电力系统动态模拟综合实验.docx

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电力系统动态模拟综合实验

《电力系统动态模拟综合实验》

实验报告

实验名称发电机及系统短路故

障影响实验

姓名XXX学号XXX

日期XXX地点XXX

成绩教师

电气工程学院

东南大学

1.实验目的：

（1）了解动模实验室的构成，主要设备及其功能。

（2）熟悉和掌握发电机的启动，调压，调速，并网，解列，停机等操作。

（3）通过单机---无穷大系统中不同点的短路故障实验，理解发电机在短路时的电磁暂态过程，分析和掌握短路起始相角及回路阻抗对发电机运行状态的影响。

2.实验内容：

在单机----无穷大主接线模拟实验系统中，通过实验操作，熟悉实验室环境及实验设备,

掌握发电机的启动，调压，调速，并列，解列及停机操作方法，选择不同的短路点进行短路故障实验，录取短路时刻的电压，电流波形，然后，根据所学知识，分析求取发电机或系统的状态参数，理解和掌握短路故障对发电机及系统运行状态的影响。

3.实验原理（实验的理论基础）：

根据《电力系统暂态分析》相关理论，可知在三相短路时，发电机定子绕组电流中

含有以下四个分量

线即直流分量。

，将短路电流减去直流分量，则可以认为是基频交流分量。

根据发电机参数，Td，和Td，，都较小，在短路后0.5s，可以认为基频电流中只含有稳态分量，读出此时电流幅值iw（a）。

在此时刻前找两处幅值11,12及对应时刻T1,T2,则可得方程组：

T1T1

'n

山“theTd

由此可以求出?

iw,?

iw2。

方程中iw（m）,I1,I2皆为减去对应时刻直流分量后的值。

实验时，对短路电流波形进行录波，再通过作图求取相关电流分量值及短路初始相

角，可分析短路故障时对发电机运行状态的影响。

本实验的一次主接线示意图如下所示：

在本次实验中，其主接线如图1所示，短路点有D11,D12,D13三个可选，其中D12短路点相当于03G发电机出口短路。

在线路发生三相短路故障时，发电机定子绕组的极品周期电流将随时间发生变化，最终变为稳态短路电流。

5.实验方法及数据处理（实验步骤及数据处理方法，包括原始数

据，图表等）：

实验步骤：

（1）无穷大系统启动：

所谓无穷大电源可以看作是内阻抗为零，频率、电压及其相位都恒定不变的一台同

步发电机，在动模试验系统中是将交流市电经感应调压器和升压变压器升压至1000V

后作为试验用无穷大电源。

部分无穷大电源还包含移相变压器，具有调相功能。

对无穷

大电源的操作主要在操作试验台上进行，其控制台操作按钮示意图如下图所示。

图3.无穷大电源控制台操作按钮示意图

在操作控制台上找到无穷大电源监控单元，在按下【合】红色按钮之后，红色按钮的指示灯亮红色，【跳】按钮绿色按钮指示灯灭，同时感应调压器原方已接通了动力电源，调压变压器带电。

按下【升压】黄色按钮，可以提高无穷大电源母线电线电压，同时观察上方仪表中电压的值是否为试验要求值（线电压UL为1000V）。

先观测三相电压

是否对称，最后按下【合闸】钮，投入无穷大电源使无穷大母线带电。

（2）发电机启动：

发电机启动与无穷大系统类似，只不过要复杂一些；图4为同步发电机03G相关控

制台操作按钮示意图。

启动时，先弹出【开/关机】按钮（白色方形“开机令”按钮），合【调速】电源开关（红色圆形按钮），同时观察发电机转速。

当发电机转速接近额定

转速时，弹出【启励/灭磁】按钮（白色方形“启励”按钮），合【励磁】电源开关（红

色圆形按钮），此时发电机机端电压建立。

03G核电机绍

'?

9'tQ

图4.同步发电机03G控制台操作按钮图

（3）线路送电：

线路送电操作就是在无穷大系统启动后，按照主接线的连接（如图2），将线路开

关QF51\QF52\QF53\QF54合闸。

合闸时，在操作控制台上找到相关开关的操作按钮，按

下【红色】操作按钮为合闸，【绿色】操作按钮为分闸，同时观察监控界面。

（4）发电机同期并列：

实验系统的同期方式为自动准同期方式，发电机的同期点是发电机升压变高压侧的03QF开关；操作时，首先要保证03QF开关两侧已带电，在同期选择面板上操作【旋转按钮】选择同期对象03G,按下【同期】开关。

观察同期控制器面板中的数显和指示灯

（如图5），其中LED旋转灯显示发电机端电压和系统电压相位差，当两者相位基本相同时，并且系统侧与发电机测的电压幅值与频率接近时，按下【同期命令】操作按钮，进行发电器并网操作，当满足同期的三个条件时，同期装臵将自动合闸【03QF】开关，

则表示并网成功。

图5.HGWT-04微机准同期控制器的面板图

（5）发电机功率调节：

发电机并网成功后，通过【调速旋钮】和【励磁调节按钮】可以调节发电机输出的有功和无功功率，将有功和无功调节到额定值。

（6）短路故障点的类型选择操作：

在短路故障模拟单元中（如图6所示），转动【短路点选择旋钮】可以选择短路故

障点分别为D11、D12、D13D14,通过【短路类型选择按钮】可以设臵故障类型；本次实验选择故障点为【D12],故障类型为【三相对中性点短路】，即将AB、CN按钮按下，使其连接到一起，此时故障类型为三相接地短路。

图6.短路故障操作单元

（7）短路故障操作：

短路故障实验是通过操作【短路】按钮进行的；【短路】按钮是一个自复位按钮，

当按下【短路】按钮，表示短路开关投入，即发生短路故障。

这样操作产生的短路时间和合闸角度都是不可控的，短路时间与按下按钮的持续时间一致。

按下短路按钮并迅速

松开，进行短路故障实验。

（8）故障录波：

故障录波仪将自动记录故障时系统电压、电流波形。

记录录波仪的数据并打印故障

波形。

（9）不同故障类型及故障点的短路实验：

不同故障点和故障类型的短路实验，可以重复6-8的操作进行。

（10）发电机解列与停机操作：

发电机解列操作首先将发电机有功功率和无功功率调至零，前后断开发电机侧断路

器03QF,将发电机解列。

发电机停机操作，顺序为跳开【励磁】电源开关（绿色圆形按钮），合上【启励/灭磁】（白色方形“启励”按钮），跳开【调速】电源开关（绿色圆形按钮），合上【开/关机】（白色方形“开机令”按钮）。

（11）无穷大系统停机操作：

具体操作参考无穷大系统的启动

无穷大系统停机操作与无穷大系统启动操作相反,操作。

（12）实验系统停机：

关闭其它实验设备电源。

再依次跳

注意：

在发电机停机时，一定先要降低发电机的功率，使有功和无功功率为零。

开各断路器开关、动力电源等！

数据记录及图像：

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图7.单相短路接地故障录波示意图

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图8.两相短路接地故障录波示意图

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图9.三相短路故障录波示意图

6.实验结果和及其分析（实验结果及对出现问题的解释与分析）：

（1）实验过程中，通过监控后台获取录波波形数据。

答：

波形见上图。

（2）根据三相短路故障三相电流波形绘制包络线及直流分量，并求出基频分量iwg,?

iw和?

iw2。

由电压波形图读出短路时刻三相相位角，并分析直流分量与短路时相位角的关系，分

析不同故障类型，不同故障点的短路特性。

答：

绘制的图如下：

代入数据得:

『0.99324iw+094妣iw2=19.妙—4.2应=14.8175

；叮.亍：

勺芯iw妒込iw2二二-二“=12.6015

解得:

：

iw2=7.4707二

相位角：

从图中大致读出：

-90

（c）c相：

iw（*）=4.2785A（此时直流分量为0）

选取两个时刻：

「=0ms,l1=8.557+10.883=19.44A

T2=264.6ms,l2=13.198-0.221=12.977A

[&w+Aiw2=19.44-4.2785=15.1615

「丁“iw•「一mw2二H-[■二=12.977

-6.6914.-.

相位角：

从图中大致读出为：

120°分析：

单相短路接地时，特点：

因为Z*和Z22近似相等，所以单相短路电流大于同一点的三相短路电流，并且三相短路时，各序电流分量相等。

对于短路电压，越接近发电机处正序电压越高，越接近故障点正序电压越低。

因为正序等效电路是存在发电机电源的。

对于负序电压和零序

电压越接近故障点电压越高，越远离故障点电压越低。

特别对于零序电压发电机处为0,故

障点最高，因为在故障点有零序电源。

两相短路接地时，特点：

两相电流增大，两相电压降低，出现零序电流，零序电压，电流增大电压降低为相同两个相别。

正序电压越远离故障点越高，负序电压和零序电压越接近故障

点越高，零序电压在发电机处降为0。

三相短路时，特点：

三相电流增大，三相电压降低，出现零序电流，零序电压。

（3）理论计算不同故障类型时短路电压和短路电流的大小，与实际实验结果进行对比。

答：

由于计算时需要系统的总阻抗，但是求解变压器电抗时，并没有给出短路电压损耗值，所以无法计算。

单相短路接地运用公式：

以a相接地为例

Ufb=Ufb|0_Ufa|0|厂

k0—1

Ufc二UfC0|—Ufaiqy

k0二

两相短路接地时运用公式: