电力系统实验报告 免费

单机—无穷大系统稳态运行实验

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、原理与说明

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。因此，除了通过结合实际的问题，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、易于形成深刻记忆的手 段之一。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。“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“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）。为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发电机轴上装设了闪光测角装置。此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。

三、实验项目和方法

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 0.4 Q 0.38 0.4 0.45 0.4 0.5 0.49 0.5 0.5 I UF UZ 385 375 360 372 370 365 350 380 U? 367 365 367 367 365 365 365 365 ?U 35 25 10 20 25 10 -5 25 △U 20 10 -5 5 5 0 15 15 ?1.625 400 1.25 2.2 1.5 2.5 3,25 1.25 390 375 387 375 360 390 单回路 0.8 1.2 1.0 1.0 1.4 1.8 0.6 1.625 390 双回路 注：UZ —中间开关站电压； ?U —输电线路的电压损耗； △U— 输电线路的电压降落

四、实验数据处理与结果分析

1. 根据实验数据分析，在一定设备的保证下，单回路送电和双回路送电对电力系统稳定运行的影响很小。

2.在单回路运行时，随着有功输出的增加，电机输出电压降低且电压降落减少，电压降落的范围为33V~20V；在双回路运行时，随着有功输出的增加，电机输出电压降低且电压降落减少，电压降落的范围为29V~11V。

五、思考题

1.影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？

电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。影响简单系统静态稳定性的因素有：发电机的电势、系统电压、系统元件电抗。

2.提高电力系统静态稳定有哪些措施？

主要措施有:

（1） 调节空载电动势，主要可以通过采用自动励磁装置，根据运行状态变量 的偏移改变励磁，调节发电机励磁电流，以调节空载电动势。

（2） 减小元件的电抗，如果减小发电机和变压器的电抗，成本会增大，不合 理，所以常减小输电线路的电抗，可采用分裂导线、串联电容器补偿、增多输电线路的回路数等方法来减小电抗。

（3） 提高系统的电压等级，可以提高系统的稳定性，电压越高，电压损耗越 小，且增加了输送功率。

（4） 提高系统的运行电压，通过备有足够的无功功率来完成，如装设调相机、 静止补偿器等。

（5）改善系统的结构，加强系统联系，缩小电气距离，例如增加回路数等。

3.何为电压损耗、电压降落？

电压降落是指元件首末端两点电压的向量差；电压损损耗是两点间电压绝对值之差。

?

4.“两表法”测量三相功率的原理是什么？它有什么前提条件？ 两表法是表1的电流接A相，电压接Uab；表2的电流接C相，电压接Ucb 。两表法测量：P=P1+P2=UabIacos???30???UcbIccos(30???)?3UIcos?，U为相电压。

三相三系统可以用两表法测量,但是三相四线系统只有在三相平衡时才可以采用两表法，所以一般电能计量过程中,三相三线系统采用两表法,三相四线系统采用三表法。

六、实验注意事项

1．发电机不要工作在欠励状态，避免吸收系统无功，否则影响系统电压稳定；2.实验前要对系统进行各项检查；3当将发电机接入系统时，一定要严格按照安全步骤进行操作；4.当发电机与系统断开时会产生发电机飞车，要立即调原动机转速。

单机无穷大系统稳态实验：

一、 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： 实验数据如下:

表3-1 单回路双回路对称运行比较 P（kw） Q I（A） UF UZ Ua △U 0.4 0.5 0.9 49 400 370 30 0.8 0.5 1.5 49 390 370 20 单回路 1 0.5 1.75 50 380 370 10 1.2 0.5 2.5 50 365 370 -5 0.5 0.5 0.5 44 380 368 12 1 0.5 1.75 43 375 370 5 双回路 1.5 0.5 2.75 44 370 370 0 1.8 0.5 3.75 44 350 370 -20 由实验数据，我们得到如下变化规律：

（1）保证励磁不变的情况下，同一回路，随着有功输出的增加，回路上电流也在增加，这是因为输出功率P=UIcos Φ，机端电压不变所以电流随着功率的增加而增加；

（2）励磁不变情况下，同一回路，随着输出功率的增大，首端电压减小，电压损耗也在减小，这是由于输出功率的增大会使发电机输出端电压降低，在功率流向为发电机到系统的情况下，即使电压虽好降低有由于电压降落的横向分量较小，所以电压降落近似为电压损耗；

（3）出现电压降落为负的情况是因为系统倒送功率给发电机的原因。

单回路供电和双回路供电对电力系统稳定性均有一定的影响，其中双回路要稳定一些，单回路稳定性较差。

二、根据不同运行状态的线路首、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范围。

△U· 30 20 10 -5 12 5 0 -20 由实验数据，我们可以得到如下结论：

（1）送出相同无功相同有功的情况下：单回路所需励磁电压比双回路多，线路电流大小相等，单回路的电压损耗比双回路多；（eg.P=1,Q=0.5时） （2）送出相同无功的条件下，双回路比单回路具有更好的静态稳定性，双回路能够输送的有功最大值要多于单回路；

发生这些现象的原因是：双回路电抗比单回路小，所以所需的励磁电压小一些，电压损耗也要少一些，而线路电流由于系统电压不改变；此外，由于电抗越大，稳定性越差，所以单回路具有较好的稳定性。

三、思考题：

1、影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？

答：由静稳系数SEq=EV/X，所以影响电力系统静态稳定性的因素主要是：系统元件电抗，系统电压大小，发电机电势以及扰动的大小。 2、提高电力系统静态稳定有哪些措施？

答：提高静态稳定性的措施很多，但是根本性措施是缩短\电气距离\。主要措施有:

(1)、减少系统各元件的电抗:减小发电机和变压器的电抗，减少线路电抗(采用分裂导线);

(2)、提高运行电压水平; (3)、改善电力系统的结构; (4)、采用串联电容器补偿; (5)、采用自动励磁调节装置; (6)、采用直流输电。

3、何为电压损耗、电压降落？

答：电压损耗指的是输电线路首末两端电压的数值差； 电压降落指的是首末两端电压的相量差。 4、“两表法”测量三相功率的原理是什么？它有什么前提条件？

答：原理：在测A、B、C三相总功率时，可以用两只功率表接在AB及BC间，测得的值相加即可。功率表的测量原理是测得电压、电流及其功率角，然后由P=UIcosΦ得到功率的大小，该种接法测得的是线电压、线电流及其夹角，相对于相电压相电流之间夹角而言，增加了120°，若相角为0°，则总功率P=3UI，采用两表发测得的功率为P=2UIcos120°√3=3UI，所以可以用两表法测得。

前提条件：在负荷平衡的三相系统中可以用两表法测三相功率----三相

三线系统可以用两表法测量,但是三相四线系统只有在三相平衡时才可以采用两表法。

电 力 系 统 暂 态 稳 定 实 验

一、．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。

各种短路类型获得的实验数据如下：

表5-1

单相接地短路

QF1 1 0 1 0

表5-2

QF2 1 1 1 1 QF3 1 0 0 1

QF4 1 1 1 1 QF5 0 0 1 1 QF6 1 1 1 1 Pmax（Kw） 最大短路电流 1.8 3.65 1.1 4.11 1.4 4.67 1.7 5.84

两相相间短路

QF1 1 0 1 0 QF2 1 1 1 1 QF3 1 0 0 1 QF4 1 1 1 1 QF5 0 0 1 1 QF6 1 1 1 1 Pmax（Kw） 最大短路电流 1.8 4.03 1.2 3.86 1.4 3.94 1.7 3.14

表5-3

两相接地短路

QF1 1 0 1 0 QF2 1 1 1 1 QF3 1 0 0 1 QF4 1 1 1 1 QF5 0 0 1 1 QF6 1 1 1 1 Pmax（Kw） 最大短路电流 1.8 3.75 1.2 4.34 1.4 1.18 1.7 3.47 通过对比，我们可以看出同样的短路故障切除时间在不同短路类型下对系统

稳定性的影响不一样：

不对称短路时，根据正序等效定则，相当于在正常等值电路中的短路点接入了一个附加阻抗，改变系统阻抗，影响系统输出功率，使之与正常运行情况下的输出有差别，影响功角，进而影响系统的稳定性。由于不同短路情况下的附加电抗不一样，所以影响也不一样。单相接地时附加电抗为负序电抗和零序电抗之和，两相短路时附加电抗为负序电抗，两相接地短路时附加电抗附加电抗为负序电抗与零序电抗并联。

由等面积定则可以得到，保持暂态稳定的条件是最大减速面积大于加速面积，附加电抗越大，故障时的功率特性曲线离原动机输出越远，在相同切除时间时，加速面积较大，极限切除角减小，相当于暂态稳定性降低。

二、通过试验中观察到的现象，说明二中提高暂态稳定的措施对系统稳定性作

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