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1、电力系统综合实验讲义 项目一：实验一 发电机组的基本操作 一、实验目的 1 认识、了解电力动模仿真室的构成，各部分的主要电气设备及作用。明确几个物理概念。2 了解发电机组的启动、调速、励磁、并机（并网）、增减负荷、解列、停机等基本操作。总目的是理论联系实际，增加感性知识，提高同学实践动手能力，培养同学敬业认真，一丝不苟；实事求是，求实无华的科学精神和工作作风。二、实验要求 首先强调安全用电及其它方面的安全问题：（1）严格遵守实验室的各种规章制度。（2）熟悉动模实验室模拟发电机组的基本构成。（3）熟悉发电机的相关知识及起停基本操作步骤。三、实验原理 发电机是一种非常复杂的电力设备，它需要与励磁系
2、统、调速系统相配合才能正常安全运行；而且，同步发电机单机运行时，随着负载的变化，发电机的频率和端电压将发生相应的变化，供电的质量和可靠性较差。为了克服这一缺点，现代电力系统（电网）通常总是由许多发电厂并联组成，每个电厂内又有许多台发电机在一起并联运行。这样既能经济、合理地利用动力资源和发电设备，也便于轮流检修，提高供电的可靠性。由于电网的容量很大，个别负载的变动对整个电网的电压、频率影响甚微，因而可以提高供电的可靠性。同步发电机投入并联时，为了避免电机和电网中产生冲击电流，以及由此在电机转轴上产生的冲击转矩，待投入并联的发电机应当满足下列条件：（1）发电机的相序应与电网一致；（2）发电机的频率
3、应与电网相同；（3）发电机的激磁电动势0E应与电网电压U大小相等；1（4）相位相同。上述三（四）个条件中，第一个条件必须满足，其它可允许稍有出入。图 1-1 表示投入并联时的单相示意图。若相序不同而投入并联，则相当于在电机的端点上加一组负序电压，这是一种严重的故障情况，电流和转矩冲击都很大，必须避免。若发电机的频率与电网频率不同，0E和U之间便有相对运动，两相量间的相角差将在 0360之间逐步变化，电压差忽大忽小。频率相差越大，电压差变化越剧烈,投入并联的操作亦困难;若投入电网，也不易牵入同步，而将在发电机与电网之间引起很大的电流和功率振荡。若机端电压与电网电压大小不等如图 1-1（a）或相位
4、不同如图 1-1（b）所示，而把发电机投入并联，则将在发电机与电网中产生一定的冲击电流。在严重情况下，该电流可达到额定电流的 58 倍。0UEU=?u?u?U 0E 0E U （a）(b)图 1-1 发电机投入并联时的情况（a）0E和U大小不等；(b)0E和U相位不同 为了投入并联所进行的调节和操作过程，称为同步过程。实用的同步方法有两种：准同步和自同步。把发电机调整到安全合乎投入并联的条件，然后投入电网，叫做准同步。为了判断是否满足投入并联条件，常常采用同步指示器。准同步的优点是，投入瞬间电网和电机没有（或很少）冲击，缺点是同步手续比较复杂。为了把发电机迅速投入电网，可采用自同步方法。自同步
5、方法的投入步骤为：首先校验发电机的相序，并按照规定的；转向（和定子旋转磁场的转向一致）把发电机拖动到接近于同步转速，励磁绕组经限流电阻短路，然后把发电机投入电网，并立即加上直流励磁，此时依靠定、转子磁场间所形成的电磁转矩，就可以把转子自动牵入同步。自同步的优点是投入迅速，不需增添复杂的装置，缺点是投入时定子电流冲击稍大。2四、内容与实验操作步骤 一、内容 低压配电屏、无穷大电源、发电机组、开机、调速、励磁调节、并网、增减负荷、解列、停机等一次二次系统的基本实验操作步骤。二、准备工作：首先检查发电机组、线路、负荷全系统各个环节的接线，确信无误后再准备实验操作。（一）发电机电源的操作控制：在配电屏
6、上合上发电机空气开关和 TGS03A 原动机及调速系统仿真控制屏上【操作电源】开关，观察发电机控制屏上信号，警示，警铃，转速显示是否正常，检查一下发电机转动有无机械障碍。（二）微机励磁电源操作控制：在配电屏上合上励磁空气开关及励磁控制屏上【操作电源】开关，观察励磁控制屏信号显示是否正常。（三）无穷大电源的通断操作：首先根据试验的需求情况确定，无穷大电源的通断。无穷大电源通断的操作在无穷大控制屏上。1、无穷大电源的操作：1）无穷大电源控制屏上按钮可以控制感应调压变原边通断电。2）感应调压器输出 V调节：感应调压器控制箱上通过自动或手动进行升、降压调节。本实验一般采用手动调节。（四）线路开关的通断
7、操作：先送上线路控制回路及信号回路电源开关后，才能对它操作。注意线路开关动作信号及声音的正常与否。三、发电机组开机、调速、励磁调节，并网、增减负荷、解列、停机的基本操作：（一）开机操作：1、在配电屏上合上发电机空气开关和 TGS03A 原动机及调速系统仿真控制屏上操作电源开关。2、TGS03A 原动机及调速系统仿真控制屏：自动、手动控制按实验需要选定 TGS03A 仿真控制器工作方式选定正确。3【手动方式】的电位器调零。3、发电机开机操作：（以手动控制为例说明）（1）按下调速控制屏上的【合闸】按钮，再松开【开/停机】按钮，开机指示灯亮，机组开始运行。（2）调节调速控制屏上的【手动方式】的电位器
8、，使机组缓慢加速到 1500 转/分，并稳定运行。（3）合上励磁控制屏上【操作电源】开关，选定励磁方式，按【合闸】按钮，松开【灭磁】按钮，给发电机励磁，调节【增磁】、【减磁】按钮，使发电机电压达到指定值。（二）并网操作：（1）把模拟发动机控制屏上的同期开关旋至位置，模拟同期控制屏的同期开关旋至位置，观察模拟同期控制屏上电压表和频率表指示，满足同期条件后准备并网。（2）基本满足同期条件后，把模拟同期控制屏上转至，把模拟控制屏上的同期闭锁开关旋至位置，当满足同期条件后立即把发电机并网开关转至，并网成功后发电机并网开关自动返回中间位置，为跳闸解列准备。（三）增减负荷调节：（3）无功调节：按各机组励磁
9、情况及运行要求调节微机励磁及负阻器上【增磁】或【减磁】按钮，使无功功率表指示值到需要值。（4）有功调节：调节【手动方式】的电位器，调节使有功功率表指示值到需要值，即发电机的负荷调节。（四）解列、停机的基本操作：（1）调节调速控制屏上【手动方式】的电位器，使有功功率表上指示值为 0。（2）调节励磁控制屏上的【减磁】按钮，使无功功率表上指示值为 0。（3）操作发电机并网开关转至，跳闸动作解列完成。（4）调节【手动方式】的电位器，逆时针方向转到底，当电机转速低到 1/2 额定转速时，准备停机。（5）停机操作：按下【开/停机】按钮，原动机断电，发电机停机，而后电机转速自动降为 0（也可加制动装置，使电
10、机转速迅速为 0）。（6）断开所有电源开关。（五）停机后的善后整理工作。4五、思考题 1、发电机准同期条件是什么？形成冲击电流的因素可能有哪些？2、在相序、频率、电压相同条件下，相位差多大时冲击电流最大？3、准同期和自同期的并列方式各有什么优缺点？六、实验报告要求 1 掌握主要操作程序步骤，注意关键问题。2 回答思考题。5实验二 发电机有功、无功调节 一、实验目的 1、学会有功、无功的调节操作。2、熟悉电力系统正常运行方式下主要物理量之间的关系。二、实验原理 根据能量守恒原理，要增加发电机的有功功率，应当增加发电机的输入功率，即增加原动机的驱动转矩，这时通常用加大增大汽轮机进汽阀（或水轮机的导
11、水翼）的开度，使原动机转矩增大，由同步发电机的转子运动方程：01()TEjddtdPPdtT=（1-1）可知转子加速，功角增大。上式中，是电角速度与同步电角速度0的夹角，称为功角；TJ为在发电机组转子上加额定转矩后转子从停顿状态到额定转速时所经过的时间；PT为转子上的机械功率；PE为转子上的电磁功率。当原动机转矩与发电机电磁转矩相互平衡时，角才能稳定。根据隐极发电机的功一角特性：sinqEqdE UPx=(1-2)当电势 Eq 是常数时，有功负荷变化决定于角，其轨迹是一个以 C 为圆心，Eq 为半径的圆弧，如图 1-2（a）所示。由此可见，增加原动机的输入功率时，发电机输出的有功功率增大，功率
12、角增大，直至，电磁功率达到最大。反之，输出的有功功率减小时，090=角相应减小。图 12（a）Eq 为常数，P 变化时 图 12（b）在各种励磁电流情况下，同步发电机的工作状态向量图 发电机工作状态向量图 6与电网并联的同步发电机不仅要向电网输出有功功率，而且还要输出无功功率。假设调节励磁时原动机的输入有功功率保持不变，并为了简单，忽略电枢电阻和磁饱和，于是根据功率平衡关系可知，在调节励磁前后，发电机的电磁功率PE和输出的有功功率P2均应近似保持不变，由于电网电压U和发电机的同步电抗XS均为定值所以有：002sinsincoscosESE UPEXIPUI=常数常数常数常数 (1-3)图 1-
13、2（b）为当满足式（1-3），调节励磁时发电机的向量图。当发电机的功率因数为 1时的励磁电流If称为“正常励磁”。此时发电机的输出功率全部为有功功率。若增加励磁电流，发电机运行在“过励”状态，此时激磁电动势增加到0E?，但因为0sinE=常数，故0E?的端点应落在水平线 AB 上。相应地电枢电流变为I?，但因为cosI=常数，故I?的端点落在垂线 CD 上，从图中可以看出发电机产生一滞后的无功功率。反之，发电机运行于“欠励”，产生一超前的无功功率。因此，调节励磁电流便可以调节发电机的无功功率。三、实验内容与步骤 在实验一实现发电机组与系统并网运行的基础上，完成下面实验：1、选择【恒IL】方式，
14、调整系统电压=800V，发电机高压侧电压=800V，并网后，调节发电机无功Q=2kvar，在不改变励磁电流的情况下,调节【手动方式】的电位器，分别记录P=0,1,2,3,4,5kW时，模拟发电机控制屏上各仪表的显示值，填入下表，画出变化曲线，分析各量之间的关系。表 1-1 P 与各电量的关系 P(kW)定子电流 I（A）励磁电流IL（A）（度)Q(kvar)0 1 2 3 4 5 2、选择【恒IL】方式，调整系统电压=800V，发电机高压侧电压 800V，并网后，调节发电机有功功率P=2kW,然后在不调原动机的情况下,调节励磁电流，分别记录 7Q=1,2,3,4,5kvar时，发电机控制屏上各
15、仪表的显示值，填入下表.表 1-2 Q 与各电量的关系 Q(kvar)定子电流 I（A）励磁电流IL（A）（度)P(kW)1 2 3 4 5 四、思考题 1、为什么说Eq为常数,系统电压U为常数时,发电机输送的电磁功率只取决于功率角？2、Eq 为常数的情况下，为什么增加有功功率时,无功功率会下降？3、说明在原动机进汽量不变时,励磁电流IL增加会导致功率角下降的原因。4、从物理概念上说明为什么在增加 P、Q 时分别增开汽门和增加励磁？五、实验报告要求：1、掌握实验操作步骤 2、做好实验记录，结果分析。3、回答思考题。8实验三 电力系统静态稳定性研究 一、实验目的 1、研究电力系统并列运行的静态稳
16、定性和提高静态稳定性的措施。2、通过实验加深对电力系统静态稳态性问题基本理论的认识。二、实验原理 电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力。在实际运行过程中，电力系统几乎时刻都受到小的干扰，如：负荷的增加或减少、输电线线间距离的的微小变化等等，所以，实际上电力系统的静态稳定问题就是确定系统的某个运行稳态能否保持的问题。假设有一台发电机经变压器、线路与无穷大系统并联运行组成的简单系统图，且发电机是隐极机。图 1-3 表示这一简单系统在某运行稳态下发电机的向量图及功率特性，其中 ddTLxxxx=+（1-4）发电机输出的电磁功率PE如式（
17、1-2）所示，如果不考虑发电机的励磁调节器的作用，即认为发电机的空载电动势Eq恒定，则发电机的功一角特性曲线如图 1-3（b）所示为一下弦曲线。（a）向量图 (b)功率特性 图 13 简单系统的功率特性 若不计原动机调速器的作用，原动机的机械功率PT不变。假定在某一正常运行情况下，发电机向无穷大系统输送的功率为P0，在忽略电阻损耗及机组的摩擦、风阻等损耗的情况下，P0=PT。从图 1-5（b）可见，在P0时可能有两个运行点a、b，此时PT=PE=P0。首先分析a点的运行情况，如果系统中出现瞬时的小干扰，使功角增加了，则PE增大到图中 相对应的位置，这时由于PT保持不变，所以PEPT,由式(1-
18、1)转子运动方程可知发电机转子将减速,将减小.由于在运动过程中存在阻尼作用,经过一系列微小振荡后运行点又回到a点.同样,如果扰动使减小了,则PE减小到图中a相对应的位置,这时由于PT保持 9不变,所以PE PT,发电机转子将加速,将增大,同样经过一系列微小振荡后运行点又回到a点.由此可见,运行点a是静态稳定的.点的情况刚不同，如果小干扰使b增大，PE则减少到b点，这时PEPT，转子减速，角将减小，一直减小到小于a，转子又获得加速，然后又经过一系列振荡，在点抵达新的平衡。运行点也不再回到点。因此，点是不稳定的。由以上分析可知，点是静态稳定的，点是不稳定的。而两者的区别仅在于：在点，变量与EP的符
19、号相同，即/0EP，或/EdPd0；在点/0EP，或/EdPd0时，系统是稳定的；/EdPd0 (1-5)当等于 900时，是稳定与不稳定的分解点，称为静态稳定极限。电力系统静态稳定性的基本性质说明，发电机可能输送的功率极限越高则静态稳定性越高。以一机对无穷大系统的情形来看，减少发电机与系统之间的联系电抗就可以增加发电机的功率极限。从物理意义上讲，这就是加强发电机与无穷大系统的电气联系。联系紧密的系统显然是不容易失去稳定的，当然，这种系统的短路电流较大。加强电气联系即缩短“电气距离”，也就是减小各元件的阻抗，主要是电抗。在实际应用中，我们可以采取一些直接或间接减小电抗的措施来提高系统的静态稳定
20、性，如：采用自动调节装置、减小元件的电抗和改善系统的结构和采用中间补偿设备等。三、实验内容与步骤 1、手调励磁调节器对静态稳定极限的影响 A选择【恒IL】方式，在发电机P=0 时,调节系统电压和发电机电压为 900V,然后在不调节励磁的情况下,不断地增加发电机有功功率，直至发电机失步。在增加发电机有功功率过程中，要记录P在不同点时P值及其它电量值，并求出稳态极限值。10表 13 系统电压和发电机电压为 900V时实验数据 If 发电机侧 系统侧 U I P Q U I P Q 功角 B选择【恒IL】方式，在发电机P=0 时，调节系统电压=900V，发电机电压为 810V，然后在不调节励磁的情况
21、下，不断地增加发电机有功功率，直至发电机失步。在增加发电机有功功率过程中，要记录P在不同点时P值及其它电量值，并求出稳态极限值。表 14 系统电压为 900V和发电机电压为 810V时实验数据 If 发电机侧 系统侧 U I P Q U I P Q 功角 C选择【恒IL】方式，在发电机P=0 时，调节系统电压 810V和发电机电压为 900V，然后在不调节励磁的情况下，不断地增加发电机有功功率，直至发电机失步。在增加发电机有功功率过程中，要记录P在不同点时P值及其它电量值，并求出稳态极限值。11表 15 系统电压为 810V和发电机电压为 900V时实验数据 If 发电机侧 系统侧 U I P
22、 Q U I P Q 功角 四、思考题 1、提高电力系统静态稳定的措施有哪些？2、列出上面实验的稳定极限的顺序，并做分析。3、自动励磁调节器对系统静态稳定性有何影响？4、当发电机濒临失步时应采取哪些挽救措施才能避免失步？五、实验报告 要求：记录上述实验数据，分别在坐标纸上作出曲线并加以分析，回答思考题。12项目二：实验四 同步发电机静态安全运行极限的测定 一、实验目的 1、学习同步发电机起动、并列和停机操作，学习有功功率、无功功率、电压和电流的调节方法。2、确定发电机的静态安全运行极限。二、实验原理 同步发电机的运行参数，如有功功率的输出、无功功率的输出、定子电流和转子电流等不一定在额定值运行
23、。与系统并列运行的发电机，不但要知道它在额定功率因数、额定电压下所能担负的有功和无功功率输出，而且还要知道在不同有功输出的情况下，所能供出的无功功率值，或在不同的无功功率输出的情况下，所能供出的有功功率值。因此，确定不同情况下同步发电机的运行极限值，即极限的 PQ 关系，不但对指导发电厂运行人员进行发电调整，保证发电机的安全运行是必要的，而且对电力系统的运行调度和设计都是很重要的。同步发电机的静态安全运行极限（安全运行的 PQ 极限曲线）受定子发热和绝缘，转子发热、原动机极限输出功率、静态稳定运行极限等条件的限制。当发电机冷却条件一定，定子电压一定时，定子发热主要由定子电流确定，转子发热主要由
24、励磁电流确定。图 4 是隐极同步发电机的静态安全运行极限，是由同步发电机的向量图转化来得。设 B点是发电机定子电流和转子励磁电流都达到极限允许值的运行状态，此时发电机允许输出的有功功率和无功功率分别以直线OH和OK表示。AB 线段是电机运行在功率因数低于 B 点功率因数的运行极限曲线，此时电机运行极限受转子励磁电流极限值的约束。对于隐极式汽轮发电机是以 M 点为圆心，MB直线为半径画出的圆弧。发电机电压用MO表示。BC 线段是电机运行在功率因数高于 B 点功率因数的运行极限曲线，此时电机运行极限受定子电流极限值的约束。是以 O 点为圆心，OB直线为半径画出的圆弧。如果原动机的输出功率极限以直线
25、OD表示，则直线段EDC受原动机输出功率极限的约束。13运行点 E 除受原动机输出功率限制外，还受以下两个条件之一的约束，一种可能是受定子电流极限值的约束，在原动机输出功率极限值较小，电机静稳定功率极限值较大时，会出现这种情况，这时DEDC=。另一种可能受静稳定极限的约束，这一般出现在原动机允许输出较大、静稳定极限值较小的情况，这时 E 点和 F 点重合不出现受电子电流极限值约束的 EF 段。FG 段受发电机静稳定极限约束。凸极发电机的安全运行极限有与图 14 相似的若干线段。图 1-4 隐极同步发电机静态安全运行极限 图 1-5 静态安全极限实验接线原理图 三、实验项目与方法 实验用原理图如
26、图 15 所示。1、确定实验用发电机定子电流、转子励磁电流、原动机输出功率的极限值，并确定应保持恒定的定子电压值。2、受转子励磁电流极限约束的 AB 线段的测定。发电机与系统并列后，保持发电机端电压等于给定值，调节发电机励磁电流使之等于极限值，并保持不变。改变发电机的有功输出，可测取图中的 AB 线段。当发电机定子电流也等于极限值时，就是图中的运行点 B。3、受定子电流极限约束的 BC 线段的测定。从 B 点开始增加发电机的有功输出，发电机运行受定子电流约束，即图中的 BC 线段，这时应相应减少转子励磁电流，即减少发电机的无功输出，以维持定子电流等于极限值。当发电机的有功输出等于原动机的极限值
27、时，可得图中的 C 点，即发电机有功输出和定子电流都达到允许极限值的运行状态。4、受原动机功率极限约束的 CDE 线段的测定。维持发电机有功输出等于极限值，减少发电机励磁电流值，可得图中 CDE 直线段。在DE 线段，电机处于进相运行状态。14 5、EG 线段的测定。如果 E 点受定子电流极限值的约束，则降低发电机的有功输出和降低励磁电流值，可求得运行于进相状态，受定子电流约束的 EF 线段。运行点 F 受定子电流和静稳定极限的约束。继续降低发电机的有功输出和降低励磁电流值，可得到受电机静稳定约束的 FG 线段。上述 24 项实验项目所测量的电机出口电压U、定子电流I、有功功率P、无功功率Q和
28、励磁电流If，记录在表 17 中。6、改变发电机定子电流或励磁电流或发电机有功输出极限值，或定子电压给定值，重复上述 24 的内容。表 17 实验数据表 参数 AB 段 B 点 BC 段 C 点 CE 段 E 点 EF 段 F 点 FG 段 U I P Q If 四、思考题 1、同步发电机定子电压分别给定为额定值的 1.0、1.05、0.95 倍时，静态安全域会有怎样的变化？2、发电机定子电流或励磁电流极限值不同时，静态安全域会有怎样的变化？3、分析影响静态安全极限 FG 线段，即静稳定极限段实验精确性的原因。4、电机运行在图 13 的 AB 线段时处于饱和状态，若以不饱和的电机参数用作作图法
29、绘制静态安全域，将会有什么误差？五、实验报告 1、根据给定的电机参数和定子电流、励磁电流以及原动机输出极限值，用作图法绘制同步发电机的静态安全运行极限曲线。2、根据实测数据，绘制同步发电机的静态安全运行极限曲线。六、实验报告要求 1、比较上列两项结果，分析作图法和实验方法中出现的误差。2、回答思考题。15实验五 电力系统暂态稳定性研究(演示)一、实验目的 1、研究电力系统并列运行的暂态稳定性和提高暂态稳定性的措施。2、通过实验加深对电力系统暂态稳定性问题基本理论的认识。二、实验原理 暂态稳定是指电压系统在某个运行情况下突然受到大的干扰后，能否经过暂态过程达到新的稳定运行状态或者恢复到原来的状态
30、。这里所谓的大干扰是相对于前面所提到的小干扰所言，一般指各种短路故障、突然断开线路或发电机等。遭受扰动后，除了在系统中出现电磁暂态过程以外，特别地，由于扰动引起系统结构或参数的变化，使系统潮流和各发电机的输出功率也随之发生变化，从而破坏了原动机和发电机之间的功率平衡，在机组轴上产生不平衡转矩，使它们开始加速或减速。在一般情况下，扰动后各发电机输出功率的变化并不相同，因此它们的转速变化情况各不同。这样各发电机转子之间将因转速不等而产生相对运动，结果使转子之间的相对角度发生变化，而相对角度的改变又反过来影响各发电机的相对输出功率，从而使各个发电机的功率、转速和转子间的相对角速度继续发生变化。与此同
31、时，由于发电机机端电压和定子电流的变化，将引起转子绕组电流的变化和励磁调节系统的调节过程；由于机组转速的变化，将引起调速系统的调节过程和原动机功率的变化；而由于电网中各节点电压的变化，将引起负荷吸收功率的变化，等等。它们在不同程度上直接或间接地影响发电机和原动机功率的变化。上述各种变化过程相互联系又相互影响，形成了一个以各发电机转子机械运动和电磁功率随时间变化为主体的机电暂态过程。扰动后的暂态过程可能有两种不同的结局。一种是各发电机转子间相对角速度随时间的变化呈摇摆状态，如图 1-6（a）所示，且振荡幅值逐渐衰减，各机组之间的相对转速最终衰减为零，使系统回到扰动前的稳定运行情况，或者过度到一个
32、新的稳定运行情况。在此运行情况下，所有发电机仍然保持同步运行。对于这种结局，称电力系统是暂态稳定的。另一种结局是暂态过程中某些发电机转子之间的相对角速度随时间不断增大，如图 1-6（b）所示，它们之间始终存在着相对转速，使这些发电机之间失去同步。对于这种结局，称电力系统是暂态不稳定的，或称电力系统失去暂态稳定。发电机间失去同步后，将在系统中产生功率和电压的强烈振荡，结果使一些发电机和负荷被迫切除。在严重的情况下，甚至导致系统的解 16列或瓦解。图 16 扰动后发电机转子相对角度变化情况示例（a）稳定情况；（b）不稳定情况 三、实验内容 研究暂态稳定问题与继电保护、自动重合闸、强行励磁等装置的关
33、系。（1）观察故障类型对暂态稳定极限的影响 实验条件：故障地点在线路末端。在发电机有功功率P=0 时，调整系统电压=800V，发电机电压=800V，选择【恒IL】方式，故障时间为 0.5 秒。实验方法：设定故障类型后，不断改变发电机输出功率通过短路而得出暂态稳定极限。实验要求：要求故障类型为：单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路。（2）观察故障时间对暂态稳定极限的影响 实验条件：故障地点在线路末端。在发电机有功轴功率P=0 时，调整系统电压=800V，发电机电压=800V，选择【恒IL】方式，故障时间为 0.1 秒。实验方法：设定故障类型后，逐步增加发电机输出功率通过短路而得出暂态稳
34、定极限。实验要求：要求故障类型为：单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路。（3）观察故障地点对暂态稳定极限的影响 实验条件：故障地点在线路首端。在发电机有功功率P=0 时，调整系统电压=800V，发电机电压=800V，选择【恒IL】方式，故障时间为 0.5 秒。实验方法：设定故障类型后，逐步增加发电机输出功率通过短路而得出暂态稳定极限。实验要求：要求故障类型为：单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路。（4）观察运行电压水平对暂态稳定极限的影响 实验条件：故障地点在线路末端。在发电机有功功率P=0 时，调整系统电压=800V，发电机电压=640V，选择【恒IL】方式，故障时间为
35、0.5 秒。实验方法：设定故障类型后，逐步增加发电机输出功率通过短路而得出暂态稳定极限。17实验要求：要求故障类型为：单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路。四、思考题 1、什么是电力系统暂态稳定极限？与哪些因素有关？2、提高电力系统暂态稳定的措施有哪些？3、影响三相自动重合闸提高电力系统暂态稳定效果的主要因素是什么？为什么？4、在系统中发电机处于怎样的运行方式下即经济又可靠？五、实验报告要求：1、掌握实验操作步骤 2、做好实验记录，结果分析。3、回答思考题。18项目三：实验六 发电机失磁实验 一、实验目的 观察了解同步发电机在各种失磁状态下的工作行为。二、实验原理 图 17 发电机等
36、效电路 图 1-7 所示为发电机的等效电路，其中，fi表示励磁电流，i 表示定子电流，U和i0Ei分别代表发电机端点压和激磁电动势，sX是稳极同步发电机的同步电抗，aR是电枢绕组的电阻。发电机失去励磁以后，电磁功率减小，在转子上出现转矩不平衡，促使同步电机加速，转子被加速而超出同步转速运行。当发电机超出同步转速运行时，发电机转子和定子旋转磁场之间，有了相对运动，于是在转子绕组、阻尼绕组以及转子的齿与槽楔中，将分别感应出滑差频率的交流电流，这些电流产生制动的异步转矩，发电机开始向电网输送有功功率。随着转子的转速升高，调速器动作，减小原动机的输入功率，因此原动机的输入转矩减小，如果这时输入转子矩小
37、于制动的异步转矩，那么转子将减速，同时制动的异步转矩减小，转子又加速。转子速度就这样一直在变化，从而产生振荡，一直继续到出现制动异步转矩，和原动机的旋转转矩相等为止。如果一直达不到平衡，刚转子的速度就会越来越来越快，直到最后失步。图 18 发电机平均异步转矩特性图 1-8 表示发电机的平均异步转矩特性曲线，其中曲线 2 表示原动机的转矩特性，当转子转速升高时，调节器速器动作使原动机的输入转矩由MMO下降，与汽轮机的转矩特性 1交于A点，A即转矩平衡点，这些点决定了稳态异步运行时，有功功率的大小和转差率，如 19图所示，汽轮发电机具有良好的平均异步转矩特性，因而在千分之几的滑差下，就能达到稳定运
38、行点A，此时，由于调速器使汽门关闭的幅度很小，因而输出的有功功率仍相当高。在异步运行时，发电机需从系统吸收大量的无功功率，所以发电机的电压以及附近用户处的电压将下降。所需无功功率的大小和发电机的dx以及转差率s有关。dx越大，s越小，所需的无功功率也越小。汽轮发电机的dx较大，s很小，所需无功功率也较小，网路电压降低很小。所以汽轮发电机短时间在这种情况下（有功功率大，转差率小，电压降低不多）作异步运行是容许的，不会出现转子损耗过大而使电机受到损伤。当励磁恢复以后，汽轮发电机又可平衡地拉入同步，但是长时间的异步运行也是不允许的，因为会引起发电机定子和铁心端部过热，转子绕组也由于感应电流产生相当大
39、的热量，引起发热和损伤。所以汽轮发电机异步运行受到时间限制，一般规定发电机的异步运行时间为 1530 分钟。三、实验内容与步骤 1、记录在不同功率下灭磁开关误跳引起的各电量的变化过程。运行状态 发电机侧有功 发电机侧无功 发电机侧电压 电流 正常运行 失磁运行 *2、记录在不同功率下励磁调节器因一个、两个可控硅故障引起的各电量的变化过程。*3、记录在不同功率下交流励磁机因一个、两个整流管故障引起的各电量的变化过程。四、思考题 1、什么叫异步稳定？异步力矩是如何产生的？它有多大？与哪些因素有关？2、同步发电机失磁对其本身和系统带来哪些不利的影响？3、发电机失磁后在什么情况下处于异步稳定？什么情况
40、下处于失步状态？4、发电机失磁后应采取哪些措施保证发电机的运行？5、“一般发电机失磁后都会导致失步”这句话对吗？五、实验报告要求：1、掌握实验操作步骤 2、做好实验记录，结果分析。3、回答思考题。20实验七 同步发电机进相运行实验 一、实验目的 1、学习同步发电机起动、并列和停机操作，学习发电机进相运行的调节方法。2、观察发电机进相运行对系统的影响。二、实验原理 如图 1-9 所示，发电机直接连接于无限大容量系统的情况，其机端电压恒定，设发电机的电动势为，负荷电流为GUqEI，功率因数角为，调节励磁电流为，在不变的情况下，随着的变化，功率因数角fIGUqE也在变化。如果增加励磁电动势，变大，此
41、时负荷电流产生去磁电枢反应，功率因数角时滞后的，发电机向系统输送有功功率和无功功率，即为迟相运行。反之，减小励磁电流，使减小，功率因数角变为超前，发电机负荷电流助磁电枢反应，这时发电机向系统输送有功功率，但吸收无功功率，称为进相运行。qEqE （a）（b）图 19 发电机迟相和进相运行图 （a）迟相运行 （b）进相运行 三、实验项目与方法 起动发电机组至额定转速，合上发电机励磁开关，建立额定电压，将发电机迳输电线路与系统并列，增加发电机原动机出力和发电机励磁，使发电机带上额定有功功率和无功功率，然后进行如下实验：（一）调整发电机使其进相运行 当发电机运行在额定有功功率和无功功率时，观测各种表计
42、和功率角，可看到发电机输出无功功率，即为迟相运行。将发电机的励磁电流、无功功率有功功率、机端电压、定子电流和功率角记录在表中，然后将发电机励磁下降，直至无功功率为零，即为纯有功运行，记录各种表计和功率角，填入下表。21继续降低发电机励磁，使其无功表反向，即吸收无功功率，为进相运行，记录各种表计和功率角，填入下表。序号 fI Q P GU I 1 2 3 4 5 6 （二）观察进行运行对稳定的影响 当继续降低发电机励磁时，进行无功继续增大。机端电压随之下降，直至发电机失去稳定，与系统异步运行为止，此时发电机电压崩溃，发电机转速上升，这是应立即减少原动机功率，维持机端电压额定，如不能拉入同步，应迅速解列，调整发电机的转速为额定。在实验过程中，应分别记录发电机在进相运行时的最大稳定无功功率以及发电机和系统的电压值，在整个迟相到进行的调整中，观察功率角的变化过程。四、思考题 1、发电机进相运行与静态稳定性限制有何关系？2、进相运行为何会引起发电机定子发热？五、实验报告 1、掌握实验操作步骤。2、做好实验记录，结果分析。3、回答思考题 22