电力系统自动化实验.ppt

电力系统自动化实验,主要内容,实验一发电机组的起动与运转实验实验二不同控制角对应的励磁电压波形实验实验三手动准同期条件测试实验实验四半自动准同期并网实验实验五自动准同期并网实验实验六单机－无穷大系统稳态运行方式实验实验七电力系统暂态稳定实验实验八同步发电机V形曲线及零功率因数测定实验,实验一发电机组的起动与运转实验,实验目的1．了解微机调速装置的工作原理和掌握其操作方法。2．熟悉发电机组中原动机（直流电动机）的基本特性。3．掌握发电机组起励建压，并网，解列和停机的操作,二、原理说明在本实验平台中，原动机采用直流电动机模拟工业现场的汽轮机或水轮机，调速系统用于调整原动机的转速和输出的有功功率，励磁系统用于调整发电机电压和输出的无功功率。图1为调速系统的原理结构示意图，图2为励磁系统的原理结构示意图。,图1调速系统原理结构示意图,装于原动机上的编码器将转速信号以脉冲的形式送入THLWT-2型微机调速装置，该装置将转速信号转换成电压，和给定电压一起送入ZKS-15型直流电机调速装置，采用双闭环来调节原动机的电枢电压，最终改变原动机的转速和输出功率。,装于原动机上的编码器将转速信号以脉冲的形式送入THLWT-2型微机调速装置，该装置将转速信号转换成电压，和给定电压一起送入ZKS-15型直流电机调速装置，采用双闭环来调节原动机的电枢电压，最终改变原动机的转速和输出功率。,发电机出口的三相电压信号送入电量采集模块1，三相电流信号经电流互感器也送入电量采集模块1，信号被处理后，计算结果经485通信口送入微机励磁装置；发电机励磁交流电流部分信号、直流励磁电压信号和直流励磁电流信号送入电量采集模块2，信号被处理后，计算结果经485通信口送入微机励磁装置；微机励磁装置根据计算结果输出控制电压，来调节发电机励磁电流。,图2励磁系统的原理结构示意图,三、实验内容与步骤1．发电机组起励建压⑴先将实验台的电源插头插入控制柜左侧的大四芯插座（两个大四芯插座可通用）。接着依次打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。⑵将控制柜上的“原动机电源”开关旋到“开”的位置，此时，实验台上的“原动机启动”光字牌点亮，同时，原动机的风机开始运转，发出“呼呼”的声音。⑶按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“自动”方式，开机默认方式为“自动方式”。,⑷按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“启动”键，此时，装置上的增速灯闪烁，表示发电机组正在启动。当发电机组转速上升到1500rpm时，THLWT-3型微机调速装置面板上的增速灯熄灭，启动完成。⑸当发电机转速接近或略超过1500rpm时，可手动调整使转速为1500rpm，即按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“自动/手动”键，选定“手动”方式，此时“手动”指示灯会被点亮。按下THLWT-3型微机调速装置面板上的“＋”键或“－”键即可调整发电机转速。⑹发电机起励建压有三种方式，可根据实验要求选定。一是手动起励建压；,一是常规起励建压；一是微机励磁。发电机建压后的值可由用户设置，此处设定为发电机额定电压400V，具体操作如下①手动起励建压选定“励磁调节方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁调节方式”旋钮旋到“手动调压”，“励磁电源”旋钮旋到“他励”。2打开励磁电源。将控制柜上的“励磁电源”打到“开”。3建压。调节实验台上的“手动调压”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压（线电压）达到设定的发电机电压。②常规励磁起励建压选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“常规控制”，“励磁电源”旋钮旋到“自并励”或“他励”。,2重复手动起励建压步骤⑵3励磁电源为“自并励”时，需起励才能使发电机建压。先逐渐增大给定，可调节THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大到3.5V左右，按下THLCL-2常规可控励磁装置面板上的“起励”按钮然后松开，可以看到控制柜上的“发电机励磁电压”表和“发电机励磁电流“表的指针开始摆动，逐渐增大给定，直到发电机电压达到设定的发电机电压。4励磁电源为“他励”时，无需起励，直接建压。逐渐增大给定，可调节THLCL-2常规励磁装置面板上的“给定输入”旋钮，逐渐增大，直到发电机电压达到设定的发电机电压。,③微机励磁起励建压选定“励磁方式”和“励磁电源”。将实验台上的“励磁方式”旋钮旋到“微机控制”，“励磁电源”旋钮旋到“自并励”或“他励”。2检查THLWL-3微机励磁装置显示菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如下“励磁调节方式”设置为实验要求的方式，此处为“恒Ug”。“恒Ug预定值”设置为设定的发电机电压，此处为发电机额定电压。“无功调差系数”设置为“0”，具体操作见THLWL-3微机励磁装置使用说明书。3按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“启动”键，发电机开始起励建压，直至THLWL-3微机励磁装置面板上的“增磁”指示灯熄灭，表示起励建压完成。,2．发电机组停机⑴减小发电机励磁至0。⑵按下THLWT-3微机调速器装置面板上的“停止”键。⑶当发电机转速减为0时，将THLZD-2电力系统综合自动化控制柜面板上的“励磁电源”打到“关”，“原动机电源”打到“关”。,3．发电机组并网①手动并网所谓“手动并网”，就是手动调整频差和压差，满足条件后，手动操作并网断路器实现并网。1选定“同期方式”。将实验台上的“同期方式”旋钮旋到“手动”状态。2观测同期表的指针旋转。同期时，以系统为基准，fgfs时同期表的相角指针顺时针旋转，频率指针转到“”的部分；UgUs时压差指针转到“”。反之相反。fg和Ug表示发电机频率和电压；fs和Us表示系统频率和电压。根据同期表指针的位置，手动调整发电机的频率和电压，直至频率指针和压差指针指向“0”位置。表示频率差和压差接近于“0”，此时相角指针转动缓慢，当相角指针转至中央刻度时，表示相角差为“0”，此时按下断路器QF0的“合闸”按钮。完成手动并网。,②半自动并网所谓“半自动并网”，就是手动调整频差和压差至满足条件后，系统自动操作并网断路器实现并网。选定“同期方式”。将THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“同期方式”旋钮旋到“半自动”状态。2检查THLWZ-2微机准同期装置的系统设置菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如下“导前时间”设置为200ms“允许频差”设置为0.3Hz“允许压差”设置为2V；自动调频”设置为“退出”“自动调压”设置为“退出”“自动合闸”设置为“投入”,3投入微机准同期。按下THLWZ-2微机准同期装置面板上的“投入”键。4根据THLWZ-2微机准同期显示的值，手动调整频差和压差，满足条件后，自动并网。③自动并网所谓“自动并网”，就是自动调整频差和压差，满足条件后，自动操作并网断路器，实现并网。选定“同期方式”。将THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“同期方式”旋钮旋到“自动”状态。2检查THLWZ-2微机准同期装置的系统设置内显示菜单的“系统设置”的相关参数和设置。具体如下,“导前时间”设置为200ms，“允许频差”设置为0.3Hz，“允许压差”设置为2V“自动调频”设置为“投入”，“自动调压”设置为“投入”，“自动合闸”设置为“投入”。5满足条件后，并网完成。6退出同期表。将THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“同期表控制”旋钮打到“退出”状态。5．发电机组解列⑴将发电机组输出的有功和无功减为0。具体操作①多次按下THLWT-3微机调速装置“－”键，逐步减少发电机有功输出，直至有功接近0。②调节励磁，减小无功。多次按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“－”键，逐步减少发电机无功输出，直至无功接近于0。,备注在调整过程中，注意不要让发电机进相。⑵按下THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的断路器QF0的“分闸”按钮，将发电机组和系统解列。然后发电机停机.6．发电机组组网运行该功能是配合THLDK-2电力系统监控实验台而设定的。⑴将THLZD-2电力系统综合自动化实验台上的“发电机运行方式”切至“联网”方式。⑵将THLZD-2电力系统综合自动化实验台左侧的电缆插头接入THLDK-2电力系统监控实验台。⑶重复实验1发电机组起励建压步骤。⑷采用手动并网方式，将发电机组并入THLDK-2电力系统监控实验台上的电力网。,四、实验报告1．简述发电机组起励建压，并网，解列和停机的操作步骤。2．为什么发电机组送出有功和无功时，先送无功3．为什么要求发电机组输出的有功和无功为0时才能解列,实验二不同控制角对应的励磁电压波形实验,一、实验目的1．加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。2．观察三相桥式全控整流、逆变的各点工作波形。3．了解移相触发电路的特性和工作原理。4．观察触发脉冲及其相位的移动范围,二、工作原理三相桥式全控整流电路如图2-1所示，三相桥式全控整流电路的六个整流元件全部采用晶闸管，六只晶闸管的导通顺序应为1，2，3，4，5，6。它们的触发脉冲相位依次相差60。为了保证开始工作时，能有两个晶闸管同时导通，需用宽度大于60的触发脉冲，也可用双触发脉冲，例如在给VS1脉冲时也补给VS6一个脉冲。,图2-1三相桥式全控整流电路,1．观测6路触发脉冲。⑴先将实验台的电源插头插入控制柜左侧的大四芯插座。接着依次打开控制柜的“总电源”、“三相电源”和“单相电源”的电源开关；再打开实验台的“三相电源”和“单相电源”开关。⑵将实验台上的“励磁方式”选为“微机控制”，同时选择“励磁电源”为“他励”方式。⑶不启动机组，不加励磁电源，将控制柜上的“励磁电源”选至“关”的位置。⑷选定THLWL-3微机励磁装置里的菜单项“系统设置”，再进入，设置“励磁调节方式”为“恒UR”方式。⑸将示波器接入控制柜上的六路脉冲测试孔（A，A-，B，B-，C和C-）中的任一路，示波器探头的地接“com1”。通过示波器可观测到触发的双窄脉冲。按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“＋”键，逐步增大给定电压UR，可移动触发脉冲的位置。,三、实验内容与步骤,2．测量控制角α并与计算值比较，观测三相全控桥的电压输出及其波形⑴操作步骤同实验内容⒈步骤⑴和步骤⑵。⑵不启动机组，加入励磁电源，将控制柜上的“励磁电源”选至“开”的位置。⑶操作步骤同实验内容⒈步骤⑷。⑷将示波器接入控制柜上的测试孔Ud和Ud-，可观测全控桥输出电压波形。⑸按下THLWL-3微机励磁装置面板上的“＋”键或“－”键，即可逐渐减少或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形，改变发电机励磁电流。⑹调节励磁电流为表2-1规定的若干值，将示波器接入控制柜上的测试孔Uac，UR和com2，根据线电压Uac的波形和触发脉冲UR的相对位置，测出α角，另外利用数字万用表测出电压Uac和全控桥输出电压Ud，通过Ud，Uac和数学公式也可计算出一个α角来；将上述数据记录入表2-1后，比较两种途径得出的α有无不同，分析其原因。,,计算公式,,,表2-1,四、实验报告⒈分析说明三相桥式全控整流回路的原理。⒉根据实验数据，画出全控整流电路输出特性Udfα。⒊研究实验中出现的各种波形，并进行分析说明。,实验三手动准同期条件测试实验,一、实验目的1．加深理解同步发电机准同期并列运行原理，掌握准同期并列条件。2．掌握手动准同期的概念及并网操作方法，准同期并列装置的分类和功能。3．熟悉同步发电机手动准同期并列过程,二、原理在满足并列条件的情况下，只要控制得当，采用准同期并列方法可使冲击电流很小且对电网扰动甚微，故准同期并列方式是电力系统运行中的主要并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并发电机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。,正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。它能反映发电机组与系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。它能反映电机组与系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点（相同点）时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。,三、实验内容与步骤”旋钮开关打到“他励”位置；将“同期方式”旋钮开关打到“手动”位置。微机选定实验台面板上的旋钮开关的位置将“励磁方式”旋钮开关打到“微机励磁”位置；将“励磁电源励磁装置设置为“恒Ug”控制方式。1．发电机组起励建压，使n1485rpm；Ug＝390V。将自耦调压器的旋钮逆时针旋至最小。按下QF7合闸按钮，观察实验台上系统电压表，顺时针旋转旋钮至显示线电压400V，然后按下QF1和QF3合闸按钮。2．在手动准同期方式下，发电机组的并列运行操作在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内,相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。,⑴将实验台上的“同期表控制”旋钮打到“投入”状态。投入模拟同期表。观察模拟式同期表中，频差和压差指针的偏转方向和偏转角度，以及和相角差指针的旋转方向。⑵按下微机调速装置上的“＋”键进行增频，同期表的频差指针接近于零；此时同期表的压差指针也应接近于零，否则，调节微机励磁装置。⑶观察整步表上指针位置，当相角差指针旋转至接近0度位置时，手动按下QF0合闸，合闸成功后，并网指示灯闪烁蜂鸣。观察并记录合闸时的冲击电流将并网前的初始条件调整为发电机端电压为410V，n1515rpm，重复以上实验，注意观察各种实验现象。,3．在手动准同期方式下，偏离准同期并列条件，发电机组的并列运行操作本实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况；⑴电压差、相角差条件满足，频率差不满足，在fg＞fs和fg＜fs时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表3-1；注意频率差不要大于0.5Hz。⑵频率差、相角差条件满足，电压差不满足，Vg＞Vs和Vg＜Vs时手动合闸，观察并记录,实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表3-1;注意电压差不要大于额定电压的10％。⑶频率差、电压差条件满足，相角差不满足，顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸，观察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，分别填入表3-1。注意相角差不要大于30。表3-1偏离准同期并列条件并网操作时，发电机组的功率方向变化表⑷发电机组的解列和停机。,,表3-1,四、实验报告1．根据实验步骤，详细分析手动准同期并列过程。2．根据实验数据，比较满足同期并列条件与偏离准同期并列条件合闸时，对发电机组和系统并列时的影响。,实验四半自动准同期并网实验,一、实验目的1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件。2．掌握半自动准同期装置的工作原理及使用方法。3．熟悉同步发电机半自动准同期并列过程。,二、原理说明为了使待并发电机组满足并列条件，完成并列自动化的任务，自动准同期装置需要满足以下基本技术要求1．在频差及电压差均满足要求时，自动准同期装置应在恒定越前时间瞬间发出合闸信号，使断路器在δe0时闭合。2．在频差或电压差有任一满足要求时，或都不满足要求时，虽然恒定越前时间到达，自动准同期装置不发出合闸信号。3．在完成上述两项基本技术要求后，自动准同期装置要具有均压和均频的功能。如果频差满足要求，是发电机的转速引起的，此时自动准同期装置要发出均频脉冲，改变发电机组的转速。如果电压差不满足要求，是发电机的励磁电流引起的，此时自动准同期装置要发出均压脉冲，改变发电机的励磁电流的大小。,同步发电机的自动准同期装置按自动化程度可分为半自动准同期并列装置和自动准同期并列装置。半自动准同期并列装置没有频差调节和压差调节功能。并列时，待并发电机的频率和电压由运行人员监视和调整，当频率和电压都满足并列条件时，并列装置就在合适的时间发出合闸信号。它与手动并列的区别仅仅是合闸信号由该装置经判断后自动发出，而不是由运行人员手动发出。,三、实验内容与步骤选定实验台面板上的旋钮开关的位置将“励磁方式”旋钮开关打到“微机励磁”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置；将“同期方式”旋钮开关打到“半自动”位置。微机励磁装置设置为“恒Ug”控制方式；“手动”方式。1．发电机组起励建压，使n1480rpm；Ug400V。（操作步骤见第一章）2．查看微机准同期的各整定项是否为附录八中表4-8-2的设置（出厂设置）。如果不符，则进行相关修改。然后，修改准同期装置中的整定项“自动调频”退出。“自动调压”退出。“自动合闸”投入。,注QF0合闸时间整定继电器设置为td-（40～60ms）。td为微机准同期装置的导前时间设置，出厂设置为100ms，所以时间继电器设置为40～60ms3．在半自动准同期方式下，发电机组的并列运行操作在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内,相角差在零度前某一合适位置时，微机准同期装置控制合闸按钮进行合闸。,⑴观察微机准同期装置压差闭锁和升压和降压指示灯的变化情况。升压指示灯亮，相应操作微机励磁装置上的“＋”键进行升压，直至“压差闭锁”灯熄灭；降压指示灯亮，相应操作微机励磁装置上的“－”键进行降压，直至“压差闭锁”灯熄灭。此调节过程中，观察并记录观察并记录压差减小过程中，模拟式同期表中，电压平衡表指针的偏转方向和偏转角度的大小的变化情况。⑵观察微机准同期装置频差闭锁和加速和减速指示灯的变化情况。加速指示灯亮，相应操作微机调速装置上的“＋”键进行增频，直至“频差闭锁”灯熄灭；减速指示灯亮，相应操作微机励磁装置的“－”键进行减频，直至“频差闭锁”灯熄灭。此调节过程中，观察并记录观察并记录频差减小过程中，模拟式同期表中，频差平衡表指针的偏转方向和偏转角度的大小的变化，以及相位差指针旋转方向及旋转速度情况。,⑶“压差闭锁”和“频差闭锁”灯熄灭，表示压差、频差均满足条件，微机装置自动判断相差也满足条件时，发出QF0合闸命令，QF0合闸成功后，并网指示灯闪烁蜂鸣。观察并记录合闸时的冲击电流。将并网前的初始条件调整为发电机端电压为410V，n1515rpm，重复以上实验，注意观察各种实验现象。⑷发电机组的解列和停机。,四、实验报告1．根据实验步骤，详细分析半自动准同期并列过程。2．通过实验过程，分析半自动准同期与手动准同期的异同点。,实验五自动准同期并网实验,一、实验目的1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件。2．掌握自动准同期装置的工作原理及使用方法。3．熟悉同步发电机准同期并列过程。,二、原理说明,图5-1自动准同期并列装置的原理框图,自动准同期并列装置设置与半自动准同期并列装置相比，增加了频差调节和压差调节功能，自动化程度大大提高。微机准同期装置的均频调节功能，主要实现滑差方向的检测以及调整脉冲展宽，向发电机组的调速机构发出准确的调速信号，使发电机组与系统间尽快满足允许并列的要求。微机准同期装置的均压调节功能，主要实现压差方向的检测以及调整脉冲展宽，向发电机的励磁系统发出准确的调压信号，使发电机组与系统间尽快满足允许并列的要求。此过程中要考虑励磁系统的时间常数，电压升降平稳后，再进行一次均压控制，以使压差达到较小的数值，更有利于平稳地进行并列。,三、实验内容与步骤选定实验台上面板的旋钮开关的位置将“励磁方式”旋钮开关打到“微机励磁”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置；将“同期方式”旋钮开关打到“自动”位置。微机励磁装置设置为“恒Ug”控制方式；“自动”方式。1．发电机组起励建压，使n1480rpm；符，则进行相关修改。然后，修改准同期装置中的整定项“自动调频”投入；“自动调压Ug400V。2．查看微机准同期各整定项是否为出厂设置。如果不符”则进行相关修改。然后，修改准同期装置中的整定项“自动调频”投入；“自动调压”投入。“自动合闸”投入。,3．在自动准同期方式下，发电机组的并列运行操作在这种情况下，要满足并列条件，需要微机准同期装置自动控制微机调速装置和微机励磁装置，调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，微机准同期装置控制合闸按钮进行合闸。⑴微机准同期装置的其他整定项（导前时间整定、允许频差、允许压差）分别按表5-1，5-2，5-3修改。注QF0合闸时间整定继电器设置为td-（40～60ms）。td为微机准同期装置的导前时间设置。微机准同期装置各整定项的设置方法可参考附录四（微机准同期装置使用说明）、实验三（压差、频差和相差闭锁与整定）等实验内容。⑵操作微机励磁装置上的增、减速键和微机励磁装置升、降压键，Ug410V，n1515rpm，待电机稳定后，按下微机准同期装置投入键。,观察微机准同期装置当“升速”或“降速”命令指示灯亮时，微机调速装置上有什么反应；当“升压”或“降压”命令指示灯亮时，微机励磁调节装置上有什么反应。微机准同期装置“升压”、“降压”、“增速”、“减速”命令指示灯亮时，观察本记录旋转灯光整步表灯光的旋转方向、旋转速度，以及发出命令时对应的灯光的位置。微机准同期装置压差、频差、相差闭锁与“升压”、“降压”、“增速”、“减速”灯的对应点亮关系，以及与旋转灯光整步表灯光的位置。注当一次合闸过程完毕，微机准同期装置会自动解除合闸命令，避免二次合闸。此时若要再进行微机准同期并网，须按下“复位”按钮。,表3-3-7-1微机准同期装置导前时间整定值与并网冲击电流的关系,表3-3-7-2微机准同期装置允许频差与并网冲击电流的关系,表3-3-7-3微机准同期装置允许压差与并网冲击电流的关系,4．发电机组的解列和停机。,四、实验报告1．根据实验内容分析自动准同期的工作原理及过程。2．分析以下参数改变对自动准同期并列的影响导前时间、允许频差和允许压差。3．通过实验，分析自动准同期、半自动准。,实验六单机－无穷大系统稳态运行方式实验,一、实验目的1．熟悉远距离输电的线路基本结构和参数的测试方法。2．掌握对称稳定工况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围。3．掌握输电系统稳态不对称运行的条件、参数和不对称运行对发电机的影响等。,二、原理说明单机－无穷大系统模型，是简单电力系统分析的最基本，最主要的研究对象。本实验平台建立的是一种物理模型，如图6-1所示。,图6-1单机－无穷大系统示意图,发电机组的原动机采用国标直流电动机模拟，但其特性与电厂的大型原动机并不相似。发电机组并网运行后，输出有功功率的大小可以通过调节直流电动机的电枢电压来调节。,实验平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。“无穷大系统”采用大功率三相自耦调压器，三相自耦调压器的容量远大于发电机的容量，可近似看作无穷大电源，并且通过调压器可以方便的模拟系统电压的波动。,实验平台提供的测量仪表可以方便的测量（电压，电流，功率，功率因数，频率）并可通过切换开关显示受端和送端的P，Q，cosΦ。发电机组装设了功角测量装置，通过频闪灯可以直观，清晰的观测功角（,还可通过微机调速装置测来测量功角。,三、实验内容与步骤开电源前，调整实验台上的切换开关的位置，确保三个电压指示为同一相电压或线电压；发电机运行方式为并网运行；发电机励磁方式为常规励磁，他励；并网方式选择手动同期。1．单回路稳态对称运行实验⑴发电机组自动准同期并网操作输电线路选择XL2和XL4（即QF2和QF4合闸），系统侧电压US300V，发电机组启机，建压，通过可控线路单回路并网输电。⑵调节调速装置的增、减速键，调整发电机有功功率；调节常规励磁装置给定，改变发电机的电压，调整发电机无功功率，使输电系统处于不同的运行状态，为了方便实验数据的分析和比较，在调节过程中，保持cosΦ0.8US300V不变。观察并记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算、分析和比较运行状态不同时，运行参数（电压损耗、电压降落、沿线电压变化、无功功率的方向等）变化的特点及数值范围，记录数据于表6-1中。,⑶发电机组的解列和停机保持发电机组的P0，Q0，此时按下QF0分闸按钮，再按下控制柜上的灭磁按钮，按下微机调速装置的停止键，转速减小到0时，关闭原动机电源。⑷实验台和控制柜设备的断电操作依次断开实验台的“单相电源”、“三相电源”和“总电源”以及控制柜的“单相电源”、“三相电源”和“总电源”（空气开关向下扳至OFF）。,表6-1COSΦ0.8US300VPkWQkVarUVIA,P1，Q1－送端功率；P2，Q2－受端功率；I－相平均电流；Usw－中间站电压ΔU－电压损耗；ΔP－有功损耗；ΔQ－无功方向,2．双回路对称运行与单回路对称运行比较实验实验步骤基本同按实验内容⒈，只是将原来的单回线路改成双回路运行。观察并记录数据于表6-2中，并将实验结果与实验⒈进行比较和分析。3．单回路稳态非全相运行实验输送单回路稳态对称运行时相同的功率，此时设置发电机出口非全相运行（断开一相），观察并记录运行状态和参数变化情况。⑴发电机组自动准同期并网操作实验步骤同实验内容⒈,⑵单回路稳态非全相运行①微机保护定值整定电流Ⅱ段“投入”，整定动作电流为2倍稳态运行时的动作电流，动作时间0.5秒，重合闸时间10秒；其它保护均退出。（保护定值的设定方法请查看附录六）②操作短路故障设置按钮，设置单相接地短路故障，设置短路持续时间为5秒（具体操作可以参考实验指导书第一部分关于短路故障设置的详细说明）。③将短路故障投入，此时微机保护切除故障相，准备重合闸，即只有一回线路的两相在运行。观察此状态下的三相电流、电压值，记录在表3-4-2中，将实验结果与实验1进行比较；（备注由于实验台的有功功率表和无功功率表只能测量三相平衡状态下的有功功率和无功功率值，所以在非全相运行状态下，有功功率和无功功率值应从微机励磁装置中读出）。④断相运行10秒后，重合闸成功，系统恢复到单回路稳态运行状态。,表6-2COSΦ0.8US300VPkWQkVarUVIA,⑶发电机组的解列和停机以及实验台和控制柜设备的断电操作,四、实验报告1．整理实验数据，说明单回路输电和双回路输电对电力系统稳定运行的影响，并对实验结果进行理论分析。2．根据不同运行状态的线路首、末端和中间开关站的实验数据、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点和变化范围。3．比较非全相运行实验的前、后实验数据，分析输电线路各运行参数的变化。,实验七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。2．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。3．了解提高暂态稳定的措施。,二、原理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。引起电力系统大扰动的原因主要有以下几种⑴负荷的突然变化，如投入或切除大容量的负荷；⑵切除或投入系统的主要元件，如发电机，变压器等；⑶发生短路故障。其中短路故障的扰动最为严重，因此常以此作为检验系统是否具有暂态稳定的条件。,图7-1简单电力系统不同运行状态及其等值电路图,正常运行时发电机功率特性为,短路运行时发电机功率特性为,故障切除发电机功率特性为,图7-1所示简单电力系统在输电线首端发生短路时的等值电路，分析其暂态过程,根据上面三个公式可知，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障角δc小于最大摇摆角δmax，在不计能量损耗时，根据等面积原则可简便的确定δmax。基于上述原理，在本实验中，设置不同短路状态，使系统阻抗X2不同，同时切除故障线路不同也使X3不同，δmax也不同，导致极限切除故障时间不同。使对故障切除的时间要求也不同。在实验过程中，可以研究提高电力系统暂态稳定性的措施，如在短路发生后，改变继电保护装置切除故障的时间，发电机采用强励措施和采用重合闸等措施。,三、实验内容与步骤开电源前，调整实验台上各切换开关的位置，确保三个电压指示为同一相电压或线电压；发电机运行方式为并网运行；发电机励磁为手动励磁，他励；并网方式为手动同期。1．短路对电力系统暂态稳定的影响在本实验平台上，通过对操作台上的短路故障的设置单元中短路按钮的组合设置，可对某一固定点，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。测定不同短路故障下，能保持系统稳定时发电机所能输出的最大功率。,在实验台上短路故障的设置单元中，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。注短路持续时间继电器的量程为0～99.99s，第三位单位为秒。具体实验步骤如下①输电线路选择双回路，系统侧电压Us300V，发电机组起励建压，通过双回路并网输电。注发电机和系统电压都调整为300V②调节发电机使其输出的有功和无功功率均为零，设置微机调速器功角测量为0。③短路故障设置及短路极限功率的测定④调节微机调速装置和手动励磁变压器，使发电机组输出P11kW，COSΦ1。注用户可以自行确定系统初始运行条件，但为了实验的安全和可靠性起见，初始运行状态不宜超过半负荷）,⑤操作故障设置按钮，按照表7-1内容依次设置短路类型，将短路持续时间设置为5s。按下短路投入按钮，使系统处于短路运行状态。如果发电机在短路时间内仍然能够保持稳定运行，则退出短路运行，通过调速装置增加有功功率，手动调节励磁电流使COSΦ1保持恒定，然后将短路持续时间设置继电器清零，使短路再次投入运行，如此操作，直到出现发电机处于临界失步状态。记录此时的极限功率和短路（短路前）电流值（电流值从微机保护装置的“测量信息”→“模拟量”菜单下读出）。,表7-1短路极限功率测定数据表短路故障设置时间为t5sUs300V双回路,2．研究提高暂态稳定的措施⑴快速切除故障对暂态稳定的影响快速切除故障在提高暂态稳定性方面起着首要的、决定性的作用，由于快速切除故障，减小了加速面积，增大了减速面积，提高了发电厂之间并列运行的稳定性。另一方面，它可以使负荷中的电动机端压迅速回升，减少了电动机失速、停顿的危险，提高了负荷的稳定性。在固定短路地点，短路类型和系统运行条件下，通过调速装置的增速按钮，增加发电机输出的有功功率，在测定不同故障切除时间能保持系统稳定时发电机所能输出的最大功率，分析故障切除时间对暂态稳定的影响。,具体实验步骤如下①输电线路选择双回路，系统侧电压Us300V，发电机组起励建压，通过双回路并网输电，中间开关站合闸。注发电机和系统电压都调整为300V②调节发电机使其输出的有功和无功功率为零，设置微机调速器功角测量为0。③微机线路保护装置的设置按表7-2和表7-3整定，时间定值根据表格7-4依次整定.④调节调速器的增速按钮，将有功功率发至对应短路情况的极限值（使系统刚好失步）。⑤按下短路投入按钮，使系统处于短路运行状态。此时微机保护装置经过设定延时动作，跳开故障线路，观测系统的工作情况。如果发电机经几次摇摆后恢复了稳定，则适当加大微机保护的时间整定值，将短路持续时间设置清零，使短路故障再次投入。如此操作，直至故障线路切除后系统不能恢复稳定运行，则此次微机保护的时间整定值为极限切除时间Tmax。,表7-2保护投退,表7-3定值清单,,⑥发电机组的解列和停机，调节发电机组的P0，Q0，此时按下QF0分闸按钮，再按下控制柜上的灭磁按钮，按下调速器的停止键，转速减小到0时，将原动机电源开关旋至关。,表7-4短路故障设置时间为t5s双回路QF51Us300V,⑵按相重合闸对暂态稳定的影响电力系统的短路故障，特别是高压电力网的短路故障，绝大多数是单相短路故障，因此发生短路时，没有必要把三相导线都从电力网中切除，应该通过继电保护中选相判断，只切除故障相，按相切除故障并采用重合闸，可以提高电力系统的暂态稳定。对瞬时性故障，微机保护装置切除故障线路后，经过一定时间的延时将自动重合原线路，从而恢复全相供电，提高了故障切除后的功率特性曲线。对永久性故障，一次重合闸后，加速切除故障。①发电机组启动、无穷大系统以及输电线路的投入。只是双回输电线路上，按下QF5合闸按钮，投入开关站线路。②完成发电机与系统并列操作。,⑶重合闸对暂态稳定极限的影响参考附录六，设置微机线路保护装置，在表7-2的基础上，投入自动重合闸功能，重合闸时间设置为0.5s.重新进行快速切除故障对暂态稳定的影响实验，观察极限切除时间是否增加。⑷强行励磁对暂态稳定的影响设置微机励磁装置投入强励功能，参考上面的实验步骤，设置不同类型短路故障，观察强行励磁能否提高发电机电势，以及它对暂态稳定的影响⑸异步运行和再同步的研究参考上面的实验步骤，在发电机稳定异步运行时，观察并分析功率，发电机的转差，振荡周期及各表的读数变化的特点。在不切除发电机的情况下，研究调节原动机功率和发电机励磁对系统恢复再同步的作用。,四、实验报告1．整理不同短路类型下获得实验数据，通过对比，对不同短路类型进行定性分析，详细说明不同短路类型和短路点对系统的稳定性的影响。2．通过试验中观察到的现象，说明提高暂态稳定有哪些，如何进行相关操作实现提高发电机的暂态功率极限。3．对失步处理的方法有哪些，理论根据是什么4．发电机组失步后，会有什么严重后果。,实验八同步发电机V形曲线及零功率因数测定实验,一、实验目的1．通过实验掌握V形曲线的测定方法2．掌握同步发电机V形曲线的含义,二、原理说明同步发电机零功率因数负载特性实验是指保证发电机以额定转速（nn1运行，电枢电流IgIN的情况下发电机端电压U与励磁电流Ie的关系,即UfIe。零功率因数负载特性常采用同步发电机带三相纯电感性负载实验测出，在实验室里，常使用三相对称的电感线圈本实验用三相感应自耦调压器和三相可调负载箱的电抗器作为电感负载，虽然这种负载不是纯电感性的，但因COSΦ＜0.2，可近似地认为负载是纯电感负载。在没有纯电感性负载或发电机较大无法使用纯电感负载的情况下，可以将发电机并联运行于UUN的电网上来进行测试，发电机的有功功率应该为零，调节发电机的励磁电流，零功率负载特性要测量两个关键点，一点为调节发电机的励磁电流使无功电流达到IM，此点为UUN时对应的励磁电流Ie1，该点可以在V形曲线测定时一起进行，另一点为做发电机稳态短路实验中测取的IgIgN时对应的励磁电流Ie2，此点为零功率负载特性曲线上U0对应的点。,以上两点为同步发电机零功率负载特性曲线的两个关键点U0和UUN，如果要绘制零功率因数负载特性曲线，可以通过这两个关键点和空载特性曲线，利用零功率因数负载特性和空载特性之间相差的特性三角形，用绘图的方法就可以求取零功率因数特性曲线。同步发电机的“V”形曲线是指在有功功率保持不变时，表示电枢电流Ig和励磁电流Ie的关系曲线IgfIe。由于其形状像字母“V”，故称为V形曲线。在不同的有功功率情况下对应不同的V形曲线。功率值越大，曲线越上移。同步发电机V形曲线明确地划分发电机励磁状态成正常、过励和欠励三种状态，通过实验可证实，在原动机功率不变时，改变励磁电流将引起发电机无功电流的改变，随之定子总电流也发生变化。通过V形曲线，不仅可知发电机是处于过励状态、正常励磁，还是欠励状态，同也可知发电机是向电网输出滞后无功功率，还是从电网吸收滞后无功功率。,三、实验内容与步骤1．同步发电机V形曲线的测定开电源前，调整实验台上各切换开关的位置，确保三个电压指示为同一相电压或线电压；发电机运行方式为并网运行；发电机励磁为手动励磁，他励；手动同期并网。⑴发电机组启机，建压，并网，双回线输电；保持系统电压US3