西华大学实验报告（理工类）

开课学院及实验室：                                 实验时间 ：    年   月   日

一、实验目的

1)通过实验加深对电力系统三相短路的理解，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，从实验中观察理解电力系统三相短路时短路电流波形特点。

3)测出三相短路时的短路电流幅值、稳态短路电流值。

4)了解继电保护整定电流值大小对保护跳闸的影响。

二、实验原理

图1   一次系统接线图

实验台一次接线如图1所示。退出一回输电线路。在设置的短路点进行短路实验。

单独由发电机供电时，发生三相短路的短路电流基波分量会发生衰减。

单独由无穷大系统供电时，认为三相电源电势不发生变化，三相短路的短路电流基波分量衰减很小。

短路电流自由分量会影响短路电流的瞬时值。

三、实验设备、仪器及材料

DJZ-III型电气控制及继电保护试验台

四、实验步骤（按照实际操作过程）

（一）、开机

微机自动操作下开机和停机操作

l、在“开机方式”选择区，选择“微机自动”方式，此时“微机自动”指示灯亮，数码管显示“发电机转速”为0；

2、合上“原动机开关”，给三相可控整流装置供电；

3、按下“停机／开机“按钮，此时“开机”指示灯亮，则“Ud”自动增加，可控硅导通角逐渐增大，“原动机电压”表的电压值也在增大，发电机开始启动，然后逐渐逼近额定转速；

4、给上励磁电压后，当满足同期条件时，发电机与系统并列。即“发电机开关”合上，“并网”指示灯亮；当同期条件不满足时，可以通过“微机调节”区的“增速”、“减速”按钮来调节发电机转速，也可通过微机准同期控制器，自动调节发电机转速。

5、并网成功后（冲击电流很小），数码管显示功率危接近为O；

    通过“▲V”按钮可以分别看到“发电机转速■“可控硅控制量”、“发电机功率角”等量

6、当需要增加或减少发电机有功功率时，可通过“增速”或“减速”按钮来改变其功率大小，此时可以看到功率角的大小变化。

（二）停机：

l、先将发电机的有功、无功减至零，然后将发电机与系统解列：跳开“发电机开关”；

2、将发电机逆变灭磁或跳开励磁开关灭磁；

3、松开“停机／开机”按钮，停机汀亮，控制量递减直至为0，发电机减速逐渐停止转动；

4、当发电机转速为0时，跳开“原动机开关”。

1)电源不同对三相短路的影响

本实验通过对操作台上的电源作不同选择，可测出短路的不同情况。

对图1电路有3种电源的选择：

①  由发电机单独作用提供短路电流（无穷大系统退出）。

②  由无穷大系统单独作用提供短路电流（发电机退出）。

③  发电机和无穷大系统共同提供短路电流。

2)不同电源情况下对短路电流的测试

按上述3种不同电源情况，在实验台上用示波器测试A相短路电流的电流波形，记录画出短路电流波形。又分两种情况，带负荷运行时发生短路和空载时（无负荷）短路的情况。

按上述3种不同电源情况，在实验台上测试三相短路时（带负荷短路），A相电流的最大瞬时值（仪器只能一次读出一相的最大瞬时值，下一次测量因短路招位初始条件不同，不能看成相同的短路）。

对于发电机单独供电和无穷大系统单独供电情况，把继电保护启动电流整定值定为较小和较大两种情况，观察发生跳闸和不跳闸两种现象。并记录下相应短路电流和继电保护整定的启动电流。

五、实验过程记录(数据、图表、计算等)

学生手写

六、实验结果分析及问题讨论

实验报告要求

1)整理不同电源短路条件下获得实验数据，通过对比进行定性分析，说明不同电源短路条件下，对短路电流波形有什么影响。

2)定性说明短路电流最大瞬时值受哪些因素影响。

3)通过实验中观察到的现象，说明继电保护整定值直怎样选择

[思考题]

1)不同电源条件下短路，你认为对短路电流波形有什么影响？

2)你认为短路电流最大瞬时值受哪些因素影响？

3)对三相短路，你认为继电保护整定值应怎样确定？

学生手写

 

第二篇：电力系统分析1标准实验报告2

南昌大学实验报告

学生姓名：  熊一凡       学    号：  6100307146    专业班级：  电力系统072班               

实验类型：□ 验证 □ 综合 ■ 设计 □ 创新   实验日期：            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;

n=4;

A=[0 0 -1.961i 0;

   0 0 -1.695i 0;

   -1.961i -1.695i 0 -0.699i;

   0 0 -0.699i 0];

B=[-5i -0.25i 0 0];

K=[1 1 1 1;

   1 1 1 1;

   1 1 1 1;

   1 1 1 1];

f=4;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

Y=zeros(n);C=zeros(n);D=zeros(n);M=zeros(1,n);N=zeros(1,n);

for a=1:n

  for b=1:n

    if a~=b

      if K(a,b)~=1

         if B(a)~=0

         C(a,b)=A(a,b)/(K(a,b)*K(a,b));

         C(b,a)=A(a,b);

         end

         if B(a)==0

         C(a,b)=A(a,b);

         C(b,a)=A(a,b)/(K(a,b)*K(a,b));

         end

      end

      if K(a,b)==1

        D(a,b)=A(a,b);

      end

     else continue

     end

    end

end

for a=1:n

  for b=1:n

     if a~=b

     Y(a,b)=A(a,b)/K(a,b)*(-1);

     M(1,a)=M(1,a)+C(a,b);N(1,a)=N(1,a)+D(a,b);

     else continue

     end

  end

end

for a=1:n

  Y(a,a)=B(a)+M(1,a)+N(1,a);

end

Z=inv(Y);

If=1/Z(f,f);

If

%输出短路故障点电流

运行结果：

If =

0 - 0.4889i

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。突然三相短路，定转子间电流会相互影响。实际电机中存在多个有互感磁耦合关系的绕组，其电阻相对较小，对于每个绕组都遵守磁链守恒原则。

现在分析无阻尼绕组同步电机突然三相短路时的情况（分析中同步电机是理想化的，电机转速不变，各参数用标幺值表示），短路前电机处于空载状态，定子侧总磁链，当转子以同步速旋转，定子各相绕组磁链将随作正弦变化，若短路发生在t=0时刻，

 。为维持磁链初值不变，定子三相绕组将出现电流，其所产生磁链

 

因此，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）对应各自由电流衰减常数确定：自由电流是为维持磁链守恒，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；某绕组时间常数是该绕组电感同电阻之比。

由此确定：定子侧、及转子侧按衰减；

转子侧、定子侧按衰减。

（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。

答：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。

七试验体会

通过此次试验，使自己能更熟练的掌握matlab的使用，对相关理论知识也有了更深刻的认识与了解，同时锻炼了自己的动手能力，使自己的实验操作能力、独立分析问题和解决问题的能力、创新思维能力和理论联系实际的能力都有了进一步的提高，同时也强化了实践意识。我将会更加努力的完善自我，在以后的电力系统实验中更加认真，是自己的专业知识更加稳固扎实，塑造更专业化的自己

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