電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)室電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)室綜合試驗(yàn)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)室電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)室綜合試驗(yàn)21試驗(yàn)?zāi)康陌盐瞻l(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、并網(wǎng)、增減負(fù)荷、解列停機(jī)等根本操作。試驗(yàn)要求嚴(yán)格遵守試驗(yàn)室的各種規(guī)章制度。生疏動(dòng)模試驗(yàn)室模擬發(fā)電機(jī)組的根本構(gòu)成。生疏發(fā)電機(jī)的相關(guān)學(xué)問及起停根本操作步驟。試驗(yàn)原理同步發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時(shí)，為了避開電機(jī)和電網(wǎng)中產(chǎn)生沖擊電流，以及由此在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)矩，待投入并聯(lián)的發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)滿足以下條件：〕發(fā)電機(jī)的相序應(yīng)與電網(wǎng)全都；〕發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)與電網(wǎng)一樣；〕發(fā)電機(jī)的激磁電動(dòng)勢應(yīng)與電網(wǎng)電壓大小相等、相位一樣；0上述三個(gè)條件中，第一個(gè)條件必需滿足，其它兩個(gè)允許稍有出入。圖1-1表示投入并聯(lián)時(shí)的單相示意圖。假設(shè)相序不同而投入并聯(lián)，則相當(dāng)于在電機(jī)的端點(diǎn)上加一組負(fù)序電壓，這是一種嚴(yán)峻的故障狀況，電流和轉(zhuǎn)矩沖擊都很大，必需避開。假設(shè)發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)頻率不同， 和之間便有相對運(yùn)動(dòng)，0

兩相量間的相角差將在 0~3600之間逐步變化，電壓差ΔU忽大忽小。頻率相差越大，電壓差變化越猛烈，投入并聯(lián)的操作亦0困難；假設(shè)投入電網(wǎng)，也不易牽入同步，而將在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間引起很大的電流和功率振蕩。假設(shè)機(jī)端電壓與電網(wǎng)電壓大小不等如圖 1-1〔a〕或相位不同如圖 1-1〔b〕所示，而把發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)，則將在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)中產(chǎn)生肯定的沖擊電流。在嚴(yán)峻狀況下，該電流可到達(dá)額定電流的 5~8倍。u0

u0(b)圖1-1 發(fā)電機(jī)投入并聯(lián)時(shí)的狀況 (a)0和大小不等；(b) 0和相位不同為了投入并聯(lián)所進(jìn)展的調(diào)整和操作過程，稱為同步過程。有用的同步方法有兩種：準(zhǔn)同步和自同步。把發(fā)電機(jī)調(diào)整到完全符合投入并聯(lián)的條件，然后投入電網(wǎng)，叫做準(zhǔn)同步。為了推斷是否滿足投入并聯(lián)條件，常常承受同步指示器。準(zhǔn)同步的優(yōu)點(diǎn)是，投入瞬間電網(wǎng)和電機(jī)沒有〔或很少〕沖擊，缺點(diǎn)是同步手續(xù)比較簡單。為了把發(fā)電機(jī)快速投入電網(wǎng)，可采 用自同步方法。自同步方法的投入步驟為：首先校驗(yàn)發(fā)電機(jī)的相序，并依據(jù)規(guī)定的轉(zhuǎn)向〔和定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向全都〕把發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近于同步轉(zhuǎn)速，勵(lì)磁繞組經(jīng)限流電阻短路，然后把發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)，并馬上加上直流勵(lì)磁，此時(shí)依靠定、轉(zhuǎn)子磁場間所形成的電磁轉(zhuǎn)矩，就可以把轉(zhuǎn)子自動(dòng)牽入同步。自同步的優(yōu)點(diǎn)是投入快速，不需增加簡單的裝置，缺點(diǎn)是投入時(shí)定子電流沖擊稍大。內(nèi)容與步驟、預(yù)備工作：、開機(jī)、調(diào)速、勵(lì)磁、并網(wǎng)、增減負(fù)荷操作：、解列、停機(jī)的根本操作 ：思考題〕〕〕試驗(yàn)?zāi)康纳桦娏ο到y(tǒng)正常運(yùn)行方式下主要物理量之間的關(guān)系。試驗(yàn)原理依據(jù)能量守恒原理，要增加發(fā)電機(jī)的有功功率，應(yīng)當(dāng)增加發(fā)電機(jī)的輸入功率，即增加原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這時(shí)通常用加大增大汽輪機(jī)進(jìn)汽閥〔或水輪機(jī)的導(dǎo)水翼〕的開度，使原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，由同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程： d dt 0d 1 (P

P)

〔2-1〕dt T T J可知轉(zhuǎn)子加速，功角δ增大。上式中，δ是電角速度ω與同步電角速度ω 的夾角，稱為功角；T0 J為在發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子上加額定轉(zhuǎn)矩后轉(zhuǎn)子從停頓狀態(tài)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間；P為轉(zhuǎn)子上的機(jī)械功T率；P為轉(zhuǎn)子上的電磁功率。當(dāng)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩相互平衡時(shí)， δ角才能穩(wěn)定。依據(jù)隱極發(fā)E電機(jī)的功-角特性：EUP qEq x

sin 〔2-2〕d當(dāng)電勢Eq是常數(shù)時(shí)，有功負(fù)荷變化打算于 δ角，其軌跡是一個(gè)以C為圓心，Eq為半徑的圓弧，如圖2-1〔a〕所示。由此可見，增加原動(dòng)機(jī)的輸入功率時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率增大，功率角 δ增大，直至δ=900，電磁功率到達(dá)最大。反之，輸出的有功功率減小時(shí)， δ角相應(yīng)減小。Aδ

CACA00ssDAδ 111ψ B2 B11ψIψ2 2I1圖2-1〔a〕Eq為常數(shù)，P變化時(shí) 圖2-2〔b〕在各種勵(lì)磁電流狀況下，同步發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)向量圖 發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)向量圖與電網(wǎng)并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)不僅要向電網(wǎng)輸出有功功率， 而且還要輸出無功功率。假設(shè)調(diào)整勵(lì)磁時(shí)原動(dòng)機(jī)的輸入有功功率保持不變，并為了簡潔，無視電樞電阻和磁飽和，于是依據(jù)功率平衡關(guān)系可知，在調(diào)整勵(lì)磁前后，發(fā)電機(jī)的電磁功率 PE和輸出的有功功率 P2均應(yīng)近似保持不變，由于電網(wǎng)電壓 U和發(fā)電機(jī)的同步電抗Xs均為定值所以有：P EUP 0 E X

sin常數(shù) E 0

sin常數(shù)

〔2-3〕PUIscos常數(shù)2

Icos常數(shù)圖2-2〔b〕為當(dāng)滿足式〔2-3，調(diào)整勵(lì)磁時(shí)發(fā)電機(jī)的向量圖。當(dāng)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)為 1時(shí)的勵(lì)磁電流I稱為“正常勵(lì)磁”，此時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出功率全部為有功功率。假設(shè)增加勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在“過勵(lì)”f狀態(tài)，此時(shí)激磁電動(dòng)勢增加到 0

sinδ=常數(shù)，故的端點(diǎn)應(yīng)落在水平線 AB上。相應(yīng)地電0 0樞電流變?yōu)镮，但由于Icos常數(shù)I的端點(diǎn)落在垂線CD的無功功率。反之，發(fā)電機(jī)運(yùn)行于“欠勵(lì)” ，產(chǎn)生一超前的無功功率。因此，調(diào)整勵(lì)磁電流便可以調(diào)整發(fā)電機(jī)的無功功率。試驗(yàn)內(nèi)容與步驟〔1〕不投自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)整器，調(diào)整系統(tǒng)電壓 =400V左右，發(fā)電機(jī)高壓側(cè)電壓=400V左右，并網(wǎng)后，在不轉(zhuǎn)變勵(lì)磁的狀況下，調(diào)整有功，分別記錄 P=0，1，2，3，4，5kW左右時(shí)發(fā)電機(jī)掌握屏上各儀表的顯示值，填入下表，畫出變化曲線，分析各量之間的關(guān)系。表2-1 P與各電量的關(guān)系P(kW)I〔定子電流〕If〔勵(lì)磁電流〕δ(度)Q(kVar)012345〔2〕不投自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)整器，調(diào)整系統(tǒng)電壓 =400V左右，發(fā)電機(jī)高壓側(cè)電壓=400V左右，并網(wǎng)后，調(diào)整發(fā)電機(jī)有功功率P=3kW左右，然后在不調(diào)原動(dòng)機(jī)的狀況下，調(diào)整勵(lì)磁，分別記錄Q=0，1，2，3，4kVar左右時(shí)發(fā)電機(jī)掌握屏上各儀表的顯示值，填入下表。表2-2 Q與各電量的關(guān)系Q(kVar)I〔定子電流〕If〔勵(lì)磁電流〕δ(度)P(kW)012345思考題〕為什么增加有功功率時(shí)，無功功率會(huì)下降。〕請解釋發(fā)電機(jī)高壓側(cè)電壓隨 P增加而下降的緣由。〕說明在原動(dòng)機(jī)進(jìn)汽量不變時(shí)，勵(lì)磁電流 If增加會(huì)導(dǎo)致功率角下降的緣由?！硰奈锢砀拍钌险f明為什么在增加 P、Q時(shí)要分別增開汽門和增加勵(lì)磁？試驗(yàn)?zāi)康摹场嘲盐崭鞣N故障〔線路故障、發(fā)電機(jī)、變壓器故 障〕對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。試驗(yàn)要求〕〕〕試驗(yàn)原理凡造成電力系統(tǒng)運(yùn)行不正常的任何連接和狀況稱為電力系統(tǒng)的故障。電力系統(tǒng)故障的類型很多，主要有以下幾種：簡潔故障〔單重故障〕

對稱故障 三相短路f(3)f(1)f(2)

短路〔縱向故障〕電力系統(tǒng)故障

簡單故障

不對稱故障

f(1,1)單相斷線O(1) 斷線兩相斷線O(2) 〔橫向故障、非全相運(yùn)行〕〔多重故障〕

兩處及以上簡潔故障同時(shí)發(fā)生試驗(yàn)用原型系統(tǒng)如圖 3-1所示，發(fā)電機(jī)通過輸電線路與無窮大系統(tǒng)相連。線路 1、2兩端均裝有PT和CT，來測量線路始端和末端的電壓和電流，用以分析線路的故障地點(diǎn)和故障性質(zhì)。輸電線路故障分析程序可以大致包括數(shù)據(jù)采集和 故障相別、性質(zhì)的分析兩局部；發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)無窮大圖3-1 試驗(yàn)用系統(tǒng)接線試驗(yàn)內(nèi)容與步驟〕〕〕〕〕〕試驗(yàn)報(bào)告、3-1。思考題輸電線路經(jīng)電弧電阻接地時(shí)，電弧電阻的存在對故障點(diǎn)距離的測定會(huì)有什么影響？ (繼電保護(hù)方向)有時(shí)波形圖上有嚴(yán)峻的諧波，這些諧波從何而來？電力系統(tǒng)故障時(shí)，系統(tǒng)頻率往往偏離 50Hz，這樣會(huì)對故障點(diǎn)距離測定產(chǎn)生什么影響？電力系統(tǒng)短路時(shí)短路電流中包含有衰減的直流重量，這對 CT