电力系统综合实验指导书(新2006[1][1].12).doc

电 力 系 统 综 合

实验指导书

主编:徐其迎 查丛梅

中原工学院
电气工程及其自动化教研室
2005年3月16日

前 言

《电力系统综合实验指导书》是一本与电气工程及其自动化专业的《电力系统分析》、《建筑供配电》和《电力系统微机保护》等课程相配套的实验及原理指导教材。
本实验指导书是在武汉华工大电力自动技术研究所生产“WDT-ⅡC型电力系统综合自动化试验台”和长沙同庆电气信息有限公司的多功能微机保护与变电站综合自动化实验装置为对象进行编写的。
本指导书包括电力系统方面的9个实验的题目。每个题目的内容多少不一，有些编写得比较详细，有的比较简略，这便于因材施教和进行选择；有些题目内容较多，可以根据教学大纲对实验的要求适当选取实验项目和实验学时。
编写过程参考了设备厂家提供的有关资料，并得到了电气教研室巫付专副教授、电气信息实验中心李建高工的指导和帮助；查丛梅副教授参加编写并审阅书稿；在此表示感谢！由于编写者水平有限，加之时间仓促，错误和不足之处在所难免，谨请读者指正。

目 录

第一章、概述………………………………………………………………………………3
第二章、实验要求及注意事项……………………………………………………………5
第三章、实验项目…………………………………………………………………………6
实验一、同步发电机同期并列实验……………………………………………6
实验二、同步发电机励磁控制实验……………………………………………9
实验三、单机-无穷大系统稳态运行方式实验………………………………14
实验四、电力系统暂态稳定运行实验 ………………………………………16
实验五、单机带负荷试验…………………………………………………… 19
实验六、继电器特性实验…………………………………………………… 21
实验七、10KV输电线路保护综合实验………………………………………25
实验八、110KV微机线路保护综合实验 ……………………………………28
实验九、变压器保护综合实验 ………………………………………………32
第四章、实验项目涉及的主要仪器设备简介 …………………………………………36
第五章、参考文献 ………………………………………………………………………40
附录
第一章 概述

一、实验教学的性质和任务
实验教学是高等理工科学校的主要实验性环节之一，它在培养学生的实际操作能力、分析问题和解决问题的能力方面，起着极重要的作用；专业综合实验课程还肩负着综合运用所学基础知识和专业知识，培养学生创造能力的作用。
电力系统综合实验包括必修课《电力工程》、《建筑供配电》和任选课《电力系统微机保护》教学大纲中规定的实验项目，是电力系统专业课程的一个重要教学环节。在理论学习的基础上，通过实际操作和应用，使学生进一步了解和掌握电力系统有关原理和运行规律，为后续电力系统课程的课程设计、毕业设计及将来从事电气方面的工作打下基础。

二、实验教学的主要内容和基本要求
1. 同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件；
2. 理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；
3.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；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；
4.通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。学生通过实际操作，从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施
5.掌握单机带负荷运行方式的特点,通过独立电力网与大电力系统的分析比较实验进一步理解系统稳定概念;
6.测试微机继电器的动作和返回值，比较微机继电器和常规继电器的动作和返回情况;
7.了解和掌握微机三段式电流保护的原理和算法,掌握三段式电流保护的整定计算方法，并通过实验检验设定的定值是否正确。
8. 掌握微机三段式距离保护（多边形特性和圆特性）的原理和算法;掌握三段式距离保护的整定计算方法，并通过实验检验设定的定值是否正确。
9.掌握变压器主保护和后备保护的配置和原理,观察在变压器内部和外部故障情况下，变压器主保护和后备保护的动作情况。

三、实验项目的设置及学时分配表

序号
实验项目名称
实验内容提要
学时
每组人数
实验属性
1
同步发电机同期并列实验
开机与停机，同步发电机准同期并列实验
2
5
验证性
2
同步发电机励磁控制实验
同步发电机起励实验；不同控制方式的切换；系统稳定器
2
5
验证性
3
单机-无穷大系统稳态运行方式实验
电力系统稳态全相、非全相运行
2
5
验证性
4
电力系统暂态稳定运行实验
短路对运行的影响，提高系统稳定性措施
2
5
验证性
5
单机带负荷试验
不同性质的负荷对发电机的电压，频率的影响
2
5
验证性
6
继电器特性实验
电流、电压、差动、阻抗继电器特性测试
4
5
验证性
7
10KV输电线路保护综合实验
输电线路电流三段式保护
2
5
综合性
8
110KV输电线路保护综合实验
110KV输电线路阻抗三段式保护
2
5
验证性
9
变压器保护综合实验
变压器主保护与后备保护，
2
5
验证性

第二章 实验要求及注意事项

学生在实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书，了解实验目的、原理与步骤，明确实验过程中应注意的问题。
实验前应按具体要求写出预习报告，并在实验前一天由班长收齐后交到电力系统实验室，指导教师检查认为确实做好了实验前的准备，方可进行实验。未做预习报告的，取消当次实验，并在完成预习报告后，重新安排补做有关实验。
实验过程中，首先完成实验指导书要求的实验内容，记录实验结果，达到实验指导书中要求。然后才可以进行自己设计的与本课程有关的实验项目。
实验完成后，应根据实验过程，按实验指导书要求写出实验报告。实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁，结论明确。预习报告附在实验报告后面，做为实验报告的一部分。

预习报告应包括以下内容：
1． 实验名称、姓名、学号。
2． 列出实验项目并简述原理和操作步骤。
3． 按实验指导书预习要求完成相关表格设计。
4． 预习报告应使用专用的实验报告纸，内容不少于400字。

实验报告应包括以下内容：
1． 实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期等。
2． 写出实验时候的操作步骤过程并做简要说明。
3． 按指导书要求完成实验项目依次书写实验数据和分析结果及实验体会。
4． 实验报告应使用我校专用的实验报告纸，内容不少于两页。
5． 每次实验每人独立完成一份实验报告，和预习报告合订后，按时送交指导教师。

特别注意：缺做一次实验或少一次实验报告者，本门课程一律按下学年“重修”处理。

第三章 实验项目

实验一、同步发电机准同期并列实验
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．熟悉同步发电机准同期并列过程；
3．观察、分析有关波形。

二、实验属性
验证性实验

三、实验仪器设备及器材
WDT-ⅡC型电力系统综合自动化试验台

四、实验要求
1．预习电力工程教材相关内容。并写出预习报告并思考以下问题：
a．相序不对(如系统侧相序为A、B、C、为发电机侧相序为A、C、B)，能否并列？为什么？
b．电压互感器的极性如果有一侧(系统侧或发电机侧)接反，会有何结果？
c．准同期并列与自同期并列，在本质上有何差别？
2．实验过程中，按实验步骤进行操作，记录实验结果。如果未达到要求，查找问题，重新进行操作，直到达到要求。
3．实验结束后，写出实验报告，包括以下内容：
a．分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关。
b．分析正弦整步电压波形的变化规律。

五、实验原理
将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，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。它能反映两个待并系统间的同步情况，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。它能反映两个待并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(同相点)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。
自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。

六、实验内容与步骤
（一）机组启动与建压
1．检查各手动开关及各旋钮指针是否指在OFF或者0位置，如不在则应调到OFF或者0位置；
2．合上系统电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。
3．励磁调节器选择它励、恒UF运行方式，合上励磁开关；
4．合上系统电压开关和线路开关QF1，QF3，调节调压器使系统电压接近额定值380V；
5．合上原动机开关，顺时针缓慢调节原动机调速旋钮，启动电动机――发电机组；
6．当机组转速升到95%以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与系统电压相等，此时，系统频率约为工频。
（二）观察与分析
1．调整机组转速，记录微机准同期控制器显示的发电机和系统频率。观察并记录旋转灯光整步表上灯光旋转方向及旋转速度与频差方向及频差大小的对应关系；
2．将示波器跨接在“发电机电压”测孔与“系统电压”测孔间，观察正弦整步电压（即脉动电压）波形，观察并记录整步表旋转速度与正弦整步电压的周期的关系；观察并记录电压幅值差大小与正弦整步电压最小幅值间的关系；观察并记录正弦整步电压幅值达到最小值得时刻所对应的整步表指针位置和灯光位置；
3．用示波器跨接到“三角波”测孔与“参考地”测孔之间，观察线性整步电压（即三角波）的波形，观察并记录整步表旋转速度与线性整步电压的周期的关系；观察并记录电压幅值差大小与线性整步电压最小幅值间的关系；
（三）手动准同期
1．按准同期并列条件合闸
将“同期方式”转换开关置“ON”位置。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，手动操作发电机开关按钮进行合闸。
2．偏离准同期并列条件合闸
本实验项目仅限于实验室进行，不得在电厂机组上使用！！！
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：
（1）电压差相角差条件满足，频率差不满足，在fF>fX和fF<fX 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1；注意：频率差不要大于0.5HZ。
（2）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1-1。注意：相角差不要大于30度。
表1-1

fF>fX
fF<fX
VF>VX
VF<VX
顺时针
逆时针
P（kW）

Q（kVAR）

（四）停机
首先应该将发电机输出的有功功率、无功功率调至为零。
然后将发电机与系统解列，即跳开“发电机开关”。
将发电机逆变灭磁或者跳开励磁开关灭磁。
逆时针旋转旋钮，使其输出为零，这时机组速度随惯性减为零。
按下“原动机开关”的“绿色按钮”，其“绿色按钮”的指示灯亮，“红色按钮”的指示灯灭，表示原动机的动力电源已切断。

实验二、同步发电机励磁控制实验
一、实验目的
1．加深理解同步发电机励磁调节原理和励磁控制系统的基本任务；
2．了解自并励励磁方式和它励励磁方式的特点；
3．熟悉三相全控桥整流、逆变的工作波形；观察触发脉冲及其相位移动；
4．了解微机励磁调节器的基本控制方式；
5．了解电力系统稳定器的作用；观察强励现象及其对稳定的影响；
6． 掌握励磁调节器的基本使用方法。

二、实验属性
验证性实验

三、实验仪器设备及器材
WDT-ⅡC型电力系统综合自动化试验台

四、实验要求
1．预习实验指导书等内容。写出预习报告并思考以下问题：
a. 三相可控桥对触发脉冲有什么要求？
b．为什么在恒α方式下，必须手动“增磁”才能起励建压？
c．比较恒UF方式起励、恒IL方式起励和恒α方式起励有何不同？
d．逆变灭磁与跳励磁开关灭磁主要有什么区别？

2．实验过程中，按实验步骤进行操作，记录实验结果。如果未达到要求，查找问题，重新进行操作，直到达到要求。
3．实验结束后，写出实验报告，包括以下内容：
a. 分析比较各种励磁方式和各种控制方式对电力系统安全运行的影响；
b.比较各项的实验数据，分析其产生的原因。
c.分析励磁调节器、空载实验的各项测试结果。
d.分析励磁调节器、负载实验的各项测试结果。

五、实验原理
同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和同步发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。
实验用的励磁控制系统示意图如图1所示。可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。当三相全控桥的交流励磁电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。而当交流励磁电源取自380V市电时，构成它励励磁系统。两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，触发脉冲为双脉冲，具有最大最小α角限制。
微机励磁调节器的控制方式有四种：恒UF（保持机端电压稳定）、恒IL（保持励磁电流稳定）、恒Q（保持发电机输出无功功率稳定）和恒α（保持控制角稳定）。其中，恒α方式是一种开环控制方式，只限于它励方式下使用。

图1 励磁控制系统示意图

同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节器的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。
发电机正常运行时，三相全控桥处于整流状态，控制角α小于90°；当正常停机或事故停机时，调节器使控制角α大于90°，实现逆变灭磁。
电力系统稳定器――PSS是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁系统安全可靠运行的重要环节，常见的励磁限制器有过励限制器、欠励限制器等。

六、实验项目与步骤
（一）不同α角（控制角）对应的励磁电压波形观测
（1）合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄；
（2）励磁系统选择它励励磁方式：操作 “励磁方式开关”切到“微机它励”方式，调节器面板“它励”指示灯亮；
（3）励磁调节器选择恒α运行方式：操作调节器面板上的“恒α”按钮选择为恒α方式，面板上的“恒α”指示灯亮；
（4）合上励磁开关，合上原动机开关；
（5）在不启动机组的状态下，松开微机励磁调节器的灭磁按钮，操作增磁按钮或减磁按钮即可逐渐减小或增加控制角α，从而改变三相全控桥的电压输出及其波形。
注意：微机自动励磁调节器上的增减磁按钮键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需要调节，则松开按钮，重新按下。
实验时，调节励磁电流为表1规定的若干值，记下对应的α角（调节器对应的显示参数为“CC”），同时通过接在Ud+、Ud-之间的示波器观测全控桥输出电压波形，并由电压波形估算出α角，另外利用数字万用表测出电压Ufd和UAC，将以上数据记入下表，通过Ufd，UAC和数学公式也可计算出一个α角来；完成此表后，比较三种途径得出的α角有无不同，分析其原因。
表2-1
励磁电流Ifd
0.0A
0.5A
1.5A
2.5A
显示控制角α

励磁电压Ufd

交流输入电压UAC

由公式计算的α

示波器读出的α

（二）同步发电机起励实验
同步发电机的起励有三种：恒UF方式起励，恒α方式起励和恒IL方式起励。其中，除了恒α方式起励只能在它励方式下有效外，其余两种方式起励都可以分别在它励和自并励两种励磁方式下进行。
恒UF方式起励，现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”的两种起励方式。设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压稳定在手动设定的电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电压，人工不能干预，起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有效跟踪范围为85%～115%额定电压；“跟踪系统电压起励”方式是发电机正常发电运行默认的起励方式，而“设定电压起励”方式通常用于励磁系统的调试试验。
恒IL方式起励，也是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序自动设定，人工不能干预，起励后的发电机电压一般为20%额定电压左右；恒α方式起励只适用于它励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始由人工调节逐渐增加励磁，完成起励建压任务。
1．恒UF方式起励步骤
（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”；
（2）按下“恒UF”按钮选择恒UF控制方式，此时恒UF指示灯亮；
（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；
（4）启动机组；
（5）当转速接近额定时，（频率≥47Hz）,将“灭磁”按钮松开，发电机起励建压。注意观察在起励时励磁电流和励磁电压的变化（看励磁电流表和电压表）。录波，观察起励曲线，测定起励时间，上升速度，超调，振荡次数，稳定时间等指标，记录起励后的稳态电压和系统电压。
2．恒IL方式起励步骤
（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式或者“微机它励”方式，投入“励磁开关”；
（2）按下“恒IL”按钮选择恒IL控制方式，此时恒IL指示灯亮；
（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；
（4）启动机组；
（5）当转速接近额定时（频率>=47Hz）,将“灭磁”按钮松开，发电机自动起励建压，记录起励后的稳定电压。起励完成后，操作增减磁按钮可以自由调整发电机电压。
3．恒α方式起励步骤
（1）将“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，投入“励磁开关”；
（2）按下恒α按钮选择恒α控制方式，此时恒α指示灯亮；
（3）将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭磁位置；
（4）启动机组；
（5）当转速接近额定时（频率>=47Hz）,将“灭磁”按钮松开，然后手动增磁，直到发电机起励建压；
（6）注意比较恒α方式起励与前两种起励方式有何不同。
（三）控制方式及其相互切换
本型微机励磁调节器具有恒UF，恒IL，恒Q，恒α等四种控制方式，分别具有各自特点，请通过以下试验自行体会和总结。
1．恒UF方式
选择它励恒UF方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据；
表2-2
发电机频率
发电机电压
励磁电流
励磁电压
控制角·
45Hz

48Hz

51Hz

54Hz

55Hz

2．恒IL方式
选择它励恒IL方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据；同表2-2。

3．恒α方式
选择它励恒α方式，开机建压不并网，改变机组转速45HZ～55HZ，记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角α的关系数据；同表2-2

4．恒Q方式
选择它励恒UF方式，开机建压，并网后选择恒Q方式（并网前恒Q方式非法，调节器拒绝接受恒Q命令），带一定的有功、无功负荷后，记录下系统电压为380V时发电机的初始状态，注意方式切换时，要在此状态下进行。改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据；
表2-3
系统电压
发电机电压
发电机电流
励磁电流
控制角·
有功功率
无功功率
380V

360V

400V

410V

将系统电压恢复到380V，励磁调节器控制方式选择为恒UF方式，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据；同表2-3。
将系统电压恢复到380V，励磁调节器控制方式选择为恒IL方式，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据；同表2-3。
将系统电压恢复到380V，励磁调节器控制方式选择为恒α方式，改变系统电压，记录系统电压与发电机电压、励磁电流、控制角α，无功功率的关系数据；同表2-3。
注意：四种控制方式相互切换时，切换前后运行工作点应重合。
5．负荷调节
调节调速器的增速减速按钮，可以调节发电机输出有功功率，调节励磁调节器的增磁减磁按钮，可以调节发电机输出无功功率。由于输电线路比较长，当有功功率增到额定值时，功角较大（与电厂机组相比），必要时投入双回线；当无功功率到额定值时，线路两端电压降落较大，但由于发电机电压具有上限限制，所以需要降低系统电压来使无功功率上升，必要时投入双回线。记录发电机额定运行时的励磁电流，励磁电压和控制角。
将有功、无功减到零值作空载运行，记录发电机空载运行时的励磁电流，励磁电压和控制角。了解额定控制角和空载控制角的大致度数，了解空载励磁电流与额定励磁电流的大致比值。
表2-4
发电机状态
励磁电流
励磁电压
控制角α
空载

半负载

额定负载

（四）PSS实验
PSS（电力系统稳定器）的主要作用是抑制系统的低频振荡。它的投入对提高电力系统的动态稳定性有非常重要的意义。
实验步骤：
（1）选择“微机自励”励磁方式或者“微机它励”方式，励磁控制方式采用“恒UF”；
（2）启动机组，投入励磁；
（3）满足条件后并网，稳定运行；
（4）在不投入PSS的条件下，增加发电机有功输出，直到系统开始振荡，记下此时的机端电压、有功输出和功角（由调速器的显示器读数）；
（5）在投入PSS的条件下，增加发电机有功输出，直到系统开始振荡，记下此时的机端电压、有功输出和功角；
（6）比较PSS投和不投两种情况下的功率极限和功角极限有何不同。
表2-5

单回输电线
双回输电线
PSS投
PSS不投
PSS投
PSS不投
机端电压 UF

发电机有功 P

功角 δ

（五）停机灭磁
发电机解列后，直接控制调速器停机，励磁调节器在转速下降到43HZ以下时自动进行逆变灭磁。待机组停稳，断开原动机开关，跳开励磁和线路等开关，切除操作电源总开关。

实验三、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；不对称运行对发电机的影响等。

二、实验属性
验证性实验

三、实验仪器设备及器材
WDT-ⅡC型电力系统综合自动化试验台

四、实验要求
1．预习教材和实验指导书有关内容，写出预习报告并思考以下问题：
a. 影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？
b. 提高电力系统静态稳定有哪些措施？
c. 何为电压损耗、电压降落？
d. “两表法”测量三相功率的原理是什么？它有什么前提条件？

2．实验过程中，按实验步骤进行操作，记录实验结果。如果未达到要求，查找问题，重新进行操作，直到达到要求。
3．实验结束后，写出实验报告，包括以下内容：
a. 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。
b. 比较非全相运行实验的前、后实验数据，分析输电线路输送功率的变化。

五、实验原理
电力系统稳态对称和不对称运行分析，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。实验用一次系统接线图如图2所示。

图2 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，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。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，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。实验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。

六、实验步骤

1．单回路稳态对称运行实验
在本章实验中，原动机采用手动模拟方式开机，励磁采用手动励磁方式，然后启机、建压、并网后调整发电机电压和原动机功率，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），观察记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算、分析、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。
2．双回路对称运行与单回路对称运行比较实验
按实验1的方法进行实验2的操作，只是将原来的单回线路改成双回路运行。将实验1的结果与实验2进行比较和分析。
表3-1

P
Q
I
UF
UZ
Ua
单回路

双回路

3．单回路稳态非全相运行实验
确定实现非全相运行的接线方式，断开一相时，与单回路稳态对称运行时相同的输送功率下比较其运行状态的变化。
具体操作方法如下：
（1）首先按双回路对称运行的接线方式；
（2）输送功率按实验1中单回路稳态对称运行的输送功率值一样；
（3）微机保护定值整定：动作时间0秒，重合闸时间100秒；
（4）在故障单元，选择单相故障相，整定故障时间为0²<t<100²；
（5）进行单相短路故障，此时微机保护切除故障相，准备重合闸，这时迅速跳开“QF1”、“QF3”开关，即只有一回线路的两相在运行。观察此状态下的三相电流、电压值与实验1进行比较；
（6）故障100²以后，重合闸成功，系统恢复到实验1状态。
表3-2

UA
UB
UC
IA
IB
IC
P
Q
S
全相运行值

非全相运行值

实验四、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，使课堂理论教学与实践结合，提高学生的感性认识。
2．学生通过实际操作，从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施

二、实验属性
验证性实验

三、实验仪器设备及器材
WDT-ⅡC型电力系统综合自动化试验台
四、实验要求
1．预习教材和实验指导书有关内容。写出预习报告并思考以下问题：
a．不同短路状态下对系统阻抗产生影响的机理是什么？
b．提高电力系统暂态稳定的措施有哪些？

2．实验过程中，按实验步骤进行操作，记录实验结果。如果未达到要求，查找问题，重新进行操作，直到达到要求。
3．实验结束后，写出实验报告，包括以下内容：
a.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。
b.通过试验中观察到的现象，说明二种提高暂态稳定的措施对系统稳定性作用机理。

五、实验原理
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。在各种扰动中以短路故障的扰动最为严重。
正常运行时发电机功率特性为：P1＝（Eo×Uo）×sinδ1/X1；
短路运行时发电机功率特性为：P2＝（Eo×Uo）×sinδ2/X2；
故障切除发电机功率特性为： P3＝（Eo×Uo）×sinδ3/X3；
对这三个公式进行比较，我们可以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δc小于δmax，δmax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X2不同，同时切除故障线路不同也使X3不同，δmax也不同，使对故障切除的时间要求也不同。
同时，在故障发生时及故障切除通过强励磁增加发电机的电势，使发电机功率特性中Eo增加，使δmax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，发生瞬间单相故障时采用自动重合闸，使系统进入正常工作状态。这二种方法都有利于提高系统的稳定性。

六、实验步骤
（一）短路对电力系统暂态稳定的影响
1．短路类型对暂态稳定的影响
本实验台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。
固定短路地点，短路切除时间和系统运行条件，在发电机经双回线与“无穷大”电网联网运行时，某一回线发生某种类型短路，经一定时间切除故障成单回线运行。短路的切除时间在微机保护装置中设定，同时要设定重合闸是否投切。
在手动励磁方式下通过调速器的增（减）速按钮调节发电机向电网的出力，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，分析不同故障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。Pmax为系统可以稳定输出的极限，注意观察有功表的读数，当系统出于振荡临界状态时，记录有功表读数。
另外，短路时间TD由面板上“短路时间”继电器整定，具体整定参数为表4-1。
表4-1
整定值代码
01
02
03
04
05
TD
整定值
0.5(s)
/
5.00(A)
On
Off
1.0(s)

表4-2 短路切除时间t=0.5s 短路类型：单相接地短路
QF1
QF2
QF3
QF4
Pmax(W)
最大短路电流（A）
1
1
1
1

0
1
0
1

1
1
0
1

0
1
1
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4-3 短路切除时间t=0.5s 短路类型：两相相间短路
QF1
QF2
QF3
QF4
Pmax(W)
最大短路电流（A）
1
1
1
1

0
1
0
1

1
1
0
1

0
1
1
1

表4-4 短路切除时间t=0.5s 短路类型：两相接地短路
QF1
QF2
QF3
QF4
Pmax(W)
最大短路电流（A）
1
1
1
1

0
1
0
1

1
1
0
1

0
1
1
1

表4-5 短路切除时间t=0.5s 短路类型：三相短路
QF1
QF2
QF3
QF4
Pmax(W)
最大短路电流（A）
1
1
1
1

0
1
0
1

1
1
0
1

0
1
1
1

2．故障切除时间对暂态稳定的影响
固定短路地点，短路类型和系统运行条件，通过调速器的增速按钮增加发电机向电网的出力，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。
一次接线方式： QF1＝1 QF2＝1 QF3＝1 QF4＝1

表5-6 短路类型：
过流保护动作时间
Pmax(W)
Idl最大短路电流(A)
0.5 (s)

1.0 (s)

1.5 (s)

例：QF1＝0 QF2＝1 QF3＝1 QF4＝1
QF1＝1 QF2＝1 QF3＝0 QF4＝1 1
（二）研究提高暂态稳定的措施
1．强行励磁
在微机励磁方式下短路故障发生后，微机将自动投入强励以提高发电机电势。观察它对提高暂态稳定的作用。
2．单相重合闸
在电力系统的故障中大多数是送电线路（特别是架空线路）的“瞬时性”故障，除此之外也有“永久性故障”。在电力系统中采用重合闸的技术经济效果，主要可归纳如下：
a.提高供电可靠性；
b.提高电力系统并列运行的稳定性；
c.对继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起到纠正的作用。
对瞬时性故障，微机保护装置切除故障线路后，经过延时一定时间将自动重合原线路，从而恢复全相供电，提高了故障切除后的功率特性曲线。同样通过对操作台上的短路按钮组合，选择不同的故障相。
通过调速器的增（减）速按钮调节发电机向电网的出力，观察它对提高暂态稳定的作用，观察它对提高暂态稳定的作用。
其故障的切除时间在微机保护装置中进行修改，同时要设定进行重合闸投切，并设定其重合闸时间。其操作步骤同上，不同的是在05整定项目时，按压触摸按钮“＋”或“－”选择投合闸投切on，并选02整定项目时，按压触摸按钮“＋”或“－”设定重合闸动作延时时间。瞬时故障时间由操作台上的短路时间继电器设定，当瞬时故障时间小于保护动作时间时保护不会动作；当瞬时故障时间大于保护动作时间而小于重合闸时间，能保证重合闸成功，当瞬时故障时间大于重合闸时间，重合闸后则认为线路为永久性故障加速跳开整条线路。
表5-7
整定值代码
01
02
03
04
05
TD
保护不动作
0.2
1.5
5.00