电力系统暂态稳定实验

电力系统暂态稳定实验

一、实验目的

1．通过实验加深对电力系统暂态稳定内容的理解，使课堂理论教学与实践结合，提高学生的感性认识。 2．学生通过实际操作，从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施 3．用数字式记忆示波器测出短路时短路电流的非周期分量波形图，并进行分析。

二、原理与说明

电力系统暂态稳定问题是指电力系统受到较大的扰动之后，各发电机能否继续保持同步运行的问题。在各种扰动中以短路故障的扰动最为严重。

正常运行时发电机功率特性为：P1＝（Eo×Uo）×sinδ1/X1； 短路运行时发电机功率特性为：P2＝（Eo×Uo）×sinδ2/X2； 故障切除发电机功率特性为： P3＝（Eo×Uo）×sinδ3/X3；

对这三个公式进行比较，我们可以知道决定功率特性发生变化与阻抗和功角特性有关。而系统保持稳定条件是切除故障角δc小于δmax，δmax可由等面积原则计算出来。本实验就是基于此原理，由于不同短路状态下，系统阻抗X2不同，同时切除故障线路不同也使X3不同，δmax也不同，使对故障切除的时间要求也不同。

同时，在故障发生时及故障切除通过强励磁增加发电机的电势，使发电机功率特性中Eo增加，使δmax增加，相应故障切除的时间也可延长；由于电力系统发生瞬间单相接地故障较多，发生瞬间单相故障时采用自动重合闸，使系统进入正常工作状态。这二种方法都有利于提高系统的稳定性。

三、实验项目与方法

（一）短路对电力系统暂态稳定的影响

1．短路类型对暂态稳定的影响

本实验台通过对操作台上的短路选择按钮的组合可进行单相接地短路，两相相间短路，两相接地短路和三相短路试验。

固定短路地点，短路切除时间和系统运行条件，在发电机经双回线与“无穷大”电网联网运行时，某一回线发生某种类型短路，经一定时间切除故障成单回线运行。短路的切除时间在微机保护装置中设定，同时要设定重合闸是否投切。

在手动励磁方式下通过调速器的增（减）速按钮调节发电机向电网的出力，测定不同短路运行时能保持系统稳定时发电机所能输出的最大功率，并进行比较，分析不同故障类型对暂态稳定的影响。将实验结果与理论分析结果进行分析比较。Pmax为系统可以稳定输出的极限，注意观察有功表的读数，当系统出于振荡临界状态时，记录有功表读数，最大电流读数可以从YHB－Ⅲ型微机保护装置读出，具体显示为：

GL-??? 三相过流值 GA-??? A相过流值

GB-??? B相过流值 GC-??? C相过流值

微机保护装置的整定值代码如下：

01： 过流保护动作延迟时间

02： 重合闸动作延迟时间 03： 过电流整定值 04： 过流保护投切选择

05： 重合闸投切选择

另外，短路时间TD由面板上“短路时间”继电器整定，具体整定参数为表5-1。

表5-1 整定值代码 整定值 01 0.5(s) 02 / 03 5.00(A) 04 On 05 Off TD 1.0(s) 微机保护装置的整定方法如下：按压“画面切换”按钮，当数码管显示『PA－ 』时，按压触摸按钮“＋”或“－”输入密码，待密码输入后，按下按键“△”，如果输入密码正确，就会进入整定值修改画面。进入整定值修改画面后，通过“△”“▽”先选01整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择当保护时间（s）；通过“△”“▽”选03整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择当过电流保护值；通过“△”“▽”选04整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择当过电流保护投切ON；通过“△”“▽”选05整定项目，再按压触摸按钮“＋”或“－”选择重合闸投切为OFF。（详细操作方法WDT－Ⅲ综合自动化试验台使用说明书。） 表5-2 短路切除时间t=0.5s 短路类型：单相接地短路 QF1 1 0 1 0 QF2 1 1 1 1 QF3 1 0 0 1 QF4 1 1 1 1 QF5 0 0 1 1 QF6 1 1 1 1 1.8 0.9 0.9 1.4 Pmax(W) 最大短路电流（A） 4.45 5.16 6.97 6.25 (0：表示对应线路开关断开状态 1：表示对应线路开关闭合状态)

表5-3 短路切除时间t=0.5s 短路类型：两相相间短路 QF1 1 0 1 0 QF2 1 1 1 1 QF3 1 0 0 1 QF4 1 1 1 1 QF5 0 0 1 1 QF6 1 1 1 1 1.2 1.3 Pmax(W) 最大短路电流（A） 5.89 8.74 （二）研究提高暂态稳定的措施

1．强行励磁

在微机励磁方式下短路故障发生后，微机将自动投入强励以提高发电机电势。观察它对提高暂态稳定的作用。

2．单相重合闸

在电力系统的故障中大多数是送电线路（特别是架空线路）的“瞬时性” 故障，除此之外也有“永久性故障”。

在电力系统中采用重合闸的技术经济效果，主要可归纳如下： ① 大提高供电可靠性；

② 高电力系统并列运行的稳定性；

③ 对继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起到纠正的作用。

对瞬时性故障，微机保护装置切除故障线路后，经过延时一定时间将自动重合原线路，从而恢复全相供电，提高了故障切除后的功率特性曲线。同样通过对操作台上的短路按钮组合，选择不同的故障相。

通过调速器的增（减）速按钮调节发电机向电网的出力，观察它对提高暂态稳定的作用，观察它对提高暂态稳定的作用。

其故障的切除时间在微机保护装置中进行修改，同时要设定进行重合闸投切，并设定其重合闸时间。其操作步骤同上，不同的是在05整定项目时，按压触摸按钮“＋”或“－”选择投合闸投切on，并选02整定项目时，按压触摸按钮“＋”或“－”设定重合闸动作延时时间。瞬时故障时间由操作台上的短路时间继电器设定，当瞬时故障时间小于保护动作时间时保护不会动作；当瞬时故障时间大于保护动作时间而小于重合闸时间，能保证重合闸成功，当瞬时故障时间大于重合闸时间，重合闸后则认为线路为永久性故障加速跳开整条线路。 表5-7 整定值代码 保护不动作 重合闸 永久故障 01 0.2 0.2 0.2 02 1.5 1.5 1.5 03 5.00 5.00 5.00 04 on on on 05 on on on TD 0.1 1.0 3.0 （三）异步运行和再同步的研究

1．在发电机稳定异步运行时，观察并分析功率，发电机的转差，振荡周期及各表的读数变化的特点。

2．在不切除发电机的情况下，研究调节原动机功率，调节发电机励磁对振荡周期，发电机转差的影响，并牵入再同步。 注意事项：

1．在做单相重合闸实验时，进行单相故障操作的时间应该在接触器合闸10秒之后进行，否则，在故障发生时会跳三相，微机保护装置会显示“GL-???”，且不会进行重合闸操作。

2．实验结束后，通过励磁装置使无功至零，通过调速器使有功至零，解列之后按下调速器的停机按钮使发电机转速至零。跳开操作台所有开关之后，方可关断操作台上的电源关断开关，并断开其他电源开关。

3．对失步处理的方法如下：通过励磁调节器增磁按钮，使发电机的电压增大；如系统没处于短路状态，且线路有处于断开状态的，可并入该线路减小系统阻抗；通过调速器的减速按钮减小原动机的输入功率。

四、实验数据分析

1．整理不同短路类型下获得实验数据，通过对比，对不同短路类型进行定性分析，详细说明不同短路类型和短路点对系统的稳定性的影响。

答：通过对比，我们可以看出同样的短路故障切除时间在不同短路类型下对系统 稳定性的影响不一样， 不对称短路时，根据正序等效定则，相当于在正常等值电路中的短路点接入了一个附加阻抗，改变系统阻抗，影响系统输出功率，使之与正常运行情况下的输出有差别，影响功角，进而影响系统的稳定性。由于不同短路情况下的附加电抗不一样，所以影响也不一样。单相接地时附加电抗为负序电抗和零序电抗之和，两相短路时附加电抗为负序电抗，两相接地短路时附加电抗附加电抗为负序电抗与零序电抗并联。

2．通过试验中观察到的现象，说明二种提高暂态稳定的措施对系统稳定性作用机理。

答：系统发生短路故障时，发电机输出的电磁功率骤然降低，而原动机的机械输出功率来不及变化，两者失去平衡，发电机转子将加速。

强行励磁可以提高发电机的电势，增加发电机的输出功率，即可使原动机输出与发电机输出功率平衡，可以有效地减小失步引起的不利影响。且强行励磁的速度越快、强励倍数越大，效果越好。

电力系统中的短路故障大多是由网络放电造成的，是暂时性的，在切断线路经过一段电弧熄灭和空气去游离的时间轴，短路故障便完全消除了。这时，如果再把线路重新投入系统，它便能继续正常工作。所以采用自动重合闸装置，用微机保护装置切除故障线路后，经过延时一定时间将自动重合原线路，从而恢复全相供电，即可提高了故障切除后的功率特性曲线，即提高系统的暂态稳定性。

五、思考题

1．不同短路状态下对系统阻抗产生影响的机理是什么？

不对称短路时，根据正序等效定则，相当于在正常等值电路中的短路点接入了一个附加阻抗，改变了系统阻抗：

（1）单相接地短路：以A相短路为例，由边界条件Ua=0、Ib=0、Ic=0，将它们用对称分量法分解，得到各序分量之间表示的边界条件，采用复合序网或结合各序等效电路分析，便可以得到其附加电抗X△=X2+X0； （2）两相相间短路：以BC两相间短路为例，其边界条件为Ub=Uc、Ib+Ic=0、Ia=0，得到其附加电抗为X△=X2； （3）两相接地短路：以BC两相接地短路为例，其边界条件为Ia=0、Ub=0、 Uc=0，得到其附加电抗为X△=X2//X0。 2．提高电力系统暂态稳定的措施有哪些？ 答：（1）快速切除故障； （2）采用自动重合闸； （3）发电机快速强励磁； （4）发电机电气制动；

（5）变压器中性点经小电阻接地； （6）快速关闭汽门； （7）切发电机和切负荷； （8）设置中间开关站；

（9）输电线路强行串联补偿。

3．对失步处理的方法（注意事项3中提到）的理论根据是什么？

答：改变发电机的机端电压或者系统阻抗，进而改变功角，来改变发电机转速； 直接调整原动机的输入功率，改变发电机转速，来调节输出功率的频率。 4．自动重合闸装置对系统暂态稳定的影响是什么？

答：自动重合闸装置是将被非正常操作跳开的断路器重新自动投入的一种自动装置。线路采用自动重合闸装置后，如果瞬时性故障时，保护动作切除故障后，重合闸动作能够成功，恢复线路的供电。

作用：1）提高输电线路供电可靠性，减少因瞬时性故障停电造成的损失。

（2）对于双端供电的高压输电线路，可提高系统并列运行的稳定性，从而提高线路的输送容量。 （3）可以纠正由于断路器本身机构不良，或继电保护误动作而引起的误跳闸。

注意：重合闸时间必须大于潜供电弧熄灭时间，否则线路再次受到短路故障的冲击，可能会大大恶化系统的暂态稳定性甚至破坏整个系统的稳定。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yer2.html