電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實驗

1、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，使課堂理論教學與實踐結(jié)合，提高學生的感性認識。2學生通過實際操作，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重。正常運行時發(fā)電機功率特性為：P1=( Eox Uo)x sin S i/X1 ;短路運行時發(fā)電機功率特性為：P2=( Eox Uo)x sin S 2X2 ;故障切除發(fā)電機功率特性為：P3 =( Eo

2、x Uo)x sin S 3/X3 ;對這三個公式進行比較，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S c小于S max S 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，S 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勵磁增加發(fā)電機的電勢，使發(fā)電機功率特性中Eo增加，使S 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)

3、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保護 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)電機所能輸出的最大功率， 并進行比較，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

4、理論分析結(jié)果進行分析比較。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-川型微機保護裝置讀出，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相過流值微機保護裝置的整定值代碼如下:0102030405過流保護動作延遲時間 重合閘動作延遲時間 過電流整定值過流保護投切選擇 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)微機保護裝置的整定方法如下：按壓“畫面

5、切換”按鈕，當數(shù)碼管顯示PA時，按壓觸摸按鈕“ + ”或“”輸入密碼，待密碼輸入后，按下按鍵“”，如果輸入密碼正確，就會進入整定值修改畫面。進入整定 值修改畫面后，通過“先選01整定項目，再按壓觸摸按鈕“ + ”或“”選擇當保護時間（s ）;通過“選 03整定項目，再按壓觸摸按鈕“ + ”或“”選擇當過電流保護值；通過“”“”選04整定項目，再按壓觸摸按鈕“ + ”或“”選擇當過電流保護投切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。（詳細操作方法 WDm綜合自動化試驗臺使用說明書。）表5-2短路切除時間t=0.5s短路類型：單相接地短路QF1QF

6、2QF3QF4QF5QF6Pma)(W)最大短路電流（A）1111011.84.450101010.95.161101110.96.970111111.46.25（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短路類型：兩相相間短路QF1QF2QF3QF4QF5QF6Pmax(W)最大短路電流（A）1111011.25.890101011101110111111.38.74（二）研究提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施1 強行勵磁在微機勵磁方式下短路故障發(fā)生后，微機將自動投入強勵以提高發(fā)電機電勢。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

7、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)濟效果，主要可歸納如下： 大提高供電可靠性； 高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性； 對繼電保護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，微機保護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保護裝置中進行修改，同時要設(shè)定進行重合閘投切，并設(shè)定其重合閘時間

8、。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“一”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， 當瞬時故障時間小于保護動作時間時保護不會動作；當瞬時故障時間大于保護動作時間而小于重合閘時間，能保證重合閘成功，當瞬時故障時間大于重合閘時間，重合閘后則認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

9、 在發(fā)電機穩(wěn)定異步運行時，觀察并分析功率，發(fā)電機的轉(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)電機的情況下，研究調(diào)節(jié)原動機功率，調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁對振蕩周期，發(fā)電機轉(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，進行單相故障操作的時間應(yīng)該在接觸器合閘10秒之后進行，否則，在故障發(fā)生時會跳三相，微機保護裝置會顯示“GL- ”，且不會進行重合閘操作。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)速器的停機按鈕使 發(fā)電機轉(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)節(jié)器增磁按鈕

10、，使發(fā)電機的電壓增大；如系統(tǒng)沒處于短路狀態(tài)， 且線路有處于斷開狀態(tài)的，可并入該線路減小系統(tǒng)阻抗；通過調(diào)速器的減速按鈕減小原動機的輸入功率。四、實驗數(shù)據(jù)分析1 整理不同短路類型下獲得實驗數(shù)據(jù)，通過對比，對不同短路類型進行定性分析，詳細說明不同短路類型 和短路點對系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響。答：通過對比，我們可以看出同樣的短路故障切除時間在不同短路類型下對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響不一樣，不對稱短路時，根據(jù)正序等效定則，相當于在正常等值電路中的短路點接入了一個附加阻抗，改變系統(tǒng)阻抗，影響 系統(tǒng)輸出功率，使之與正常運行情況下的輸出有差別，影響功角，進而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于不同短路情況下 的附加電抗不一樣， 所以影響

11、也不一樣。 單相接地時附加電抗為負序電抗和零序電抗之和，兩相短路時附加電抗為負序電抗，兩相接地短路時附加電抗附加電抗為負序電抗與零序電抗并聯(lián)。2通過試驗中觀察到的現(xiàn)象，說明二種提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施對系統(tǒng)穩(wěn)定性作用機理。答：系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，發(fā)電機輸出的電磁功率驟然降低，而原動機的機械輸出功率來不及變化，兩者 失去平衡，發(fā)電機轉(zhuǎn)子將加速。強行勵磁可以提高發(fā)電機的電勢，增加發(fā)電機的輸出功率，即可使原動機輸出與發(fā)電機輸出功率平衡，可 以有效地減小失步引起的不利影響。且強行勵磁的速度越快、強勵倍數(shù)越大，效果越好。電力系統(tǒng)中的短路故障大多是由網(wǎng)絡(luò)放電造成的，是暫時性的，在切斷線路經(jīng)過一段電弧熄滅和空氣去

12、游 離的時間軸，短路故障便完全消除了。這時，如果再把線路重新投入系統(tǒng)，它便能繼續(xù)正常工作。所以采用自動 重合閘裝置，用微機保護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，即可 提高了故障切除后的功率特性曲線，即提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。五、思考題1 不同短路狀態(tài)下對系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生影響的機理是什么？不對稱短路時，根據(jù)正序等效定則，相當于在正常等值電路中的短路點接入了一個附加阻抗，改變了系統(tǒng)阻抗：(1) 單相接地短路：以 A相短路為例，由邊界條件 Ua=0 lb=O、lc=O，將它們用對稱分量法分解，得到各序分量之間表示的邊界條件，采用復(fù)合序網(wǎng)或結(jié)合各序等效電路分析，便可以得

13、到其附加電抗XA =X2+X0(2) 兩相相間短路：以 BC兩相間短路為例，其邊界條件為Ub=Uc lb+lc=0、la=O，得到其附加電抗為 XA =X2;(3) 兩相接地短路：以BC兩相接地短路為例， 其邊界條件為la=0、Ub=0Uc=O,得到其附加電抗為 XA =X2/X0。2 .提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的措施有哪些？ 答：(1 )快速切除故障；(2) 采用自動重合閘；(3) 發(fā)電機快速強勵磁；(4) 發(fā)電機電氣制動；(5 )變壓器中性點經(jīng)小電阻接地；(6 )快速關(guān)閉汽門；(7) 切發(fā)電機和切負荷；(8) 設(shè)置中間開關(guān)站；(9) 輸電線路強行串聯(lián)補償。3 對失步處理的方法(注意事項3中提到)的理論根據(jù)是什么？答：改變發(fā)電機的機端電壓或者系統(tǒng)阻抗，進而改變功角，來改變發(fā)電機轉(zhuǎn)速；直接調(diào)整原動機的輸入功率，改變發(fā)電機轉(zhuǎn)速，來調(diào)節(jié)輸出功率的頻率。4 .自動重合閘裝置對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響是什么？ 答：自動重合閘裝置是將被非正常操作跳開的斷路器重新自動投入的一種自動裝置。線路采用自動重合閘裝置 后，如果瞬時性故障時，保護動作切除故障后，重合閘動作能夠成功，恢復(fù)線路的供電。作用：1)提高輸電線路供