1、電力工程實驗指導(dǎo)書南通大學(xué)電氣工程學(xué)院郭曉麗 張新松電力工程實驗室守則實驗是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一，可以鞏固和驗證所學(xué)過的理論知識，發(fā)現(xiàn)和探討新的問題。為了保證實驗的順利進(jìn)行和實驗質(zhì)量，保證人身和設(shè)備安全，培養(yǎng)學(xué)生的動手和實驗?zāi)芰?，凡進(jìn)實驗室做實驗的人員都必須遵守本實驗守則。1. 每次實驗前必須根據(jù)實驗指導(dǎo)書，結(jié)合講課內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，明確實驗?zāi)康?、?nèi)容、方法和注意事項，未預(yù)習(xí)者不得進(jìn)行實驗。2. 進(jìn)入實驗室保持室內(nèi)安靜，保持室內(nèi)清潔，愛護(hù)儀器設(shè)備，不玩弄儀器設(shè)備。3. 實驗時，選用適當(dāng)量程儀表，接線要清晰，接線完畢后都必須請知道老師檢查，確定接線無誤后，方可接通電源進(jìn)行實驗。如未經(jīng)老師同意，擅自接通

2、電源，造成后果由當(dāng)事者負(fù)責(zé)。4. 實驗時嚴(yán)禁帶電拆線、接線或接觸帶電線路和設(shè)備的裸露部分，更換接線必須切斷電源。5. 實驗時若發(fā)生事故，應(yīng)保持冷靜，迅速切斷電源，同時保持現(xiàn)場并立即報告指導(dǎo)教師，進(jìn)行檢查，未查明事故原因，不得繼續(xù)實驗。6. 實驗時若損壞儀器設(shè)備，應(yīng)立即報告指導(dǎo)教師，檢查損壞原因，當(dāng)事人應(yīng)做書面報告或檢查，實驗室提出意見，交學(xué)院處理。7. 實驗不得無故缺席、遲到，不得無故更換時間和小組，否則停止實驗。8. 實驗完畢后將實驗數(shù)據(jù)請指導(dǎo)老師審閱后方可拆線，放在遠(yuǎn)處，經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后方可離開實驗室。9. 實驗后按要求做好實驗報告，按時交指導(dǎo)老師，實驗報告內(nèi)容和要求如下。報告內(nèi)容：1.

3、實驗?zāi)康模?. 實驗內(nèi)容；3. 實驗儀器設(shè)備型號規(guī)格編號；4. 實驗接線圖；5. 實驗數(shù)據(jù)；6. 實驗數(shù)據(jù)計算，結(jié)果分析，回答思考問題；7. 實驗心得體會。南通大學(xué)電氣工程學(xué)院實驗1無窮大功率電源供電系統(tǒng)短路實驗 一、實驗?zāi)康?.了解電力系統(tǒng)的短路種類及故障2.理解無窮大功率電源供電系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程3.構(gòu)建無窮大功率供電系統(tǒng)的仿真模型，設(shè)置短路點(diǎn)，計算短路電流周期分量的幅值和周期電流值。 二、實驗設(shè)備Matlab仿真軟件 三、無窮大功率電源供電系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程 所謂“無窮大功率電源”是指端電壓保持恒定，沒有內(nèi)部阻抗，和容量無限大的系統(tǒng)。圖1-1所示電路發(fā)生三相短路故障。圖1-1無限

4、大容量系統(tǒng)三相短路圖（1）正常工作時：設(shè)電源相電壓為正常運(yùn)行電流為： 式中電流幅值: 阻抗角： （2）k點(diǎn)三相短路 定性分析（電磁暫態(tài)）：k點(diǎn)右側(cè)，沒有電源，電流衰減到零；k點(diǎn)左側(cè)有電源，短路后由于回路阻抗減少，電流要增大，而電感回路中電流不能突變，因此該回路中出現(xiàn)非周期分量。非周期分量電流不斷衰減，電流最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)短路電流。 定量分析（分析短路電流變化）： 短路電流應(yīng)滿足微分方程： 其解為： 其中短路電流周期分量幅值 短路回路阻抗角 短路回路時間常數(shù) 由初始條件決定，即在短路瞬間 ，短路前工作電流與短路后短路電流相等，即 由上式求出inp0，并帶入ik表達(dá)式中，則： 圖1-2為無限大容量系統(tǒng)

5、三相短路時的短路電流波形圖。圖1-2 無限大容量系統(tǒng)三相短路時的短路電流波形圖短路沖擊電流ish是短路全電流的最大瞬時值，主要用于檢驗電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體在短路電流下的受力是否超過容許值。短路沖擊電流出現(xiàn)在短路后半個周期，即t=0.01秒時，得: ksh為短路電流沖擊系數(shù)。純電阻性電路，ksh=1；純電感性電路，ksh =2。因此1ksh2。 四、 實驗內(nèi)容 利用Matlab對電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路進(jìn)行仿真實驗。 假設(shè)無窮大功率電源供電系統(tǒng)如圖1-3所示，在0.02s時刻變壓器低壓母線發(fā)生三相短路故障，仿真其短路電流周期分量和沖擊電流的大小。 圖1-3無窮大功率電源供電系統(tǒng)線路參數(shù)為變壓器額定容量

6、，短路電壓，短路損耗,空載損耗，空載電流,變比，高低壓繞組均為Y型聯(lián)結(jié)；并設(shè)供電點(diǎn)電壓為110kV。實驗步驟：1） 計算線路電阻、電抗有名值；計算變壓器電阻、電抗、電感有名值，畫出等值電路2） 計算短路電流周期分量幅值和短路電流沖擊電流值3） 熟悉simulink各模塊的名稱及提取路徑4）模塊參數(shù)設(shè)置5）構(gòu)建仿真模型6）利用仿真結(jié)果得到的短路電流周期分量幅值和短路電流沖擊電流值，與理論值相比較。五、注意事項1）設(shè)計時注意參數(shù)的設(shè)置。2）注意每個功能模塊的使用。六、思考題1）實際上無窮大電源是不存在的，滿足什么條件供電電源可以視作無窮大電源？2）短路電流周期分量有效值、沖擊短路電流、沖擊短路電流

7、有效值的關(guān)系？實驗2 電磁型電流繼電器和電壓繼電器特性實驗一、實驗?zāi)康?通過預(yù)習(xí)了解電力系統(tǒng)機(jī)電保護(hù)用繼電器的基本分類、方法及其結(jié)構(gòu)。2熟悉常用電流繼電器和電壓繼電器。3調(diào)整、測量電磁型電壓繼電器和電流繼電器的動作值、返回值和返回系數(shù)。二、實驗設(shè)備DJS-1型電力自動化及繼電保護(hù)實驗平臺三、繼電器的類型與認(rèn)識繼電器是電力系統(tǒng)常規(guī)繼電保護(hù)的主要元件，它的種類繁多，原理作用各異。1繼電器的分類繼電器按所反映的物理量的不同可分為電量和非電量兩種，屬于非電量的有瓦斯繼電器，速度繼電器。反應(yīng)電量的種類比較多，一般分類如下：a 按動作原理可分為：電磁型，感應(yīng)型，整流型，晶體管型，微機(jī)型。b 按繼電器所反應(yīng)

8、的電量性質(zhì)可分為電流繼電器、電壓繼電器、功率繼電器、阻抗繼電器等。c 按繼電器的作用可分為動作繼電器、中間繼電器、時間繼電器、信號繼電器等。d 進(jìn)年來電力系統(tǒng)以大量使用微機(jī)保護(hù)，整流型和晶體管型繼電器以及感應(yīng)型，電磁型繼電器使用量已有減少。2常用電流繼電器的構(gòu)成原理DL30系列電磁型電流繼電器常用于電機(jī)、變壓器和輸電線路的過負(fù)荷和短路保護(hù)中，作為起動元件，只有它首先反應(yīng)出電流的劇增，由它再起動和傳遞到保護(hù)環(huán)節(jié)、直至觸發(fā)斷路器跳閘，將故障部分從系統(tǒng)中切除。通過實驗對電流繼電器的特性、接線方式和整定都有明確的認(rèn)識。DL30系列電磁型電流繼電器主要產(chǎn)品有DL31、DL32、DL33、DL34等。本實

9、驗所用的電流繼電器為DL31，最大整定電流為6A、整定電流范圍為1.56A。該繼電器為磁電式，瞬時動作，磁系統(tǒng)有兩個線圈，可根據(jù)需要串聯(lián)或并聯(lián)，故改變接線方式可使繼電器的整定范圍變化一倍。繼電器銘牌的刻度值及額定值對于電流繼電器是線圈串聯(lián)的值（以安培為單位），撥動刻度的指針，即可改變繼電器的動作值。（原理是改變游絲的反作用力矩）。繼電器的動作是這樣的：當(dāng)電流值升至整定值或大于整定值時，繼電器動作，動合觸點(diǎn)閉合，動斷觸點(diǎn)斷開。當(dāng)電流降至0.8倍整定值時，繼電器就返回，動合觸點(diǎn)斷開，動斷觸點(diǎn)閉合。DL-31型電流繼電器的內(nèi)部接線如圖21所示： 圖21 DL-31型電流繼電器接線圖DL-31型電流繼

10、電器，按整定值的范圍誤差有：1 每一整定值的誤差不大于6。2 繼電器的刻度誤差不大于6。3 動作值的離散度（變差）不大于6。4 對于DL31、DL32、DL33、DL34型電流繼電器的返回系數(shù)不小于0.8，最大整定電流為200A的電流繼電器的返回系數(shù)不小于0.7。5 在1.1倍動作值時，動作時間不大于0.12S；在2倍動作值時，動作時間不大于0.04S。3常用電壓繼電器的構(gòu)成原理常用的電磁式電壓繼電器的結(jié)構(gòu)和原理，與電磁式電流繼電器極為類似，只是電壓繼電器的線圈為電壓線圈，有過電壓繼電器和欠電壓繼電器，多做成低電壓（欠電壓）繼電器。低電壓繼電器的動作電壓為Uop，為其線圈上使繼電器動作的最高電

11、壓；其返回電壓為Ure，為其線圈上的使繼電器由動作狀態(tài)返回到起始位置的最低電壓。低電壓的返回系數(shù)為KreUre/Uop1，其值越接近1，說明繼電器越靈敏，一般為1.25。過電壓的返回系數(shù)KreUre/Uop1，其值越接近1，說明繼電器越靈敏。本實驗用DY-32型電壓繼電器（60V），其內(nèi)部接線如圖2-2所示。 圖22 DY-32型電壓繼電器接線圖四、電流繼電器特性實驗 電流繼電器動作、返回電流值測試實驗。實驗電路原理如圖2-3所示。 11 HL1 開關(guān)模擬TA 單相調(diào)壓器A KA220V N圖2-3 電流繼電器特性實驗原理圖實驗步驟如下：1. 整定繼電器動作值，按圖2-3接線，調(diào)壓器輸出指示為

12、0V。2. 檢查線路正確后，合上電源開關(guān)。3. 調(diào)節(jié)調(diào)壓器使電流值緩慢升高，記下繼電器動作（指示燈HL1亮）時的電流值，即為動作值。4. 繼電器動作后，再調(diào)節(jié)調(diào)壓器使電流值平滑下降，記下繼電器返回時（指示燈HL1滅）最大電流值，即為返回值。5. 測三組數(shù)據(jù)，分別計算動作值和返回值的平均值即為電流繼電器的動作電流值和返回電流值。6. 計算整定值的相對誤差及返回系數(shù)7. 將結(jié)果填入表2-1中 表2-1 動作值，返回值測試線圈接法動作值返回值線圈串聯(lián)123平均值誤 差整定值 返回系數(shù)線圈并聯(lián)123平均值誤 差整定值 返回系數(shù)四、電壓繼電器特性實驗電壓繼電器動作、返回電壓值測試實驗（以過電壓繼電器為例

13、）。實驗原理圖如下圖2-4所示。(模擬PT)單相調(diào)壓器11AVA HL1 開關(guān)A KV220V N圖2-4 電壓繼電器特性實驗原理圖實驗步驟如下：1. 整定繼電器動作值，按圖2-4接線，調(diào)壓器輸出指示為0V。2. 檢查線路正確后，合上電源開關(guān)；3. 調(diào)整調(diào)壓器使電壓緩慢升高，記下繼電器動作（指示燈HL1亮）時的電壓值，即為動作值；4. 繼電器動作后，再調(diào)節(jié)調(diào)壓器使電壓緩慢下降，記下繼電器返回（指示燈HL1滅）時的電壓值，即為繼電器的返回值；5. 測三組數(shù)據(jù)，分別計算動作值和返回值的平均值，即為過電壓繼電器的動作值和返回值；6. 計算整定值的誤差、變差及返回系數(shù)；7. 結(jié)果填入表2-2中表2-2

14、動作值，返回值測試線圈接法動作值返回值線圈串聯(lián)123平均值誤 差整定值 返回系數(shù)線圈并聯(lián)123平均值誤 差整定值 返回系數(shù)五、思考題1) 電磁型電流繼電器和電壓繼電器在結(jié)構(gòu)上由什么異同點(diǎn)？2) 如何調(diào)整繼電器的返回系數(shù)？3) 過電壓繼電器和欠電壓繼電器有何區(qū)別？實驗3 線路定時限過電流保護(hù)實驗一、實驗?zāi)康?. 掌握定時限過電流保護(hù)的整定原則與方法2. 理解供配電系統(tǒng)中組成的定時限過電流保護(hù)線路及其保護(hù)原理；3. 利用實驗平臺所提供的設(shè)備設(shè)計實驗電路，并分析判斷運(yùn)行結(jié)果的正確性。2、 實驗設(shè)備 DJS-1型電力自動化及繼電保護(hù)實驗平臺設(shè)備：電流表、單相調(diào)壓器、滑動變阻器、電流繼電器DL-31型、

15、中間繼電器DZ15Q型、信號繼電器DX-31A等。三、定時限過電流保護(hù)簡要說明電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等電氣元件發(fā)生故障時，將產(chǎn)生很大的短路電流，而且，故障點(diǎn)距離電源越近，短路電流越大。所以，繼電保護(hù)裝置根據(jù)故障電流大小而動作的電流繼電器和其它電器元件構(gòu)成過電流保護(hù)和速斷保護(hù)。當(dāng)故障電流超過它們的整定值時，保護(hù)裝置就動作，使斷路器跳閘，將故障從系統(tǒng)中切除。其中常用的一種過電流保護(hù)就是定時限過電流保護(hù)。定時限保護(hù)是指繼電保護(hù)的動作時限固定不變，與故障電流大小無關(guān)。定時限保護(hù)的時限是由時間繼電器獲得的，它的時限根據(jù)保護(hù)要求來整定。定時限過電流保護(hù)一般采用兩段式保護(hù)。四、設(shè)計內(nèi)容1) 利用DJS-1型電力自動化及繼電保護(hù)實驗平臺所提供的電流表、單相調(diào)壓器、滑動變阻器、電流繼電器等設(shè)計一個實驗電路，以RP1模擬線路WL1阻抗，以RP2模擬線路WL2阻抗，使通過的電流為2A，此電流假定為通過電流繼電器KA1和KA2的最大負(fù)荷電流。參考電路如下： 圖3-1 線路定時限保護(hù)原理圖2) 利用DJS-1型電力自動化及繼電保護(hù)實驗平臺所提供的電流表、單相調(diào)壓器、滑動變阻器、電流繼電器、中間繼電器、信號繼電器等畫出兩級定時限過電流保護(hù)原理接線圖及展開圖。3) 通過KA1和KA2的最大負(fù)荷電流為2A，整定定時限過電流保護(hù)的動作電流。4) 整定定時限過電流保