华北电力大学：《电力系统综合实验》课程指导书（电力系统静态稳定、电力系统暂态稳定）

电力系统综合实验前言电力系统综合实验是根据1982年电力系统及自动化专业武汉会议确定的教学大纲编写的。其目的是在学生基本学完专业课的基础上，对某些问题进行综合的实验探讨，以提高学生实验研究、分析处理数据和提出科学报告的能力。通过实验，使学生对电力系统的结构、系统中各元件的性能、电力系统正常运行、故障运行、失步特征等建立比较完整的概念。通过实验，使学生在实验方案设计、仪器仪表的选择与使用、实验电路的接线与调试、数据处理与误差分析、曲线与向量图的绘制等方面得到训练。实验内容包括：电力系统静态稳定、电力系统暂态稳定、同步发电机静态运行安全极限测定、用不同方法测定同步发电机参数等。为了使学生掌握动态模拟方法，以便利用动模实验室进行实验，首先简略介绍了模拟理论及动模的作用、电力系统中各元件的模拟、模拟计算举例等，最后对实验室的某些专用仪器进行了介绍。所列实验内容可根据专业设置选做其中部分项目。实验一电力系统静态稳定实验二电力系统暂态稳定

电力系统综合实验 前 言 电力系统综合实验是根据 1982 年电力系统及自动化专业武汉会议确定的教学大纲编写 的。其目的是在学生基本学完专业课的基础上，对某些问题进行综合的实验探讨，以提高学 生实验研究、分析处理数据和提出科学报告的能力。 通过实验，使学生对电力系统的结构、系统中各元件的性能、电力系统正常运行、故障 运行、失步特征等建立比较完整的概念。 通过实验，使学生在实验方案设计、仪器仪表的选择与使用、实验电路的接线与调试、 数据处理与误差分析、曲线与向量图的绘制等方面得到训练。 实验内容包括：电力系统静态稳定、电力系统暂态稳定、同步发电机静态运行安全极限 测定、用不同方法测定同步发电机参数等。 为了使学生掌握动态模拟方法，以便利用动模实验室进行实验，首先简略介绍了模拟理 论及动模的作用、电力系统中各元件的模拟、模拟计算举例等，最后对实验室的某些专用仪 器进行了介绍。 所列实验内容可根据专业设置选做其中部分项目。 实验一 电力系统静态稳定 实验二 电力系统暂态稳定

实验一电力系统静态稳定一。实验目的1.观察单机对无穷大系统静态稳定破坏的物理过程，增加对静态稳定的感性认识。2.通过实验加深对电力系统静态稳定性问题基本理论的理解。3.通过实验研究影响电力系统静态稳定性的因素和提高静态稳定性的措施。二：实验接线与原理电力系统静态稳定实验接线如图1-1所示。UXLGDT1T2DL1XLDL1DL2Sn=6KVASn=5KVAUn=230VK=230/500VU=500VXL=42.42Uk =17.6%Xd*=1.18图1-1电力系统静态稳定实验接线图图中：G为模拟同步发电机：T1为模拟变压器：DL为并车开关：DL1、DL2为线路开关：XL为输电线路电抗。图1-1等值电路如图1-2所示。电力系统静态稳定与发电机的功角特性方程式中的参数有直接关系。发电机功角特性方程式为Equsin8RuaXdXTXLXdzO式中P一系统传输功率Eg一发电机横轴电势图1-2等值电路图U一系统侧电压Xd一系统综合电抗8一发电机功角（Eg、U之间夹角）上式中E.U/Xd为系统传输功率极限，若此项为定值，则传输功率为功角的正弦函数。系统综合电抗为Xd=Xd+XT+XI式中Xa一发电机同步电抗X↑一变压器短路电抗XL一输电线路电抗16

16 实验一 电力系统静态稳定 一．实验目的 1. 观察单机对无穷大系统静态稳定破坏的物理过程，增加对静态稳定的感性认识。 2. 通过实验加深对电力系统静态稳定性问题基本理论的理解。 3. 通过实验研究影响电力系统静态稳定性的因素和提高静态稳定性的措施。 二．实验接线与原理 电力系统静态稳定实验接线如图 1-1 所示。 图 1-1 电力系统静态稳定实验接线图 图中：G 为模拟同步发电机；T1 为模拟变压器；DL 为并车开关；DL1、DL2 为线路开 关；XL 为输电线路电抗。 图 1-1 等值电路如图 1-2 所示。 电力系统静态稳定与发电机的功角特性方程式中的参数有直接关系。 发电机功角特性方程式为 P= sin Xd EqU  δ 式中 P —系统传输功率 Eq—发电机横轴电势 U —系统侧电压 XdΣ—系统综合电抗 δ—发电机功角（Eq 、U 之间夹角） 上式中 EqU/ XdΣ为系统传输功率极限，若此项为定值，则传输功率为功角的正弦函数。 系统综合电抗为 XdΣ=X d + X T + XL 式中 Xd —发电机同步电抗 XT —变压器短路电抗 XL —输电线路电抗

三。实验项目与方法（一）保持系统电压U=500V，保持发电机电势Eo=Uo+=1，双回线运行（线路电抗XL=21.2Q），做功角特性并填写实验记录。实验步骤：1.设定系统运行方式为双回线运行（合线路开关DL1、DL2)；2.启动发电机到额定转速；3.投励磁调节器。设定励磁调节器运行方式为手动励磁方式，然后调节励磁到发电机额定电压：4.投同期开关。调节电压、频率、相位使之满足同期条件然后并车；5.调节发电机使其输出的有功功率和无功功率为零，并确定功角测量仪零位：6.调节发电机励磁电流为给定值（即Uo*=1时对应的励磁电流），并保持恒定（即保持发电机电势EQ=1恒定）；7.保持系统电压U=500V，逐步增加发电机输出的有功功率，记录系统侧的有功功率和功角（注意60°后慢升有功功率），填写实验记录。注意：发电机失步后迅速解列、断励磁、停机。（二）保持系统电压U=500V，保持发电机电势Eo=Uo*=1，单回线运行（线路电抗XL=42.4Q），做功角特性并填写实验记录。实验步骤：1.设定系统运行方式为单回线运行（断线路开关DL1、DL2）：2.重复实验项目（一）中实验步骤27。（三）保持系统电压U=500V，保持发电机电势EQ+=0.8，单回线运行（线路电抗XL=42.4α），做功角特性并填写实验记录。实验步骤：1.设定系统运行方式为单回线运行（断线路开关DL1、DL2）：2.启动发电机到额定转速；3.投励磁调节器，设定励磁调节器运行方式为手动励磁方式，然后调节励磁到发电机额定电压：4：投同期开关。调节电压、频率、相位使之满足同期条件然后并车：5.调节发电机使其输出的有功功率和无功功率为零，并确定功角测量仪零位：6.调节发电机励磁电流为给定值（即降低励磁电流至0.8倍），并保持恒定（即保持发电机电势EQ*=0.8恒定）；7.保持系统电压U=500V，逐步增加发电机输出的有功功率，记录系统侧的有功功率和功角（注意60°后慢升有功功率），填写实验记录。（四）保持系统电压U=500V，励磁调节器运行方式为自动励磁方式，单回线运行（线路电抗X=42.4Q），做功角特性并填写实验记录。实验步骤：1.设定系统运行方式为单回线运行（断线路开关DL1、DL2）；2.启动发电机到额定转速：3.投励磁调节器，设定励磁调节器运行方式为自动励磁方式，然后调节励磁到发电机额定电压：4.投同期开关。调节电压、频率、相位使之满足同期条件然后并车：5.调节发电机使其输出的有功功率和无功功率为零，并确定功角测量仪零位；6.保持系统电压U=500V，逐步增加发电机输出的有功功率，记录系统侧的有功功率17

17 三．实验项目与方法 （一）保持系统电压 U=500V，保持发电机电势 EQ*=U0*=1， 双回线运行（线路电抗 XL=21.2Ω），做功角特性并填写实验记录。 实验步骤： 1. 设定系统运行方式为双回线运行（合线路开关 DL1、DL2）； 2．启动发电机到额定转速； 3．投励磁调节器。设定励磁调节器运行方式为手动励磁方式，然后调节励磁到发电机额 定电压； 4．投同期开关。调节电压、频率、相位使之满足同期条件然后并车； 5．调节发电机使其输出的有功功率和无功功率为零，并确定功角测量仪零位； 6. 调节发电机励磁电流为给定值（即 U0*=1 时对应的励磁电流），并保持恒定（即保持 发电机电势 EQ*=1 恒定）； 7. 保持系统电压 U=500V， 逐步增加发电机输出的有功功率，记录系统侧的有功功率 和功角（注意 60°后慢升有功功率），填写实验记录。 注意：发电机失步后迅速解列、断励磁、停机。 （二）保持系统电压 U=500V，保持发电机电势 EQ*=U0*=1， 单回线运行（线路电抗 XL= 42.4Ω)，做功角特性并填写实验记录。 实验步骤： 1. 设定系统运行方式为单回线运行（断线路开关 DL1、DL2）； 2．重复实验项目（一）中实验步骤 2—7。 (三) 保持系统电压 U=500V，保持发电机电势 EQ*=0.8，单回线运行（线路电抗 XL=42.4 Ω），做功角特性并填写实验记录。 实验步骤： 1. 设定系统运行方式为单回线运行（断线路开关 DL1、DL2）； 2．启动发电机到额定转速； 3．投励磁调节器，设定励磁调节器运行方式为手动励磁方式，然后调节励磁到发电机额 定电压； 4．投同期开关。调节电压、频率、相位使之满足同期条件然后并车； 5．调节发电机使其输出的有功功率和无功功率为零，并确定功角测量仪零位； 6. 调节发电机励磁电流为给定值（即降低励磁电流至 0.8 倍），并保持恒定（即保持发 电机电势 EQ*=0.8 恒定）； 7. 保持系统电压 U=500V，逐步增加发电机输出的有功功率，记录系统侧的有功功率和 功角（注意 60°后慢升有功功率），填写实验记录。 （四）保持系统电压 U=500V，励磁调节器运行方式为自动励磁方式，单回线运行（线路 电抗 XL=42.4Ω），做功角特性并填写实验记录。 实验步骤： 1. 设定系统运行方式为单回线运行（断线路开关 DL1、DL2）； 2．启动发电机到额定转速； 3．投励磁调节器，设定励磁调节器运行方式为自动励磁方式，然后调节励磁到发电机额 定电压； 4．投同期开关。调节电压、频率、相位使之满足同期条件然后并车； 5．调节发电机使其输出的有功功率和无功功率为零，并确定功角测量仪零位； 6. 保持系统电压 U=500V，逐步增加发电机输出的有功功率，记录系统侧的有功功率

和功角（注意60°后慢升有功功率），填写实验记录。Eq*=实验记录IL =XL=8功角（度）P测量值（KW）P计算值（KW）四：实验报告1：根据发电机功角特性方程式和图1-1所给的参数，计算实验项目与方法中（一）（二）、（三）的系统静态稳定极限（即8=90°时的输送功率）。2.计算实验记录表中P计算值。3.将每项功角特性的实验曲线和计算曲线绘制在一起，并绘制在同一张坐标纸上。4.分析、比较不同运行方式下系统静态稳定的功率极限有何不同。5.总结提高电力系统静态稳定的基本措施。五：预习要求1.复习电力系统静态稳定的基本概念。2.分析影响单机对无穷大系统静态稳定的因素有哪些？3.手动励磁时，如何保持发电机电势E*不变？自动励磁调节器对系统静态稳定的影响如何？4.根据发电机功角特性方程式和图1-1所给的参数，计算实验项目与方法中（一）、（二）、（三）的系统静态稳定极限（即8=90°时的输送功率），写出预习报告。六．思考题1.为什么自动励磁调节器能提高系统的静态稳定性？2.实验中，当发电机频临失步时应采取哪些挽救措施才能避免发电机失步？18

18 和功角（注意 60°后慢升有功功率），填写实验记录。 实验记录 Eq*= IL = XL= δ 功角（度） P 测量值（KW） P 计算值（KW） 四．实验报告 1. 根据发电机功角特性方程式和图 1-1 所给的参数，计算实验项目与方法中（一）、 （二）、（三）的系统静态稳定极限（即δ=90°时的输送功率）。 2. 计算实验记录表中 P 计算值。 3. 将每项功角特性的实验曲线和计算曲线绘制在一起，并绘制在同一张坐标纸上。 4. 分析、比较不同运行方式下系统静态稳定的功率极限有何不同。 5. 总结提高电力系统静态稳定的基本措施。 五．预习要求 1. 复习电力系统静态稳定的基本概念。 2. 分析影响单机对无穷大系统静态稳定的因素有哪些？ 3. 手动励磁时，如何保持发电机电势 Eq*不变？自动励磁调节器对系统静态稳定的影响 如何？ 4. 根据发电机功角特性方程式和图 1-1 所给的参数，计算实验项目与方法中（一）、 （二）、（三）的系统静态稳定极限（即δ=90°时的输送功率），写出预习报告。 六．思考题 1. 为什么自动励磁调节器能提高系统的静态稳定性？ 2. 实验中，当发电机濒临失步时应采取哪些挽救措施才能避免发电机失步？

实验二电力系统暂态稳定一．实验目的1.观察单机对无穷大系统暂态稳定破坏的物理过程。2，分析影响电力系统暂态稳定的因素，研究提高电力系统暂态稳定的措施。3.通过实验加深对电力系统暂态稳定基本理论的认识。二：实验接线电力系统暂态稳定实验接线如图2-1所示。XLUsDGT1T2DL10KXLDL1DL2DXo图2-1电力系统暂态稳定实验接线图三：实验项目与方法本次实验系统参数同电力系统静态稳定实验一样。故障点选在系统高压侧、线路首端K点。故障控制由微机式保护/故障模拟控制装置实现。通过装置菜单设定故障点（K1、K2、K3、K4、K5）、故障类型（单相接地、两相短路、三相短路）、故障时间、有无重合闸等。使用方法见《附二微机式保护/故障模拟控制装置使用说明》。故障控制系统接线如图2-2所示。图中K1一K5为三相开关，接实验系统的故障点，可同时接五个不同的故障点。故障分相开关和接地开关均为单相开关，组合设定系统故障类型。故障总开关为三相开关，用来制造所设定的故障。以上操作可通过装置菜单设定，也可直接操作相应按钮设定。注意：实验过程中，制造故障后经一定故障时间（根据实验内容设定）自动切除故障，同时切除一回线路，使其变成单回线运行。如果继续做故障实验，应先合线路开关DL1、DL2，使其在双回线情况下运行，然后进行实验，实验步骤：1.启动发电机到额定转速；2.投励磁调节器，设定励磁调节器运行方式为手动励磁方式，然后调节励磁到发电机19

19 实验二 电力系统暂态稳定 一．实验目的 1. 观察单机对无穷大系统暂态稳定破坏的物理过程。 2. 分析影响电力系统暂态稳定的因素，研究提高电力系统暂态稳定的措施。 3. 通过实验加深对电力系统暂态稳定基本理论的认识。 二．实验接线 电力系统暂态稳定实验接线如图 2-1 所示。 图 2-1 电力系统暂态稳定实验接线图 三．实验项目与方法 本次实验系统参数同电力系统静态稳定实验一样。故障点选在系统高压侧、线路首端 K 点。 故障控制由微机式保护/故障模拟控制装置实现。通过装置菜单设定故障点（K1、K2、K3、 K4、K5）、故障类型（单相接地、两相短路、三相短路）、故障时间、有无重合闸等。使用 方法见《附二 微机式保护/故障模拟控制装置使用说明》。 故障控制系统接线如图 2-2 所示。图中 K1—K5 为三相开关，接实验系统的故障点，可 同时接五个不同的故障点。故障分相开关和接地开关均为单相开关，组合设定系统故障类型。 故障总开关为三相开关，用来制造所设定的故障。以上操作可通过装置菜单设定，也可直接 操作相应按钮设定。 注意：实验过程中，制造故障后经一定故障时间(根据实验内容设定)自动切除故障，同 时切除一回线路，使其变成单回线运行。如果继续做故障实验，应先合线路开关 DL1、DL2， 使其在双回线情况下运行，然后进行实验。 实验步骤： 1．启动发电机到额定转速； 2．投励磁调节器，设定励磁调节器运行方式为手动励磁方式，然后调节励磁到发电机

额定电压：3.投同期开关。调节电压、频率、相位使之满足同期条件然后并车：4.按表2-1调节输出功率。由微机式保护/故障模拟控制装置设置故障时间、故障类型、重合闸等，启动并设置好波形记录仪。波形记录仪使用见《附一DF1024波形记录仪使用介绍》；5.启动故障总开关制造故障，观察发电机表记（机端电压U、机端电流I、有功功率P）变化情况。若实验失步则迅速解列、断励磁、停机。观察、分析电压、电流等波形，记录实验结果。6.重复步骤4一5至完成表2-1实验内容（若实验失步，则重新启机，重复步骤1一5）。A内部B连线CN故障分A -K故障箱并关故障点K5点K1故障总开关（兰相）接地ABCN开关ABCN接故障点接故障点接故障点图2-2故障控制系统接线图表 2-1故障时间PQ故障类型重合闸实验结果I23456四：实验报告1.根据实验记录，用等面积定则分别分析表2-1中六种不同故障条件下的系统暂态稳定性。20

20 额定电压； 3．投同期开关。调节电压、频率、相位使之满足同期条件然后并车； 4．按表 2-1 调节输出功率。由微机式保护/故障模拟控制装置设置故障时间、故障类型、 重合闸等，启动并设置好波形记录仪。波形记录仪使用见《附一 DF1024 波形记录仪使用介 绍》； 5．启动故障总开关制造故障，观察发电机表记（机端电压 U、机端电流 I、有功功率 P） 变化情况。若实验失步则迅速解列、断励磁、停机。观察、分析电压、电流等波形，记录实 验结果。 6. 重复步骤 4—5 至完成表 2-1 实验内容（若实验失步，则重新启机，重复步骤 1—5）。 图 2-2 故障控制系统接线图 表 2-1 故障时间 P Q 故障类型 重合闸 实验结果 1 2 3 4 5 6 四．实验报告 1. 根据实验记录，用等面积定则分别分析表 2-1 中六种不同故障条件下的系统暂态稳 定性

2.分析下列命题：相同条件下，单相接地、两相短路、三相短路暂态稳定性比较；相同条件下，输出功率不同时三相短路暂态稳定性比较；相同条件下，有、无重合闸时三相短路暂态稳定性比较：相同条件下，故障持续时间不同时三相短路暂态稳定性比较。3.提出并分析提高电力系统暂态稳定的措施。五．预习要求1.复习电力系统暂态稳定的概念。2.熟悉实验室微机式保护/故障模拟控制装置原理和使用方法。3.了解提高电力系统暂态稳定的措施4.复习用故障分析和等面积定则分析电力系统暂态稳定的方法。21

21 2.分析下列命题： 相同条件下，单相接地、两相短路、三相短路暂态稳定性比较； 相同条件下，输出功率不同时三相短路暂态稳定性比较； 相同条件下，有、无重合闸时三相短路暂态稳定性比较； 相同条件下，故障持续时间不同时三相短路暂态稳定性比较。 3．提出并分析提高电力系统暂态稳定的措施。 五．预习要求 1. 复习电力系统暂态稳定的概念。 2. 熟悉实验室微机式保护/故障模拟控制装置原理和使用方法。 3. 了解提高电力系统暂态稳定的措施。 4. 复习用故障分析和等面积定则分析电力系统暂态稳定的方法