第四章 電力系統(tǒng)功率特性和功率極限實驗 2.doc

電力系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書第四章 電力系統(tǒng)功率特性和功率極限實驗一、實驗?zāi)康? 初步掌握電力系統(tǒng)物理模擬實驗的基本方法；2 加深理解功率極限的概念，在實驗中體會各種提高功率極限措施的作用；3 通過對實驗中各種現(xiàn)象的觀察，結(jié)合所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)理論結(jié)合實際及分析問題的能力。二、原理與說明所謂簡單電力系統(tǒng)，一般是指發(fā)電機(jī)通過變壓器、輸電線路與無限大容量母線聯(lián)接而且不計各元件的電阻和導(dǎo)納的輸電系統(tǒng)。對于簡單系統(tǒng)，如發(fā)電機(jī)至系統(tǒng)d軸和q軸總電抗分別為XdS和XqS，則發(fā)電機(jī)的功率特性為：當(dāng)發(fā)電機(jī)裝有勵磁調(diào)節(jié)器時，發(fā)電機(jī)電勢Eq隨運行情況而變化。根據(jù)一般勵磁調(diào)節(jié)器的性能，可認(rèn)為保持發(fā)電機(jī)Eq（或E）恒定。這時發(fā)電機(jī)的功率特性可表示成：或這時功率極限為隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和擴(kuò)大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題更加突出，而提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸送能力的最重要手段之一是盡可能提高電力系統(tǒng)的功率極限，從簡單電力系統(tǒng)功率極限的表達(dá)式看，提高功率極限可以通過發(fā)電機(jī)裝設(shè)性能良好的勵磁調(diào)節(jié)器以提高發(fā)電機(jī)電勢、增加并聯(lián)運行線路回路數(shù)或串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)仁侄我詼p少系統(tǒng)電抗、受端系統(tǒng)維持較高的運行電壓水平或輸電線采用中繼同步調(diào)相機(jī)或中繼電力系統(tǒng)以穩(wěn)定系統(tǒng)中繼點電壓等手段實現(xiàn)。三、實驗項目和方法（一）無調(diào)節(jié)勵磁時功率特性和功率極限的測定1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響（改變x）在相同的運行條件下（即系統(tǒng)電壓Ux、發(fā)電機(jī)電勢保持Eq保持不變，即并網(wǎng)前Ux=Eq），測定輸電線單回線和雙回線運行時，發(fā)電機(jī)的功一角特性曲線，功率極限值和達(dá)到功率極限時的功角值。同時觀察并記錄系統(tǒng)中其他運行參數(shù)（如發(fā)電機(jī)端電壓等）的變化。將兩種情況下的結(jié)果加以比較和分析。實驗步驟：（1）輸電線路為單回線；（2）發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列后，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)使其輸出的有功和無功功率為零；（3）功率角指示器調(diào)零；（4）逐步增加發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，而發(fā)電機(jī)不調(diào)節(jié)勵磁；（5）觀察并記錄系統(tǒng)中運行參數(shù)的變化，填入表4-1中；（6）輸電線路為雙回線，重復(fù)上述步驟，填入表4-2中。表4-1 單回線d020406080P0IA0UzUFILQ0表4-2 雙回線d020406080P0IA0UzUFILQ0注意：（1）有功功率應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)，每次調(diào)節(jié)后，需等待一段時間，觀察系統(tǒng)是否穩(wěn)定，以取得準(zhǔn)確的測量數(shù)值。（2）當(dāng)系統(tǒng)失穩(wěn)時，減小原動機(jī)出力，使發(fā)電機(jī)拉入同步狀態(tài)。2發(fā)電機(jī)電勢Eq不同對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響在同一接線及相同的系統(tǒng)電壓下，測定發(fā)電機(jī)電勢Eq不同時（EqUx）發(fā)電機(jī)的功一角特性曲線和功率極限。實驗步驟：（1） 輸電線為單回線，并網(wǎng)前EqUx，重復(fù)上述步驟，填入表4-4中。表4-3 單回線 并網(wǎng)前EqUxd020406080P0IA0UzUFILQ0+（二）手動調(diào)節(jié)勵磁時，功率特性和功率極限的測定給定初始運行方式，在增加發(fā)電機(jī)有功輸出時，手動調(diào)節(jié)勵磁保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定，測定發(fā)電機(jī)的功一角曲線和功率極限，并與無調(diào)節(jié)勵磁時所得的結(jié)果比較分析，說明勵磁調(diào)節(jié)對功率特性的影響。實驗步驟：（1）單回線輸電線路；（2）發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列后，使P=0，Q=0，d=0，校正初始值；（3）逐步增加發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁，保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定或無功輸出為零；（4）觀察并記錄系統(tǒng)中運行參數(shù)的變化，填入表4-5中。表4-5 單回線 手動調(diào)節(jié)勵磁d020406080P0IA0UzUFILQ0表4-6 雙回線 手動調(diào)節(jié)勵磁d020406080P0IA0UzUFILQ0（三）自動調(diào)節(jié)勵磁時，功率特性和功率極限的測定將自動調(diào)節(jié)勵磁裝置接入發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)，測定功率特性和功率極限，并將結(jié)果與無調(diào)節(jié)勵磁和手動調(diào)節(jié)勵磁時的結(jié)果比較，分析自動勵磁調(diào)節(jié)器的作用。1微機(jī)自并勵（恒流或恒壓控制方式），實驗步驟自擬；表4-7 單回線 微機(jī)自并勵方式d020406080P0IA0UzUFILQ0表4-8 雙回線 微機(jī)自并勵方式d020406080P0IA0UzUFILQ02微機(jī)它勵（恒流或恒壓控制方式），實驗步驟自擬。表4-9 單回線 微機(jī)它勵方式d020406080P0IA0UzUFILQ0表4-10 雙回線 微機(jī)它勵方式d020406080P0IA0UzUFILQ0注意事項：1調(diào)速器處停機(jī)狀態(tài)時，如果“輸出零”燈不亮，不可開機(jī)；2實驗結(jié)束后，通過勵磁調(diào)節(jié)使無功輸出為零，通過調(diào)速器調(diào)節(jié)使有功輸出為零，解列之后按下調(diào)速器的停機(jī)按鈕使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速至零。跳開操作臺所有開關(guān)之后，方可關(guān)斷操作臺上的操作電源開關(guān)。四、實驗報告要求1根據(jù)實驗裝置給出的參數(shù)以及實驗中的原始運行條件，進(jìn)行理論計算。將計算結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行比較。2認(rèn)真整理實驗記錄，通過實驗記錄分析的結(jié)果對功率極限的原理進(jìn)行闡述。同時對理論計算和實驗記錄進(jìn)行對比，說明產(chǎn)生誤差的原因。并作出Uz(d)，P(d) Q(d)特性曲線，對其進(jìn)行描述。3分析、比較各種運行方式下發(fā)電機(jī)的功角特性曲線和功率極限。五、思考題1功率角指示器的原理是什么？如何調(diào)節(jié)其零點？當(dāng)日光燈供電的相發(fā)生改變時，所得的功角值發(fā)生什么變化？2多機(jī)系統(tǒng)的輸送功率與功角d的關(guān)系和簡單系統(tǒng)的功角特性有什么區(qū)別？3自并勵和它勵的區(qū)別和各自特性是什么？4自動勵磁調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性有何影響？5實驗中，當(dāng)發(fā)電機(jī)瀕臨失步時應(yīng)采取哪些挽救措施才能避免電機(jī)失步？第五章 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實驗一、實驗?zāi)康?通過實驗加深對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定內(nèi)容的理解，使課堂理論教學(xué)與實踐結(jié)合，提高學(xué)生的感性認(rèn)識。2學(xué)生通過實際操作，從實驗中觀察到系統(tǒng)失步現(xiàn)象和掌握正確處理的措施。3用數(shù)字式記憶示波器測出短路時短路電流的非周期分量波形圖，并進(jìn)行分析。二、原理與說明電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題是指電力系統(tǒng)受到較大的擾動之后，各發(fā)電機(jī)能否繼續(xù)保持同步運行的問題。在各種擾動中以短路故障的擾動最為嚴(yán)重。正常運行時發(fā)電機(jī)功率特性為：P1（EoUo）sin1/X1；短路運行時發(fā)電機(jī)功率特性為：P2（EoUo）sin2/X2；故障切除發(fā)電機(jī)功率特性為： P3（EoUo）sin3/X3；對這三個公式進(jìn)行比較，我們可以知道決定功率特性發(fā)生變化與阻抗和功角特性有關(guān)。而系統(tǒng)保持穩(wěn)定條件是切除故障角c小于max，max可由等面積原則計算出來。本實驗就是基于此原理，由于不同短路狀態(tài)下，系統(tǒng)阻抗X2不同，同時切除故障線路不同也使X3不同，max也不同，使對故障切除的時間要求也不同。 同時，在故障發(fā)生時及故障切除通過強(qiáng)勵磁增加發(fā)電機(jī)的電勢，使發(fā)電機(jī)功率特性中Eo增加，使max增加，相應(yīng)故障切除的時間也可延長；由于電力系統(tǒng)發(fā)生瞬間單相接地故障較多，發(fā)生瞬間單相故障時采用自動重合閘，使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。這二種方法都有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三、實驗項目與方法（一）短路對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響1短路類型對暫態(tài)穩(wěn)定的影響本實驗臺通過對操作臺上的短路選擇按鈕的組合可進(jìn)行單相接地短路，兩相相間短路，兩相接地短路和三相短路試驗。固定短路地點，短路切除時間和系統(tǒng)運行條件，在發(fā)電機(jī)經(jīng)雙回線與“無窮大”電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行時，某一回線發(fā)生某種類型短路，經(jīng)一定時間切除故障成單回線運行。短路的切除時間在微機(jī)保護(hù)裝置中設(shè)定，同時要設(shè)定重合閘是否投切。在手動勵磁方式下通過調(diào)速器的增（減）速按鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)的出力，測定不同短路運行時能保持系統(tǒng)穩(wěn)定時發(fā)電機(jī)所能輸出的最大功率，并進(jìn)行比較，分析不同故障類型對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。將實驗結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行分析比較。Pmax為系統(tǒng)可以穩(wěn)定輸出的極限，注意觀察有功表的讀數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)出于振蕩臨界狀態(tài)時，記錄有功表讀數(shù)，最大電流讀數(shù)可以從YHB型微機(jī)保護(hù)裝置讀出，具體顯示為：GL- 三相過流值GA- A相過流值GB- B相過流值GC- C相過流值微機(jī)保護(hù)裝置的整定值代碼如下： 01： 過流保護(hù)動作延遲時間 02： 重合閘動作延遲時間03： 過電流整定值 04： 過流保護(hù)投切選擇 05： 重合閘投切選擇 另外，短路時間TD由面板上“短路時間”繼電器整定，具體整定參數(shù)為表5-1。表5-1整定值代碼0102030405TD整定值0.5(s)/5.00(A)OnOff1.0(s)微機(jī)保護(hù)裝置的整定方法如下：同時按“”“”進(jìn)入整定值修改畫面。進(jìn)入整定值修改畫面后，通過“”“”選01整定項目，再按壓觸摸按鈕“”或“”選擇當(dāng)保護(hù)時間（s）；通過“”“”選03整定項目，再按壓觸摸按鈕“”或“”選擇當(dāng)過電流保護(hù)值；通過“”“”選04整定項目，再按壓觸摸按鈕“”或“”選擇當(dāng)過電流保護(hù)投切ON；通過“”“”選05整定項目，再按壓觸摸按鈕“”或“”選擇重合閘投切為OFF。（詳細(xì)操作方法WDTC綜合自動化試驗臺使用說明書。）注：同時按下“+”“”按鈕可以恢復(fù)到出廠默認(rèn)值。 自動方式開機(jī)，建壓，并網(wǎng)，待機(jī)組運行穩(wěn)定后，在下面4種不同線路組合下做各種短路試驗，觀察并記錄短路發(fā)生時的最大有功Pmax和最大短路電流。表5-2 短路切除時間t=0.5s 線路組合1：QF11 QF21 QF31 QF41 QF5=0 QF61:短路類型Pmax(W) 最大短路電流（A） 單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路 (0：表示對應(yīng)線路開關(guān)斷開狀態(tài) 1：表示對應(yīng)線路開關(guān)閉合狀態(tài))表5-3 短路切除時間t=0.5s 線路組合2：QF10 QF21 QF30 QF41 QF5=0 QF61:短路類型Pmax(W) 最大短路電流（A） 單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路表5-4 短路切除時間t=0.5s 線路組合3：QF11 QF21 QF30 QF41 QF5=1 QF61:短路類型Pmax(W) 最大短路電流（A） 單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路 表5-5 短路切除時間t=0.5s 線路組合4：QF10 QF21 QF31 QF41 QF5=1 QF61:短路類型Pmax(W) 最大短路電流（A） 單相接地短路兩相相間短路兩相接地短路三相短路2故障切除時間對暫態(tài)穩(wěn)定的影響固定短路地點，短路類型和系統(tǒng)運行條件，通過調(diào)速器的增速按鈕增加發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)的出力，在測定不同故障切除時間能保持系統(tǒng)穩(wěn)定時發(fā)電機(jī)所能輸出的最大功率，分析故障切除時間對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。一次接線方式： QF11 QF21 QF31 QF41 QF5= 0 QF61表5-6 短路類型：過流保護(hù)動作時間Pmax(W)最大短路電流(A)0.5 (s)1.0 (s)1.5 (s)例：QF10 QF21 QF31 QF41 QF5=1 QF61（二）研究提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施1強(qiáng)行勵磁在微機(jī)勵磁方式下短路故障發(fā)生后，微機(jī)將自動投入強(qiáng)勵以提高發(fā)電機(jī)電勢。觀察它對提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用。2單相重合閘在電力系統(tǒng)的故障中大多數(shù)是送電線路（特別是架空線路）的“瞬時性”故障，除此之外也有“永久性故障”。在電力系統(tǒng)中采用重合閘的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，主要可歸納如下：（1）提高供電可靠性；（2）提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性；（3）對繼電保護(hù)誤動作而引起的誤跳閘，也能起到糾正的作用。對瞬時性故障，微機(jī)保護(hù)裝置切除故障線路后，經(jīng)過延時一定時間將自動重合原線路，從而恢復(fù)全相供電，提高了故障切除后的功率特性曲線。同樣通過對操作臺上的短路按鈕組合，選擇不同的故障相。通過調(diào)速器的增（減）速按鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)的出力，觀察它對提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用，觀察它對提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用。其故障的切除時間在微機(jī)保護(hù)裝置中進(jìn)行修改，同時要設(shè)定進(jìn)行重合閘投切，并設(shè)定其重合閘時間。其操作步驟同上，不同的是在05整定項目時，按壓觸摸按鈕“”或“”選擇投合閘投切on，并選02整定項目時，按壓觸摸按鈕“”或“”設(shè)定重合閘動作延時時間。瞬時故障時間由操作臺上的短路時間繼電器設(shè)定，當(dāng)瞬時故障時間小于保護(hù)動作時間時保護(hù)不會動作；當(dāng)瞬時故障時間大于保護(hù)動作時間而小于重合閘時間，能保證重合閘成功，當(dāng)瞬時故障時間大于重合閘時間，重合閘后則認(rèn)為線路為永久性故障加速跳開整條線路。 表5-7整定值代碼0102030405TD保護(hù)不動作0.21.55.00onon0.1重合閘0.21.55.00onon1.0永久故障0.21.55.00onon3.0（三）異步運行和再同步的研究1在發(fā)電機(jī)穩(wěn)定異步運行時，觀察并分析功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差，振蕩周期及各表的讀數(shù)變化的特點。2在不切除發(fā)電機(jī)的情況下，研究調(diào)節(jié)原動機(jī)功率，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁對振蕩周期，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差的影響，并牽入再同步。注意事項：1在做單相重合閘實驗時，進(jìn)行單相故障操作的時間應(yīng)該在接觸器合閘10秒之后進(jìn)行，否則，在故障發(fā)生時會跳三相，微機(jī)保護(hù)裝置會顯示“GL-”，且不會進(jìn)行重合閘操作。2實驗結(jié)束后，通過勵磁裝置使無功至零，通過調(diào)速器使有功至零，解列之后按下調(diào)速器的停機(jī)按鈕使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速至零。跳開操作臺所有開關(guān)之后，方可關(guān)斷操作臺上的電源關(guān)斷開關(guān)，并斷開其他電源開關(guān)。3對失步處理的方法如下：通過勵磁調(diào)