电力系统实验指导 编写：庄秀娟吴传武 校审：温步瀛 福州大学 电气工程与自动化学院 2007年10月28日
电力系统实验指导 编写：庄秀娟 吴传武 校审：温步瀛 福州大学 电气工程与自动化学院 2007 年 10 月 28 日
实验一、发电厂生产运行实验 (单机一无穷大，验证型，2学时) 1、实验目的 (1)认识发电厂各功能组成部分及其作用： (2)熟悉发电机组的启停机操作和正常运行调节操作 (3)熟悉发电机组的并网与并列操作： (4)观察与分析发电机组各运行状态的变化。 2、实验原理 (1)发电机组是由同在一个轴上的三相同步发电机(S=2.5kVA,VN=400V n=1500rp.m)、模拟原动机用的直流电动机(P=2.2kW,，Vw=220V)以及测速 装置组成。 (2)实验操作台是由输电线路单元、微机线路保护单元、负荷调节和同斯 单元、仪表测量和短路故障模拟单元等组成。其中负荷调节和同期单元是由“微 机调速装置”、“微机磁励调节器”、“微机准同期控制器”等微机型的自动装置和 其相对应的手动装置组成。 (3)输电线路采用双回路远距离输电线路模型，每回线路分成两段，并设 置中间开关站，使发电机与系统之间可构成四种不同联络阻抗，便于实验分析比 较。简单电力系统接线方案如图1所示。 Qg/ 图1-1简单电力系统接线示意 (4)“型微机调速装置”具有测量发电机转速、测量电网频率、测量系统功 角、手动模拟调节、手动数字调节、微机自动调速以及过速保护等功能 (5)“微机励磁调节器”其励磁方式可选择：它励、自并励两种：控制方式 可选择恒UF、恒上、恒α（它励开环有效）、恒Q(并网后有效)等四种，可以 记录UF、IL、UL、P、Q、α等信号的时间响应曲线，供实验分析用。 (6)微机准同期控制装置，它按恒定越前时间原理工作，主要特点如下： ①可选择全自动准同期合闸：②可选择半自动准同期合闸。 仪表测量和短路故障模拟单元由各种测量表计及其切换开关、各种带 灯操作按钮和各种类型的短路故障操作等部分组成。 (8)无穷大系统是由15kVA的自耦调压器组成。通过调整自耦调压器的电 压可以改变无穷大母线的电压
2 实验一、发电厂生产运行实验 （单机—无穷大，验证型，2 学时） 1、实验目的 （1）认识发电厂各功能组成部分及其作用； （2）熟悉发电机组的启停机操作和正常运行调节操作； （3）熟悉发电机组的并网与并列操作； （4）观察与分析发电机组各运行状态的变化。 2、实验原理 （1）发电机组是由同在一个轴上的三相同步发电机（SN=2.5kVA，VN=400V， nN=1500r.p.m）、模拟原动机用的直流电动机（PN=2.2kW，VN=220V）以及测速 装置组成。 （2）实验操作台是由输电线路单元、微机线路保护单元、负荷调节和同期 单元、仪表测量和短路故障模拟单元等组成。其中负荷调节和同期单元是由“微 机调速装置”、“微机磁励调节器”、“微机准同期控制器”等微机型的自动装置和 其相对应的手动装置组成。 （3）输电线路采用双回路远距离输电线路模型，每回线路分成两段，并设 置中间开关站，使发电机与系统之间可构成四种不同联络阻抗，便于实验分析比 较。简单电力系统接线方案如图 1 所示。 图 1-1 简单电力系统接线示意 （4）“型微机调速装置”具有测量发电机转速、测量电网频率、测量系统功 角、手动模拟调节、手动数字调节、微机自动调速以及过速保护等功能。 （5）“微机励磁调节器”其励磁方式可选择：它励、自并励两种：控制方式 可选择恒 UF、恒 IL、恒（它励开环有效）、恒 Q（并网后有效）等四种，可以 记录 UF、IL、UL、P、Q、等信号的时间响应曲线，供实验分析用。 （6）微机准同期控制装置，它按恒定越前时间原理工作，主要特点如下： ①可选择全自动准同期合闸；②可选择半自动准同期合闸。 （7）仪表测量和短路故障模拟单元由各种测量表计及其切换开关、各种带 灯操作按钮和各种类型的短路故障操作等部分组成。 （8）无穷大系统是由 15kVA 的自耦调压器组成。通过调整自耦调压器的电 压可以改变无穷大母线的电压
特指中·本实险属干强由实验。在#行实验前M须人直领会指导教师饮 讲解内容和实验示范操作，熟悉和学握操作方法和步骤后，方可独立地进行实 验操作1川 3、方法与步骤 (1)无穷大电源系统的投入 ①合上 ②合上“系统开关”（即按其红色按钮）： 观察与记录：“系统电压”表的指示值： ③调整“调压器”，将无穷大系统母线电压调为额定值： 通过“电压切换”开关观测三相电压和线电压是否对称合格： 观察与记录：相关的电压值的变化 (2)发电机组的启机操作 原动机与调速系统的投入： ①先检查指针式电位器是否调整为0： ②合上“原动机开关”： ③开机方式有模拟方式、微机手动、微机自动等三种可供选择： ④按下“停机开机”命令按钮，即为“ 开机 开机指示灯亮，观察与记录发电机转速n和功角6： ⑤手动方式下，调整“电位器”： 微机方式下，按下“增速”命令： 控制量在增加、发电机启动并增速 继续增加控制量， 将转速n调为其额定转速（即频率为50Hz) 观察与记录：发电机转速n的变化。 [发电机励磁系统的投入]： ①励磁方式有手动它励、微机自并励、微机它励等三种可供选择， (详细原理将在后续课程中介绍)， ②控制方式有恒U、恒h.恒α、恒Q等四种可供选择， 本实验选择 “恒Ur”方式， 按下“恒U”按钮，即选择了此控制方式： ③合上“励磁开关”，（并注意松开“灭磁开关”）， 观察与记录：I1、UL、UF、P、Q等变化情况： ④手动方式下，调整“手动励磁”旋钮： 微机方式下，按“增磁”、“减磁”按钮 即可改变发电机端电压， 观察与记录：IL、UL、Ur、f等变化情况。 (3)与无穷大系统的并列操作 「并列 ①输电线路的投入，投入5个线路开关，即按其红色按钮，双回路工作 ②注意同期开关时间的整定（本实验取0.5s): ③同期方式选择有手动、半自动、全自动三种， (详细原理将在后续课程中介绍)： 3
3 特别指出：本实验属于强电实验，在进行实验前必须认真领会指导教师的 讲解内容和实验示范操作，熟悉和掌握操作方法和步骤后，方可独立地进行实 验操作！！！ 3、方法与步骤 （1）无穷大电源系统的投入 ①合上“电源开关”； ②合上“系统开关”（即按其红色按钮）； 观察与记录：“系统电压”表的指示值； ③调整“调压器”，将无穷大系统母线电压调为额定值； 通过“电压切换”开关观测三相电压和线电压是否对称合格； 观察与记录：相关的电压值的变化。 （2）发电机组的启机操作 [原动机与调速系统的投入]： ①先检查指针式电位器是否调整为 0； ②合上“原动机开关”； ③开机方式有模拟方式、微机手动、微机自动等三种可供选择； ④按下“停机/开机”命令按钮，即为“开机”； 开机指示灯亮，观察与记录发电机转速 n 和功角δ； ⑤手动方式下，调整“电位器”； 微机方式下，按下“增速”命令； 控制量在增加、发电机启动并增速； 继续增加控制量，将转速 n 调为其额定转速（即频率为 50Hz）； 观察与记录：发电机转速 n 的变化。 [发电机励磁系统的投入]： ①励磁方式有手动它励、微机自并励、微机它励等三种可供选择， （详细原理将在后续课程中介绍）， ②控制方式有恒 UF、恒 IL、恒、恒 Q 等四种可供选择， 本实验选择“恒 UF”方式， 按下“恒 UF”按钮，即选择了此控制方式； ③合上“励磁开关”，(并注意松开“灭磁开关”)， 观察与记录：IL、UL、UF、P、Q 等变化情况； ④手动方式下，调整“手动励磁”旋钮； 微机方式下，按“增磁”、“减磁”按钮； 即可改变发电机端电压， 观察与记录：IL、UL、UF、f 等变化情况。 （3）与无穷大系统的并列操作 [并列]： ①输电线路的投入，投入 5 个线路开关，即按其红色按钮，双回路工作； ②注意同期开关时间的整定（本实验取 0.5s）； ③同期方式选择有手动、半自动、全自动三种， （详细原理将在后续课程中介绍）；
④若是手动方式，观察同期的三个条件和调整发电机频率和电压，当条件 满足时手动合上“发电机开关”并网 若是微机手动方式，则按“同期命令”按钮，即发出同期命令，手动微 调发电机频率和电压，当条件满足时自动并网。 若是微机自动方式，则按“同期命令”按钮，即发出同期命令，当条件 满足时自动并网。 *并网成功后置同期方式开关为O下下 观察与记录：Ur、P、Q、f等变化情况 [系统正常运行调 节 ①并网后，通过调整调速器的增加量或减少量， 即可以增加、减少发电机的有功输出： ②并网后，通过调整励磁装置的增加或减少量 即可以增加、减少发电机的无功输出： 观察与记录 UF、P、 f等变化情况 注意：本实验不能合上“短路”按钮，否则后果自负！ (4)发电机组的解列操作 ①将发电机组的有功无功输出调为0或接近为0： ②跳开“发电机开关”，即与系统解列。 (5)发电机组的停机操作 ①按 灭磁开关”按钮，实现发电机的逆变灭磁： ②跳开“励磁开关”： ③松开“停机开关”命令按钮，即停机： ④让发电机减速、逐渐停止后，跳开“原动机开关”。 (6)无穷大系统的退出 ①完成实验后，发电机解列，线路退出工作 即跳开原来投入的5个线路开关： ②跳开“系统开关”，即按其绿色按钮： ③断开“电源开关”。 4、实验报告要求 (1)分析电力系统的组成和发电机组各功能单元模块的作用： (2)列表整理实验过程中观察与记录的运行状态数据： (3)分析发电机组并列前的转速变化情况和并列后的有功输出变化情况： (4)分析发电机组并列前的机端电压变化和并列后的无功输出变化情况 (5)分析无穷大电源系统的条件，本实验是如何模拟无穷大电源系统
4 ④若是手动方式，观察同期的三个条件和调整发电机频率和电压，当条件 满足时手动合上“发电机开关”并网。 若是微机手动方式，则按“同期命令”按钮，即发出同期命令，手动微 调发电机频率和电压，当条件满足时自动并网。 若是微机自动方式，则按“同期命令”按钮，即发出同期命令，当条件 满足时自动并网。 ⑤*并网成功后，置同期方式开关为 OFF； 观察与记录：UF、P、Q、f 等变化情况。 [系统正常运行调节]： ①并网后，通过调整调速器的增加量或减少量， 即可以增加、减少发电机的有功输出； ②并网后，通过调整励磁装置的增加或减少量， 即可以增加、减少发电机的无功输出； 观察与记录：UF、P、Q、f 等变化情况。 注意：本实验不能合上“短路”按钮，否则后果自负！ （4）发电机组的解列操作 ①将发电机组的有功无功输出调为 0 或接近为 0； ②跳开“发电机开关”，即与系统解列。 （5）发电机组的停机操作 ①按“灭磁开关”按钮，实现发电机的逆变灭磁； ②跳开“励磁开关”； ③松开“停机/开关”命令按钮，即停机； ④让发电机减速、逐渐停止后，跳开“原动机开关”。 （6）无穷大系统的退出 ①完成实验后，发电机解列，线路退出工作， 即跳开原来投入的 5 个线路开关； ②跳开“系统开关”，即按其绿色按钮； ③断开“电源开关”。 4、实验报告要求 （1）分析电力系统的组成和发电机组各功能单元模块的作用； （2）列表整理实验过程中观察与记录的运行状态数据； （3）分析发电机组并列前的转速变化情况和并列后的有功输出变化情况； （4）分析发电机组并列前的机端电压变化和并列后的无功输出变化情况； （5）分析无穷大电源系统的条件，本实验是如何模拟无穷大电源系统
实验二、电力系统运行方式实验 (单机一无穷大，综合型，2学时) 1、实验目的 (1)讲一步熟采和堂握发由机组的启停机操作 (2)进一步熟悉和掌握发电机组的并网与解列操作： (3)熟悉正常运行状态下各种运行方式的调整操作 (4)熟悉和掌握输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围： (5)掌握判断运行状态及其测量值是否正确的方法。 2、实验原理 (1)同发电机组的模拟。原动机采用直流电动机来模拟，它们的特性与大 型原动机是不一样。原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压 来调节。实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽 然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统 的发电机。 (2)发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换 到台上的微机励磁调节器来实现自动调节 (3)实验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满 足相似条件。“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力 系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。实验用的一次系统接 线图如图11所示，与实验一相同。 (4)为了进行测量，实验台设置了测量系统， 用以测量各种电量（电流 电压、功率、频率)。为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发 电机轴上装设了闪光测角装置。 3、内容与方法 (1)单回路稳态对称运行实验 在本章实验中，请自行选择原动机的开机方式、发电机的励磁方式和控制方 式，然后启机、建压、并网后调整发电机电压和原动机功率以及无穷大系统母线 电压，使输电系统处于不同的运行状态（输送功率的大小，线路首、末端电压的 差别等)，观察与记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算 分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点及数值范围 ,为电压损耗、电 压降落、沿线电压变化、两端无功功率的方向（根据沿线电压大小比较判断）等。 (2)双回路对称运行实验 按实验(1)的方法进行实验(2)的操作，只是将原来的单回线路改成双回路运 行。 (3)故障后线路结构变化后的对称运行实验 投入开关站QF5,而将Q2退出，按这种运行方式进行实验 注意：本实验也无需合上“短路”按钮，就可以进行模拟故障后的运行方式 实验。本实验不要合上“短路”按钮，否则后果自负！ 5
5 实验二、电力系统运行方式实验 （单机—无穷大，综合型，2 学时） 1、实验目的 （1）进一步熟悉和掌握发电机组的启停机操作； （2）进一步熟悉和掌握发电机组的并网与解列操作； （3）熟悉正常运行状态下各种运行方式的调整操作； （4）熟悉和掌握输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围； （5）掌握判断运行状态及其测量值是否正确的方法。 2、实验原理 （1）同发电机组的模拟。原动机采用直流电动机来模拟，它们的特性与大 型原动机是不一样。原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压 来调节。实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽 然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统 的发电机。 （2）发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换 到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。 （3）实验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满 足相似条件。“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力 系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。实验用的一次系统接 线图如图 1-1 所示，与实验一相同。 （4）为了进行测量，实验台设置了测量系统，用以测量各种电量（电流、 电压、功率、频率）。为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发 电机轴上装设了闪光测角装置。 3、内容与方法 （1）单回路稳态对称运行实验 在本章实验中，请自行选择原动机的开机方式、发电机的励磁方式和控制方 式，然后启机、建压、并网后调整发电机电压和原动机功率以及无穷大系统母线 电压，使输电系统处于不同的运行状态（输送功率的大小，线路首、末端电压的 差别等），观察与记录线路首、末端的测量表计值及线路开关站的电压值，计算、 分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点及数值范围，为电压损耗、电 压降落、沿线电压变化、两端无功功率的方向（根据沿线电压大小比较判断）等。 （2）双回路对称运行实验 按实验（1）的方法进行实验（2）的操作，只是将原来的单回线路改成双回路运 行。 （3）故障后线路结构变化后的对称运行实验 投入开关站QF5，而将QF2 退出，按这种运行方式进行实验。 注意：本实验也无需合上“短路”按钮，就可以进行模拟故障后的运行方式 实验。本实验不要合上“短路”按钮，否则后果自负！