《电力系统动态模拟综合实验》实验报告

《电力系统动态模拟综合实验》

实验报告

实验名称发电机及系统短路故

障影响实验

姓名XXX学号XXX

日期XXX地点XXX

成绩教师

电气工程学院

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东南大学

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1.实验目的：

(1)了解动模实验室的构成，主要设备及其功能。

(2)熟悉和掌握发电机的启动，调压，调速，并网，解列，停机等操作。

(3)通过单机一无穷大系统中不同点的短路故障实验，理解发电机在短路时的电磁暂态过程，分

析和掌握短路起始相角及回路阻沆对发电机运行状态的影响。

2.实验内容：

在单机--无穷大主接线模以实验系统中，通过实验操作•熟悉实验室环境及实验设备，

掌握发电机的启动，调压，调速，并列，解列及停机操作方法，选择不同的短路点进行短路故障实验，录取

短路时刻的电压，电流波形，然后，根据所学知识，分析求取发电机或系统的状态参数，理解和掌握短路故

障对发电机及系统运行状态的影响。

3.实验原理(实验的理论基础)：

根据《电力系统暂态分析》相关理论，可知在三相短路时，发电机定子绕组电流中

图1.发电机短路电流波形图

iw(a)为强制分量，不衰减

?iw为按此时励磁绕组的时间常数?iTd衰减的分量

,衰减的分量

峰为按直轴阻尼绕组的时间常数Td.

ia和人为按定子统沮的时间常数根Ta衰减的分量

据发电机三相短路时电流波形图，由短路电流波形图绘制其包络线。包络线中分

线即直流分量。，将短路目流减去直流分量，则可以认为是基顼交流分量。根据发电机参数，丁点和

Td,,都较小，在短路后0,5s，可以认为基频电流中只含有稳态分量，读出此时电流幅值iw(a)。在

此时刻前找两处幅值3，12及对应时刻Tl,T2,则可得方程组：

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（2）发电机启动：

发电机启动与无穷大系统类似•只不过要复杂一些；图4为同步发电机03G相关控

制台操作按钮示意图。启动时•先弹出【开/关机】按钮（白色方形“开机令”按钮），合【询速】电

源开关（红色圆形按钮），同时观察发电机转速。当发电机能速接近额定

转速时，弹出【启励/灭磁】按钮（白色方形“启励”按钮），合【励磁】电源开关（红

色圆形按钮），此时发电机机端电压建立。

03G核电机绍

图4.同步发电机03G控制台操作按钮图

（3）线路送电：

线路送电操作就是在无穷大系统启动后，按照主接线的连接（如图2），将线路开

关Q卜51\Q卜52gl~53\。卜54合闸。合闸时，在操作控制台上找到相关开关的操作按钮，按

下【红色】操作按钮为合闸，【绿色】操作按钮为分闸，同时观察监控界面。

（4）发电机同期并列：

实验系统的同期方式为自动准同期方式，发电机的同期点是发电机升压变高压侧的03QF开关：

操作时•首先要保证03QF开关两侧已带电，在同期选择面板上操作【旋转按钮】选择同期对象03G,

按下【同期】开关。观察同期控制器面板中的数显和指示灯

（如图5），其中LED旋转灯显示发电机端电压和系统电压相位差，当两者相位基本相同时，并且系

统侧与发电机测的电压幅值与频率接近时，按下【同期命令】操作按钮，进行发电器并网操作，当满足

同期的三个条件时，同期装路将自动合闸【03QF】开关，

则表示并网成功。

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(5)发电机功率调节：

发电机并网成功后，通过【调速旋钮】和【励磁调节按钮】可以调节发电机输出的有功和无功功率，将

有功和无功调节到额定值。

(6)短路故障点的类型选择操作：

在短路故障模拟单元中(如图6所示)，转动【短路点选择旋钮】可以选择短路故

障点分别为D11、D12、D13D14,通过【短路类型选择按钮】可以设路故障类型；本次实验选择故障点为

[D12],故障类型为【三相对中性点短路】，即将AB、CN按钮按下，使其连接到一起，此时故障类型为三

相接地短路＞

短路操作送31

短路类型选

择按钮

短路点选择

旋钮

图6.短路故障操作单元

(7)短路故障操作：

短路故障实验是通过操作【短路】按钮进行的；【短路】按钮是一个白熨位按钮，

当按下【短路】按钮，表示短路开关投入，即发生短路故障。这样操作产生的短路时间和合闸角度都是不可控

的，短路时间与按下按钮的持续时间一致。按下短路按钮并迅速

松开，进行短路故障实验。

(8)故障录波：

故障录波仪将自动记录故障时系统电压、电流波形。记录录波仪的数据并打印故障

波形。

(9)不同故障类型及故障点的短路实验：

不同故障点和故障类型的好路实验，可以重复6-8懒作进行。

(10)发电机解列与停机操作：

发电机解列操作首先将发电机有功功率和无功功率调至零，前后断开发电机侧断路

器03QF,将发电机解列。发电机停机操作，顺序为跳开【励磁】电源开关(绿色圆形按钮)，合上【启励/灭

磁】(白色方形“启励”按钮)，跳开【调速】电源开关(绿色0!形按钮)，合上【开/关机】(白色方形

“开机令”按钮)。

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(11)无穷大系统停机操作：

无穷大系统停机操作与无穷大系统启动操作相反，操作。具体操作参考无穷大系统的启动

(12)实验系统停机:关闭其它实验设备电源。

注意：在发电机停机时，一定先要降低发电机的功率，使有功和无功功率为零。开各断路器开再依次跳

关'动力电源等！

数据记录及图像：

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图7.单相短路接地故障录波六意图

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图8.两相短路接地故障录波示意图

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东南大学动模灾整宅刖50非故障录波波形图

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图9.三相短路故障录波示意图

6.实验结果和及其分析(实验结果及对出现问题的解释与分析)：

(1)实验过程中，通过监控后台获取录波波形数据。答：波形见上图。

(2)根据三相短路故障三相电流波形绘制包络线及直流分量•并求出基频分量k,?L

和？心。由电压波形图读出短路时刻三相相位角，并分析直流分量与短路时相位角的关系，分

析不同故障类型，不同故障点的短路特性•

答：绘制的图如下：

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图10.三相短路故障包络线绘制图

,"1(

发电机常数:Td=1.486s,Td=—Td=0.18575s

(a)a相：8

选取两个时刻：iwg=4-2785A(此时直流分量为0)

TTi=10.16ms,I1=41.443-21.694=19.749A

解方程组：

TiT.

ZAiw©，。・・布■:iw2eTd1-iw：j'.

T2J2

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T

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m&iw—尹；二i“：送-(7)-15.4705

代入数据得：

「丁”LL二二人6.6089

解得:

冷2

,Aiw=5.23mW

=10.85144

相位角为：从图中大致读出为30°

(b)b相：记o=4.2785A(此时直流分量为0)

选取两个时刻：「=10.16msh=15.539+3.557=19.096A

T2=264.6ms,l2=12.8355-0.234=12.6015A

解方程组：

TiTi

IF

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『0.99324iw+094妣又=19.妙—4.2应=14.8175

代人数据得:

；叮.亍：勺芯iw妒迟匕二二-二“=12.6015

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侬=7.4707二

解得：相位角：从图中大致读巴：-90

(C)C相：iw(・)=4.2785A(此时直流分量为0)

选取两个时刻：r=0ms,li=8.557+10.883=19.44A

T2=264.6ms,l2=13.198-0.221=12.977A

(&w+Aiw2=19.44-4.2785=15.1615

代入数据得：

ii_L

■■■:iw6.%2©Td

解得程组：

T

T22

dd

[Aiwe+Aiw2e"

「丁“「一m二H-[■二=12.977

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相位角：从图中大致读出为：120°分析：

单相短路接地时，特点：因为Z*和Z22近似相等，所以单相短路电流大于同一点的三相短路电流，并且三相

短路时•各序电流分量相等。对于短路电压­越接近发电机处正序电压越高，越接近故障点正序电压越

低。因为正序等效电路是存在发电机电源的。对干负序电压和零序