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1、四川大学电气工程学院实验报告（本科）学号_姓名;专业电气工程及其自动化班级H期实验题目电力系统静态稳定与暂态稳定实验实验一电力系统静态稳定实验一、实验目的1 .掌握电力系统静态稳定的概念和内涵，了解它的工业背景和应用情景。2 .了解和掌握电力系统的各种运行状态与运行参数的相互作用情况、数值变化规律和范围。3 .掌握电力系统静态稳定功率极限和功率裕度的测试方法。4 .了解电力系统静态稳定的条件；运行状态和系统参数对稳定的影响；非稳态对发电机和系统的影响等。5 .学会知识的贯通和灵活应用，以及用网络化的知识来支撑工作。6 .培养电气工作严谨的工作作风和基本的工作素质。二、原理与说明电力系统稳态对称
2、和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概念”。为一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。因此，除了通过结合实际的问题，让学生掌握此类“数值概念”夕卜，实验也是一条很好的、更为直观、易于形成深刻记忆的手段之一。实验用一次系统接线图如图2所示。本实验系统是一种物理模型。原动机采用直流电动机来模拟，当然，它们的特性与大型原动机是不相似的。原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽然其参数
3、不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。实验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满足相似条件。“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。为了进行测量，实验台设置了测量系统，以测量各种电量（电流、电压、功率、频率）。为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发电机轴上装设了闪光测角装置。此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。三、实验项目和方法1 .单回路稳态对称运行实验在
4、本章实验中，原动机采用手动模拟方式开机，励磁采用手动励磁方式，然后启机、建压、并网后调整发电机电压和原动机功率，使输电系统处于不同的运行状态（输送功率的大小，线路首、末端电压的差别等），观察记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点及数值范围，为电压损耗、电压降落、沿线电压变化、两端无功功率的方向（根据沿线电压大小比较判断）等。2.双回路对称运行与单回路对称运行比较实验按实验1的方法进行实验2的操作，只是将原来的单Pl线路改成双回路运行。将实验1的结果与实验2进行比较分析。表31PQIUFUZUaUU单回路0.600.523022022
5、010100.801.023022022010100.80.20.7525023022030300.60.20.52502402203030双回路0.80.61.2526024022040400.8-0.61.75200200220-20-201.00.61.3726024022040401.0-0.62.00190190220-30-30注:Uz一中间开关站电压；U输电线路的电压损耗;UT俞电线路的电压降落四、实验数据分析及总结1 .在同一回路中，励磁(无功功率)不变时，回路中三相电流随有功输出的增大而增大，而机端电压不变；当有功输出不变时，随无功增加，极端电压也随之增大。当无功功率为负时，
6、发电机从系统吸收无功，会导致机端电压降低，但由于与无穷大系统相连，所以末端电压基本恒为220kV,电压降落也为负值。在电路中无功与电压有关，有功与电流有关。2 .当励磁不变，有功输出增大时，回路电流增大，在发电机电抗和线路电抗的影响下，线路压降增大，会导致机端电压和开关站电压下降。3 .两种回路运行方式比较，两种运行方式对电力系统稳定性均有一定影响，但双回路供电稳定性较好。双回路阻抗比单回路更小，所需励磁电压小，电压损耗也小，在送出相同无功的情况下，双回路能送出的有功功率更大，而且双回路供电提高了供电可靠性。五、实验总结通过电力系统静态稳定实验我对电力系统中有功无功对电流电压的影响，以及励磁对
7、系统的作用有了更直观深刻的认识。同时我还了解了电力系统的一些常识，如红灯代表危险，代表通电。绿灯代表未通电。此前我以为发电机与电力系统同步后就可以发电了，实际上同步后回路中没有电流，还需要原动机继续出力，增大机端电压才可以向系统供电。正常运行后可以通过调节励磁电压来调节无功，改变机端电压。六、思考题1 .影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？答：由静稳系数可得，系统的静态稳定与系统中各元件的阻抗、系统电压水平、机端电压和发电机功角有关。2 .提高电力系统静态稳定有哪些措施？答：(1)采用自动励磁调节装置(2)提高运行电压水平(3)减小输电线路电抗：采用串联电容补偿、分裂导线、提高输电线路电压等级
8、(4)减小发电机和变压器电抗(5)改善系统结构，使结构更紧凑3 .何为电压损耗、电压降落？答：电压损耗使线路两端电压的数值差。电压降落为两端电压的向量差，可分为横分量和纵分量，一般电压降落的横分量较小，可近似认为电压损耗与电压降落纵分量相等。4.“两表法”测量三相功率的原理是什么？它有什么前提条件?答：=一相负载由图可知Wl测量AB线电压与A相电流，W2测量BC线电压与C相电流。P=P+P2=uAB1A+uBC1C+zc=oP=(UA-Ub)Ia+(U8-Uc)Ic=UaIaUcIc-Ub(Ia+Ic)=uaia+ucic+ubib所以两表所测功率之和即为三相功率。但是此方法只适用于三相三线制
9、系统，在配电网中为保证三项对称,需要引入第四根线组成三相四线制系统，无法使用两表法测量三相功率。实验二电力系统暂态稳定实验一、实验目的1 .通过实验加深对电力系统暂态稳定内容的理解，使课堂理论教学与实践结合，提高学生的感性认识。2 .学生通过实际操作，从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施二、原理与说明电力系统暂态稳定问题是指电力系统受到较大的扰动之后，各发电机能否继续保持同步运行的问题。在各种扰动中以短路故障的扰动最为严重。正常运行时发电机功率特性为：Pl=(EoXUo)sin1Xl;3 路运行时发电机功率特性为：P2=(EoXUo)XsinX2;4 障切除发电机功率特性为：P3=(
10、EoXUo)sin3X3;对这三个公式进行比较，我们可以知道决定功率特性发生变化与阻抗和功角特性有关。而系统保持稳定条件是切除故隙角6c小于max,max可由等面积原则计算出来。本实验就是基于此原理，由于不同短路状态下，系统阻抗X2不同，同时切除故障线路不同也使X3不同，max也不同，使对故障切除的时间要求也不同。同时，在故障发生时及故障切除通过强励磁增加发电机的电势，使发电机功率特性中EO增加，使max增加，相应故障切除的时间也可延长；由于电力系统发生瞬间单相接地故障较多，发生瞬间单相故障时采用自动重合闸，使系统进入正常工作状态。这二种方法都有利于提高系统的稳定性。三、实验项目与方法(一)短
11、路对电力系统暂态稳定的影响1.短路类型对暂态稳定的影响本实验台通过对操作台上的短路选择按钮的组合可进行单相接地短路，两相相间短路，两相接地短路和三相短路试验。固定短路地点，短路切除时间和系统运行条件，在发电机经双回线与“无穷大”电网联网运行时，某一回线发生某种类型短路，经一定时间切除故障成单回线运行。短路的切除时间在微机保护装置中设定，同时要设定重合闸是否投切。在手动励磁方式下通过调速器的增(减)速按钮调节发电机向电网的出力，测定不同短路运行时能保持系统稳定时发电机所能输出的最大功率，并进行比较，分析不同故障类型对暂态稳定的影响。将实验结果与理论分析结果进行分析比较。P皿为系统可以稳定输出的极
12、限，注意观察有功表的读数，当系统出于振荡临界状态时，记录有功表读数，最大电流读数可以从YHBIII型微机保护装置读出，具体显示为：GL-三相过流值GA-A相过流值GB-B相过流值GC-C相过流值微机保护装置的整定值代码如下：01：过流保护动作延迟时间02：重合闸动作延迟时间03：过电流整定值04：过流保护投切选择05：重合闸投切选择另外，短路时间TD由面板上“短路时间”继电器整定，具体整定参数为表5-1。表5-1整定值代码0102030405Td整定值0.5(s)/5.00(A)OnOff1.0(s)微机保护装置的整定方法如下：按压“画面切换”按钮，当数码管显示P-J时，按压触摸按钮“+”或“
13、一”输入密码，待密码输入后，按下按键“”，如果输入密码正确，就会进入整定值修改画面。进入整定值修改画面后，通过先选01整定项目，再按压触摸按钮“+”或“一”选择当保护时间(s)；通过”选03整定项目，再按压触摸按钮“+”或“一”选择当过电流保护值；通过”选04整定项目，再按压触摸按钮“+”或“一”选择当过电流保护投切ON；通过选05整定项目，再按压触摸按钮“+”或“一”选择重合闸投切为OFF。(详细操作方法WDTIII综合自动化试验台使用说明书。)表5-2短路切除时间t=0.5s短路类型：单相接地短路QFlQF2QF3QF4QF5QF6P皿(W)最大短路电流（八）1111012.24.6601
14、01011.04.921101110.87.260111110.87.02(0：表示对应线路开关断开状态1：表示对应线路J表5-3短路切除时间t=0.5s短路类型：两相下关闭合状态)相间短路QFlQF2QF3QF4QF5QF6Pfwx(W)最大短路电流（八）1111012.25.890101011101110111110.89.86QFlQF2QF3QF4QF5QF6Pnnx(W)最大短路电流（八）1111012.24.970101011101110111110.810.6表5-4短路切除时间t=0.5s短路类型：三相短路四、实验数据分析总结1 .通过对上面三个表的对比可以发现，当输出功率一定
15、时，三相接地短路短路电流最大，单相接地短路短路电流最小。这也与理论分析中三种短路时的附加阻抗的影响一致。不对称短路时，根据正序等效定则相当于在正常等值电路的短路点接入了一个附加阻抗，改变系统阻抗，影响输出功率，使功角发生改变，由于附加阻抗不同，造成的影响也不相同。2 .双回线路阻抗更小，损耗也更小，通过数据对比可以发现，双回线路输出功率大于单回线路。3 .单相接地短路有自动重合闸，对于暂时性故障可以通过自动重合闸恢复正常运行。而两相接地短路和两相短路没有自动重合闸，只有在QF3闭合时，发生短路切除一条线路后可以通过另一条线路运行，如果QF3断开，那么只要发生故障，系统一定会解列。所以双回路稳定
16、性要优于单回路。五、思考题1 .不同短路状态下对系统阻抗产生影响的机理是什么？答：不对称短路时，根据正序等效定则，相当于在正常等值电路中的短路点接入了一个附加阻抗，改变了系统阻抗：(1)单相接地短路：以A相短路为例，由边界条件Va=0、Ib=0、Ic=O,将它们用对称分量法分解，得到各序分量之间表示的边界条件，采用复合序网或结合各序等效电路分析便可以得到其附加电抗为负序电抗与零序电抗之和。(2)两相相间短路：以BC两相间短路为例，其边界条件为Vb=VCIb+Ic=0.Ta=O,得到其附加电抗为负序电抗。(3)两相短路接地:以BC两相接地短路为例，其边界条件为Ia=OVb=OVC=O得到其附加电
17、抗为负序电抗与零序电抗的并联值。2 .提高电力系统暂态稳定的措施有哪些？(1)快速切除故障:根据等面积定则，快速切除故障既减小了加速面积，又增大了减速面积，提高系统暂态稳定性。(2)采用自动重合闸：电力网络中由闪络放电造成的暂时性故障，在故障切除后，经过一段电弧熄灭和空气去游离的时间后，短路故隙便消除了，此时重新投入系统便可正常运行。(3)发电机快速强行励磁:短路故障时，发电机输出电磁功率骤降，电磁功率与机械功率失衡，快速强行励磁可提高机端电压，增加发电机输出功率。(4)发电机电气制动:消耗发电机发出的有功功率(即增大电磁功率)，减小发电机转子上的过剩功率。(5)变压器中性点小电阻接地:提高了
18、接地电阻，故障时零序电流通过接地电阻要消耗有功功率，使发电机输出的电磁功率增大，减小发电机相对加速度。(6)快速关闭汽门:可以减小原动机的机械功率，增大减速面积。(7)切发电机和切负荷:减小原动机输出的机械功率可以减少转轴上的不平衡功率，增大可能的减速面积。(8)设置中减开关站:可以在故障时只切除故障的一部分电路，使故障后功率特性曲线升高，增大减速面积。(9)输电线路强行串联补偿：增大串联补偿电容的容抗，从而部分或全部抵偿因切除故障而增加的感抗。3 .对失步处理的方法(注意事项3中提到)的理论根据是什么？答：对失步处理的方法如下:通过励磁调节器增磁按钮，使发电机的电压增大:如系统未处于短路状态
19、，且线路有处于断开状态的，可并入该线路减小系统阻抗:通过调速器的减速按钮减小原动机的输入功率。其理论依据在于：(1)可以通过励磁调节器增磁按钮，使发电机的电压增大，系统发生短路故障时，发电机输出的电磁功率骤然降低，而原动机的机械输出功率来不及变化。两者失去平衡，发电机转子加速。而迅速增磁提高发电机的电势,可以增加发电机的输出功率，即可使原动机输出与发电机输出尽可能达到功率平衡，可以有效地减小失步引起的不利影响。(2)如系统未处于短路状态，且线路有处于断开状态的，可并入该线路减小系统阻抗。减小系统阻抗，可以使原动机所带负荷减少，即其转速相对降低，这样，在发生短路故障时，原动机和发电机的输出功率不
20、平衡程度也相对减轻一些。(3)通过调速器的减速按钮减小原动机的输入功车也可以作为减小故障影响，实时监测发电机转轴上的不平衡功率，使得原动机功率可以快速灵活地追踪电磁功率的变化。4 .自动重合闸装置对系统暂态稳定的影响是什么？答：电力网络中的短路故隙大多是由闪络放电造成的，是暂时性的。在切断故障线路，经过一段电弧熄灭和空气去游离的时间之后，短路故障便完全消除了。如果这时把线路重新投入系统便能继续正常工作。自动重合闸可以增大减速面积，提高暂态稳定性。但是如果遇到永久性故隙，重合闸时故障并未消除，会使系统受到二次冲击，破坏系统的稳定。六、实验总结和收获通过本次实验我对电力系统暂态稳定的学习有了更具体
21、的了解，它在我的脑海中有了具体的形象，而不仅仅是课本上的文字描述。同时通过这次实验我对于提高电力系统静态和暂态稳定的方法及其原理重新进行了学习，对曾经学过的知识进行了查漏补缺,对曾经不太理解的地方也有了新的认识。在实验过程中我也遇到了一些问题:在做单相接地短路实验时，其输出功率已经超出其额定输出功率时，系统依然没有解列；还有在进行两相接地短路和两相短路实验时，当QF3断开时，只有一条线路连向系统，而且没有自动重合闸，所以无论输出功率为多少,只要进行短路操作，系统就一定会解列，无法测出最大短路输出功率。于是我们只能固定一个输出功率，然后测量其短路电流。但最后老师告诉我们这两组数据没有意义，不需要测量。我认为此次实验我最大的收获就是了解了一些电力系统的常识，以及见到了接近电力系统的实物，知道了发电机并入系统的基本操作流程和系统短路后的各种变化。
