电力工程实验指导

1、电力工程实验指导书南通大学电气工程学院郭晓丽 张新松电力工程实验室守则实验是教学的重要环节之一，可以巩固和验证所学过的理论知识，发现和探讨新的问题。为了保证实验的顺利进行和实验质量，保证人身和设备安全，培养学生的动手和实验能力，凡进实验室做实验的人员都必须遵守本实验守则。1. 每次实验前必须根据实验指导书，结合讲课内容进行预习，明确实验目的、内容、方法和注意事项，未预习者不得进行实验。2. 进入实验室保持室内安静，保持室内清洁，爱护仪器设备，不玩弄仪器设备。3. 实验时，选用适当量程仪表，接线要清晰，接线完毕后都必须请知道老师检查，确定接线无误后，方可接通电源进行实验。如未经老师同意，擅自接通

2、电源，造成后果由当事者负责。4. 实验时严禁带电拆线、接线或接触带电线路和设备的裸露部分，更换接线必须切断电源。5. 实验时若发生事故，应保持冷静，迅速切断电源，同时保持现场并立即报告指导教师，进行检查，未查明事故原因，不得继续实验。6. 实验时若损坏仪器设备，应立即报告指导教师，检查损坏原因，当事人应做书面报告或检查，实验室提出意见，交学院处理。7. 实验不得无故缺席、迟到，不得无故更换时间和小组，否则停止实验。8. 实验完毕后将实验数据请指导老师审阅后方可拆线，放在远处，经指导老师检查后方可离开实验室。9. 实验后按要求做好实验报告，按时交指导老师，实验报告内容和要求如下。报告内容：1.

3、实验目的；2. 实验内容；3. 实验仪器设备型号规格编号；4. 实验接线图；5. 实验数据；6. 实验数据计算，结果分析，回答思考问题；7. 实验心得体会。南通大学电气工程学院实验1无穷大功率电源供电系统短路实验 一、实验目的1.了解电力系统的短路种类及故障2.理解无穷大功率电源供电系统三相短路的暂态过程3.构建无穷大功率供电系统的仿真模型，设置短路点，计算短路电流周期分量的幅值和周期电流值。 二、实验设备Matlab仿真软件 三、无穷大功率电源供电系统三相短路的暂态过程 所谓“无穷大功率电源”是指端电压保持恒定，没有内部阻抗，和容量无限大的系统。图1-1所示电路发生三相短路故障。图1-1无限

4、大容量系统三相短路图（1）正常工作时：设电源相电压为正常运行电流为： 式中电流幅值: 阻抗角： （2）k点三相短路 定性分析（电磁暂态）：k点右侧，没有电源，电流衰减到零；k点左侧有电源，短路后由于回路阻抗减少，电流要增大，而电感回路中电流不能突变，因此该回路中出现非周期分量。非周期分量电流不断衰减，电流最终达到稳态短路电流。 定量分析（分析短路电流变化）： 短路电流应满足微分方程： 其解为： 其中短路电流周期分量幅值 短路回路阻抗角 短路回路时间常数 由初始条件决定，即在短路瞬间 ，短路前工作电流与短路后短路电流相等，即 由上式求出inp0，并带入ik表达式中，则： 图1-2为无限大容量系统

5、三相短路时的短路电流波形图。图1-2 无限大容量系统三相短路时的短路电流波形图短路冲击电流ish是短路全电流的最大瞬时值，主要用于检验电气设备和载流导体在短路电流下的受力是否超过容许值。短路冲击电流出现在短路后半个周期，即t=0.01秒时，得: ksh为短路电流冲击系数。纯电阻性电路，ksh=1；纯电感性电路，ksh =2。因此1ksh2。 四、 实验内容 利用Matlab对电力系统发生三相短路进行仿真实验。 假设无穷大功率电源供电系统如图1-3所示，在0.02s时刻变压器低压母线发生三相短路故障，仿真其短路电流周期分量和冲击电流的大小。 图1-3无穷大功率电源供电系统线路参数为变压器额定容量

6、，短路电压，短路损耗,空载损耗，空载电流,变比，高低压绕组均为Y型联结；并设供电点电压为110kV。实验步骤：1） 计算线路电阻、电抗有名值；计算变压器电阻、电抗、电感有名值，画出等值电路2） 计算短路电流周期分量幅值和短路电流冲击电流值3） 熟悉simulink各模块的名称及提取路径4）模块参数设置5）构建仿真模型6）利用仿真结果得到的短路电流周期分量幅值和短路电流冲击电流值，与理论值相比较。五、注意事项1）设计时注意参数的设置。2）注意每个功能模块的使用。六、思考题1）实际上无穷大电源是不存在的，满足什么条件供电电源可以视作无穷大电源？2）短路电流周期分量有效值、冲击短路电流、冲击短路电流

7、有效值的关系？实验2 电磁型电流继电器和电压继电器特性实验一、实验目的1通过预习了解电力系统机电保护用继电器的基本分类、方法及其结构。2熟悉常用电流继电器和电压继电器。3调整、测量电磁型电压继电器和电流继电器的动作值、返回值和返回系数。二、实验设备DJS-1型电力自动化及继电保护实验平台三、继电器的类型与认识继电器是电力系统常规继电保护的主要元件，它的种类繁多，原理作用各异。1继电器的分类继电器按所反映的物理量的不同可分为电量和非电量两种，属于非电量的有瓦斯继电器，速度继电器。反应电量的种类比较多，一般分类如下：a 按动作原理可分为：电磁型，感应型，整流型，晶体管型，微机型。b 按继电器所反应

8、的电量性质可分为电流继电器、电压继电器、功率继电器、阻抗继电器等。c 按继电器的作用可分为动作继电器、中间继电器、时间继电器、信号继电器等。d 进年来电力系统以大量使用微机保护，整流型和晶体管型继电器以及感应型，电磁型继电器使用量已有减少。2常用电流继电器的构成原理DL30系列电磁型电流继电器常用于电机、变压器和输电线路的过负荷和短路保护中，作为起动元件，只有它首先反应出电流的剧增，由它再起动和传递到保护环节、直至触发断路器跳闸，将故障部分从系统中切除。通过实验对电流继电器的特性、接线方式和整定都有明确的认识。DL30系列电磁型电流继电器主要产品有DL31、DL32、DL33、DL34等。本实

9、验所用的电流继电器为DL31，最大整定电流为6A、整定电流范围为1.56A。该继电器为磁电式，瞬时动作，磁系统有两个线圈，可根据需要串联或并联，故改变接线方式可使继电器的整定范围变化一倍。继电器铭牌的刻度值及额定值对于电流继电器是线圈串联的值（以安培为单位），拨动刻度的指针，即可改变继电器的动作值。（原理是改变游丝的反作用力矩）。继电器的动作是这样的：当电流值升至整定值或大于整定值时，继电器动作，动合触点闭合，动断触点断开。当电流降至0.8倍整定值时，继电器就返回，动合触点断开，动断触点闭合。DL-31型电流继电器的内部接线如图21所示： 图21 DL-31型电流继电器接线图DL-31型电流继

10、电器，按整定值的范围误差有：1 每一整定值的误差不大于6。2 继电器的刻度误差不大于6。3 动作值的离散度（变差）不大于6。4 对于DL31、DL32、DL33、DL34型电流继电器的返回系数不小于0.8，最大整定电流为200A的电流继电器的返回系数不小于0.7。5 在1.1倍动作值时，动作时间不大于0.12S；在2倍动作值时，动作时间不大于0.04S。3常用电压继电器的构成原理常用的电磁式电压继电器的结构和原理，与电磁式电流继电器极为类似，只是电压继电器的线圈为电压线圈，有过电压继电器和欠电压继电器，多做成低电压（欠电压）继电器。低电压继电器的动作电压为Uop，为其线圈上使继电器动作的最高电

11、压；其返回电压为Ure，为其线圈上的使继电器由动作状态返回到起始位置的最低电压。低电压的返回系数为KreUre/Uop1，其值越接近1，说明继电器越灵敏，一般为1.25。过电压的返回系数KreUre/Uop1，其值越接近1，说明继电器越灵敏。本实验用DY-32型电压继电器（60V），其内部接线如图2-2所示。 图22 DY-32型电压继电器接线图四、电流继电器特性实验 电流继电器动作、返回电流值测试实验。实验电路原理如图2-3所示。 11 HL1 开关模拟TA 单相调压器A KA220V N图2-3 电流继电器特性实验原理图实验步骤如下：1. 整定继电器动作值，按图2-3接线，调压器输出指示为

12、0V。2. 检查线路正确后，合上电源开关。3. 调节调压器使电流值缓慢升高，记下继电器动作（指示灯HL1亮）时的电流值，即为动作值。4. 继电器动作后，再调节调压器使电流值平滑下降，记下继电器返回时（指示灯HL1灭）最大电流值，即为返回值。5. 测三组数据，分别计算动作值和返回值的平均值即为电流继电器的动作电流值和返回电流值。6. 计算整定值的相对误差及返回系数7. 将结果填入表2-1中 表2-1 动作值，返回值测试线圈接法动作值返回值线圈串联123平均值误 差整定值 返回系数线圈并联123平均值误 差整定值 返回系数四、电压继电器特性实验电压继电器动作、返回电压值测试实验（以过电压继电器为例

13、）。实验原理图如下图2-4所示。(模拟PT)单相调压器11AVA HL1 开关A KV220V N图2-4 电压继电器特性实验原理图实验步骤如下：1. 整定继电器动作值，按图2-4接线，调压器输出指示为0V。2. 检查线路正确后，合上电源开关；3. 调整调压器使电压缓慢升高，记下继电器动作（指示灯HL1亮）时的电压值，即为动作值；4. 继电器动作后，再调节调压器使电压缓慢下降，记下继电器返回（指示灯HL1灭）时的电压值，即为继电器的返回值；5. 测三组数据，分别计算动作值和返回值的平均值，即为过电压继电器的动作值和返回值；6. 计算整定值的误差、变差及返回系数；7. 结果填入表2-2中表2-2

14、动作值，返回值测试线圈接法动作值返回值线圈串联123平均值误 差整定值 返回系数线圈并联123平均值误 差整定值 返回系数五、思考题1) 电磁型电流继电器和电压继电器在结构上由什么异同点？2) 如何调整继电器的返回系数？3) 过电压继电器和欠电压继电器有何区别？实验3 线路定时限过电流保护实验一、实验目的1. 掌握定时限过电流保护的整定原则与方法2. 理解供配电系统中组成的定时限过电流保护线路及其保护原理；3. 利用实验平台所提供的设备设计实验电路，并分析判断运行结果的正确性。2、 实验设备 DJS-1型电力自动化及继电保护实验平台设备：电流表、单相调压器、滑动变阻器、电流继电器DL-31型、

15、中间继电器DZ15Q型、信号继电器DX-31A等。三、定时限过电流保护简要说明电力系统的发电机、变压器和线路等电气元件发生故障时，将产生很大的短路电流，而且，故障点距离电源越近，短路电流越大。所以，继电保护装置根据故障电流大小而动作的电流继电器和其它电器元件构成过电流保护和速断保护。当故障电流超过它们的整定值时，保护装置就动作，使断路器跳闸，将故障从系统中切除。其中常用的一种过电流保护就是定时限过电流保护。定时限保护是指继电保护的动作时限固定不变，与故障电流大小无关。定时限保护的时限是由时间继电器获得的，它的时限根据保护要求来整定。定时限过电流保护一般采用两段式保护。四、设计内容1) 利用DJS-1型电力自动化及继电保护实验平台所提供的电流表、单相调压器、滑动变阻器、电流继电器等设计一个实验电路，以RP1模拟线路WL1阻抗，以RP2模拟线路WL2阻抗，使通过的电流为2A，此电流假定为通过电流继电器KA1和KA2的最大负荷电流。参考电路如下： 图3-1 线路定时限保护原理图2) 利用DJS-1型电力自动化及继电保护实验平台所提供的电流表、单相调压器、滑动变阻器、电流继电器、中间继电器、信号继电器等画出两级定时限过电流保护原理接线图及展开图。3) 通过KA1和KA2的最大负荷电流为2A，整定定时限过电流保护的动作电流。4) 整定定时限过电流保