1、电力系统分析 第一部分 THLZD-2 型电力系统综合自动化实验平台简 介 概 述 THLZD-2 型电力系统综合自动化实验平台是一套集多种功能于一体的综合型实验装置，展 示了现代电能发出和输送全过程的工作原理。这套实验装置由 THLZD-2 电力系统综合自动化实 验台（简称“实验台”）、THLZD-2 电力系统综合自动化控制柜（简称“控制柜”）、无穷大系统 和发电机组和三相可调负载箱等组成。一、THLZD-2 型电力系统综合自动化实验台 实验台包括以下单元：1输电线路单元：采用双回路输电线路，每回输电线路分两段，并设置有中间开关站，可 以构成四种不同的联络阻抗。输电线路的具体结构如下图所示：
2、图 1-3 单机无穷大系统电力网络结构图输电线路分“可控线路”和“不可控线路”，在线路 XL4 上可设置故障，该线路为“可控线 路”，其他线路不能设置故障，为“不可控线路”。2微机线路保护单元：采用 TSL-300/01 微机线路保护装置，主要实现线路保护和自动重合 闸等功能，配合输电线路完成稳态非全相运行和暂态稳定等相关实验项目，使用说明见附录六。3控制方式选择单元：包括发电机组的运行方式、同期方式和励磁方式的选择，可通过调 节实验台面板上的凸轮开关旋钮来实现不同的控制方式。4监测仪表单元：采用模拟式仪表，测量信号为交流信号。包括 3 只交流电压表、3 只交 流电流表、2 只频率表、1 只三
3、相有功功率表、1 只三相无功功率表、1 只功率因数表和 1 只同期表。5指示单元：包括光字牌指示和并网指示。二、THLZD-2 型电力系统综合自动化控制柜 控制柜包括以下单元：1测量仪表单元：采用指针式测量仪表，包括 2 只直流电压表、2 只直流电流表和 1 只交 流电压表。可测量如下电量参数：原动机电枢电压，原动机电枢电流，发电机励磁电压，发电机 励磁电流和单相电源电压（该电源为隔离电源）。各测量仪表的量程和精度等级见表 1-2 所示。注：各仪表请不要超量程使用，以免损坏设备。 2原动机控制单元：包括原动机电源，ZKS-15 型调速器和 THLWT-3 型微机调速装置。具体功能如下： 原动机
4、电源：为 ZKS-15 型调速器提供电源。（2）ZKS-15 型调速器：为原动机提供电枢电压和励磁电压，具有过流保护功能。3发电机励磁单元：包括励磁电源、THLCL-1 型常规励磁装置、THLWL-3 型微机励磁装 置和波形观测孔。具体功能如下： 励磁电源：为 THLCL-1 型常规励磁装置和 THLWL-3 型微机励磁装置功率部分提供电源。 THLCL-1 型常规励磁装置：采用 PI 调节；具有恒 Ug（发电机电压），恒压精度为 0.5%UgN （发电机额定电压）；具有最小、最大励磁电流值的限制。 THLWL-3 型微机励磁装置：能够测量三相电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功 率因数、
5、励磁电压和励磁电流等电量参数；具有恒给定电压 UR、恒励磁电流 Ie、恒发电机电压 Ug、恒无功 Q 四种自动调节功能；具有定子过电压保护、过励限制、欠励限制、伏赫限制和强 励功能；采用液晶中文菜单操作；具有在线修改控制参数的功能。 波形观测孔：用于观测发电机励磁回路同步信号波形、6 路触发脉冲波形和整流输出波 形。 THLWL-2型微机励磁装置测试记录报告 1、技术指标THLWL-3型微机励磁装置电流调节精度为0.5%I；电压调节精度为0.5%UF；无功调节精度为6.0%Q二、实验数据第一章 发电机组的起动与运转实验测试结论：按实验步骤可顺利完成发电机组的起励建压、并网、解列、停机等相关操作
6、，实验现象与指导书中的描述一致，满足要求。第二章 同步发电机励磁控制实验实验2 不同角（控制角）对应的励磁电压波形1.观测三相全控桥的电压输出及其波形测试记录及数据处理观测到的波形如下： 0.029A励磁电压波形0.5A励磁电压波形 0.5A励磁电压波形1.5A励磁电压波形2A励磁电压波形2.5A励磁电压波形2.5A励磁电压波形2.68A励磁电压波形测试结论：观测到的波形与理论波形基本一致，满足要求。 控制角的测量测试记录及数据处理：观测到的典型波形如下：60时Uac和Uk的对应关系120时Uac和Uk的对应关系 120时Uac和Uk的对应关系表2-2-1序号电量12345励磁电流If（A）0
7、0.51.52.5 2.68励磁电压Ud（V）014.3238.163.468.1输入电压Uac（V）62.762.261.460.860.5由公式计算的角12086.662.7338.4932.78示波器读出的角12084664236计算公式： Ud=1.35UacCOS （0/3) Ud=1.35Uac1+COS（+/3) （/32/3)测试结论：由公式计算的角和由示波器读出的角相差4以内，基本相等，满足要求。实验3 典型方式下的同步发电机起励实验测试结论：按实验步骤可顺利完成恒UG方式起励、恒Ug方式起励和恒IL方式起励等三种方式的起励建压操作，过程中出现的实验现象与实验指导书中的描述一
8、致，满足要求。实验4 励磁调节器的控制方式及其相互切换恒UG=400V测试记录及数据处理：表2-4-1序号发电机频率（Hz）发电机电压（V）励磁电流（A）励磁电压（V）给定电压（V）145.0398.21.70240.854.44246.0400.91.62839.824.51347.0401.71.51238.204.61448.0400.01.43336.574.70549.0401.51.33335.474.77650.0400.81.25034.004.85751.0401.31.17632.974.92852.0400.61.10631.74.99953.0400.71.05730.
9、925.051054.0400.61.00630.055.111155.0400.70.95929.375.17测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒UG=400V时，当发电机频率在505Hz范围内变化时，励磁调节器可将发电机电压恒定在4002V的范围内，即实现了恒UG=400V的功能，满足要求。恒IL=2A测试记录及数据处理：表2-4-2序号发电机频率（Hz）发电机电压（V）励磁电流（A）励磁电压（V）给定电压（V）145.0419.31.99346.224.10246.0428.61.99246.574.08347.0437.51.99346.654.07448.0447.82.0
10、0047.024.06549.0456.21.99447.104.05650.0465.71.99647.254.05751.0474.61.99547.274.05852.0484.21.99847.304.05953.0493.11.99447.374.041054.0502.32.00047.454.041155.0512.11.99947.574.03测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒IL=2A后，当发电机频率在505Hz范围内变化时，励磁调节器可将励磁电流恒定在20.01A的范围内，即实现了恒IL=2A的功能，故认为满足要求。恒Ug=3V测试记录及数据处理：表2-4-3序
11、号发电机频率（Hz）发电机电压（V）励磁电流（A）励磁电压（V）给定电压（V）145.0461.62.69661.202.99246.0470.32.67061.302.99347.0479.72.65561.372.98448.0489.22.64661.472.99549.0498.82.63161.452.99650.0507.92.61061.252.99751.0518.12.61761.402.98852.0527.32.60161.372.99953.0537.22.60661.522.991054.0547.22.60361.422.991155.0557.32.60161.6
12、52.99测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒Ug=3V后，当发电机频率在505Hz范围内变化时，励磁调节器可将给定电压恒定在30.015V的范围内，即实现了恒Ug=3V的功能，故认为满足要求。恒Q=0.569Kvar测试记录及数据处理：表2-4-4序 号系统电压（V）发电机电压（V）发电机电流（A）励磁电流（A）给定电压（V）有功功率（kW）无功功率（kVar）1380454.01.002.1603.850.5350.5992370445.01.032.0523.970.5500.6003360434.51.061.9664.080.5740.5964350427.31.101.8
13、834.160.5730.6035390460.00.972.2313.770.5160.5866400465.00.931.2663.650.5070.5697410476.00.872.4003.420.4740.566测试结论：由测试数据可知，整定励磁调节方式为恒Q=0.569Kvar后，当系统电压在350410V范围内变化时，励磁调节器可将无功功率Q恒定在0.5690.034 KVA的范围内，即实现了恒Q=0.569Kvar的功能，故认为满足要求。负荷调节(双回线)测试记录及数据处理：表2-4-7 发电机状态励磁电流励磁电压控制角空载1.2734.5066半负载2.2552.4548额
14、定负载2.4856.7740.8测试结论：控制回路工作正常，符合设计要求。实验5 跳灭磁开关灭磁和逆变灭磁实验录制励磁电压波形，分析变化规律。测试结论：按下灭磁按钮，Ug9V,可控硅处于逆变状态，满足逆变灭磁原理，故认为满足要求。实验6 伏赫限制实验测试记录及数据处理：表2-6-1发电机频率f50Hz49Hz48Hz47Hz46Hz45Hz44Hz43.6Hz机端电压UF(v)420419.4419.2419.0418.8419.3418.7414.8 注：励磁调节方式整定为恒UG=420V，伏赫限制系数整定为95测试结论：恒UG方式下，实际测得的动作频率为f=43.6 Hz，同时伏赫限制指示
15、灯亮，发电机电压不再恒定，实验现象与指导书中的描述一致，故认为满足要求。实验7 欠励限制实验测试记录及数据处理：欠励限制斜率和截距分别整定为Kd 34和Kb 1100，测试记录如下：表2-7-1发电机有功功率P欠励限制动作时的Q值500W 968Var1000W 830Var1500W -701Var2000W-568Var测试结论：依公式Q=KdP/128-Kb, 计算得欠励限制曲线的Kd 34.176，Kb 1101.5，与整定值基本一致，故认为满足要求。实验8 同步发电机强励实验测试记录及数据处理：表2-8-1方式电流值自励他励单相接地短路两相间短路单相接地短路两相间短路励磁电流最大值2
16、.22A2.73A2.22A2.5A发电机电流最大值4.42A5.15A4.27A4.56A测试结论：当电力系统由于某种原因出现短时低压时，励磁系统应以足够快的速度提供足够高的励磁电流顶值，借以提高电力系统暂态稳定性和改善电力系统运行条件，在并网时，进行单相接地和两相间短路故障设置，所测得数据满足实验要求。实验9 调差实验微机他励，双回线测试记录及数据处理：表2-9-1K=0K=+5%K=-5%UF(V)Q(Kvar)UF(V)Q(Kvar)UF(V)Q(Kvar)399.50.033399.30.038399.50.081399.30.490393.40.410405.00.496399.5
17、0.806387.60.863410.20.864398.81.171383.41.183415.51.246399.21.570378.01.570420.01.600测试结论：依测试数据得到的调差特性曲线与指导书中图2-9-1的原理曲线基本一致，故认为满足要求。实验10 过励限制实验测试记录及数据处理：1. 描绘出励磁限制特性曲线2. 做本实验时需要改变过流整定值表2-16 额定电流整定值IE= 1.50A 励磁电流实际值I过励倍数（I/IE）延时时间（t）1.80A1.2100S1.95A1.382S2.10A1.467S2.25A1.555S2.40A1.643S2.55A1.733S
18、2.70A1.825S2.85A1.917S3.00A2.010S图2-10-1测试结论：过励限制特性曲线满足反时限特性，即检测电流越大，延时越小，动作越快，故认为满足要求。第四章 电力系统功率特性和功率极限实验1、无调节励磁时功率特性和功率极限的测定 测试记录及数据处理：表5-1 单回线 UX =300V 无功基本保持0kVar, 76失步010203040506070P100.120.260.380.50.590.660.70Q10+P200.110.240.380.490.590.630.68UF295.0295.3293.3288.5279.9265.3252.8237.7UZ294.
19、0293290.7286.5276.9263.6251.0234.8IA0.2400.2580.5180.7901.0501.3101.5001.767If0.7400.7410.7420.7510.7510.7480.7410.748P1送端功率 Q1送端无功方向 P2受端功率 UF UZ发电机侧，中间站线电压 IA 发电机相电流 If发电机励磁电流P：KW Q：KVAR U：V I：A表5-2 双回线 UX =300V 无功基本保持0kVar ,78失步010203040506070P100.1560.3250.5100.6650.8100.8970.935Q10-P200.150.310
20、.500.650.790.880.90UF301.7301.8299.8294.2286.5274.3261.4243.0UZ300.3300.1297.1292.0282.6271.5258.3241.1IA0.0400.3350.6501.0301.3801.4502.0602.330If0.7900.7900.7900.7900.7920.7920.7900.790结论：相同电压下，当即将失步时，双回线比单回线的有功功率高。即功率极限更高，所以双回线比单回线更稳定。2.输电线为单回线，保证并网前 EqUx，Eq=290V，并网后，不调节发电机的励磁电流，测试记录及数据处理表5-3 单回线
21、 UX =300V 并网前Eq=290VUX 76失步010203040506070P10.040.1150.2520.3600.4810.5790.6540.703Q10-+P200.100.230.350.420.540.600.65UF296.3294.7291.8287.3279.4269.1254.7237.2UZ297.3297.0295290.3283.2273.1264.4252.0IA0.0250.1840.4660.7330.9961.2491.4781.703If0.750.7510.7090.7480.7510.7480.7490.7523.输电线仍然为单回线，保证并网
22、前 EqUx，Eq=310V，并网后，不调节发电机的励磁电流测试记录及数据处理表5-4 单回线 UX =300V 并网前Eq=310VUX 78失步010203040506070P100.1250.2540.3910.4990.5910.6620.709Q10+P200.110.220.390.490.590.640.7UF301.1300.0297.0291283.0271.0256.0238.0UZ298.8298.0294.0289279.0269.0250.0236.0IA0.040.2190.4890.7541.0161.191.491.70If0.7740.7030.7790.77
23、80.7790.7760.7710.778结论：比较实验2和3，相同系统电压和线路电抗的情况下，电势越高，功率极限越大。4.手动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定, 逐步增加发电机输出有功功率，调节发电机励磁电流，保持端电压恒定,观察并记录系统中运行参数的变化， 测试记录及数据处理表 5-5 单回线 UX =300V 手动调节励磁010203040506070P100.120.260.380.50.590.660.70Q10+P200.110.240.380.490.590.630.68UF295.0295.3293.3288.5279.9265.3252.8237.7UZ294.02932
24、90.7286.5276.9263.6251.0234.8IA0.2400.2580.5180.7901.0501.3101.5001.767If0.7400.7410.7420.7510.7510.7480.7410.748 5. 自动调节励磁时，功率特性和功率极限的测定, 逐步增加发电机输出有功功率,观察并记录系统中运行参数的变化.测试记录及数据处理表 5-6 单回线 UX =300V 常规他励 130失步 01020304050607080P100.1520.2930.4110.5910.7750.9491.1041.273Q1-+P200.1480.2850.4050.5850.7700.9450.1100.251UF302.2301.6301.9303.0304.1305.1306.3307.9309.1UZ301.7301.0301.4302.3303.7303.6304.2305.1308.6IA0.0450.2510.5190.7561.0951.4521.8252.2572.073If0.6420.6430.6720.7220
