南昌大学实验报告

学生姓名：李开卷      学号：6100312199    专业班级：电力系统124班

实验类型：□ 验证 □ 综合 ■ 设计 □ 创新   实验日期：12.5   实验成绩：            

一、实验项目名称

    电力系统短路计算实验

二、实验目的与要求：

目的：通过实验教学加深学生的基本概念，掌握电力系统的特点，使学生通过系统进行物理模拟和数学模拟，对系统进行电力系统计算和仿真实验，以达到理论联系实际的效果。通过电子计算机对电力系统短路等计算的数学模拟，分析电力系统的故障计算方法、实现工程计算的功能。提高处理电力系统工程计算问题的实际能力，以及实现对电力系统仿真的过程分析。

要求：

l、 使学生掌握对电力系统进行计算、仿真试验的方法，了解实验对电力系统分析研究的必要性和意义。

2、使学生掌握使用实验设备计算机和相关计算软件、编程语言。

3、应用电子计算机完成电力系统的短路计算。

4、应用电子计算机及相关软件对电力系统进行仿真。  

三、主要仪器设备及耗材

1.每组计算机1台、相关计算软件1套

四、实验步骤

1.        将事先编制好的形成电力网数学模型的计算程序原代码由自备移动存储设备导入计算机。

2.        在相应的编程环境下对程序进行组织调试。

3.        应用计算例题验证程序的计算效果。

4.        对调试正确的计算程序进行存储、打印。

5.        完成本次实验的实验报告。

五、实验数据及处理结果

运行自行设计的程序，把结果与例题的计算结果相比较，验证所采用的短路电流计算方法及程序运行的正确性。如果采用的是近似计算方法，还需分析由于近似所产生的误差是否在运行范围内。

实验程序：

clear clc;

z=[0.2i,inf,0.51i,inf;

inf,4i,0.59i,inf;

0.51i,0.59i,inf,1.43i;

inf,inf,1.43i,inf];

y=[0,0,0,0;

0,0,0,0;

0,0,0,0;

0,0,0,0];

f=4;

Y=zeros(4,4);

for(i=1:4),

    for(j=1:4),

        if i==j

            Y(i,j)=Y(i,j)

        else

            Y(i,j)=-1.0/z(i,j)

        end

    end

end

for (i=1:4),

    for(j=1:4),

        Y(i,i)=Y(i,i)+y(i,j)+1.0/z(i,j)

    end

end

Z=inv(Y);

If=1/Z(f,f);

实验结果：If=0-0.48902i   

实验例题所给结果短路电流：If = - j0.4895，与程序运行结果在误差允许范围之内，故验证了该程序的正确性。

六、思考讨论题或体会或对改进实验的建议

1.      理解课本上讲述的同步电机突然三相短路的物理分析。

答：同步电机稳态对称运行（包括稳态对称短路）时，电枢磁势大小不随时间变化，而在空间以同步速旋转，同转子没有相对运动，故不会在转子绕组中感应电流。突然短路时，定子电流发生急剧的变化，电枢反应磁通也随着变化，定转子间电流会相互影响，这是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点。我们在进行磁感分析时，对于每个绕组都遵守磁链守恒原则。

对于无阻尼绕组同步电机突然三相短路时，短路后定子侧将出现：①基频电流，由三相对称绕组的基频电流产生的交变磁链，用以抵消转子主磁场对定子各相绕组产生的交变磁链；②直流：对各绕组产生的不变、、，来维持定子绕组的磁链初值不变；③倍频电流：定子各相直流产生的恒定磁势，当转子旋转时，因转子纵横轴磁阻不同，转子每转过，磁阻经历一个变化周期，为适应磁阻的变化，产生倍频电流与直流共同作用，才能维持定子侧磁链初值不变。

转子侧产生：①附加直流分量：为抵消定子电流对转子产生的强烈电枢反应影响，维持磁链不变，该附加直流与原直流同向，加强了励磁绕组的磁场，而且产生磁通的一部分也要穿过定子绕组，故激起定子基频电流大大超过稳态短路电流

②转子基频交流：为抵消定子的直流和倍频电流产生的电枢反应，该基频电流在转子产生脉振磁场，分解为正反两方向磁场，又来影响定子侧的以及在定子侧产生两倍频的交变磁链，定子侧的就是为了抵消该磁链而产生的。

2.      简述无阻尼绕组同步电机突然三相短路时，短路电流所含各种分量以及各自由电流衰减时间常数的确定，有阻尼绕组同步电机突然三相短路时有什么不同之处？

答：（1）无阻尼绕组同步电机突然三相短路时，定子侧短路电流有：①基频电流：抵消转子主磁场对定子各相绕组产生的交变磁链；②直流：维持定子绕组的磁链初值不变。③倍频电流：为适应磁阻的变化，倍频电流与直流共同作用，才能维持定子侧磁链初值不变。

转子侧短路电流有：①附加直流分量：为抵消定子电流对转子产生的强烈电枢反应影响，维持磁链不变；②转子基频交流：为抵消定子的直流和倍频电流产生的电枢反应。

（2）在实用计算中，各自由电流衰减常数确定，常采用以下的简化原则：①为维持磁链守恒而在短路瞬间出现的自由电流，若它产生的磁通对于本绕组相对静止，那该电流将按本绕组时间常数衰减，一切同改自由电流发生依存关系的均按同一时间常数衰减；②某绕组时间常数是该绕组电感同电阻之比,而忽略其他绕组电阻的影响。

（3）有阻尼绕组同步电机突然三相短路时的不同：有阻尼绕组电机，在转子纵轴向有励磁绕组和阻尼绕组，横轴向也有阻尼绕组。突然短路时，定子基频电流突然增大，电枢反应磁通也突然增加，励磁绕组、阻尼绕组为维持磁链守恒，都会感应出自由直流，由此来抵消电枢反应磁通的增加。转子各绕组自由直流产生磁通一部分又进入定子侧，由此定子侧会有基频电流自由分量。注意，转子纵轴向的励磁绕组和阻尼绕组间存在互感关系，突然短路瞬间它们当中任一绕组的磁链守恒都是靠两绕组的自有电流共同维持的。

3.      简述电力系统三相短路电流的实用计算的条件，应用前提及使用方法。

电力系统三相短路电流的实用计算的条件：

（1）起始次暂态电流的实用计算条件：把系统所有元件都用其次暂态参数代表，次暂态电流计算就同稳态电流计算一样，系统中所有静止元件的次暂态参数都与其稳态参数一致，而旋转电机的次暂态参数则不同于其稳态参数。

短路时，同步电机的次暂态电势  ①，实用计算中汽轮机和有阻尼绕组的凸极发电机的；对于异步电动机的(是异步电机起动电流的标幺值)，   ②。

实用计算中，只对于短路点附近能显著提供短路电流的大型电动机，才按上式①②算出次暂态电抗和次暂态电势。其他电动机，则看作是系统中负荷节点的综合负荷的一部分，该综合负荷可近似用一个含次暂态电抗和次暂态电势的等值支路表示。

（2）负荷提供的冲击电流,式中为负荷提供的起始次暂态电流的有效值，为冲击系数

4.      三相短路时短路容量的标么值等于什么？

答：三相短路时短路容量标幺值,式中是系统的基准容量，是短路点输入电抗的标幺值。

七、实验小结

     在有过上次计算电力网数学模型模拟实验后，对于怎么用MATLAB软件来求解电力网络节点导纳矩阵有了一定的基础，所以这次实验相对来说是比较轻松的。本次实验就是通过节点导纳矩阵来求解系统的短路电流的标幺值。

     所以本实验也是在求出系统的导纳矩阵的基础上进行的。还过这里是先求出系统的节点阻抗矩阵，利用求解阻抗矩阵的逆矩阵来求解系统的导纳矩阵。在求出了系统的导纳矩阵之后，这是一个含有发电机支路和负荷的节点矩阵，利用节点方程YV=I可知，设发电机的电势为1，则I=1/Y可以求出短路电流。

八、参考资料

1.        《电力系统分析》    何仰赞  华中科技大学出版社

2.        《电力系统稳态分析》陈珩  中国电力出版社

3.        《电力系统暂态分析》李光琦  中国电力出版社

4.        《电力系统计算》    水利电力出版社

实验素材：

 

第二篇：工厂供电实验报告

南昌大学实验报告

学生姓名： 学号： 专业班级： 实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：

实验一 电气一次及二次控制实验

阅读电气图纸是电气工作者必备的基本技能，电气图纸是电气工作者对电

气设备工作原理的理解，对电气设备的安装、调试、维护、检查的必备资料。

指导书中的附录是高压配电室的基本系统图及基本单元的电气原理图、安

装图，此图中的端子标号并未标出，希望同学能通过实验室中相对应的高压开

关柜，查找完善图纸，并通过这一教学实践环节能使同学将书本上的一些识图

原则，在自己动手实践中得到进一步的理解，为今后的工作打下坚实的基本的

工作技能。

1、实验目的：

通过电气一次及二次控制实验，达到加深对工厂电气设备的感性认识，熟

悉工厂供电设备构成和运行方式。

2、实验的基本原理：

根据实际的高压开关柜和利用所学的工厂供电知识，结合主接线电气知识

及工厂一次、二次设备的构成，完成工厂供电系统的一次、二次接线图。

3、主要仪器设备及耗材

主要设备：高压开关柜

耗材：开关、导线、接插件、保险丝、继电器等

4、实验步骤

实验分两次完成

（1）一次系统(2学时)

了解一次系统的设备，画出一次系统的主接线图。给出设备的型号。

了解二次系统的主要设备，高压开关柜内装有哪些保护设备及二次回路以

及他们的接线。如电度表的进线。保护的接线。

（初步了解）结合高压开关柜查找了解完善图纸中的端子标号、端子排图、

安装图中的设备编号及接线端子的编号，根据以上的编号，结合原理图，完善

原理图中的设备连接的标号。（内容未讲到，但学生想看实物，所以先看实物。

了解一、二次设备及其型号、作用、连接、接线图）

在电压互感器回路演示隔离开关的操作。栓子要松开。在变压器回路，断路器在合闸位置所以栓子卡住了隔离开关的操作回路，说明断回路一定要先断断路器。否则断不了。

（2）二次系统

结合高压开关柜查找了解完善图纸中的端子标号、端子排图、安装图中的设备编号及接线端子的编号，根据以上的编号，结合原理图，完善原理图中的设备连接的标号。

熟悉二次系统的接线，了解设备型号，查找资料，根据电气原理图叙述出过流保护，变压器瓦斯保护，手动跳、合闸及断路器操作机构的储能过程，以及断路器的防跳过程。

做断路器断开的演示实验：合上总电源，电压互感器调100伏，按跳闸按钮，则断路器断开。松开隔离开关的栓子，则操作隔离开关的操作回路，可使隔离开关跳闸。将白色按钮打向左，则短路器操作机构充电。

5、实验结果

见附页图

6、实验心得与体会

通过这次实验我知道了亲身熟悉了一次回路，也让我对高压开关柜的各电气设备有更为感性的认识。同时通过近距离的观察还使我更加深刻地理解了隔离开关的开关过程，了解了避雷器的工作原理，计量柜对电能的计量过程等等。这次实验是一次对理论原理的补充，我学到了很多。二次回路接线图的表示方法有：二次回路原理图，二次回路原理展开图、二次回路安装接线图。二次回路安装接线图包括屏面布置图，端子排图，屏后接线图

。

南昌大学实验报告

学生姓名： 学号： 专业班级： 实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：

实验二 电磁型电流继电器和电压继电器实验

一. 实验目的

1. 熟悉DL型电流继电器和DY型电压继电器的实际结构,工作原理,基本特性.

2. 掌握动作电流,动作电压参数的整定.

二. 预习与思考

1. 电流继电器的返回系数为什么恒小于1?

2. 动作电流(压),返回电流(压)和返回系数的定义是什么?

3. 实验结果如返回系数不符合要求,你能正确地进行调整吗?

4. 返回系数在设计继电保护装置中有何重要用途?

三. 原理说明

DL-20G系列电流继电器和DY-20C系列电压继电器为电磁式继电器.由电磁系

统,整定装置,接触点系统组成.当线圈导通时,衔铁克服游丝的反作用力矩而作用,

使动合触点闭合.转动刻度盘上的指针,可改变游丝的力矩,从而改变继电器的动

作值.改变线圈的串联并联,可获得不同的额定值.

DL-20C系列电流继电器铭牌刻度值,为线圈并联时的额定值.继电器用于反映

发电机,变压器及输电线短路和过负荷的继电器保护装置中.

DY-20C系列电压继电器铭牌刻度值,为线圈串联时的额定值. .继电器用于反映

发电机,变压器及输电线路的电压升高(过压保护)或电压降低(低电压起动)的继

电保护装置中.

四. 实验内容

1. 整定点的动作值,返回值及返回系数测试

实验接线图2-1,图2-4分别为过流继电器及低压继电器的实验接线.

(1) 电流继电器的动作电流和返回电流测试:

a. 选择EPL-04组件的DL-21C过流继电器(额定电流为6A),确定动作值并进行

整定.本实验整定值为2.7A及5.4A两种工作状态.

注意:本继电器在出厂时已把转动刻度盘上的指针调整到2.7A,学生也可以拆下

玻璃罩子自行调整电流整定值.

b. 根据整定值要求对继电器线圈确定接线方式:

图2-1 过流继电器实验接线图

注意:

(1) 过流继电器线圈可采用串联或并联接法,如右图所示.其中串联接法电流动作

值可由转动刻度盘上的指针所对应的电流读出,并联接法电流动作值则为串

联接法的2倍.

(2) 串并联接线时需注意线圈的极性，应按照要求接线，否则就得不到预期的动

作电流值。

c. 按图2-1接线，调压器T、变压器T2和电阻R均位于EPL-20，220V直流

电源位于EPL-18，交流电流位于EPL-12，量程为10安。并把调压器表按

钮逆时针调到低。

图2-2 过流继电器线圈接法

d. 检查无误后，合上主电路电源开关和220V直流电源船型开关，顺时针调节

自藕调压器，增大输出电流，并同时观察交流电流表的读数和光示牌的动作

情况。注意：当电流表的读数接近电流整定值时，应缓慢对对自藕调压器进

行调节，以免电流变化太快。

当光示牌由灭变亮时，说明继电器动作，观察交流表并读取电流值。

e.继电器动作后，反向缓慢调节

调压器降低输出电流，当光示牌由亮变灭时，说明继电器返回．记录此时的电流值为返回电流，用Ifj表示（能使继电器返回的最大电流值），记入表2－1，并计算返回系数：继电器的返回系数是返回与动作电流的比值，用ＫＦ表示．

Id

过电流继电器的返回系数在０.８５～０.９之间．当小于０.８５或大于０.９

时应进行调整，调整方式见附录．

f．改变继电器的线圈接线方式（采用并联接法），重复以上步骤．

Kf?If

南昌大学实验报告

学生姓名： 学号： 专业班级： 实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：

a．选ＥＰＬ－０５中的ＤＹ－２８Ｃ型低压继电器（额定电压为３０Ｖ），确定动作值并进行初步整定．本实验整定值为２４Ｖ及４８Ｖ两种工作状态．

注意；本继电器在出厂时已把转动刻度盘上的指针调整到２４Ｖ，学生也可以拆下玻璃罩子自行调整电压整定值．

图2-3 低压继电器线圈接法

b．根据整定值需求确定继电器接线方式．

注意：

（１）低压继电器线圈可采用串联或并联接法，如右图所示．其中并联接法电压动作值可由转动刻度盘上的指针所对应的电压值读出，串联接法电压动作值则为并联接法的２倍．

（２）串并联接线时需注意线圈的极性，应按照要求接线，否则得不到预期的动作电压值．

c．按图2－4接线（采用串联接法），调压器Ｔ位于ＥＰＬ－２０，２２０Ｖ直流电源位于ＥＰＬ－１８，交流电压表位于ＥＰＬ－１１，量程为２００Ｖ．并把调压器旋钮逆时针到底．

图2-4 低压继电器实验接线图

d．顺时针调节自耦变压器，增大输出电压，并同时观察交流电压表的读数和关示牌的动作作情况．当光示牌由灭变亮后，再逆时针调节自耦变压器逐步降低电压，并观察光示牌的动作情况．注意：当电压表的读数接近电压整定值时，应缓慢对自耦调压器进行调节，以免电压变化太快．当光示牌由亮变灭时，说明继电器开始跌落．记录此时的电压称为动作电压Ｕdj．

e．再缓慢调节自耦变压器升高电压，当光示牌由亮变灭时，说明继电器舌片开始被吸上．记录此时的电压称为返回电压ＵＦＪ，将所取得的数值记入表2-2并计算返回系数．返回系数Ｋf为

Ud

低压继电器的返回系数不大于１.２．将所得结果记入表2－2．

f．改变继电器线圈的接线方式（采用并联接法），重复以上步骤．

Kf?Uf

五、 思考题

1、电流继电器的返回系数为什么恒小于1?

答：电流继电器是过流动作，小于整定值后返回；为了避免电流在整定值附近时导致继电器频繁启动返回，一般要设一个返回值，例如0.97，电流小于0.97才返回。因此返回值要小于1。

2、 实验结果如返回系数不符合要求,你能正确地进行调整吗?

答：(1)改变舌片的起始角和终止角;(2)不改变舌片的起始角和终止角，而变更舌片两端的弯曲程度以改变舌片与磁极间的距离;(3)适当调整触电压力也能改变返回系数，但应注意触电压力不宜过小。

南昌大学实验报告

实验三 电气绝缘试验 学生姓名： 学号： 专业班级： 实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：

一、实验目的

1．学会高压实验的安全技术；

2．学习工频试验变压器的应用及其运行；

3．从实验中了解极不均匀电场下电极性和极间障对空气间隙击穿电压的影响；

4. 通过实验了解在绝缘介质表面的放电现象。

二、原理说明

1.空气间隙抗电抗强度和其击穿的发展过程

当间隙一定时，击穿电压和电场分布（均匀和不均匀对称或不对称）大气条件，电压作用时间，以及电场强度较大的电极极性等一系列因素有关。极不均匀电场的特征是电极间距离远大于电极本身曲率半径，电晕电压实际上和击穿电压相吻合。

极不均匀电场的另一特点是电极形状的改变，几乎不影响击穿电压，只是当电场分布不对称时（极不对称电场）击穿电压才出现有较大的差别，因此在实际应用中，对于极不均匀电场中击穿电压的估计常利用所谓典型电极（棒-棒、棒-极）的击穿电压对间隙距离曲线（两电极几何尺寸相差不多时，可利用棒-极曲线例如变压器相间空气距离，两电极几何尺寸相差很大时，可利用棒-极曲线例如变压器接线端对油枕的空气距离）。

在极不对称电场中，击穿过程的发展总开始于电场强度大的电极近旁，所以这个电极的极性不同，击穿电压也就有极显著区别。在图3-1中可以很明显的看到具有极不对称电场的棒-极间隙在正棒时击穿电压，远低于负棒是的击穿电压，而从电晕电压来看棒极为正时则反较负棒时较高些，要说明这些现象不得不比较详细的复习一下放电发展过程。

不管棒极为正或者为负间隙击穿以前，在棒极附近总首先出现电晕电压随间隙距离的变化（Uc：击穿电压，Ud：电晕电压）电晕放电，也即是说在整个间隙中这一区域内空气介质首先被破坏这里发生这里发生游离所形成的空间电荷对间隙击穿过程是起助长或抑制的作用，就决定了棒极性不同，在同样距离下击穿电压也就有很大差别的结果。

如果在空气间隙中放置一层薄层固体介质（极间隙），则离子的运动在此外受到阻碍，附着于极间隙的带电质点使电场分布发生变化，如果从改变电场分布的观点来看间隙的作用，那么极间隙的绝缘强度如何是无关紧要的。事实上只在电压接近于击穿电压时，极间

隙的绝缘强度才起重要作用。

若两电极的距离a不变，改变极间隙对棒极间距离a1，击穿电压和a1/a比值的关系如图3-2所示。当间隙中具有极间隙时，在极间隙向着棒极的一面，散步着和棒极同以符号的离子，此时极间隙至板极间的一段间隙中电场或多或少的接近于均匀电场。较大部分电压也承受在这一部分间隙中，这个现象从图二实验曲线中的下列事实充分的得到证实。

放电距离

图3-1 在不同极性下棒一板间隙击穿电压

图3-2 棒一极隙中极间障位置对击穿电压的影响（极间障为电缆纸）

2.沿面放电现象

电力系统中所有的高压电器，如绝缘子、套管等是处在空气中绝缘的破坏往往首先是沿固体介质表面的空气击穿。因此对该类设备的沿面放电电压（或称闪络电压）应提出一定的要求，使在正常工作时不应因受过电压作用而发生闪络而导致电网的短路或设备的烧伤。

在均匀的电场中若置入一块介质，虽然介质的表面是沿电力线放置，但发现间隙的击穿电压会因介质的置入大为降低，这与下列的因素有关：

南昌大学实验报告

学生姓名： 学号： 专业班级： 实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：

（a） （b）

图3-3 沿面放电现象

（1）由于介质与电极接触不紧，易导致整个间隙的击穿（图3-3a）

（2）介质表面不平和边缘效应引起电场不均匀。（图3-3b）

（3）介质表面有水份杂质引起表面电场的畸变，因而实质上二极间已是一不均匀电

场。因而放电电压降低。 工程实际中最常见的是图3-3b情况下的沿面放电。 这是一种不

均匀的电场，其特点为沿介质的表面。 即有切线方向也有法线方向的电场力作用。

沿图放电有两个阶段：当外加电压值由零值逐渐上升时，在电极附近即产生电晕，随

着作用电压数值的上升，电晕变得更激烈，光带变的更亮。 这一阶段的特点是电晕放电中

火花的电压降较大（火花通道的电阻值较大）。因此放电不易迅速向前发展推移。 当电压

继续上升电晕放电继续发展， 即转入沿面放电的第二阶段，此时有新的热游离因素占甚大

的作用。 新生离子数目剧增，固体介质表面的火花光线很亮，放电火花呈树枝状，随着电

压的继续上升，火花将甚易地向前迅速推移，放电声音也与第一阶段不同，带有爆裂声甚

响。

三、实验设备和方法

1. 间隙击穿电压

试验设备的接线如下图所示，图3-4中若按图中实线的接法，直流输出电压的极性为

负的。试验时直流击穿电压的读数都是根据高压试验变压器TP1的初级电压值换算的。电

极的支架采用Q-15求隙器配用针、板电极。

实验前必须熟悉试验设备（型号、规格、外形）。然后完成实验接线。安装好电极后关

好安全门才能进行加电压操作，安装电极时应测量好极间的距离。（可利用设备本身的标尺，

也可以利用量具进行）。

图3-4 T1 高压试验变压器 T2 调压器 R 保护电阻

Sr 硅堆整流器 C 高压电容器 V1 TP1测量电压表 V2 静电电压表

加压前将将接地棒拆除，合电源开关，缓缓升压，读出开始放电时的电压值。每一距离做三次。取平均值，每次均应把电压（调压器）退到零位，过一段时间，再升电压到放电。

2. 沿面放电 在平一板电极（薄铜板）上放一块玻璃板，在玻璃板中放一可移的圆柱形电极，再使电极经水电阻接到高压电源上（如图3-5）进行测量沿面放电。

图3-5 玻璃板沿面放电

四、实验内容

1. 测量不同电极形状下间隙击穿电压。并确定它和间隙距离的关系曲线。 记录如下表所示：

南昌大学实验报告

学生姓名： 学号： 专业班级： 实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：

五、实验心得体会

通过这次放电实验，我对放电现象有了初步的认识，知道了简单的放电现

象的原因——如端电压、端距离，亲身感受了放电现象。这实验包括尖对尖放

电实验，尖对面放电实验，球对球放电实验，让我认识到了放电现象其实是有

很多种类的。实验中，尖对尖放电实验和尖对面放电实验都成功实验，不知道

什么原因没有做成功，有点失望，不过尖对面的放电实验还是很让人惊叹的，

很有趣的，希望以后有更多类似的实验。