電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)

1、電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定內(nèi)容的理解，使課堂理論教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合，提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。2 .學(xué)生通過實(shí)際操作，從實(shí)驗(yàn)中觀察到系統(tǒng)失步現(xiàn)象和掌握正確處理的措施3 .用數(shù)字式記憶示波器測(cè)出短路時(shí)短路電流的非周期分量波形圖，并進(jìn)行分析。二、原理與說明電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題是指電力系統(tǒng)受到較大的擾動(dòng)之后，各發(fā)電機(jī)能否繼續(xù)保持同步運(yùn)行的問題。在各種 擾動(dòng)中以短路故障的擾動(dòng)最為嚴(yán)重。正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)功率特性為：P1= ( Eo x Uo) x sin 8 1/xi ；短路運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)功率特性為：P2= ( Eo X Uo) X sin 8 2/X2 ;故障切除發(fā)電機(jī)功

2、率特性為：P3= (EoXUo) Xsin§3/X3;對(duì)這三個(gè)公式進(jìn)行比較，我們可以知道決定功率特性發(fā)生變化與阻抗和功角特性有關(guān)。而系統(tǒng)保持穩(wěn)定條件是切除故障角8 c小于8 max, 8 max可由等面積原則計(jì)算出來。本實(shí)驗(yàn)就是基于此原理，由于不同短路狀態(tài)下， 系統(tǒng)阻抗X2不同，同時(shí)切除故障線路不同也使X3不同，8 max也不同，使對(duì)故障切除的時(shí)間要求也不同。同時(shí)，在故障發(fā)生時(shí)及故障切除通過強(qiáng)勵(lì)磁增加發(fā)電機(jī)的電勢(shì)，使發(fā)電機(jī)功率特性中Eo增加，使8 max增加，相應(yīng)故障切除的時(shí)間也可延長(zhǎng)；由于電力系統(tǒng)發(fā)生瞬間單相接地故障較多，發(fā)生瞬間單相故障時(shí)采用自動(dòng)重合閘，使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。這

3、二種方法都有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與方法(一)短路對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響4 .短路類型對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響本實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過對(duì)操作臺(tái)上的短路選擇按鈕的組合可進(jìn)行單相接地短路，兩相相間短路，兩相接地短路和三相短路試驗(yàn)。固定短路地點(diǎn)，短路切除時(shí)間和系統(tǒng)運(yùn)行條件，在發(fā)電機(jī)經(jīng)雙回線與 “無窮大”電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行 時(shí)，某一回線發(fā)生某種類型短路，經(jīng)一定時(shí)間切除故障成單回線運(yùn)行。 短路的切除時(shí)間在微機(jī)保護(hù) 裝置中設(shè)定，同時(shí)要設(shè)定重合閘是否投切。在手動(dòng)勵(lì)磁方式下通過調(diào)速器的增 (減)速按鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)的出力， 測(cè)定不同短路運(yùn)行 時(shí)能保持系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)發(fā)電機(jī)所能輸出的最大功率，并進(jìn)行比較，分析不同故障類型對(duì)暫態(tài)

4、穩(wěn)定的影響。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行分析比較。Pmax為系統(tǒng)可以穩(wěn)定輸出的極限，注意觀察有功表 的讀數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)出于振蕩臨界狀態(tài)時(shí)，記錄有功表讀數(shù)，最大電流讀數(shù)可以從YHB田型微機(jī)保護(hù)裝置讀出，具體顯示為：GL- X" 三相過流值GA-父"A相過流值GB-mmm B相過流值GC-mmm C相過流值微機(jī)保護(hù)裝置的整定值代碼如下：01:過流保護(hù)動(dòng)作延遲時(shí)間02:重合閘動(dòng)作延遲時(shí)間03: 過電流整定值04:過流保護(hù)投切選擇05:重合閘投切選擇另外，短路時(shí)間Td由面板上“短路時(shí)間”繼電器整定，具體整定參數(shù)為表5-1。表5-1整定值代碼0102030405Td整定值0.5(s)/5

5、.00(A)OnOff1.0(s)微機(jī)保護(hù)裝置的整定方法如下：按壓“畫面切換”按鈕，當(dāng)數(shù)碼管顯示PA時(shí)，按壓觸摸按鈕“ + ”或“”輸入密碼，待密碼輸入后，按下按鍵“”，如果輸入密碼正確，就會(huì)進(jìn)入整定值修改畫面。進(jìn)入整定值修改畫面后，通過先選01整定項(xiàng)目，再按壓觸摸按鈕“ + ”或“”選擇當(dāng)保護(hù)時(shí)間（ s）;通過“” “”選 03整定項(xiàng)目，再按壓觸摸按鈕“ + ”或“”選擇當(dāng)過電流保護(hù)值；通過“” “”選04整定項(xiàng)目，再按壓觸摸按鈕“ + ”或“”選擇當(dāng)過電流保護(hù)投切ON;通過選 05整定項(xiàng)目，再按壓觸摸按鈕“ + ”或“”選擇重合閘投切為 OFF。（詳細(xì)操作方法 WDT 出綜合自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)使

6、用說明書。）表5-2短路切除時(shí)間t=0.5s 短路類型：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪稱F1QF2QF3QF4QF5QF6Pmax(W)最大短路電流（A）1111011.84.450101010.95.161101110.96.970111111.46.25（0:表示對(duì)應(yīng)線路開關(guān)斷開狀態(tài)1:表示對(duì)應(yīng)線路開關(guān)閉合狀態(tài)）表5-3 短路切除時(shí)間t=0.5s短路類型：兩相相間短路QF1QF2QF3QF4QF5QF6Pmax(W)最大短路電流（A）1111011.25.890101011101110111111.38.74（二）研究提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施1 .強(qiáng)行勵(lì)磁在微機(jī)勵(lì)磁方式下短路故障發(fā)生后，微機(jī)將自動(dòng)投入強(qiáng)勵(lì)以提高發(fā)

7、電機(jī)電勢(shì)。觀察它對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定的作 用。2 .單相重合閘在電力系統(tǒng)的故障中大多數(shù)是送電線路（特別是架空線路）的“瞬時(shí)性”故障，除此之外也有“永久性故障”。在電力系統(tǒng)中采用重合閘的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，主要可歸納如下： 大提高供電可靠性；高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性；對(duì)繼電保護(hù)誤動(dòng)作而引起的誤跳閘，也能起到糾正的作用。對(duì)瞬時(shí)性故障，微機(jī)保護(hù)裝置切除故障線路后，經(jīng)過延時(shí)一定時(shí)間將自動(dòng)重合原線路，從而恢復(fù)全相供電，提高了故障切除后的功率特性曲線。同樣通過對(duì)操作臺(tái)上的短路按鈕組合，選擇不同的故障相。通過調(diào)速器的增（減）速按鈕調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)的出力，觀察它對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用，觀察它對(duì)提高暫態(tài)穩(wěn)定的作用。其故障的

8、切除時(shí)間在微機(jī)保護(hù)裝置中進(jìn)行修改，同時(shí)要設(shè)定進(jìn)行重合閘投切，并設(shè)定其重合閘時(shí)間。其操作步驟同上，不同的是在 05整定項(xiàng)目時(shí)，按壓觸摸按鈕“ + ”或“”選擇投合閘投切on,并選02整定項(xiàng)目時(shí)，按壓觸摸按鈕“ 十 ”或“一”設(shè)定重合閘動(dòng)作延時(shí)時(shí)間。瞬時(shí)故障時(shí)間由操作臺(tái)上的短路時(shí)間繼電器設(shè)定，當(dāng)瞬時(shí)故障時(shí)間小于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間時(shí)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作；當(dāng)瞬時(shí)故障時(shí)間大于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間而小于重合閘時(shí)間，能保證重合閘成功，當(dāng)瞬時(shí)故障時(shí)間大于重合閘時(shí)間，重合閘后則認(rèn)為線路為永久性故障加速跳開整條線路。表5-7整定值代碼0102030405Td保護(hù)不動(dòng)作0.21.55.00onon0.1重合閘0.21.55.00onon

9、1.0永久故障0.21.55.00onon3.0（三）異步運(yùn)行和再同步的研究1 .在發(fā)電機(jī)穩(wěn)定異步運(yùn)行時(shí)，觀察并分析功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差，振蕩周期及各表的讀數(shù)變化的特點(diǎn)。2 .在不切除發(fā)電機(jī)的情況下，研究調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)功率，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁對(duì)振蕩周期，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差的影響，并 牽入再同步。注意事項(xiàng)：1 .在做單相重合閘實(shí)驗(yàn)時(shí)，進(jìn)行單相故障操作的時(shí)間應(yīng)該在接觸器合閘10秒之后進(jìn)行，否則，在故障發(fā)生時(shí)會(huì)跳三相，微機(jī)保護(hù)裝置會(huì)顯示“GL，m”，且不會(huì)進(jìn)行重合閘操作。2 .實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過勵(lì)磁裝置使無功至零，通過調(diào)速器使有功至零，解列之后按下調(diào)速器的停機(jī)按鈕使 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速至零。跳開操作臺(tái)所有開關(guān)之后，方可關(guān)斷操作

10、臺(tái)上的電源關(guān)斷開關(guān)，并斷開其他電源開關(guān)。3 .對(duì)失步處理的方法如下：通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器增磁按鈕，使發(fā)電機(jī)的電壓增大；如系統(tǒng)沒處于短路狀態(tài)， 且線路有處于斷開狀態(tài)的，可并入該線路減小系統(tǒng)阻抗；通過調(diào)速器的減速按鈕減小原動(dòng)機(jī)的輸入功率。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1 .整理不同短路類型下獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)比，對(duì)不同短路類型進(jìn)行定性分析，詳細(xì)說明不同短路類型 和短路點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響。答：通過對(duì)比，我們可以看出同樣的短路故障切除時(shí)間在不同短路類型下對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響不一樣，不對(duì)稱短路時(shí)，根據(jù)正序等效定則，相當(dāng)于在正常等值電路中的短路點(diǎn)接入了一個(gè)附加阻抗，改變系統(tǒng)阻抗，影響 系統(tǒng)輸出功率，使之與正常運(yùn)行情況下的

11、輸出有差別，影響功角，進(jìn)而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于不同短路情況下 的附加電抗不一樣， 所以影響也不一樣。 單相接地時(shí)附加電抗為負(fù)序電抗和零序電抗之和，兩相短路時(shí)附加電抗為負(fù)序電抗，兩相接地短路時(shí)附加電抗附加電抗為負(fù)序電抗與零序電抗并聯(lián)。2 .通過試驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象，說明二種提高暫態(tài)穩(wěn)定的措施對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性作用機(jī)理。答：系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率驟然降低，而原動(dòng)機(jī)的機(jī)械輸出功率來不及變化，兩者 失去平衡，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子將加速。強(qiáng)行勵(lì)磁可以提高發(fā)電機(jī)的電勢(shì)，增加發(fā)電機(jī)的輸出功率，即可使原動(dòng)機(jī)輸出與發(fā)電機(jī)輸出功率平衡，可 以有效地減小失步引起的不利影響。且強(qiáng)行勵(lì)磁的速度越快、強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)越大，效果

12、越好。電力系統(tǒng)中的短路故障大多是由網(wǎng)絡(luò)放電造成的，是暫時(shí)性的，在切斷線路經(jīng)過一段電弧熄滅和空氣去游 離的時(shí)間軸，短路故障便完全消除了。這時(shí)，如果再把線路重新投入系統(tǒng)，它便能繼續(xù)正常工作。所以采用自動(dòng) 重合閘裝置，用微機(jī)保護(hù)裝置切除故障線路后，經(jīng)過延時(shí)一定時(shí)間將自動(dòng)重合原線路，從而恢復(fù)全相供電，即可 提高了故障切除后的功率特性曲線，即提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。五、思考題1 .不同短路狀態(tài)下對(duì)系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生影響的機(jī)理是什么？不對(duì)稱短路時(shí)，根據(jù)正序等效定則，相當(dāng)于在正常等值電路中的短路點(diǎn)接入了一個(gè)附加阻抗，改變了系統(tǒng)阻 抗：(1)單相接地短路：以 A相短路為例，由邊界條件 Ua=0、Ib=0、Ic=0,將

13、它們用對(duì)稱分量法分解，得到各序分 量之間表示的邊界條件，采用復(fù)合序網(wǎng)或結(jié)合各序等效電路分析，便可以得到其附加電抗XA=X2+X0 ;(2)兩相相間短路：以BC兩相間短路為例，其邊界條件為Ub=Uc、Ib+Ic=0、Ia=0,得到其附加電抗為 XA=X2 ;(3)兩相接地短路：以BC兩相接地短路為例，其邊界條件為Ia=0、Ub=0、Uc=0,得到其附加電抗為 X4=X2X0。2 .提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的措施有哪些？答：(1)快速切除故障；(2)采用自動(dòng)重合閘；(3)發(fā)電機(jī)快速?gòu)?qiáng)勵(lì)磁；(4)發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)；(5)變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地；(6)快速關(guān)閉汽門；(7)切發(fā)電機(jī)和切負(fù)荷；(8)設(shè)置中間開關(guān)站；(9)輸電線路強(qiáng)行串聯(lián)補(bǔ)償。3 .對(duì)失步處理的方法(注意事項(xiàng)3中提到)的理論根據(jù)是什么？答：改變發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓或者系統(tǒng)阻抗，進(jìn)而改變功角，來改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；直接調(diào)整原動(dòng)機(jī)的輸入功率，改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，來調(diào)節(jié)輸出功率的頻率。4 .自動(dòng)重合閘裝置對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響是什么？答：自動(dòng)重合閘裝置是 將被非正常操作跳開的斷路器重新自動(dòng)投入的一種自動(dòng)裝置。線路采用自動(dòng)重合閘裝置后