电力系统基础实验指导书样本.doc

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电力系统基础实验指导书

北京建筑大学
建电系

实验一 一机—无穷大系统稳态运行方式实验
一、 实验目的
1、 了解和掌握对称稳定情况下, 输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围;
2、 了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件; 不对称度运行参数的影响; 不对称度运行对发电机的影响等。
二、 预习与思考
1、 何为电压损耗和电压降落?
2、 影响简单电力系统静态稳定性的因素有哪些?
3、 提高电力系统静态稳定有哪些措施?
三、 实验原理
电力系统稳态对称和不对称运动分析, 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, 除了经过结合实际的问题, 让学生掌握此类”数值概念”外, 实验也是一条很好的、 更为直观的、 易于形成的深刻记忆的手段之一。实验用一次系统接线图如图2-1所示。

图2-1 一次系统接线图
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, 可经过给定直流电枢电压来调节。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, 虽然其参数不能与大型发电机相似, 但也能够看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。发电机的励磁系统能够用外加直流电源经过手动来调节, 也能够切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。试验台的输电线路使用多个结成链形的电抗线圈来模拟, 其电抗值满足相似条件。”无穷大”无线就是直接用实验室的交流电源, 因此是由实际电力系统供电的, 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) 。利用光电编码盘的脉冲信号测量交流发电机的转速, 另外, 台上还设置了模拟短路故障等控制设备。
四、 实验设备
序号
型号
使用仪器名称
数量
备注
1
EAL-01
电源输出
1

2
EAL-02
双回路输出电路
1

3
EAL-03
微机接口
1

4
EAL-04
原动机调速系统
1

5
EAL-05
发电机励磁系统
1

6
EAL-06
准同期控制器
1

7
EAL-07
线路保护
1

五、 实验内容与步骤
1、 实验准备
1) 、 合上实验台断路器;
2) 、 打开软件;
3) 、 合上实验台上挂箱EAL-01的”合闸”按钮( 实验主界面的EAL-01中的”合闸”按钮) 。
2、 实验步骤
1) 、 单回路稳态对称运行实验
①、 合上EAL-02上的状态开关QF2、 QF6、 QF4、 QFS, 使系统运行在单回路状态下;
②、 按照实验一进行启机、 建压、 并网;
③、 经过调速器中的 ”加速””减速”按钮改变原动机功率, 经过励磁调节器中”增磁””减磁”按钮改变发电机功率, 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) , 在EAL-02中右下角点击PV4中( A、 B、 C相) 观察并记录线路首端电压值, 点击PV1中( A、 B、 C相) 观察记录线路末端电压值、 点击PV3中( A、 B、 C相) 观察记录线路开关站的电压值;
特别注意: 调节”加速”、 ”减速”按钮改变有功功率P时, 操作要慢; 特别是调节”增磁”、 ”减磁”按钮改变无功功率Q时, 操作一定要谨慎, 同时注意观测发电机机端电压, 以防过高。
④、 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。
⑤、 进行解列操作、 灭磁操作和停机操作( 具体操作方法参考实验一) ;
2) 、 双回路对称运行与单回路对称运行比较实验
①、 按照单回路稳态对称运行实验进行双回路对称运行实验, 只是将单回路切换为双回路( 将EAL-02上的继电器QF1、 QF3合上) ;
③、 将实验1的结果与实验2进行比较和分析。如表2-1。
表2-1

P
Q
I(PA1,PA2)
( ABC)

( PV3)
( ABC)

(PV1, PV4)
( ABC)

单
回
路

双
回
路

注: —励磁电压; —系统无穷大电压; —发电机端电压; —输电线路的电压损耗; △U—输电线路的电压损耗;
六、 注意事项
1、 实验台上能进行的操作, 在实验界面上都能够经过相应的按钮来实现;
2、 当EAL-01、 EAL-04或EAL-05过流指示灯亮时, 不能进行其它操作, 要进行相应的复位后, 重新做实验。
七、 实验报告
1、 整理实验数据, 说明单回路送电和双回路送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电路首、 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的范围;
3、 根据实验数据, 比较分析P与、 Q与U之间的关系, 能够得出哪些重要结论?
4、 提高电力系统静态稳定有哪些措施?
实验二 电力系统暂态稳定实验
一、 实验目的
1、 经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、 学生经过实际操作, 从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施;
二、 预习与思考
1、 不同短路状态下对系统阻抗产生影响的机理是什么?
2、 提高电力系统暂态稳定的措施有哪些?
三、 实验原理
电力系统暂态稳定性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。在各种扰动中以断路故障的扰动最为严重。
正常运行时发电机功率特性为: ( 1)
短路运行时发电机功率特性为: ; ( 2)
故障切除发电机功率为: ; ( 3)
对这三个公式进行比较, 我们能够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障角小于, 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, 系统阻抗不同,同时切除故障线路不同也使不同, 也不同, 使对故障切除时的时间要求也不同。
同时, 在故障发生时及故障切除经过强励磁增加发电机的电势, 使发电机功率特性中增加, 使增加, 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, 发生瞬间单相故障是采用自动重合闸, 使系统进入正常工作状态。这二种方法有利于提高系统的稳定性。
四、 实验设备
序号
型号
使用仪器名称
数量
备注
1
EAL-01
电源输出
1

2
EAL-02
双回路输出电路
1

3
EAL-03
微机接口
1

4
EAL-04
原动机调速系统
1

5
EAL-05
发电机励磁系统
1

6
EAL-06
准同期控制器
1

7
EAL-07
线路保护
1

五、 实验内容与步骤
1、 实验准备
1) 、 合上实验台断路器;
2) 、 打开软件;
3) 、 合上实验台上挂箱EAL-01的”合闸”按钮( 实验主界面的EAL-01中的”合闸”按钮) 。
2、 短路对电力系统暂态稳定的影响
短路类型对暂态稳定影响
本实验台经过经过操作界面EAL-07上的四个短路选择按钮, 可组合成单相接地短路、 两相相间短路、 两相接地短路和三相短路四种故障方式, 固定短路地点, 短路类型和系统运行条件。
①开机、 建压、 并网; ( 提示: B相单跳恢复为全相运行)
②在微机保护装置中, 所有投切时间整定值设置”0”, 即如下5项设置为”0”:
过流保护器使用选择
0
速断保护投切
0
限时速断保护投切
0
过流保护投切
0
重合闸投切
0
③选择”恒”工作方式;
④特别注意: 调压器输出电压约270V, 发电机端电压270V。
⑤软件故障设置, 分别按照表3-1、 3-2、 3-3、 3-4设置成相应的故障类型;
⑥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, 分析不同短路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。为系统能够稳定输出的极限, 最大电流读数能够从微机保护装置的故障显示中读出。
提示: 四种回路结构中, 建议最后测定双回路的值。
从一种类型到另一种类型, 按照如下步骤进行:
①每测完一组后, 注意及时短路复位;
②先减速, 将有功功率P降下来;
③改变线路结构;
④进行短路设置;
⑤测试值。

表3-1 短路切除时间t=200s 短路类型: 单相接地短路
QF1
QF2
QF3
QF4
QF5
QF6

最大短路电流( A)
0
1
0
1
0
1

1
1
0
1
1
1

0
1
1
1
1
1

1
1
1
1
0
1

( 0: 表示对应线路开关断开状态 1: 表示对应线路开关闭合状态)

表3-2 短路切除时间t=200s 短路类型: 两相相间短路
QF1
QF2
QF3
QF4
QF5
QF6

最大短路电流( A)
0
1
0
1
0
1

1
1
0
1
1
1

0
1
1
1
1
1

1
1
1
1
0
1

表3-3 短路切除时间t=200s 短路类型: 两相接地短路
QF1
QF2
QF3
QF4
QF5
QF6

最大短路电流( A)
0
1
0
1
0
1

1
1
0
1
1
1

0
1
1
1
1
1

1
1
1
1
0
1

表3-4 短路切除时间t=200s 短路类型: 三相短路
QF1
QF2
QF3
QF4
QF5
QF6

最大短路电流( A)
0
1
0
1
0
1

1
1
0
1
1
1

0
1
1
1
1
1

1
1
1
1
0
1

六、 注意事项
1、 实验台上能进行的操作, 在实验界面上都能够经过相应的按钮来实现;
2、 当EAL-01、 EAL-04或EAL-05过流指示灯亮时, 不能进行其它操作, 要进行相应的复位后, 重新做实验。
七、 实验报告
1、 整理不同短路类型下获得的实验数据, 经过对比, 对不同短路类型进行定性分析, 详细说明不同短路类型对系统稳定性的影响。
2、 经过实验中观察到的现象, 说明两种提高暂态稳定的措施。
3、 当系统采用不同接线形式时, 比较所测得的极限功率的大小, 由此得出什么重要结论?
4、 解释你所观察到的失步现象。

电机启动、 建压和停机实验
一、 实验目的
1、 掌握实验设备的正确使用方法。
2、 掌握开机、 停机的方法。
二、 预习与思考
1、 本实验系统由几部分组成? 各部分的功能是什么?
2、 在实验中需要注意什么?
三、 原理说明
实验台由三相交流电源、 双回路、 准同期控制器、 微机线路保护、 发电机励磁系统、 原动机调速系统和发电机组几部分组成。
四、 实验设备
序号
型号
使用仪器名称
数量
备注
1
EAL-01
电源输出
1

2
EAL-02
双回路输出电路
1

3
EAL-06
准同期控制器
1

4
EAL-07
线路保护装置
1

5
EAL-16
发电机励磁系统
1

6
EAL-17
原动机调速系统
1

五、 实验内容与步骤
1、 电机启动和建压实验
1) 、 打开电脑;
2) 、 合上实验台左侧的断路器;
3) 、 打开LIBVIEW7.0软件, 运行实验届面7.7点击如下图标 ; 检查实验台( 界面) 各开关状态, EAL-01上的断开指示灯亮( 绿灯) , 合闸指示灯熄灭。进入实验届面EAL-02双回路中, 将实验台上的各开关状态打在OFF( 绿色) 状态。; ( 备注: 在运行实验界面时先运行一分钟点后击停止按钮 , 再点击运行按停止钮 ) 。
4)、 在EAL-17中将励磁开关打开;
5) 、 将EAL-01的合闸按钮按下,把电压调至220V。
6) 、 进入”原动机调速系统”界面, 合上”KM1”。
7) 、 进入”发电机励磁系统”励磁方式选择微机她励”KM5”( 合上”KM5”) ,然后合上”KM3”, 进入”微机控制器”, 控制方式选择”恒”运行方式( 励磁调节器中按下”恒”按钮) , ”恒”指示灯亮。 然后点击最左下方的”停机”。
8) 、 进入”双回路输出电路” 界面, 点击合上EAL-02上的系统电压开关”QFS”; 合上EAL-02上的线路开关QF2、 QF6、 QF4。
9) 、 在微机控制器中的原动机调速器中, ”开机方式”自动选择为”微机自动”方式( 调速器中) , 微机自动指示灯亮;
10) 、 并网操作, 同期方式选择”全自动”, 发同期命令。
11) 、 在调速器中将发电机频率调到49.8HZ, 在励磁调节器中将发电机电压幅值调到220V;
2、 停机实验
1) 、 减磁至无功接近0var, 减速至有功接近0w。
2) 、 解列, QFG跳开。
3) 、 进行灭磁操作。在本装置中采用的是自动励磁开关灭磁, 点击右下方的”灭磁”按钮, 自动灭磁。然后进入”发电机励磁系统”界面, 直接断开继电器”KM3”, 此时”KM3”的ON灯灭, OFF灯亮, 再断开”KM5”, 此时”KM5”的ON灯灭, OFF灯亮, 表示发电机的励磁开关已断开。
4) 、 同步发电机组的停机操作。进入”微机控制器”界面, 按下调速器中的”停机/开机”按钮, ”停机”指示灯亮, 控制参数递减至零, 发电机减速, 逐渐停止转动。然后进入”原动机调速系统”界面, 断开”KM1”, ON灯灭, OFF灯亮。进入”双回路输出电路”界面, 断开上EAL-02上的系统电压开关”QFS”; 断开EAL-02上的线路开关QF2、 QF6、 QF4。
5) 、 断开EAL-01电源, 即按下EAL-01上的”断开”按钮, 此时, 表示已经关机, 等待下一次开机。
六、 注意事项
1、 当在作实验的过程中电机的声音出现强烈非常态噪音时, 请立即断开空开。
2、 当EAL-01、 EAL-16或EAL-17过流指示灯亮时, 不能进行其它操作, 要进行相应的复位后, 重新启动。