第四章-電力系統功率特性和功率極限實驗

電力系統實驗指導書第四章電力系統功率特性和功率極限實驗一、實驗目的初步掌握電力系統物理模擬實驗的基本方法；通過對實驗中各種現象的觀察，結合所學的理論知識，培養(yǎng)理論結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，一般是指發(fā)電機通過變壓器、輸電線路與無限大容量母線聯接而且不計各元件的電阻和導納的輸電系統。對于簡單系統，如發(fā)電機至系統d軸和q軸總電抗分別為Xd和Xq，則發(fā)電機的功率特性為：當發(fā)電機裝有勵磁調節(jié)器時，發(fā)電機電勢Eq隨運行情況而變化。根據一般勵磁調節(jié)器的性能，可認為保持發(fā)電機Eq（或E）恒定。這時發(fā)電機的功率特性可表示成：或 這時功率極限為隨著電力系統的發(fā)展和擴大，電力系統的穩(wěn)定性問題更加突出，而提高電力系統穩(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的功率極限，從簡單電力系統功率極限的表達式看，提高功率極限可以通過發(fā)電機裝設性能良好的勵磁調節(jié)器以提高發(fā)電機電勢、增加并聯運行線路回路數或壓恒定或無功輸出為零；（4）觀察并記錄系統中運行參數的變化，填入表4-5中。表4-5單回線手動調節(jié)勵磁020406080P0IA0UzUFILQ0表4-6雙回線手動調節(jié)勵磁020406080P0IA0UzUFILQ0（三）自動調節(jié)勵磁時，功率特性和功率極限的測定將自動調節(jié)勵磁裝置接入發(fā)電機勵磁系統，測定功率特性和功率極限，并將結果與無調節(jié)勵磁和手動調節(jié)勵磁時的結果比較，分析自動勵磁調節(jié)器的作用。1．微機自并勵（恒流或恒壓控制方式），實驗步驟自擬；表4-7單回線微機自并勵方式020406080P0IA0UzUFILQ0表4-8雙回線微機自并勵方式020406080P0IA0UzUFILQ02．微機它勵（恒流或恒壓控制方式），實驗步驟自擬。表4-9單回線微機它勵方式020406080P0IA0UzUFILQ0表4-10雙回線微機它勵方式020406080P0IA0UzUFILQ0注意事項：1．調速器處停機狀態(tài)時，如果“輸出零”燈不亮，不可開機；2．實驗結束后，通過勵磁調節(jié)使無功輸出為零，通過調速器調節(jié)使有功輸出為零，解列之后按下調速器的停機按鈕使發(fā)電機轉速至零。跳開操作臺所有開關之后，方可關斷操作臺上的操作電源開關。四、實驗報告要求1．根據實驗裝置給出的參數以及實驗中的原始運行條件，進行理論計算。將計算結果與實驗結果進行比較。2．認真整理實驗記錄，通過實驗記錄分析的結果對功率極限的原理進行闡述。同時對理論計算和實驗記錄進行對比，說明產生誤差的原因。并作出Uz()，P()Q()特性曲線，對其進行描述。3．分析、比較各種運行方式下發(fā)電機的功—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？如何調節(jié)其零點？當日光燈供電的相發(fā)生改變時，所得的功角值發(fā)生什么變化？2．多機系統的輸送功率與功角的關系和簡單系統的功—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．自動勵磁調節(jié)器對系統靜態(tài)穩(wěn)定性有何影響？5．實步？

第五章電力系統暫態(tài)穩(wěn)定實驗一、實驗目的1．通過實驗加深對電力系統暫態(tài)穩(wěn)定內容的理解，使課堂理論教學與實踐結合，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失步現象和掌握正確處理的措施。3．用數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暫態(tài)穩(wěn)定問題是指電力系統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＝（Eo×Uo）×sinδ1/X1；短路運行時發(fā)電機功率特性為：P2＝（Eo×Uo）×sinδ2/X2；故障切除發(fā)電機功率特性為：P3＝（Eo×Uo）×sinδ3/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。而系統保持穩(wěn)定條件是切除故障角δc小于δmax，δmax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，系統阻抗X2不同，同時切除故障線路不同也使X3不同，δmax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δmax增加，相應故障切除的時間也可延長；由于電力系統發(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，使系統進入正常工作狀態(tài)。這二種方法都有利于提高系統的穩(wěn)定性。三、實驗項目與方法（一）短路對電力系統暫態(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運行條件，在發(fā)電機經雙回線與“無窮大”電網聯網運行時，某一回線發(fā)生某種類型短路，經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定，同時要設定重合閘是否投切。在手動勵磁方式下通過調速器的增（減）速按鈕調節(jié)發(fā)電機向電網的出力，測定不同短路運行時能保持系統穩(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。將實驗結果與理論分析結果進行分析比較。Pmax為系統可以穩(wěn)定輸出的極限，注意觀察有功表的讀數，當系統出于振蕩臨界狀態(tài)時，記錄有功表讀數，最大電流讀數可以從YHB－Ⅲ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：01：過流保護動作延遲時間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：同時按“△”“▽”進入整定值修改畫面。進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WDT－ⅢC綜合自動化試驗臺使用說明書。）注：同時按下“+”“—”按鈕可以恢復到出廠默認值。自動方式開機，建壓，并網，待機組運行穩(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：QF1＝1QF2＝1QF3＝1QF4＝1QF5=0QF6＝1: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：表示對應線路開關斷開狀態(tài)1：表示對應線路開關閉合狀態(tài))表5-3短路切除時間t=0.5s線路組合2：QF1＝0QF2＝1QF3＝0QF4＝1QF5=0QF6＝1: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：QF1＝1QF2＝1QF3＝0QF4＝1QF5=1QF6＝1: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：QF1＝0QF2＝1QF3＝1QF4＝1QF5=1QF6＝1: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，短路類型和系統運行條件，通過調速器的增速按鈕增加發(fā)電機向電網的出力，在測定不同故障切除時間能保持系統穩(wěn)定時發(fā)電機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：QF1＝1QF2＝1QF3＝1QF4＝1QF5=0QF6＝1表5-6短路類型：過流保護動作時間Pmax(W)最大短路電流(A)0.5(s)1.0(s)1.5(s)例：QF1＝0QF2＝1QF3＝1QF4＝1QF5=1QF6＝1（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的故障中大多數是送電線路（特別是架空線路）的“瞬時性”故障，除此之外也有“永久性故障”。在電力系統中采用重合閘的技術經濟效果，主要可歸納如下：（1）提高供電可靠性；（2）提高電力系統并列運行的穩(wěn)定性；（3）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，經過延時一定時間將自動重合原線路，從而恢復全相供電，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。通過調速器的增（減）速按鈕調節(jié)發(fā)電機向電網的出力，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，同時要設定進行重合閘投切，并設定其重合閘時間。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．在發(fā)電機穩(wěn)定異步運行時，觀察并分析功率，發(fā)電機的轉差，振蕩周期及各表的讀數變化的特點。2．在不切除發(fā)電機的情況下，研究調節(jié)原動機功率，調節(jié)發(fā)電機勵磁對振蕩周期，發(fā)電機轉差的影響，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．實驗結束后，通過勵磁裝置使無功至零，通過調速器使有功至零，解列之后按下調速器的停機按鈕使發(fā)電機轉速至零。跳開操作臺所有開關之后，方可關斷操作臺上的電源關斷開關，并斷開其他電源開關。3．對失步處理的方法如下：通過勵磁調節(jié)器增磁按鈕，使發(fā)電機的電壓增大；如系統沒處于短路狀態(tài)