《电力系统分析》课程教学实验指导书

《电力系统综合实验》 实验指导书 张宁主编 前言 1.实验目的 该课是为了适应现代化电力系统对宽口径“复合型”高级技术人才的需要而设置 的一个教学环节。通过该环节的学习，可以帮助学生进一步认识电力系统的各种物理现 象并增强对电力系统相关课程理论的理解：可以培养学生的实际操作能力，分析问题和 解决问题的能力。 2.适用专业 总夫他红级 电路理论、电机学、线性代数、自动控制理论、电力系统分析基础、电力系统暂态 分析、电力系统稳定 (2)PS-5G型电力系统微机监控实验台，一台： (3)打印机一部。 5。实验总体要求 (1)对教师的要求： )教师要自己动手做所有的实验 2)在实验开始的前一周，指导实验的教师要将与实验有关的文件上传到校园网的

《电力系统综合实验》 实 验 指 导 书 张宁主编 前 言 1． 实验目的 该课是为了适应现代化电力系统对宽口径“复合型”高级技术人才的需要而设置 的一个教学环节。通过该环节的学习，可以帮助学生进一步认识电力系统的各种物理现 象并增强对电力系统相关课程理论的理解；可以培养学生的实际操作能力，分析问题和 解决问题的能力。 ⒉ 适用专业 电气工程及其自动化专业 ⒊ 先修课程 电路理论、电机学、线性代数、自动控制理论、电力系统分析基础、电力系统暂态 分析、电力系统稳定 4. 实验仪器 （1）WDT-III 型电力系统综合自动化实验台，三台； （2）PS-5G 型电力系统微机监控实验台，一台； （3）打印机一部。 5. 实验总体要求 （1）对教师的要求： 1)教师要自己动手做所有的实验； 2）在实验开始的前一周，指导实验的教师要将与实验有关的文件上传到校园网的

电子课堂，并通知学生下载： 3)实验开始前，给学生讲实验的任务，纪律要求，实验要求等。 (2)对学生的要求 1)实验前要预习实验内容： 2)实验时遵守实验室的规章制度，不要违反实验设备的操作规程： 3)认真做记录和观察实验现象，实验后整理数据，分析原因，回答思考题。 6.木实验的重点、难占及教学方法津议 对教学方法的建议：将课堂知识与实验内容联系起来，启发学生积极思考，用于动手做 实验，自己设计一些实验方案。 实验一同步发电机准同期并列实验 一、实验目的 1加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件 二、实验内容 1.机组启动与建压后，将“同期方式”旋钮旋转至“手动”方式，进行手动准同期并 列实验： 2,将“同期方式”转换开关置“半自动”位置，进行半自动准同期并列实验 3。将“同期方式”转换开关置“自动”位置，进行自动准同期并列实验 4.同步发电机与系统解列后，进行停机实验。 三、实验原理 将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合 闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间 原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列 操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。根据并列操作 的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。 手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点（同相点时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间， 实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。 自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定 准同期制器根据定的允许压差和允许频差，不地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时 闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲

电子课堂，并通知学生下载； 3)实验开始前，给学生讲实验的任务，纪律要求，实验要求等。 （2）对学生的要求： 1）实验前要预习实验内容； 2）实验时遵守实验室的规章制度，不要违反实验设备的操作规程； 3）认真做记录和观察实验现象，实验后整理数据，分析原因，回答思考题。 6.本实验的重点、难点及教学方法建议 六个实验内容都是重点。 难点是学生不能把理论课的知识转化为实践操作以及对实验数据的分析。 对教学方法的建议：将课堂知识与实验内容联系起来，启发学生积极思考，用于动手做 实验，自己设计一些实验方案。 实验一 同步发电机准同期并列实验 一、实验目的 1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件； 2．掌握微机准同期控制器及模拟式综合整步表的使用方法； 3．熟悉同步发电机准同期并列过程； 二、实验内容 1．机组启动与建压后，将“同期方式”旋钮旋转至“手动”方式，进行手动准同期并 列实验； 2．将“同期方式”转换开关置“半自动”位置，进行半自动准同期并列实验； 3．将“同期方式”转换开关置“自动”位置，进行自动准同期并列实验； 4．同步发电机与系统解列后，进行停机实验。 三、实验原理 将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。准同期并列要求在合 闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间 原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列 操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。根据并列操作 的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。 手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点(同相点)时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间， 实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。 自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。 准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时 闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲

同期装置一般在发电机端的电压和频率与系统侧电压和频率相差不大时投入，而在同期结束后 就可退出运行： 四、实验步骤和要求 (一)机组启动与建压 1。拾查调速器上“模拟调背”申位婴指针是否指在0位置，加不在应调到0位置： 2.合上操作电源开关 检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄 调速器上“并网”灯和“微机故障”灯均为熄灭状态，“输出零”灯亮： 3.按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮： 4.励磁调节器选择它励、恒吓运行方式，合上励磁开关： 5.把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置： 6.合上系统电压开关和线路开关Q1,Q3,检查系统电压接近额定值380V 7。合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机 到额定转速： 8.当机组转速升到95%(47.5册z)以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与 系统电压相等。 (二)观察与分析 1.操作调速器上的“增速”或“减速”按钮调整机组转速，记录微机准同期控制器显 示的发电机和系统频率。观察并记录旋转灯光整步表上灯光旋转方向及旋转速度与 频差方向及频差大小的对应关系 2。将“同期方式”旋旋转至手动”方式，观察并记录不同频差方向，不同频差大 小时的模拟式整步表的指针旋转方向及旋转速度、频率平衡表指针的偏转方向及偏 转角度的大小的对应关系： 3。操作励磁调节器上的“增磁”或“减磁”按钮，调节发电机端电压，观察发电机端 电压的变化，并记录不同电压差方向、不同电压差大小时的模拟式电压平衡表指针 的偏转方向和偏转角度的大小的对应关系： 4.调节转速和电压，观察并记录微机准同期控制器的频差闭锁、压差闭锁、相差闭锁 灯亮和熄灭的规律： (三)手动准同期 本实验利用同期装置观察发电机和系统侧的电压，频率，相角差信号，并手动调节发 电机的电压和频率，在满足压差和频差的条件下，目测相角差，人工操作合闸并列 1.按准同期并列条件合闸 将“同期方式”转换开关置“手动”位置。在这种情况下，要满足并列条件，需要手动 调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时， 手动操作合闸按纽进行合闸。操作过程如下： 1,观察微机准同期控制器上显示的发电机电压和系统电压，相应操作微机励磁调节器 上的“增磁”或“减磁”按钮讲行调压，直至“压差闭锁”灯按灭。 2。观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的 “增速”或“减速”按钮进行调速，直至“频差闭锁”灯熄灭

同期装置一般在发电机端的电压和频率与系统侧电压和频率相差不大时投入，而在同期结束后 就可退出运行。 四、实验步骤和要求 （一）机组启动与建压 1．检查调速器上“模拟调节”电位器指针是否指在 0 位置，如不在则应调到 0 位置； 2．合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：各开关信号灯应绿灯亮、红灯熄。 调速器上“并网”灯和“微机故障”灯均为熄灭状态，“输出零”灯亮； 3．按调速器上的“微机方式自动/手动”按钮使“微机自动”灯亮； 4．励磁调节器选择它励、恒 UF 运行方式，合上励磁开关； 5．把实验台上“同期方式”开关置“断开”位置； 6．合上系统电压开关和线路开关 QF1，QF3，检查系统电压接近额定值 380V； 7．合上原动机开关，按“停机/开机”按钮使“开机”灯亮，调速器将自动启动电动机 到额定转速； 8．当机组转速升到 95%（47.5Hz）以上时，微机励磁调节器自动将发电机电压建压到与 系统电压相等。 （二）观察与分析 1．操作调速器上的“增速”或“减速”按钮调整机组转速，记录微机准同期控制器显 示的发电机和系统频率。观察并记录旋转灯光整步表上灯光旋转方向及旋转速度与 频差方向及频差大小的对应关系； 2．将“同期方式”旋钮旋转至“手动”方式，观察并记录不同频差方向，不同频差大 小时的模拟式整步表的指针旋转方向及旋转速度、频率平衡表指针的偏转方向及偏 转角度的大小的对应关系； 3．操作励磁调节器上的“增磁”或“减磁”按钮，调节发电机端电压，观察发电机端 电压的变化，并记录不同电压差方向、不同电压差大小时的模拟式电压平衡表指针 的偏转方向和偏转角度的大小的对应关系； 4．调节转速和电压，观察并记录微机准同期控制器的频差闭锁、压差闭锁、相差闭锁 灯亮和熄灭的规律； （三）手动准同期 本实验利用同期装置观察发电机和系统侧的电压，频率，相角差信号，并手动调节发 电机的电压和频率，在满足压差和频差的条件下，目测相角差，人工操作合闸并列。 1．按准同期并列条件合闸 将“同期方式”转换开关置“手动”位置。在这种情况下，要满足并列条件，需要手动 调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时， 手动操作合闸按钮进行合闸。操作过程如下： 1．观察微机准同期控制器上显示的发电机电压和系统电压，相应操作微机励磁调节器 上的“增磁”或“减磁”按钮进行调压，直至“压差闭锁”灯熄灭。 2．观察微机准同期控制器上显示的发电机频率和系统频率，相应操作微机调速器上的 “增速”或“减速”按钮进行调速，直至“频差闭锁”灯熄灭

3.此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至0°位置（正 中)前某一合适时刻时，即可合闸。观察合闸时的冲击电流 2。偏离准同期并列条件合间 本实验项目仅限于实验室进行，不得在电厂机组上使用！：！ 实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况（下标F表示 发电机，下标X表示系统)： (1)电压差相角差条件满足，频率差不满足，在><时手动合闸，观察并记 录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，以及冲击电流 的大小，分别填入表1：注意：频率差不要大于0.5H忆。 (2)频率差相角差条件满足，电压差不满足，V>V和V<W时手动合闸，观察并记录 实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，以及冲击电流1，的 大小，分别填入表1：注意：电压差不要大于额定电压的10%。 (3)频率差电压差条件满足，相角差不满足，顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸 观察并记录实验台上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，以及冲击 电流I.的大小，分别填入表1-1。注意：相角差不要大于30度。 表1-1 f.>ff<f V.>V V<V 超前 滞后 P(kW) Q (kVAR) I.(A) 注：有功功率P和无功功率Q也可以通过微机励磁调节器的显示观察。 (四)半自动准同期 将“同期方式”转换开关置“半自动”位置，按下准同期控制器上的“同期”按钮即向 准同期控制器发出同期并列命令，此时，同期命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快。准同湖 控制器将给出相应操作指示信息，运行人员可以按这个指示进行相应操作。调速调压方法同 手动准同期。“频差闭锁”时调节调速器上的“增速”或“减速”按钮：“压差闭锁”时调节 励磁控制器上的“增磁”或“减磁”按钮：“相差闭锁”时调节“增速”或“减速”按就增 大相对运动，使得尽快减小相差闭锁后再调节“增速”或“减速”按钮使之接近同步速。 当压差、频差条件满足时，整步表上旋转灯光旋转至接近0°位置时，整步表圆盘中心 灯亮，表示全部条件满足，准同期控制器会自动发出合闸命令，“合闸出口”灯亮，随后 灯亮，表示己经合闸。同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复正常闪烁，进入待命状态。 (五)全自动准同期 将“同期方式”转换开关置“全自动”位置：按下准同期控制器的“同期”按钮，同期 命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快，此时，微机准同期控制器将自动进行均压、均频控制 并检测合闸条件，一旦合闸条件满足即发出合闸命令。 在全自动过程中，观察当升速”或降速”命令指示灯完时。调速器上有什么反应 当“升压”或“降压”命令指示灯亮时，微机励磁调节器上有什么反应。当一次合闸过程完 毕，控制器会自动解除合闸命令，避免二次合闸：此时同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复 正常闪烁

3．此时表示压差、频差均满足条件，观察整步表上旋转灯位置，当旋转至 0º 位置（正 中）前某一合适时刻时，即可合闸。观察合闸时的冲击电流。 2．偏离准同期并列条件合闸 本实验项目仅限于实验室进行，不得在电厂机组上使用！！！ 实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况（下标 F 表示 发电机，下标 X 表示系统）： （1）电压差相角差条件满足，频率差不满足，在 fF>fX 和 fF<fX 时手动合闸，观察并记 录实验台上有功功率表 P 和无功功率表 Q 指针偏转方向及偏转角度大小，以及冲击电流 Im 的大小，分别填入表 1；注意：频率差不要大于 0.5HZ。 （2）频率差相角差条件满足，电压差不满足，VF>VX 和 VF<VX 时手动合闸，观察并记录 实验台上有功功率表 P 和无功功率表 Q 指针偏转方向及偏转角度大小，以及冲击电流 Im 的 大小，分别填入表 1；注意：电压差不要大于额定电压的 10%。 （3）频率差电压差条件满足，相角差不满足，顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸， 观察并记录实验台上有功功率表 P 和无功功率表 Q 指针偏转方向及偏转角度大小，以及冲击 电流 Im 的大小，分别填入表 1-1。注意：相角差不要大于 30 度。 表 1-1 fF>fX fF<fX VF>VX VF<VX 超前 滞后 P（kW） Q（kVAR） Im（A） 注：有功功率 P 和无功功率 Q 也可以通过微机励磁调节器的显示观察。 （四）半自动准同期 将“同期方式”转换开关置“半自动”位置，按下准同期控制器上的“同期”按钮即向 准同期控制器发出同期并列命令，此时，同期命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快。准同期 控制器将给出相应操作指示信息，运行人员可以按这个指示进行相应操作。调速调压方法同 手动准同期。“频差闭锁”时调节调速器上的“增速”或“减速”按钮；“压差闭锁”时调节 励磁控制器上的“增磁”或“减磁”按钮；“相差闭锁”时调节“增速”或“减速”按就增 大相对运动，使得尽快减小相差闭锁后再调节“增速”或“减速”按钮使之接近同步速。 当压差、频差条件满足时，整步表上旋转灯光旋转至接近 0º 位置时，整步表圆盘中心 灯亮，表示全部条件满足，准同期控制器会自动发出合闸命令，“合闸出口”灯亮，随后 DL 灯亮，表示已经合闸。同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复正常闪烁，进入待命状态。 （五）全自动准同期 将“同期方式”转换开关置“全自动”位置；按下准同期控制器的“同期”按钮，同期 命令指示灯亮，微机正常灯闪烁加快，此时，微机准同期控制器将自动进行均压、均频控制 并检测合闸条件，一旦合闸条件满足即发出合闸命令。 在全自动过程中，观察当“升速”或“降速”命令指示灯亮时，调速器上有什么反应； 当“升压”或“降压”命令指示灯亮时，微机励磁调节器上有什么反应。当一次合闸过程完 毕，控制器会自动解除合闸命令，避免二次合闸；此时同期命令指示灯熄，微机正常灯恢复 正常闪烁

(六)停机 1,若发电机的输出功率不为零，调节调速装置和励磁装置使发电机的输出有功功率和 无功率为零。 2.跳开同期开关1Q,使同步发电机与系统解列。 3.将励磁装置退回到主菜单，并选择“灭磁”选项，使发电机端电压降为零。 4。调速装置退回到主菜单，并选择“关机”选项，使电动机转速降为零。 5.待机组停稳后断开实验台上的“调速励磁开关”、，断开实验台上的“总电源”开关， 切断操作电源开关。 五、注意事项 1,手动合闸时，仔细观察整步表上的旋转灯，在岸转打接近0°位置之前某一时刻合闻， 2.当面板上的指示灯、数码管显示都停滞不动时，此时微机准同期控制器处于“死机 状态，按一下“复位”按钮可使微机准同期控制器恢复正常。 3.微机自动励磁调节器上的增减磁按钮按键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需调 节则松开按钮，重新按下。 4.在做三种同期切换方式时，做完一项后，需做另一项时，断开发电机机端断路器开 关，然后选择“同期方式”转换开关。 大、 (一)实验报告要求： 1.比较手动准同期和自动准同期的调整并列过程 2.分析合闸时发电机有功无功在不同条件下有何差异： 3.分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关： 4.回答思考题。 (二)思考题： 1.相序不对（如系统侧相序为A、B、C,而发电机侧相序为A、C、B),能否并列？为什 么9 2.电压互感器的极性如果有一侧（系统侧或发电机侧）接反，会有何结果？ 3。准同期并列与自同期并列，在本质上有何差别？如果在这套机组上实验自同期并列， 应如何操作？ 4.合闸冲击电流的大小与哪些因素有关？频率差变化或电压差变化时，正弦整步电压 的变化规律如何？ 5。当两侧频率几平相等，电压差也在允许范围内，但合闸命令迟迟不能发出，这是一 种什么现象？应采取什么措施解决

（六）停机 1．若发电机的输出功率不为零，调节调速装置和励磁装置使发电机的输出有功功率和 无功率为零。 2．跳开同期开关1QF，使同步发电机与系统解列。 3．将励磁装置退回到主菜单，并选择“灭磁”选项，使发电机端电压降为零。 4．调速装置退回到主菜单，并选择“关机”选项，使电动机转速降为零。 5．待机组停稳后断开实验台上的“调速励磁开关”、，断开实验台上的“总电源”开关， 切断操作电源开关。 五、注意事项 1．手动合闸时，仔细观察整步表上的旋转灯，在旋转灯接近 0º位置之前某一时刻合闸。 2．当面板上的指示灯、数码管显示都停滞不动时，此时微机准同期控制器处于“死机” 状态，按一下“复位”按钮可使微机准同期控制器恢复正常。 3．微机自动励磁调节器上的增减磁按钮按键只持续 5 秒内有效，过了 5 秒后如还需调 节则松开按钮，重新按下。 4．在做三种同期切换方式时，做完一项后，需做另一项时，断开发电机机端断路器开 关，然后选择“同期方式”转换开关。 六、 （一）实验报告要求： 1．比较手动准同期和自动准同期的调整并列过程； 2．分析合闸时发电机有功无功在不同条件下有何差异； 3．分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关； 4．回答思考题。 （二）思考题： 1．相序不对(如系统侧相序为 A、B、C，而发电机侧相序为 A、C、B)，能否并列？为什 么？ 2．电压互感器的极性如果有一侧(系统侧或发电机侧)接反，会有何结果？ 3．准同期并列与自同期并列，在本质上有何差别？如果在这套机组上实验自同期并列， 应如何操作？ 4．合闸冲击电流的大小与哪些因素有关？频率差变化或电压差变化时，正弦整步电压 的变化规律如何？ 5．当两侧频率几乎相等，电压差也在允许范围内，但合闸命令迟迟不能发出，这是一 种什么现象？应采取什么措施解决？