电力系统暂态稳定实验

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3．用数字式记忆示波器测出短路时短路电流的非周期分量波形图，并进行分析。二、实验原理与说明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。三、实验项目与方法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，最大电流读数可以从YHB－Ⅲ型微机保护装置读出，具体显示为：GL-三相过流值GA-A相过流值GB-B相过流值GC-C相过流值微机保护装置的整定值代码如下：01：过流保护动作延迟时间02：重合闸动作延迟时间03：过电流整定值04：过流保护投切选择05：重合闸投切选择另外，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5-1。表5-1整定值代码0102030405TD整定值0.5(s)/5.00(A)OnOff1.0(s)微机保护装置的整定方法如下：按压“画面切换”按钮，当数码管显示『PA－』时，按压触摸按钮“＋”或“－”输入密码，待密码输入后，按下按键“△”，如果输入密码正确，就会进入整定值修改画面。进入整定值修改画面后，通过“△”“▽”先选01整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择当保护时间（s）；通过“△”“▽”选03整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择当过电流保护值；通过“△”“▽”选04整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择当过电流保护投切ON；通过“△”“▽”选05整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择重合闸投切为OFF。（详细操作方法WDT－Ⅲ综合自动化试验台使用说明书。）表5-2短路切除时间t=0.5s短路类型：单相接地短路QF1QF2QF3QF4QF5QF6Pmax(W)最大短路电流（A）11110120006.001010112003.12511011110003.301111118005.0(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5-3短路切除时间t=0.5s短路类型：两相相间短路QF1QF2QF3QF4QF5QF6Pmax(W)最大短路电流（A）11110114006.0101010108.4111011107.36011111140010.1表5-4短路切除时间t=0.5s短路类型：两相接地短路QF1QF2QF3QF4QF5QF6Pmax(W)最大短路电流（A）11110114008.901010105.7511011107.21011111140010.2表5-5短路切除时间t=0.5s短路类型：三相短路QF1QF2QF3QF4QF5QF6Pmax(W)最大短路电流（A）11110114006.3301010105.3111011106.13011111140010.5四、实验数据处理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。1、电力系统的暂态稳定是指电力系统在某一运行状态下受大的扰动后能否继续保持同步运行。如系统中任何两台发电机之间的功角差都不随时间一直增大，则改系统暂态稳定；否则，暂态不稳定。2、通过不同短路类型数据的整理，我们发现，在相同切除时间下，单相短路，两相短路，两相接地短路的短路电流越来越大，对系统稳定性的影响也越来越严重。通过实验我们还发现，在相同短路类型条件下，不同短路点对系统的稳定性不同，在实验设备上，在QF5处短路的短路电流较小，在QF1，QF2处短路时的短路电流较大，说明该两处短路时，对系统的稳定性影响较大。3、根据不同短路类型下的极限功率测定结果，可知，单相接地短路对系统稳定性影响最小，两相相间短路次之，两相接地短路再次之；通过短路点的最大短路电流亦可分析出上述结果。在相同的短路类型下，由实验结果分析可知，短路点离发电机越远，短路对系统稳定性影响越小。五、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（如：表的状态，开关的通断情况等）；3．当将发电机接入系统时，一定要按安全步骤一步步小心操作；4.当发电机与系统断开时会产生发电机飞车，要即时调原动机转速。5．在做单相重合闸实验时，进行单相故障操作的时间应该在接触器合闸10秒之后进行，否则，在故障发生时会跳三相，微机保护装置会显示“GL-”，且不会进行重合闸操作。6．实验结束后，通过励磁装置使无功至零，通过调速器使有功至零，解列之后按下调速器的停机按钮使发电机转速至零。跳开操作台所有开关之后，方可关断操作台上的电源关断开关，并断开其他电源开关。7．对失步处理的方法如下：通过励磁调节器增磁按钮，使发电机的电压增大；如系统没处于短路状态，且线路有处于断开状态的，可并入该线路减小系统阻抗；通过调速器的减速按钮减小原动机的输入功率。六、思考题1．不同短路状态下对系统阻抗产生影响的机理是什么？答：发生短路时，根据正序等效定则，在正常等值电路中的短路点接入附加点抗X0，就得到故障情况下的等值电路，此时，就可计算出发电机与系统间的转移电抗。由于在不同短路故障时有不同的附加点抗，使得不同短路状况下的系统阻抗不同。短路过后，由于每相电压和电流变得不对称，于是用对称分量发进行分析，对称分量发就是将不对称的电压和电流分解为正序，负序和零序对称电业和电流，而电路总的电抗等于正序，负序和零序电抗按照一定形式进行叠加。单相短路时，总的阻抗等于正序，负序和零序电抗的串联叠加，因此总的阻抗比较大。两相短路时没有零序电抗，是正序电抗和负序电抗的串联叠加，因此电抗比单项短路时要小。两线接地短路时，总的电抗等于负序电抗和零序电抗并联过后，再与正序电抗串联叠加，因此它的总的电抗比单相短路和两相接地短路的电抗都要小，因此在两相接地短路时的短路电流最大，系统就最不稳定。2．提高电力系统暂态稳定的措施有哪些？答：从暂态稳定分析可知，电力系统受到打干扰后，发电机转轴上出现的不平衡转矩将使发电机产生剧烈的相对运动；当发电机的相对较的震荡超过一定限度时，发电机便会失去同步，因此要提高系统的暂态稳定性就要尽可能减小发电机转轴上的不平衡功率、减小转子相对加速度以及减小转子相对动能的变化，从而减小发电机转子相对运动的震荡幅度。主要措施有以下几种：（1）快速切出故障；（2）采用自动重合闸；（3）发电机快速强行励磁；(4)发电机电气制动；(5)变压器中性点经小电阻接地；（6）快速关闭汽门；（7）切发电机和切负荷；（8）设置中间开关站；（9）输电线路强行串联补偿。3．自动重合闸装置对系统暂态稳定的影响是什么？答：自动重合闸装置是将因故跳开后的开关按需要自动重新投入的一种自动装置。电力系统运行经验表明,架空线路绝大多数的故障都是瞬时性的,永久性故障一般不到10%。因此,在由继电保护动作切除短路故障之后,电弧将自动熄灭,绝大多数情况下短路处的绝缘可以自动恢复。因此,，电力系统采用自动重合闸装置，极大地提高了供电的可靠性，减少了停电损失，而且还提高了电力系统的暂态稳定水平，增强了线路的送电容量,也可弥补或减少由于开关或继电保护装置不正确动作跳闸造成的损失。所以,架空线路一般需要采用自动重合闸装置。七、实验心得体会1、电力系统分析的实验是模拟真实电力系统的实验，可以让我们大概了解电力系统的基本运作，让我们受益匪浅，在试验中，由于实验设备少，各位同学团结分工合作，认真听老师讲解和操作，从中我们也学到了很多实际操作知识，对于我们以后的工作会很有帮助。2、此次实验，我们了解了电力系统中的暂态稳定问题，不同短路情况下的电路基本状况，对于实际系统进行了模拟，从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施。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。总之，我们从简单的模拟实验中学到了很多有用的实际知识，对于我们以后解决实际问题提供了平台。