实验一 发电机组的基本操作

1． 实验目的

   掌握发电机的启动、并网、增减负荷、解列停机等基本操作。

2．实验要求

（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。

3．         实验原理

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）发电机的频率应与电网相同；

（3）发电机的激磁电动势应与电网电压 大小相等、相位相同；

上述三个条件中，第一个条件必须满足，其它两个允许稍有出入。

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，和之间便有相对运动，两相量间的相角差将在0~360⁰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5~8

倍。

      

                   (a)                    (b)

     图1-1 发电机投入并联时的情况  (a)和大小不等；(b) 和相位不同

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。

把发电机调整到完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。

4．内容与步骤

    4.1、准备工作：

   4.2、开机、调速、励磁、并网、增减负荷操作：

   4.3、解列、停机的基本操作：

5．  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）自同期操作方法及优缺点是什么？

实验二发电机有功、无功调节

1.    实验目的

    熟悉电力系统正常运行方式下主要物理量之间的关系。

2.   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：

                                        （2-1）

可知转子加速，功角δ增大。上式中，δ是电角速度ω与同步电角速度ω₀的夹角，称为功角；T_J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；P_T为转子上的机械功率；P_E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，δ角才能稳定。根据隐极发电机的功-角特性：

                                          （2-2）

当电势Eq是常数时，有功负荷变化决定于δ角，其轨迹是一个以C为圆心，Eq为半径的圆弧，如图2-1（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，功率角δ增大，直至δ=90⁰，电磁功率达到最大。反之，输出的有功功率减小时，δ角相应减小。

 

            δ₂            

       δ₁                                           

       ψ ₁                                                              

         ψ₂        

                     

      图2-1（a）Eq为常数，P变化时         图2-2（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

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P_E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X_s均为定值所以有：

                         （2-3）

图2-2（b）为当满足式（2-3），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I_f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，但因为E₀sinδ=常数，故的端点应落在水平线AB上。相应地电枢电流变为，但因为，故的端点落在垂线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。

3.    实验内容与步骤

（1）不投自动励磁调节器，调整系统电压=400V左右，发电机高压侧电压=400V左右，并网后，在不改变励磁的情况下，调节有功，分别记录P=0，1，2，3，4，5kW左右时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2-1  P与各电量的关系

（2）不投自动励磁调节器，调整系统电压=400V左右，发电机高压侧电压=400V左右，并网后，调节发电机有功功率P=3kW左右，然后在不调原动机的情况下，调节励磁，分别记录Q=0，1，2，3，4kVar左右时发电机控制屏上各仪表的显示值，填入下表。

  表2-2  Q与各电量的关系

4.    思考题

（1）为什么增加有功功率时，无功功率会下降。

（2）请解释发电机高压侧电压随P增加而下降的原因。

（3）说明在原动机进汽量不变时，励磁电流I_f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时要分别增开汽门和增加励磁？

 

实验三 电力系统故障分析

1．实验目的

（1）掌握分析输电线路故障性质的方法。

（2）掌握各种故障（线路故障、发电机、变压器故障）对电力系统产生的影响。

2．实验要求

（1）严格遵守实验室的各种规章制度。

（2）熟悉输电线路故障的相关知识。

（3）熟悉动模实验室模拟故障控制系统的基本构成及操作。

3．实验原理

凡造成电力系统运行不正常的任何连接和情况称为电力系统的故障。电力系统故障的类型很多，主要有以下几种：

      

实验用原型系统如图3-1所示，发电机通过输电线路与无穷大系统相连。线路1、2两端均装有PT和CT，来测量线路始端和末端的电压和电流，用以分析线路的故障地点和故障性质。

   输电线路故障分析程序可以大致包括数据采集和故障相别、性质的分析两部分；

 

             

                                 图3-1 实验用系统接线

4．实验内容与步骤

（1）按照原理图接线。

（2）经检查无误后，给系统送电。

（3）开动发电机，与系统同期并列运行。

（4）设置故障，启动故障录波器录波。

（5）分析故障对系统产生的影响：边界条件，对发电机、线路电压、线路电流的影响。

（6）打开波形图，记录实验数据，观察是否与分析相符，填写实验报告。

5．  实验报告、

      见附表3-1。

6．思考题

1.      输电线路经电弧电阻接地时，电弧电阻的存在对故障点距离的测定会有什么影响？(继电保护方   向)

2.      有时波形图上有严重的谐波，这些谐波从何而来？

3.      电力系统故障时，系统频率往往偏离50Hz，这样会对故障点距离测定产生什么影响？

4.          电力系统短路时短路电流中包含有衰减的直流分量，这对CT的测量输出会不会产生误差，如   果有，是什么误差。*

5.          在同样条件下，单相接地、两相接地、三相故障哪种故障短路电流最大？为什么？

表3-1 短路故障实验纪录

第二篇：国网山东大学-电力系统及其自动化

题号选择题123xxxxxxxxxxxx31415161xxxxxxxxxxxx24252627282930填空题123xxxxxxxxxxxx314

151617181920问答题

题目

对于500kV线路，一般悬挂的瓷绝缘子片数为______。A．24 B．26 C．28 D.30架空线路结构中不包括（）。A.绝缘层；B.避雷线；C.绝缘子；D.金具

在110kV～220kV系统中，为绝缘配合许可的相对地操作过电压的倍数为______。A．4.0倍 B．3.5倍 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？A.大雾 B.毛毛雨 C.凝露 D.大雨

电力系统一次调频的响应时间为（ ）。A、1-5秒 B、5-10秒 C、2-20秒 D、10-50秒

优化系统中无功功率电源分布的目的是（ ）A、提高系统电压水平 B、提高系统频率水平 C、降（ ）系统中供电可靠性高，同时对系统的绝缘水平要求也高。A、大电流接地 B、直接接地 C、电力系统中性点经消弧线圈接地时，一般采用（ ）方式。A、欠补偿 B、过补偿 C、不补偿 D、在保证动作可靠动作的前提下，对于联系不强的220kV电网，重点应防止保护无选择性动作；对电力系统负荷的最优分配是按照（ ）来进行分配。A、煤耗量 B、煤耗量微增率准则 C、等耗量电力系统一次调频的响应时间为（ ）。A、1-5秒 B、5-10秒 C、2-20秒 D、10-50秒

鉴别波形间断角的差动保护，是根据变压器（ ）波形特点为原理的保护。A、外部短路电流 B、电力系统在发生故障或断开线路等大的扰动后仍能保持同步稳定运行，我们称之为系统（）。A电力系统发生振荡时（）不会发生误动作。A.相间距离保护；B.分相电流差动保护；C.电流速断下列电气设备中属于二次设备的是（）A.开关电器；B.载流导体；C.接地装置；D.继电保护及自下列何种装置能够限制短路电流（）。A.电抗器；B.隔离开关；C.断路器；D.接地线

220kV架空线路绝缘子数目不少于（）片。A.7;B.10;C.13;D.25

不属于调整控制潮流的手段的是（）。A.串联电容；B.串联电抗；C.附加串联加压器；D.并联电PV节点的未知量是（）A.等值负荷有功功率；B.等值电源有功功率；C.节点电压相角；D.节点电（ ）系统中供电可靠性高，同时对系统的绝缘水平要求也高。A、大电流接地 B、直接接地 C、从保护原理上讲，受系统振荡影响的保护有（）。A.距离保护B.相间阻抗保护C.电流纵差保护D下列哪个类型不是三绕组变压器三个绕组的容量比（）。A.100/100/100;B.100/50/100;C.100/小城镇的供电负荷属于（）级负荷。A.一；B.二；C.三；D.四

变压器损耗中，电阻中损耗即（ ）。A.铜耗；B.铁耗；C.空载损耗；D.短路损耗

变压器励磁涌流与变压器充电合闸初相角有关，当初相角为（ ）时励磁涌流最大。A 、0° B、不属于调整控制潮流的手段的是（ ）。A.串联电容；B.串联电抗；C.附加串联加压器；D.并联鉴别波形间断角的差动保护，是根据变压器（ ）波形特点为原理的保护。A、外部短路电流 B、通常指的长线路是长度超过（）km的架空线路。A.100;B.200;C.300;D.500

发电机失磁后，需从系统中吸收（ ）功率，将造成系统电压下降。A、有功和无功 B、无功 C、下列属于有无备用接线方式的是（）。A.双回放射式；B.单回干线式；C.双回干线式；D.两端供波传输时，发生衰减的主要原因是______、______、______。

电流互感器二次回路不能（），电压互感器二次回路不能（）。

发电机所能供应的无功功率可由他们的（）图确定。

电力系统（）是指系统在某个运行状态突然受到大的干扰后，能否经过暂态过程达到新的运行状我国电力系统10kV电压等级的平均额定电压为（）kV。

电压等级较高的系统中，中性点一般采用（ ）方式。

中性点装设消弧线圈的目的是通过消弧线圈的（）电流补偿接地故障时的（）电流，减小故障电电力系统对继电保护的基本性能要求有（）、（）、（）、（）。

电网中装设有方向元件的过流保护是为了保证动作的（）。

发电机变压器组中发电机中性点装设消弧线圈后，此时的消弧线圈通常采用（）补偿方式。线路始端电压为额定电压的（）。

当输送功率小于自然功率时，末端电压（）始端电压。

500kV升、降压变电站中一般采用的接线方式是（）。A.单元接线；B.桥型接线；C.单母分段接110kV及以上电网的中性点均采用（）接地方式。

标幺值=（）/（）

母线的作用是（）和（）电能。

电力线路按照结构可以分为（）线路和（）线路两大类。

不接地系统发生单相故障时，非故障相对地电压升高为相电压的（）倍。

电能质量包含了（），（），（）三个方面。

高压输电线电阻远小于电抗，改变网络中节点电压的大小，主要是改变系统（）的分布；改变节我国电力系统中性点接地方式有几种？

难度11xxxxxxxxxxxx2121122122231

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