故障，互感器开口三角形绕组所得的零序电压向量和为零。 正常运行时的向量图如图1 所示。 6测量电压互感器二次侧开口三角各绕组电压（、）和开口电压，对测量值进行分析。 正常情况下，开口三角个绕组相电压的值接近相等，在三相对称及相序正常的情况下，开口电压U0为4.3V，接近于0.表9-3 线电压和相电压测量值（V)运行情况正常运行414414418243.1241.8243.2A相直接接地405417421241.5238.1245.3B相直接接地419407418245.5240.6239.5C相直接接地411420408239.1243.9242.3A相直接接地(有消弧线圈）402416423240.1236.1247.3表9-4 系统对地电压测量值（V）运行情况正常运行244.1245.6241.54.08A相直接接地0.236405422241.8B相直接接地4190.35407240.7C相直接接地4084200.25242.32TV一次A相断228.2257.2236.119.22TV一次A、B断226.9244.1250.314.03线路A相全断线（不接2TV)362.5209.9205.3120.6线路A相部分断线（不接2TV)291.4224219.648.3线路两相全断线（不接2TV)4144140.137241.8线路两相部分断线（不接2TV)276.3275.7181.560.1线路A相全断线（接2TV)240.6459646427线路A相部分断线（接2TV)306.7212.3223.464.3A相直接接地（有消弧线圈）1.32402423240表9-5 电容电流和接地电流测量值（mA）运行情况正常运行1481481482-A相直接接地0261261450320-B相直接接地2520252456320-C相直接接地-0450305-A相直接接地（有消弧线圈）26026026045542550表9-6 互感器星形绕组二次电压测量值（V)运动情况正常运行109.5109.9110.364.364.763.6A相直接接地107.3109.7110.90.069107.3110.4B相直接接地110.8107.6110.1110.90.073107.6C相直接接地109.5111.2108.2108.2111.30.062TV一次A相断68108.562.20.0796862.32TV一次A、B相断0.04566.1660.0010.04866线路A相全断线108.910511063.4121.3169.9线路A相部分断线109.9109.8109.680.95658.9表9-7 互感器开口三角绕组二次电压测量值（V）运动情况正常运行37.537.837.21.804A相直接接地0.0362.364.7110.5B相直接接地64.40.0462.5111.2C相直接接地62.964.70.037111.82TV一次A相断0.04439.736.4240.72TV一次A、B相断00.02738.5838.55线路A相全断线37.0470.598.6197.1线路A相部分断线4732.7734.4829.74三、单相接地实验 （1）合上接地开关Qd将A相直接接地。 （2）用万用表测量并记录系统三个线电压（、），三个相电压（、），与正常运行值比较是否有变化，分析单相接地时系统是否能继续运行。答：系统三个线电压（、）与正常时差不多，三个相电压（、）中，故障相电压升高，非故障相电压不变。此时系统仍能继续运行，因为线电压任然对称，但是规程规定只能运行1-2个小时。否则也会因为线路过热而引起别的故障。 （3）测量并记录系统三个相对地电压（、）和中性点对地电压,与正常运行值比较是否有变化，画出相量图分析各对地电压之间的数量和相位关系。答：系统三个相对地电压（、）中，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高为线电压。向量图如图2所示。图2.单相直接接地向量图 （4）分别测量并记录三只电容器的电流、，以及三只电容器公共接地处的电流和接地处电流，与正常运行值比较，画出相量图分析各电流之间的数量和相位关系。答：由表9-5可知，三只电容器的电流中Ica、Icb、Icc，故障相对地电流为零，非故障相对地电流升高为原来的倍。对地电容电流之和为非故障相对地电容电流的向量和。接地处电流。（5）测量并记录电压互感器二次侧三个线电压（、），三个相对地电压（、），与正常运行值比较，分析如何判明接地故障和接地相。答：由表9-6可知，电压互感器二次侧三个线电压（Uab、Ubc 、Uca）与非故障时的电压相等，三个相对地电压（Uad 、Ubd 、Ucd）中故障相电压变为零，非故障相电压升高为线电压。与正常值进行比较，我们可以这样判明接地故障和接地组：当互感器星形绕组二次侧电压中三个相对地电压与正常值偏离较大时，说明发生了故障，其中，接地电压为零的组为接地组。（6）测量电压互感器二次侧开口三角各绕组电压（、）和开口电压，与正常运行值比较，画出相量图分析开口三角各绕组对地电压之间的数量和相量关系。 答： 由表9-7可知电压互感器二次侧开口三角各绕组电压（Ua2 、Ub2 、Uc2）中，故障相电压不变，非故障相电压升高；开口电压Uo,与正常运行值相比，明显增大。四、单相接地与其他故障的鉴别1、电压互感器一次熔断器熔断 （1）A相熔断熔断器熔断：拉开Qd，将电压互感器一次侧A相熔断器拔下，测量一次侧三个相对地电压（、）、变压器中性点对地电压和互感器二次侧三个线电压（、）、三个相对地电压（、）、开口三角电压（、）和，记入表9-7中并与表中A相接地的测值比较，分析与单相接地故障的区别。答：由表9-4可知，当2TV一次A相断线时，系统相对地电压不变，中性点对地电压与较正常运行时几乎相同。由表9-6可知，当A相断，互感器星型绕组二次电压相量图如图3所示。由表9-7可知，互感器开口三角绕组二次电压侧各绕组电压基本相等，但零序电压不为零。与单相故障的区别是：星形侧中，与故障相有关的线电压减小；故障相对地电压为零，非故障相对地电压不变。开口三角侧中，零序电压很大，开口三角电压与正常运行时几乎想通过。 图3. 2TV一次A相断 （2）A、B的熔断器熔断：拉开Qd，将电压互感器一次侧A、B熔断器拔下，测量一次侧三个相对地电压（、）、变压器中性点对地电压和互感器二次侧三个线电压（、）、三个相对地电压（、）、开口三角电压（、）和，记入表9-7中并与表中A相接地的测值比较，分析与单相接地故障的区别。答：由表9-4可知，当2TV一次A、B相断时，系统三个相对地电压（、）略微升高，变压器中性点对地电压也较正常运行时略微升高。由表9-5可知，由表9-6可知，开口三角形接法则各相电压相等但低于正常运行时的开口三角电压。零序电压不为零。与单相接地故障的区别：电压互感器星形侧故障相线电压为零，其余线电压降低；故障相对地电压为零，非故障相对地电压不变。电压互感器开口三角绕组二次侧，开口三角开口三角电压（、）降低，且零序电压较大。向量图如下图5所示。图5. 2TV一次A、B相断第四节 中性点通过消弧线圈接地系统实验一、消弧线圈的补偿作用实验1.变压器组中性点通过开关QL接入单相调压器的输出端（模拟可调的消弧线圈），如图9-2所示。注意调压器指针要先放到最大电压的位置（顺时针到头，即电抗值最大）。调压器不容许放在零位，否则将形成单相短路烧坏设备。2拆除电压互感器一次侧中性点的接地线，以消除互感器电抗对电容电流的补偿作用。3合上QL接入消弧线圈，再合上Qd使系统A相直接接地，合上三相电源后将调压器反时针方向调至某个位置以减小电抗值，使接地电流Id有明显减少，测量并记录有关参数填入相关表中。特别要注意表9-4中接地电流Id、IL的变化，说明消弧线圈的补偿作用。分析：在实验过程中，随着调节接入回路中的电抗的增大，我们可以测出Id、IL首先都开始变小，当理论上的全补偿的时候，达到一个最小值。（但是实际上由于电路中存在这电阻，所以全补偿难以实现）然后继续增大阻抗，则处于过补偿状态，Id、IL也开始慢慢增大。所以在这个过程中，消弧线圈的作用很明显，就是限制电容电流，因为感性电流和容性电流能够相互削弱，而当消弧线圈阻抗值和电容值刚好抵消的时候，理论上可以讲电路中的电流削减为零。这就有效防止了过电流的出现。二、消弧线圈的补偿方式实验1全补偿方式：合上三相电源后调节调压器，使IL =Ic 。从理论上说，可以补偿到接地电流Id=0，这是认为消弧线圈是纯电抗，现场的消弧线圈由于容量大、导线粗，电阻是很小的。但实验用的调压器容量小，电阻不能忽略，不能补偿到接地电流为零。根据实测时Ic、IL值计算出Ic和IL的相位差。2由于消弧线圈电阻的影响，并不一定是IL =IC时的接地电流最小，调节调压器使接地电流最小，记下测值IL 、Idmin、Ic和调压器位置 ，与理论计算值比较。试思考有什么方法可以使Id=0。3欠补偿方式：调节调压器，使IL Ic ，记下测值IL 、Id、Ic和调压器位置 。4过补偿方式：调节调压器，使IL Ic ，记下测值IL 、Id、Ic和调压器位置 。 说明几种补偿方式的特点