电力系统动态模拟综合实验

电力系统动态模拟试验室电力系统动态模拟试验室综合试验电力系统动态模拟试验室电力系统动态模拟试验室综合试验21试验目的把握发电机的启动、并网、增减负荷、解列停机等根本操作。试验要求严格遵守试验室的各种规章制度。生疏动模试验室模拟发电机组的根本构成。生疏发电机的相关学问及起停根本操作步骤。试验原理同步发电机投入并联时，为了避开电机和电网中产生冲击电流，以及由此在电机转轴上产生的冲击转矩，待投入并联的发电机应当满足以下条件：〕发电机的相序应与电网全都；〕发电机的频率应与电网一样；〕发电机的激磁电动势应与电网电压大小相等、相位一样；0上述三个条件中，第一个条件必需满足，其它两个允许稍有出入。图1-1表示投入并联时的单相示意图。假设相序不同而投入并联，则相当于在电机的端点上加一组负序电压，这是一种严峻的故障状况，电流和转矩冲击都很大，必需避开。假设发电机的频率与电网频率不同， 和之间便有相对运动，0

两相量间的相角差将在 0~3600之间逐步变化，电压差ΔU忽大忽小。频率相差越大，电压差变化越猛烈，投入并联的操作亦0困难；假设投入电网，也不易牵入同步，而将在发电机与电网之间引起很大的电流和功率振荡。假设机端电压与电网电压大小不等如图 1-1〔a〕或相位不同如图 1-1〔b〕所示，而把发电机投入并联，则将在发电机与电网中产生肯定的冲击电流。在严峻状况下，该电流可到达额定电流的 5~8倍。u0

u0(b)图1-1 发电机投入并联时的状况 (a)0和大小不等；(b) 0和相位不同为了投入并联所进展的调整和操作过程，称为同步过程。有用的同步方法有两种：准同步和自同步。把发电机调整到完全符合投入并联的条件，然后投入电网，叫做准同步。为了推断是否满足投入并联条件，常常承受同步指示器。准同步的优点是，投入瞬间电网和电机没有〔或很少〕冲击，缺点是同步手续比较简单。为了把发电机快速投入电网，可采 用自同步方法。自同步方法的投入步骤为：首先校验发电机的相序，并依据规定的转向〔和定子旋转磁场的转向全都〕把发电机拖动到接近于同步转速，励磁绕组经限流电阻短路，然后把发电机投入电网，并马上加上直流励磁，此时依靠定、转子磁场间所形成的电磁转矩，就可以把转子自动牵入同步。自同步的优点是投入快速，不需增加简单的装置，缺点是投入时定子电流冲击稍大。内容与步骤、预备工作：、开机、调速、励磁、并网、增减负荷操作：、解列、停机的根本操作 ：思考题〕〕〕试验目的生疏电力系统正常运行方式下主要物理量之间的关系。试验原理依据能量守恒原理，要增加发电机的有功功率，应当增加发电机的输入功率，即增加原动机的驱动转矩，这时通常用加大增大汽轮机进汽阀〔或水轮机的导水翼〕的开度，使原动机转矩增大，由同步发电机的转子运动方程： d dt 0d 1 (P

P)

〔2-1〕dt T T J可知转子加速，功角δ增大。上式中，δ是电角速度ω与同步电角速度ω 的夹角，称为功角；T0 J为在发电机组转子上加额定转矩后转子从停顿状态到额定转速时所经过的时间；P为转子上的机械功T率；P为转子上的电磁功率。当原动机转矩与发电机电磁转矩相互平衡时， δ角才能稳定。依据隐极发E电机的功-角特性：EUP qEq x

sin 〔2-2〕d当电势Eq是常数时，有功负荷变化打算于 δ角，其轨迹是一个以C为圆心，Eq为半径的圆弧，如图2-1〔a〕所示。由此可见，增加原动机的输入功率时，发电机输出的有功功率增大，功率角 δ增大，直至δ=900，电磁功率到达最大。反之，输出的有功功率减小时， δ角相应减小。Aδ

CACA00ssDAδ 111ψ B2 B11ψIψ2 2I1图2-1〔a〕Eq为常数，P变化时 图2-2〔b〕在各种励磁电流状况下，同步发电机的工作状态向量图 发电机工作状态向量图与电网并联的同步发电机不仅要向电网输出有功功率， 而且还要输出无功功率。假设调整励磁时原动机的输入有功功率保持不变，并为了简洁，无视电枢电阻和磁饱和，于是依据功率平衡关系可知，在调整励磁前后，发电机的电磁功率 PE和输出的有功功率 P2均应近似保持不变，由于电网电压 U和发电机的同步电抗Xs均为定值所以有：P EUP 0 E X

sin常数 E 0

sin常数

〔2-3〕PUIscos常数2

Icos常数图2-2〔b〕为当满足式〔2-3，调整励磁时发电机的向量图。当发电机的功率因数为 1时的励磁电流I称为“正常励磁”，此时发电机的输出功率全部为有功功率。假设增加励磁电流，发电机运行在“过励”f状态，此时激磁电动势增加到 0

sinδ=常数，故的端点应落在水平线 AB上。相应地电0 0枢电流变为I，但由于Icos常数I的端点落在垂线CD的无功功率。反之，发电机运行于“欠励” ，产生一超前的无功功率。因此，调整励磁电流便可以调整发电机的无功功率。试验内容与步骤〔1〕不投自动励磁调整器，调整系统电压 =400V左右，发电机高压侧电压=400V左右，并网后，在不转变励磁的状况下，调整有功，分别记录 P=0，1，2，3，4，5kW左右时发电机掌握屏上各仪表的显示值，填入下表，画出变化曲线，分析各量之间的关系。表2-1 P与各电量的关系P(kW)I〔定子电流〕If〔励磁电流〕δ(度)Q(kVar)012345〔2〕不投自动励磁调整器，调整系统电压 =400V左右，发电机高压侧电压=400V左右，并网后，调整发电机有功功率P=3kW左右，然后在不调原动机的状况下，调整励磁，分别记录Q=0，1，2，3，4kVar左右时发电机掌握屏上各仪表的显示值，填入下表。表2-2 Q与各电量的关系Q(kVar)I〔定子电流〕If〔励磁电流〕δ(度)P(kW)012345思考题〕为什么增加有功功率时，无功功率会下降。〕请解释发电机高压侧电压随 P增加而下降的缘由。〕说明在原动机进汽量不变时，励磁电流 If增加会导致功率角下降的缘由。〕从物理概念上说明为什么在增加 P、Q时要分别增开汽门和增加励磁？试验目的〕〕把握各种故障〔线路故障、发电机、变压器故 障〕对电力系统产生的影响。试验要求〕〕〕试验原理凡造成电力系统运行不正常的任何连接和状况称为电力系统的故障。电力系统故障的类型很多，主要有以下几种：简洁故障〔单重故障〕

对称故障 三相短路f(3)f(1)f(2)

短路〔纵向故障〕电力系统故障

简单故障

不对称故障

f(1,1)单相断线O(1) 断线两相断线O(2) 〔横向故障、非全相运行〕〔多重故障〕

两处及以上简洁故障同时发生试验用原型系统如图 3-1所示，发电机通过输电线路与无穷大系统相连。线路 1、2两端均装有PT和CT，来测量线路始端和末端的电压和电流，用以分析线路的故障地点和故障性质。输电线路故障分析程序可以大致包括数据采集和 故障相别、性质的分析两局部；发电机发电机无穷大图3-1 试验用系统接线试验内容与步骤〕〕〕〕〕〕试验报告、3-1。思考题输电线路经电弧电阻接地时，电弧电阻的存在对故障点距离的测定会有什么影响？ (继电保护方向)有时波形图上有严峻的谐波，这些谐波从何而来？电力系统故障时，系统频率往往偏离 50Hz，这样会对故障点距离测定产生什么影响？电力系统短路时短路电流中包含有衰减的直流重量，这对 CT