12级电气三班G组实训报告课案.docx

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12级电气三班G组实训报告课案

专业课程实训报告

题目：

电力系统综合实训

系别电气工程学院

专业班级电气3班

学生姓名

指导教师刘校明

提交日期2015年月日

课程实训（论文）总评成绩：

四号宋体

负责人签字：

四号宋体

年月日

目录

一、实训目的2

二、实验原理2

三、课题设置3

四、操作步骤12

五、程序计算部分12

5.1实训屛接线12

实训数据记录12

5.2系统上机实训13

5.2.1潮流计算程序流程图13

5.2.2系统节点图13

5.2.3利用matlab做潮流的计算14

5.2.4利用Powerworld做仿真实验21

六、数据记录及处理结论25

6.1实训屛接线数据分析及结论25

6.2系统上机实训数据分析及结论25

七、对项目的感想和建议28

一、实训目的

熟悉电力系统综合实训课程，学习MATLAB软件，PoweworldSimulator软件的使用，锻炼动手动脑，独立思考，活学现用，团队协作的能力，掌握潮流计算，潮流分析，绘图仿真等知识，培养我们提出问题，解决问题，把知识变成能力。

2、实验原理

2.1实训屏接线原理

电力系统十分庞大复杂，不可能在学校实验室进行全系统的物理模拟，只能选择一、二个典型的工程实践项目“复制”到实验室来。

实训屏以一台降压变压器和模拟一条10KV供电线路为对象，对系统的测量、控制、保护、信号、同期、中性点接地方式等从方案设计、设备选型、安装接线、试验调整、运行操作、事故分析等各个环节对学生进行全过程的工程实践训练。

实训屏装设有以下子系统：

一次系统、断路器控制信号系统、小接地电流系统、继电保护系统、电压互感器系统、电流互感器系统、电气测量系统、交直流电源系统等。

实训屏为一个标准尺寸的低压屏体，屏前开上下两扇门：

上门为仪表和控制门，下门为继电器门。

门上根据设备的尺寸开孔，可以额根据自己设计的屏面布置图自行装上设备。

屏体内安装的设备，除一次回路设备外，还有峰呜器、电铃、熔断器、电阻、电能表等二次设备。

屏内装有若干开有长孔的竖条和横条，可以方便安装或拆卸各种设备，便于扩充新的实验。

屏内的一侧竖向装有一排端子排，屏面设备和屏内设备的连接要通过端子排接线。

2.2系统上机实训原理

利用4台电机和一个电网联络柜，在相同运行条件下，各发电机的运行参数保持不变（主要为负载不变），改变网络结构（打开或关闭线路开关），观察并将结果加以分析和比较。

记录变化前，变化后各机端和线路的U、P、I、Q、cos∮以作比较。

并计算系统潮流。

其中要用到的潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态。

发电机主要为负载提供合适的功率，联络柜负责变换成不同的电力网络，而负载柜负载功率的分布以及大小。

其中会使用到电流表，功率表的显示仪器，通过仪器的数据和使用Matlab及Powerworldsimulater软件得出的数据的对比和分析，得出结论以及分析误差。

分析比较网络结构的变化对于潮流分布的影响，并对实验结果进行理论分析。

机械系统原理对机构进行运动分析的方法主要有图解法和解析法两种。

图解法存在结果出错、准确性差、作图过程繁琐等问题。

解析法需要针对给定机构建立模型、求导得出速度方程和加速度方程、再编程求解，受编程能力限制，编程时容易出错、程序调试时间较长。

这都在一定程度上影响了学习的兴趣和积极性。

由于以上原因，在学习中引入matalab中的simulink和simmechanics工具箱，利用matlab语言，对学习内容做适当调整，使我们领会和理解课程中的内容和实时处理结果。

利用其建模直观简便、我们上手快等特点。

三、课题设置

3.1实训屏接线

3.1.1断路器回路原理及接线

断路器控制回路:

控制断路器的合闸和分闸。

相当于一个大型开关，控制主回路的电源通断。

主要由接触器、断路器、中间继电器、保险丝、整理模块、电压表、控制开关等元器件构成的。

具体原理如下：

图3-1断路器控制原理图

图3-2断路器QF、接触器控制原理图

a）控制小母线：

由3QS开关提供AC220V电源，由于在断路器操作回路，接触器、继电器线圈都是以直流电启动的，所以需要一个直流整流模块，将AC220V转换成DC220V,控制小母线就是为操作回路提供DC220V电源。

b）电压表：

用来测量控制小母线的电源。

c）合闸操作：

当转换开关SA处于5、8（转换开关的位置在后面“（3）转换开关状态”有详细说明）位置，即合闸状态时，就会形成这样的回路：

+WC→1FU→SA5-8→QF（6、4）→KMC线圈→2FU→-WC，

接触器KMC线圈得电动作。

在断路器合闸回路回路中，由2QS直接提供AC380V电源，由于接触器KMC线圈得电动作，接触器的辅助触点（3、5），（6、5）就会闭合，会形成以下回路：

+Won→3FU→KMC触头→Yon线圈→KMC触头→4FU→-Won

Yon线圈得电动作，于是断路器主回路合闸，主回路导通。

由于断路器线圈启动时电流会很大（直流电压为220V时，约为100A），所以断路器合闸回路不会长时间工作，所以在合闸操作这一回路串联一个断路器的常闭辅助触点QF，当断路器线圈工作时，QF（6、4）常闭触点就会断开，由此合闸操作回路就会断电，接触器KMC线圈也会相应的失电，断路器合闸回路也相应断开。

d）跳位继电器（KTP），合位继电器（KCP）：

这两个继电器线圈在回路当中主要是要反映断路器的状态（合闸，分闸），其辅助触点在信号回路，利用指示灯来反映断路器的状态。

e）手动跳闸：

当转换开关SA处于6、7位置，即分闸状态时，就会形成这样的回路：

+WC→1FU→SA6-7→QF（3、5）→Yoff线圈→2FU→-WC

（说明：

当断路器处于合闸状态时，断路器辅助触点（3、5）是处于闭合状态，（6、4）触点是处于断开状态，接触器，继电器的原理也是一样，当接触器动作时，辅助触点的常闭触点就会变成断开，常开触点就会变成闭合状态。

）

Yoff线圈得电，触发主回路分闸，主回路断开，一切恢复原始状态。

图3-3保护出口继电器原理图

f）保护跳闸：

保护出口继电器原理图如下：

由图3-3断路器控制原理图可知，保护出口继电器KOU（2,10）触点是并联在手动跳闸回路中的，而在图3-3-4保护出口继电器原理图可以看出KOU（2,10）串联一个电流触发线圈，当控制回路电流过大，就会形成如下回路：

+WC→1FU→KOU（2,10）→QF（3、5）→Yoff线圈→2FU→-WC

断路器Yoff线圈得电动作，触发主回路分闸，主回路断开，切除故障。

而保护出口继电器KOU（8，9）线圈则串联在继保回路（后面会说明），当系统故障触发继保动作时，也会触发KOU动作，使断路器跳闸回路动作，主回路断电。

3.1.2信号回路原理及接线

断路器信号回路:

主要是反映断路器工作状态的回路。

由合位继电器、跳位继电器、信号灯、闪光灯牌组成，详细原理图如下：

图3-4断路器信号回路原理图

a）信号小母线：

断路器信号回路提供电源与控制回路一样（5FU、6FU是并联在1FU和2FU上），为+-220V。

b）跳闸指示：

当转换开关处于SA（11，10）位置时（即跳闸状态）时，断路器操作回路形成以下回路：

+WC→1FU→KTP（7，8）→KMC（11，12）→QF（6，4）→KMC线圈→2FU→-WC

所以KTP（跳位继电器）线圈得电，其辅助触点在信号回路就会动作，由常开转换成闭合，在信号回路形成以下回路：

（说明：

由于KTP线圈与KMC线圈串联，在上面的回路中，KTP线圈分掉大部分电压，所以KMC线圈不会动作，不会触发合闸回路）

+WC→5FU→SA11-10→KTP（9，11）→R→HGn→6FU→-WC绿灯HGn亮。

当转换开关处于SA（9,10）状态（预备合闸）时，由于还没有合闸，QF（6，4）辅助触点还处于闭合状态，所以KTP（跳位继电器）线圈还是处于得电状态，由于在开关的SA的9和14端串联了一个闪光继电器（闪光小母线（WFL+）），所以在预备合闸状态时，绿灯会不断闪光，预告要准备合闸。

回路如下：

（+）WFL→SA9-10→KTP（9，11）→R→HGn→6FU→-WC绿灯HGn闪光。

c）合闸指示：

当转换开关处SA（16，13）状态（合闸）时，QF（3，5）辅助触点由常开转换成闭合，断路器操作回路形成以下回路：

+WC→1FU→KCP（7，8）→QF（3，5）→Yoff线圈→2FU→-WC

所以KCP（合位继电器）线圈得电，其辅助触点在信号回路就会动作，由常开转换成闭合，在信号回路形成以下回路：

（说明：

由于KCP线圈与Yoff线圈串联，在上面的回路中，KCP线圈分掉大部分电压，所以Yoff线圈不会动作，不会触发跳闸）

+WC→5FU→SA16-13→KCP（9，11）→R→HRd→6FU→-WC红灯HRd亮。

当转换开关处于SA（13,14）状态（预备跳闸）时，由于还没有跳闸，QF（3，5）辅助触点还处于闭合状态，所以KCP（跳位继电器）线圈还是处于得电状态，由于在开关的SA的9和14端串联了一个闪光继电器（闪光小母线（WFL+）），所以在预备跳闸状态时，红灯会不断闪光，预告要准备跳闸。

回路如下：

（+）WFL→SA13-14→KCP（9，11）→R→HRd→6FU→-WC红灯HRd闪光

d）操作回路断线：

在音响回路接入中合闸位置继电器KCP和跳闸位置继电器KTP的常闭触点；正常时KCP和KTP的常闭触点只有一个是接通的（要不就跳闸，要不就合闸），因此操作回路断线回路是断开的。

如果控制回路电源消失、合闸状态时候跳闸回路断线、跳闸状态时合闸回路断线，会使位置继电器KCP和KTP都返回，使两继电器的常闭接点都接通，使光字牌HR亮，并通过中央预告信号（WAS预告小母线，在后面预告信号回路会说明）装置发出音响信号（电铃）。

由于QF（6,4）与QF（3,5）互锁，故KCP和KTP自动实现互锁。

即正常只一个触点通。

回路如下：

+WC→5FU→KTP（2，10）→KCP（2，10）→1HR→WAS→5KS线圈→-WC光牌亮，绿色蜂鸣器响

e）事故音响回路：

当转换开关处于合闸后这一状态是，其触点（1,3），（19,17）会是导通的，当系统发生故障，触发断路器跳闸时（即QF（6，4）会转换成常闭状态）,KTP线圈得电，会使KTP（13，15）辅助触点闭合，触发WFA事故音响信号小母线（后面事故信号小母线回路会说明），形成以下回路：

+WC→5FU→SA（1，3）→SA（19，17）→KTP（13，15）→1R→WFA→4KS线圈→-WC红色蜂鸣器响

3.1.3中央信号回路原理及接线

中央信号回路:

与断路器信号回路相连，一起构建系统的信号回路，在准确反映系统工作状态同时，当系统所有电气设备或电力系统发生异常情况时，都是由它及时、准确地发出指令和信号。

信号装置按用途可以分为以下四类：

1．位置信号：

位置信号用来表示开关电器和设备的状态。

（如断路器信号回路）

2．事故信号：

事故信号用来在电气设备和发电机组发生事故或严重不正常情况时，及时向运行人员报警。

3．预告信号：

预告信号用来在在电气设备和发电机组发生不正常情况时，向运行人员报警。

响应应有一定的延时，因为有些异常情况是瞬时性的，有些回路在切换过程中也可能误发信号，加上延时，可以避免发出音响信号。

4．指挥信号：

发电厂中的指挥信号是用以传达车间之间的操作命令的。

其中：

事故信号与预告信号装置由于是安放在中控室中，因此也称为中央信号。

由音响复归中间继电器、音响自动复归继电器、事故音响信号继电器、预告音响信号继电器、事故音响、预告音响、事故音响试验按钮、预告音响试验按钮、音响复位按钮组成。

图3-5中央信号原理图

详细原理如下：

a）信号小母线：

中央信号回路提供电源与控制回路一样（7FU、8FU是并联在5FU和6FU上），为+-220V。

b）事故试验：

1SB按钮为事故音响试验按钮，当闭合1SB按钮是就会形成如下回路：

+WC→7FU→1SB→2R→4KS线圈→8FU→-WC

事故音响信号继电器（4KS）线圈的电动作，4KS（6，2）常开触点闭合，4KS（5,1）常开触点闭合。

形成如下回路：

+WC→7FU→4KS（6，2）→KC（2，10）→1HAL→8FU→-WC事故音响响（红色蜂鸣器）

在断路器发生事故故障时，也会通过WFA（事故音响信号回路）小母线触动事故音响。

回路如下：

+WC→5FU→SA（1，3）→SA（19，17）→KTP（13，15）→1R→WFA→4KS线圈→-WC

c）手动复位：

1SR为音响复位按钮，在事故音响在发出声响的时候，4KS（5,1）还是在闭合状态（信号继电器一旦动作，触点就会一直保持导通，要手打复位才会触点才会断开），闭合1SR会形成如下回路：

+WC→7FU→4KS（5，1）→1SR→KC线圈→8FU→-WC

音响复位中间继电器KC线圈得电动作，使KC（2，10）由常闭转换为断开，KC（9，11）由常开转为闭合，KC（4,14）由常闭转换为断开，故有以下回路：

+WC→7FU→4KS（5，1）→KC（9,11）→KC线圈→8FU→-WCKC线圈自锁

由于KC线圈自锁，所以KC线圈一直得电，使KC（2，10）一直断开，故事故音响会停止发响。

d）自动复位：

当事故音响在发响时，4KS（5，1）还是在闭合状态，会有以下回路：

+WC→7FU→4KS（5，1）→KC（4,14）→3KT线圈→8FU→-WC

时间继电器（3KT）线圈得电动作，其延时触点达到整定时间后，3KT（4,12）触点闭合，会有以下回路：

+WC→7FU→4KS（5，1）→3KT（4,12）→KC线圈→8FU→-WC

KC线圈动作，音响停止发响。

e）预告试验：

预告试验与事故试验的工作原理基本一致，由于预告信号具有一定的延时性，所以在5KS（预告音响信号继电器）并联一个电容，当电容充完电时，5KS才会动作，所以音响具有一定的延时性。

通过WAS（预告音响小母线）与操作信号回路相连，原理与事故的也一致。

手动、自动复位由于5KS（5，1）、与4KS（5,1）共用所以原理也是一致的。

f）闪光继电器：

其原理在前面有说明，这里通过WFL（闪光小母线）与断路器信号回路相连，其电位的高低使1HGn和1HRd闪烁。

3.2系统上机实训

3.2.1现有任务

在整个微型电网中，三台发电机充当电源，联络柜充当输电,用电的的控制媒介，通过380V市网作为参考电压，先将发电机并入市网，再从市网断开，使3台发电机机组独立形成一个小型电力系统网络。

3.2.2系统网络选择

图3-6系统网络

设定：

FC1接口带上800W可调负载

FC3接口带上600W可调负载

FC6接口带上650var无功负载

对应地

G1要出力600W

G2要出力500W,无功350Var

G4要出力300W，无功300Var

3.2.3分析方法

1、投、切负荷对系统潮流的影响：

在相同的网络结构下向投入或切除一定负荷，观察并记录系统中运行参数的变化并将结果加以分析比较。

注意要记录变化前，变化后各机端和线路的U、P、I、Q、cos￠以作比较。

计算系统潮流。

分析比较地方负荷投切对于潮流分布的影响，并对实验结果进行理论分析。

2、机组线路断开对电网稳定性的影响：

在相同网络结构，运行状态下，突然断开一条线路，观察并记录好该时候各机端和线路的U、P、I、Q、cos￠和电机的转速和频率，定性分析线路突然断开对电网稳定性的影响。

四、操作步骤

4.1实训屏接线步骤

熟悉机组操作→机组接线→机组检查→机组调试、实验数据记录→整理分析数据

4.2系统上机实训步骤

熟悉机组操作→按要求编写实训方案→上机实操，组员各施其职→用软件处理分析数据

五、程序计算部分

5.1实训屛接线

实训数据记录

表5-1各种运行方式下信号灯的情况

SA位置

合闸

预备跳闸

跳闸后

预备合闸

合闸后

跳闸

跳闸后

合闸后

1HRd

红亮

红闪

不亮

不亮

红亮

不亮

不亮

红亮

2HGn

不亮

不亮

绿亮

绿闪

不亮

绿亮

绿亮

不亮

表5-2熔断器熔断时的故障现象

故障类型

故障现象

1

1FU熔断

故障灯亮，不能合闸

2

5FU熔断

预备合闸断路器的绿灯闪，合闸后全灭。

预备跳闸红灯闪，跳闸后全灭

3

1FU、5FU熔断

所有状态全灭

4

1FU、6FU熔断

所有状态全灭

5.2系统上机实训

5.2.1潮流计算程序流程图

图5-1潮流计算程序流程图

5.2.2系统节点图

图5-2原始系统节点图

5.2.3利用matlab做潮流的计算

1、投切负荷对系统潮流的影响

①、原始系统潮流计算

（1）原始系统输入数据

图5-3节点数据输入

图5-4线路数据输入

（2）潮流计算结果

图5-5原始数据潮流计算结果

（3）结果分析

从图5-5的matlab分析结果中，从得出来的电压矩阵中可以看到节点1到节点4的电压分别为410V、410V、410V、407V。

从得出来的电流矩阵中可以得出各线路如下表5-3所示。

表5-3原始数据各线路的电流

线路

1

2

3

4

电流

2.756

1.731

1.142

1.381

②、增加200w负荷后潮流计算

（1）增加200w负荷后数据输入

图5-6增加200w负载后数据输入

图5-7线路数据输入

（2）潮流计算结果

图5-8增加200w负荷后潮流计算

（3）结果分析

从图5-8的matlab分析结果中，从得出来的电压矩阵中可以看到节点1到节点4的电压分别为410V、410V、409V、407V。

从得出来的电流矩阵中可以得出各线路如下表5-4所示。

表5-4增加200w负载后各线路的电流

线路

1

2

3

4

电流

3.860

2.420

1.232

1.230

③、减少200w负荷后潮流计算

（1）减少200w负荷后数据输入

图5-9减少200w负荷后数据输入

图5-10线路数据输入

（2）潮流计算结果

图5-11减少200w负荷后潮流计算

（3）结果分析

从图5-11的matlab分析结果中，从得出来的电压矩阵中可以看到节点1到节点4的电压分别为410V、410V、410V、407V。

从得出来的电流矩阵中可以得出各线路如下表5-5所示。

表5-5减少200w负载后各线路的电流

线路

1

2

3

4

电流

2.520

1.657

1.042

1.392

2、机组线路断开对电网稳定性的影响

①、原始系统潮流计算

（1）原始系统输入数据

图5-12节点数据输入

图5-13线路数据输入

（4）潮流计算结果

图5-14原始数据潮流计算结果

（5）结果分析

从图5-14的matlab分析结果中，从得出来的电压矩阵中可以看到节点1到节点4的电压分别为410V、410V、410V、407V。

从得出来的电流矩阵中可以得出各线路如下表5-6所示。

表5-6原始数据各线路的电流

线路

1

2

3

4

电流

2.756

1.731

1.142

1.381

②、把机组的连接开关切断，保持总负荷不变

（1）机组线路断开的数据输入

图5-15机组线路断开的数据输入

图5-16线路数据输入

（2）潮流计算结果

图5-17潮流计算结果

（3）结果分析

从图5-17的matlab分析结果中，从得出来的电压矩阵中可以看到节点1到节点4的电压分别为410V、410V、408V、406V。

从得出来的电流矩阵中可以得出各线路如下表5-7所示。

表5-7机组线路断开各线路的电流

线路

1

2

3

4

电流

2.896

1.518

1.217

1.509

3、潮流计算结果分析

原始负荷的matlab潮流分析得出的数据表5-3分别与增加200w负荷的matlab潮流分析得出的数据表5-4和减少200w负荷的matlab潮流分析得出的数据表5-5进行分析比较，可以看出增加负荷时线路电流增大，减少负荷时线路电流减小。

原始负荷的matlab潮流分析得出的数据表5-6与机组线路断开的matlab潮流分析得出的数据表5-7进行分析比较，线路电流有所增加。

这些也和实验得出的结果一致。

这为下面将会做基于Powerworld仿真潮流计算的分析做比较。

5.2.4利用Powerworld做仿真实验

1、原始系统仿真图及数据

（1）原始系统仿真图

图5-18原始系统接线图

（2）结果分析

从图5-18的仿真图中，我们可以看出各线路的电流情况和各节点上功率的分布情况。

线路1到线路4的电流数值如下表5-8。

表5-8原始数据各线路的电流

线路

1

2

3

4

电流

2.740

1.685

1.163

1.370

从matlab中得出的各线路的电流值如表5-3和我们仿真系统得出的电流值和表5-8相近。

1、增加200w负荷仿真图及数据

（1）增加负荷仿真图

图5-19增加负荷接线图

（2）结果分析

从图5-19的仿真图中，我们可以看出各线路的电流情况和各节点上功率的分布情况。

线路1到线路4的电流数值如下表5-9。

表5-9增加200w负荷各线路的电流

线路

1

2

3

4

电流

3.780

2.451

1.242

1.250

从matlab中得出的各线路的电流值如表5-4和我们仿真系统得出的电流值和表5-9相近。

2、减少200w负荷仿真图及数据

（1）减少负荷仿真图

图5-20减少负荷仿真图

（2）结果分析

从图5-20的仿真图中，我们可以看出各线路的电流情况和各节点上功率的分布情况。

线路1到线路4的电流数值如下表5-10。

表5-10减少200w负荷各线路的电流

线路

1

2

3

4

电流

2.510

1.665

1.052

1.380

从matlab中得出的各线路的电流值如表5-5和我们仿真系统得出的电流值和表5-10相近。

3、机组线路断开仿真图及数据

（1）机组线路断开仿真图

图5-21机组线路断开仿真图

（2）结果分析

从图5-21的仿真图中，我们可以看出各线路的电流情况和各节点上功率的分布情况。

线路1到线路4的电流数值如下表5-11。

表5-11机组线路断开各线路的电流

线路

1

2

3

4

电流

2.872

1.524

1.225

1.497

从matlab中得出的各线路的电流值如表5-7和我们仿真系统得出的电流值和表5-11相近。

六、数据记录及处理结论

6.1实训屛接线数据分析及结论

通过对实训屛上电调试，发现实验现象实验结果与预想的相符，因此验证