电能实验报告

课程名称：电能实验

一．实验目的

1、理论计算和实验分析，掌握电力系统潮流分布的概念。

二、实验原理

1、现代电力系统电压等级越来越高，系统容量越来越大，网络

结构也越来越复杂。仅用单机对无穷大系统模型来研究电力系统，不能全面反映电力系统物理特性，潮流分布，多台发电机并列运行等等。

“EPS-1型电力系统微机监控实验台”是将五台“EAL-II型电力系统综合自动化实验台”的发电机组及其控制设备作为各个电源单元组成一个可变环型网络，如图1所示

图2-1

此电力系统主网按500KV电压等级来模拟，M4母线，每台发电机按600MW，机组来模拟，无穷大电源短路容量为6000MVA。

发电机1站、发电机2站相联通过双回400KM长距离线路将功率送入无穷大系统，也可将母线断开分别输送功率。在距离100KV的中间站的母线M6经联络变压器与220KV母线M4相联，发电机4站在轻负荷是时向系统输送功率，而当重负荷时则从系统吸收功率（当两组大小不同的时候的发电机1站、发电机2站负荷同时投入时）从而改变潮流方向。

发电机3站，一方面经70K短距离线与发电机2站相联，另一方面与发电机5站并联经200KM中距离线路与无穷大母线相联，本站还有地方负荷。

在不改变网络主结构前提下，通过分别改变发电机有功、无功来改变潮流的分布，可以通过投、切负荷改变电力网潮流的分布，还可以调整无穷大母线电压来改变电力网潮流的分布。

2、电力系统稳定情况下电力网络形成，然后简单网络说明潮流分

布人分析方法，对于复功率和复功率中无功功率符号的定义采用国际电工委员会推荐的约定，即

式中，为三相复功率；S、P、Q分别为三相视在功率、三相总有功功率和三相总无功功率；为线电压相量, 公式；为线电压相量的共轭，；ψ为功率因数角，。

由上式可见，采用这种表示方式时，负荷以滞后功率因数运行时所吸取的无功功率为正，以超前功率因数时所吸取的无功功率为负；发电机以滞后功率因数运行时所发出的无功功率为正，以超前功率因数运行时所发出的无功功率为负。

三、思考题

1. 冲击电流的危害是什么？怎样才能把冲击电流的危害减小到最小？全自动的优点？

答：（1）冲击电流的危害

供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。

在短路电流忽然增大时，其瞬间放热量很大，大大超过线路正常工作时的发热量，不仅能使绝缘烧毁，而且能使金属熔化，引起可燃物燃烧发生火灾。

在容性负载中，上电瞬间相当于短路，电流相当于无穷大，如果电源功率低或响应速度慢的话，该电力网络中的电压会瞬间被拉下来，会对设备和电网造成不良影响。

当电力系统中有冲击电流产生时，很大的冲击电流会使用电设备过热或受电动力影响而遭到损坏，同时使该电力网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。

（2）减小冲击电流的危害

①加限流电阻

②加缓启动电路

③加变频启动装置

④加降压启动装置

（3）全自动的优点

Automation of Electric Power Systems对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系

统。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制，系统和元件的自动安全保护，网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量（频率和电压），保证系统运行的安全可靠，提高经济效益和管理效能。

电力系统自动化极大地减轻工作人员的劳动负担，对电网故障的排除实现了快速、可靠，电网的运行更加稳定。

2、了解电力调度经过了几个阶段？

答:①初始阶段

这段时期，变电站都是有人值班，调度对现场的数据采集都是由人工来完成，调度指令也是手工完成再通过电话与现场值班员联系完成。例如，变电站的电量，最大负荷及出现的时间等都是现场值班人员抄表后电话报给调度员，调度员再用笔进行记录。

②自动化阶段

这段时期，变电站都变成无人值班变电站，调度对现场的数据采集都是由网络传输来完成，变电站的现场运行情况通过网络直接显示在调度大厅的电脑显示屏上，调度员可以用遥控的方式对变电站进行操作。例如：遥控拉合变电站线路开关，为了使电压合格，遥控拉合电容器开关，遥控升降主变档位等。

③高度自动化阶段

这段时期，在自动化阶段基础上，通过无功优化系统，使得变电站的电压合格率由原来的人工遥控操作完成变成自动完成，就是当电压波动超过一定范围，无功优化系统自动投、切电容器和调整主变档位来完成。

3、电力系统在相同的运行方式下，对发电机并网后的数据之间差距是什么导致的？

答：电机的电压在并网过程中会消耗，每台电机消耗的功率不一样，所以导致在并网过程中每台电机在并网后有功功率和无功功率以及并网时间不一样。

（1）并网后电压降低原因

对于发电机来说，一般都是迟相运行，它的负载一般是阻性和感性负载。当发电机升压并网后，定子绕组流过电流，此电流是感性电流，感性电流在发电机内部的电枢反应作用比较大，它对转子磁场有削弱作用，从而引起端电压下降。当流过的只是有功电流时，也有相同作用，

只是影响较小。这是因为定子绕组流过电流时产生磁场，这个磁场一半对转子磁场起助磁作用，而另一半起去磁作用，由于转子磁场的饱和性，助磁一方总是弱于去磁一方，因此磁场会有所减弱，导致端电压有所下降。

（2）并网后转速突变原因

并网前微机准同期装置处于“同频”状态，当打破同频时，微机同期装置短时间内发出数个调频增脉冲至装置进行调速，使发电机转速迅速上升，惯性使发电机转速继续上升，而此时装置则根据目标控制值发出调频减脉冲。

（3）并网前的电压和频率偏差在并网后被牵入同步的原因

假如并网前发电机电压略高于电网电压、发电机频率也略高于电网频率（一般都这样），并入电网后：由于电压略高于电网电压，因此发电机就向电网输出电流，此电流是无功电流，对发电机有去磁作用，使发电机电压下降，直到二者相等为止；同样由于发电机频率略高于电网，发电机就向电网输出一个有功电流，此电流在轴上产生一个反力矩，使发电机的转速减慢，频率下降，直到二者完全相同为止。

4、分析比较网络结构的变化对系统运行方式的影响。

答：电网一般是闭环设计，开环运行。开环运行时电网比较稳定，环网运行时易造成系统稳定破坏。

合理的电网结构能够保证电力系统安全稳定运行；具有确定结构、拓扑变化较少的网络，其稳定性问题也要简单得多。然而实际电力系统却是动态变化的网络，由于负荷变化、设备维护、故障跳闸、主动优化等原因，电网拓扑结构常常发生变化，主要表现为系统元件及开关运行方式的变化，如线路、变压器、发电机等元件的投入或退出以及母联投切、开关倒闸等等。即使是网络拓扑结构的局部变化，也可能导致输电路过负荷、电压越限，过负荷设备在系统保护下可能退出运行，进而发展成为大范围电网结构变化，甚至出现大面积连锁反应性停电，直接导致整个电力系统网络的瓦解和崩溃。

电力系统的网络结构信息来源于电力系统元件之间的几何联结关系和电气物理耦合关系。不同的系统运行方式及网络拓扑结构表现为不同支路开断或闭合的组合。在电力系统基本的拓扑结构基础上，需要考虑可能的运行方式变化及其组合。

尽管系统的互联使得网络规模越来越大，但各个子网间的联系相对薄弱，特定元件的运行方式变化对系统的影响可能局限于子网中，甚至局限于子网的某一部分。因此电力系统运行方式及网络拓扑结构变化具有局部性特点，即任一支路的开断或发电机的停运，必将引起系统潮流

的重新分布，但其造成的影响往往只是局部的并以事故中心向外逐渐减弱。

对于网络结构的变化需要进行结构优化校正，如消除功率越限、改善电压质量，提高电网运行效率、降低运行损耗和成本等。

5、分析比较不同的负荷对系统运行方式的影响。

答：电网的负荷除一般负荷外，还有一种负荷叫冲击负荷，这种负荷对电网的运行影响非常大，例如工厂电炉的频繁启动，这些负荷往往都在几千KW范围频繁波动，往往造成变电站电压不合格，同时还波及该变电站同一母线其他线路的用户，而造成用户的投诉。因此，除要求用户调整负荷外，电网也不得不对运行方式进行调整，例如将一些重要用户调由其他变电站供电。

6、在逐步加励磁时，为什么原动机转速有所下降？

答：发电机在逐步加励磁时，虽说没有“并网”，但发电机出口可能接有表计（或PT）造成定子有很小的电流，相当于带了一点负载，另外，加励磁前只有机械

损耗，加励磁后会增加电损和磁损，所以原动机转速有所下降。

7、在发电机解列时，电机转速为何会有短时扰动？

答：发电机解列是发电机组并列的反向操作，一般在发电机和电力系统其他部分之间、系统的一部分和系统其他部分之间失去同步并无法恢复同步时，或由于低负载运行效率状况下需要提供机械效率时，将它们之间的电联系切断，分解成相互独立、互不联系的部分，以防止事故扩大造成严重后果，因此电机转速会有短时扰动。简单的来说，就是将并网运行的发电机组脱离发电网，发电机解列时，应将发电网所带负载卸载或降至最低，以避免解列后的发电机由于突然的甩负荷产生过电压，引起发电机故障。