第三章 一机—无穷大系统稳态运行方式实验
一、实验目的
1．了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围；
2．了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件；不对称度运行参数的影响；不对称运行对发电机的影响等。
二、原理与说明
电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概念”。为一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。因此，除了通过结合实际的问题，让学生掌握此类“数值概念”外，实验也是一条很好的、更为直观、易于形成深刻记忆的手段之一。实验用一次系统接线图如图2所示。
图2 一次系统接线图
本实验系统是一种物理模型。原动机采用直流电动机来模拟，当然，它们的特性与大型原动机是不相似的。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。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。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。
为了进行测量，实验台设置了测量系统，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。此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。
三、实验项目和方法
1．单回路稳态对称运行实验
在本章实验中，原动机采用手动模拟方式开机，励磁采用手动励磁方式，然后启机、建压、并网后调整发电机电压和原动机功率，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．双回路对称运行与单回路对称运行比较实验
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。将实验1的结果与实验2进行比较和分析。
表3-1 单回路 P 0.4 0.8 1.0 1.2 0.4 0.8 1.0 1.2 Q 0 0 0 0 0 0 0 0 I 3.5 5.3 6.8 7.6 3.0 5.3 6.5 7.5 UF 370 360 340 330 370 365 360 355 UZ 370 360 350 340 375 370 365 360 ?U 0 0 10 10 5 5 5 5 ? △U双回路 0 0 10 10 5 5 5 5 注：UZ —中间开关站电压；
?U —输电线路的电压损耗；
?△U— 输电线路的电压降落
3．单回路稳态非全相运行实验
确定实现非全相运行的接线方式，断开一相时，与单回路稳态对称运行时相同的输送功率下比较其运行状态的变化。
具体操作方法如下：
（1）首先按双回路对称运行的接线方式（不含QF5）；
（2）输送功率按实验1中单回路稳态对称运行的输送功率值一样； （3）微机保护定值整定：动作时间0秒，重合闸时间100秒； （4）在故障单元，选择单相故障相，整定故障时间为0? （6）故障100?以后，重合闸成功，系统恢复到实验1状态。 表3-2 UA 215 UB 215 210 206 203 215 210 205 202 UC 215 210 206 203 215 210 202 200 IA 0.525 1.026 1.506 1.670 0.422 0.777 1.090 1.336 IB IC P 0.4 0.8 1.0 1.2 0.4 0.8 1.0 1.2 Q 0 0 0 0 0 0 0 0 S 0.4 0.8 1.0 1.2 0.4 0.8 1.0 1.2 0.562 0.538 1.046 0.975 1.397 1.431 1.860 1.800 0.650 0.606 1.200 1.167 1.643 1.602 1.900 1.956 全相运行值 210 206 203 非全相运行值 215 210 208 205 四、实验报告要求 1．整理实验数据，说明单回路送电和双回路送电对电力系统稳定运行的影响，并对实验结果进行理论分析。 由实验数据，我们得到如下变化规律： （1）保证励磁不变的情况下，同一回路，随着有功输出的增加，回路上电流也在增加，这是因为输出功率P=UIcos Φ，机端电压不变所以电流随着功率 的增加而增加； （2）励磁不变情况下，同一回路，随着输出功率的增大，首端电压减小，电压损耗也在减小，这是由于输出功率的增大会使发电机输出端电压降低，在功率流向为发电机到系统的情况下，即使电压虽好降低有由于电压降落的横向分量较小，所以电压降落近似为电压损耗； （3）出现电压降落为负的情况是因为系统倒送功率给发电机的原因。单回路供电和双回路供电对电力系统稳定性均有一定的影响，其中双回路要稳定一些，单回路稳定性较差。 2．根据不同运行状态的线路首、末端和中间开关站的实验数据、分析、比较运行状态不同时，运行参数变化的特点和变化范围。 由实验数据，我们可以得到如下结论： （1）送出相同无功相同有功的情况下：单回路所需励磁电压比双回路多，线路电流大小相等，单回路的电压损耗比双回路多；（eg.P=1,Q=0.5时） （2）送出相同无功的条件下，双回路比单回路具有更好的静态稳定性，双回路能够输送的有功最大值要多于单回路； 发生这些现象的原因是：双回路电抗比单回路小，所以所需的励磁电压小一些，电压损耗也要少一些，而线路电流由于系统电压不改变；此外，由于电抗越大，稳定性越差，所以单回路具有较好的稳定性。 3．比较非全相运行实验的前、后实验数据，分析输电线路输送功率的变化。 五、思考题 1．影响简单系统静态稳定性的因素是哪些？ 答：电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态的能力。电力系统的静态稳定性是电力系统正常运行时的稳定性,电力系统静态稳定性的基本性质说明,静态储备越大则静态稳定性越高。影响简单系统静态稳定性的因素主要指来自各个方面的小干扰；还有就是发电机的电势、系统电压、系统元件电抗。小干扰通常指的是正常的负荷波动和系统操作、少量负荷的投入和切除以及系统接线的切换等。 2．提高电力系统静态稳定有哪些措施？ 答:电力系统具有静态稳定性是系统正常运行的必要条件。要提高系统的静态稳定性，主要是提高输送功率的极限。从简单电力系统的功率极限表达式PM =EV/X来看，可以从提高发电机的电势E、提高系统电压V和减小系统元件电抗X这三方面入手。提高静态稳定性的措施很多，但是根本性措施是缩短\电气距离\。主要措施有: （1） 提高发电机的电势E：调节空载电动势，主要可以通过采用自动励磁装置，根据运行状态变量的偏移改变励磁，调节发电机励磁电流，以调节空载电动势。 （2） 减小系统元件的电抗X：所以常减小输电线路的电抗，可采用分裂导线、串联电容器补偿、增多输电线路的回路数等方法来减小电抗。 （3）提高系统的电压等级，可以提高系统的稳定性，电压越高，电压损耗越小，且增加了输送功率。 （4）提高系统的运行电压，通过备有足够的无功功率来完成，如装设调相机、静止补偿器等。 （5）改善系统的结构，加强系统联系，缩小电气距离，例如增加回路数等。 （6）采用直流输电。 3.何为电压损耗、电压降落？ 答：电压损耗是指始末端电压的数值差(U1 – U2 )，也用?U表示：?U= ?是指始末端电压的向量差△U?= (U1 – U2 )。 U1 – U2 ；电压降落△U当两点电压的相角差相差不大时，可近似的认为电压损耗就等于电压降落。 4.“两表法”测量三相功率的原理是什么？它有什么前提条件？ 答： ① 两表法的测量原理： 两表法是表1的电流接A相，电压接Uab；表2的电流接C相，电压接Ucb ，则有