山东大学电力系统动态模拟综合实验

试验一发电机组的基本操作

1.试验目的

把握发电机的启动、并网、增减负荷、解列停机等基本操作。

2.试验要求

（1）严格遵守试验室的各种规章制度。

（2）熟识动模试验室模拟发电机组的基本构成。

（3）熟识发电机的相关学问及起停基本操作步骤。

3.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满意下列条件：

（1）发电机的相序应与电网全都；

（2）发电机的频率应与电网相同；

（3）发电机的激磁电动势瓦应与电网电压U大小相等、相位相同；

上述三个条件中，第一个条件必需满意，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。若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。若发电机的频率与电网频率不同，瓦和U之间便有相对运动，两相量间的相角差将在0~360°

之间逐步变化，电压差忽大忽小。频率相差越大，电压差变化越猛烈，投入并联的操作亦

困难；若投入电网，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。若机端电

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，该电流可达到额定电流的5~8

(a)(b)

图1-1发电机投入并联时的状况（a）&和U大小不等：（b）瓦和U相位不同

为了投入并联所进行的调整和操作过程，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合乎投入并联的条件，然后投入电网，叫做准同步。为了推断是否满意投入并

联条件，经常采纳同步指示器。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，可米纳自同步方法。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。

4.内容与步骤

4.1、预备工作：

4.2、开机、调速、励磁、并网、增减负荷操作：

4.3、解列、停机的基本操作；

5.思索题

（1）发电机准同期条件是什么？形成冲击电流的因素可能有哪些？

（2）在相序、频率、电压相同条件下，相位差多大时冲击电流最大？

（3）自同期操作方法及优缺点是什么？

试验二发电机有功、无功调整

1.试验目的

熟识电力系统正常运行方式下主要物理量之间的关系。

2.试验原理

依据能量守恒原理，要增加发电机的有功功率，应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：

d8

(2-1)

atTj

可知转子加速，功角6增大。上式中，5是电角速度3与同步电角速度3。的夹角，称为功角；刀

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；田为转子上的机械功

率；2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，6角才能稳定。依据隐极发

电机的功-角特性：

EU

%,二」(I一sinb(2-2)

%

当电势Eq是常数时，有功负荷变化打算于3角，其轨迹是一个以C为圆心，Eq为半径的圆弧，如

图27(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3增大，

直至6=90°,电磁功率达到最大。反之，输出的有功功率减小时，6角相应减小。

图2T(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，忽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，发电机的电磁功率心和输出的有功功率2均应近似保持不变，由于电网电压〃和发电

机的同步电抗U均为定值所以有：

4=放5皿8=常数=作。5由5=常数

尸2=j；coss=常数i1COS0=常数(2-3)

图2-2(b)为当满意式(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

L称为“正常励磁”，此时发电机的输出功率全部为有功功率，若增加励磁电流，发电机运行在“过励”

状态，此时激磁电动势增加到耳，但由于反sinb二常数，故睨的端点应落在水平线AB上。相应地电

枢电流变为/'，但由于/COS0=常数，故八的端点落在垂线CD上，从图中可以看动身电机产生一滞后

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。

3.试验内容与步骤

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I、2两端均装有PT

和CT,来测量建路始端和末端的电压和电流，用以分析莲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、性质的分析两部分；

4.试验内容与步骤

（1）依据原理图接线。

（2）经检查无误后，给系统送电。

（3）开动发电机，与系统同期并列运行。

（4）设置故障，启动故障录波器录波。

（5）分析故障对系统产生的影响：边界条件，对发电机、线路电压、线路电流的影响。

（6）打开波形图，纪录试验数据，观看是否与分析相符，填写试验报告。

5.试验报告、

见附表3-1。

6.思索题

I.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？（继电爱护方

向）

2.有时波形图上有严峻的谐波，这些谐波从何而来？

3.电力系统故障时，系统频率往往偏离5（）Hz,这样会对故障点距离测定产生什么影响？

4.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的测量输出会不会产生误差，如

果有，是什么误差。*

5.在同样条件下，单相接地、两相接地、三相故障哪种故障短路电流最大？为什么？

表3-1短路故障试验纪录

故障类型复合序网向量图电流电压边界条件