一、实验目的
1. 了解和掌握单机带负荷运行方式的特点。
2. 了解在单机带负荷运行方式下原动机的转速和功角与单机—无穷大系统运行方式下
有什么不同。
3. 通过独立电力网与大电力系统的分析比较，进一步理解系统稳定概念。 二、原理说明
单机带负荷运行方式与单机对无穷大系统运行方式有着截然不同的概念：单机对无穷大系统在稳定运行时，发电机的频率与无穷大频率一样，它受大系统的频率牵制，随系统的频率变化而变化，发电机的容量只占无穷大系统容量的很小一部分；而单机带负荷是一个独立电力网，发电机是唯一电源，任何负荷的投切都会引起发电机的频率和电压变化（原动机的调速器，发电机的励磁调节器均为有差调节），此时，也可以通过二次调节将发电机的频率和电压调至额定值。
图1 单机带负荷接线图
负载箱阻抗的分配如下：阻性负载包括一组 3×1600Ω/0.2A（0.1kW）板式电阻，两组 3×800Ω/0.4A（0.2kW）板式电阻，一组 3×320Ω/1A（0.5kW）板式电阻和两组 3×160Ω/2A （1kW）板式电阻，通过开关投切可调节阻性负载的大小。 三、实验内容与步骤
打开电源前，调整实验台上各切换开关的位置，确保三个电压指示为同一相电压或线电压；发电机运行方式为单机运行；发电机励磁方式手动励磁，他励；
1. 依次打开控制柜电源、试验台电源，原动机开关旋至开，按下微机调速器启动按钮，自
动将机组启动至 1500rpm，打开励磁电源，通过调节手动励磁调压手柄，使发电机电压达到300V。
2. 合上输电线路的所有断路器，发电机通过两回线送电到负载。
3. 通过控制电阻性负载的投退改变有功负载的大小，记录在不同负载下发电机转速，送、
受端的电压，有功功率、功率因数及电流。数据记录在表 1‐1 中，由于负载对称，只需记录一相电流即可。根据记录的数据分析发电机转速与受端功率，受端电压和功率与负载阻抗，受端功率和电压等的关系。
4. 上述实验步骤完成后，将输电线路改为单回路，重复上述实验步骤。 5. 发电机单机运行结束后的断电步骤：
1) 减少发电机的励磁至0；
2) 按下调速器装置面板上的‘停止’按钮；
3) 当发电机的转速为0时，依次关掉励磁电源、原动机电源。
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表 1‐1 Ug =300V 手动他励 P：kW U：V I：A n：rpm
P1、cosΦ1－送端功率、功率因数，P2－受端功率，UTr－送端线电压，URe－受端线电压， 试验之前应注意负荷不能投入，励磁方式调好。 四、实验报告：
1、 根据实验数据，结合教材，分析受端电压和功率随负载阻抗的变化规律。
2、 根据负载大小不同时转速的不同，绘出转速和有功功率的关系曲线，计算出原动机的调
差系数。
3、 分析比较投切不同性质负载对转速和受端电压的影响。
4、 在电源电势给定，输电系统阻抗和负载功率因数一定情况下，分析负载阻抗与受端功率
极限的关系。
5、 分析功率极限与负载功率因数的关系。 五、注意事项：
1、打开电源前，应将全部阻性负载切除；
2、采用手动励磁时，应该注意手动调节电压将发电机电压调节至300V时，发电机的频率
才可以达到50Hz，当发电机电压在0到200V之间，发电机的频率显示不准确； 3、投切负载的过程不宜过快，否则导致电流过大，致使电机停止转动；
4、数据应直接从实验台上的电压表、电流表、功率表等上读取，不宜通过微机控制装置进
行读取；
5、每次投切负载时应注意将发电机电压调至300V，再记录此时的数据。
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实验2 手动准同期并网实验（演示实验）
一、 实验目的
1、加深理解同步发电机准同期并列运行原理，掌握准同期并列条件。
2、掌握手动准同期的概念及并网操作方法，准同期并列装置的分类和功能。 3、熟悉同步发电机手动准同期并列过程 二、原理说明
在满足并列条件的情况下，只要控制得当，采用准同期并列方法可使冲击电流很小且对电网扰动甚微，故准同期并列方式是电力系统运行中的主要并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并发电机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。依并列操作的自动化程度，又可分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。它能反映发电机组与系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。它能反映电机组与系统间的频率差和相角差，并且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点（相同点）时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。准同期控制装置根据给定的允许压差和允许频差，不断地检测准同期条件是否满足，在不满足要求时，闭锁合闸并且发出均压、均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时间送出合闸脉冲。 三、实验内容与步骤
选定实验台面板上的旋钮开关的位置：将“励磁方式”旋钮开关打到“手动励磁”位置；将“励磁电源”旋钮开关打到“他励”位置；将“同期方式”旋钮开关打到“手动”位置，发电机运行方式为并网方式，同时将调压器和手动励磁调压手柄调节至零。
1、依次打开控制柜电源、试验台电源，原动机开关旋至开，按下微机调速器启动按钮，自动将机组启动至1500rpm，打开励磁电源。顺时针旋转调压器旋钮至显示线电压 300V，再调节手动励磁调压手柄，使发电机电压为300V，按下QF7合闸按钮。
2、在手动准同期方式下，发电机组的并列运行操作在这种情况下，要满足并列条件，需要手动调节发电机电压、频率，直至电压差、频差在允许范围内，相角差在零度前某一合适位置时，手动操作合闸按钮进行合闸。
（1）将实验台上的“同期表控制”旋钮打到“投入”状态，投入模拟同期表。观察模拟式同期表中，频差和压差指针的偏转方向和偏转角度，以及和相角差指针的旋转方向。 （2）按下微机调速装置上的“＋”键进行增频，同期表的频差指针接近于零；此时同期表的压差指针也应接近于零。
（3）观察同期表上指针位置，当相角差指针旋转缓慢至接近 0 度位置时（此时相差也满足条件），手动按下 QF0 合闸，合闸成功后，并网指示灯闪烁蜂鸣。
3、发电机并网运行情况下的断电步骤： （1）先将发电机输出的有功和无功减为0；
（2）将发电机与系统解列，即将QF0分闸，再将每条线路进行分闸； （3）减少发电机的励磁至0；
（4）按下调速器装置面板上的‘停止’按钮；
（5）当发电机的转速为0时，依次关掉励磁电源、原动机电源。
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四 实验报告
根据实验步骤，详细分析手动准同期并列过程。 五、注意事项：
1、当同期表相角差指针逆时针旋转时应调节微机调速装置，使转速达到1500rpm；
2、当相角差指针旋转缓慢并指向中间位置时，手动按下QF0 合闸，合闸按钮时间继电器的
设定不宜太长；
3、采用手动励磁时，应该注意手动调节电压将发电机电压调节至300V时，发电机的频率
才可以达到50Hz，当发电机电压在0到200V之间，发电机的频率显示不准确；同理，对于调压器而言，也应将电压调节至300V时，系统电压的频率才能达到50Hz。
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实验3 电力系统暂态稳定实验
一、实验目的
1、通过实验加深对电力系统暂态稳定内容的理解。
2、通过实际操作，从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施。 3、了解提高暂态稳定的措施。 二、原理说明
电力系统暂态稳定问题是指电力系统受到较大的扰动之后，各发电机能否继续保持同步运行的问题。引起电力系统大扰动的原因主要有以下几种： 1、 负荷的突然变化，如投入或切除大容量的负荷； 2、 切除或投入系统的主要元件，如发电机，变压器等；
3、 发生短路故障。其中短路故障的扰动最为严重，因此常以此作为检验系统是否具有暂
态稳定的条件。
图3‐1所示简单电力系统在输电线首端发生短路时的等值电路，分析其暂态过程：
图 3‐1 简单电力系统不同运行状态及其等值电路图
正常运行时发电机功率特性为：PⅠ=（E0×U0）×Sinδ/X1=PmⅠSinδ 短路运行时发电机功率特性为：PⅡ=（E0×U0）×Sinδ/X2=PmⅡSinδ 故障切除发电机功率特性为：PⅢ=（E0×U0）×Sinδ/X3=PmⅢSinδ 根据上面三个公式可知，功率特性发生变化与阻抗和功角特性有关。而系统保持稳定条件是切除故障角δc小于最大摇摆角δmax，在不计能量损耗时，根据等面积原则可简便的确定δmax。
三、实验内容与步骤
开电源前，调整实验台上各切换开关的位置，确保三个电压指示为同一相电压或线电压；发电机运行方式为并网运行；发电机励磁为手动励磁，他励；并网方式为手动同期。 1．短路对电力系统暂态稳定的影响
在本实验平台上，通过对操作台上短路故障单元进行设置，可对某一固定点进行单相接地短路，两相相间短路，两相接地短路和三相短路试验。测定不同短路故障下，能保持系统稳定时发电机所能输出的最大功率。
在实验台上短路故障的设置单元中，通过对操作台上的短路选择按钮的组合可进行单相接地短路，两相相间短路，两相接地短路和三相短路试验。
注：短路持续时间继电器的量程为0～99.99s，第三位单位为秒。 具体实验步骤如下：
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① 输电线路选择双回路，系统侧电压Us =300V，发电机组起励建压，通过双回路并网输电。 注：发电机和系统电压都调整为300V！
② 调节发电机使其输出的有功和无功功率均为零，设置微机调速器功角测量为0。 ③ 短路故障设置及短路极限功率的测定
④ 调节微机调速装置和手动励磁变压器，使发电机组输出P1=1kW。
注：用户可以自行确定系统初始运行条件，但为了实验的安全和可靠性起见，初始运行状
态不宜超过半负荷）
⑤ 操作故障设置按钮，按照表3‐1 内容依次设置短路类型，将短路持续时间设置为 5s。按下短路投入按钮，使系统处于短路运行状态。如果发电机在短路时间内仍然能够保持稳定运行，则退出短路运行，通过调速装置增加有功功率，直到发电机处于临界失步状态，记录此时的极限功率和短路（短路前）电流值（电流值从微机保护装置的“测量信息”→“模拟量”菜单下读出）。
表 3‐1 短路极限功率测定数据表短路故障设置时间为 t=5s Us =300V 双回路
2、 发电机并网运行情况下，断电步骤：
（1）先将发电机输出的有功和无功减为0；
（2）将发电机与系统解列，即将QF0分闸，再将每条线路进行分闸； （3）减少发电机的励磁至0；
（4）按下调速器装置面板上的‘停止’按钮；
（5）当发电机的转速为0时，依次关掉励磁电源、原动机电源。 四、实验报告
1、整理不同短路类型下获得的实验数据，通过对比，对不同短路类型进行定性分析，详细说明不同短路类型对系统稳定性的影响。
2、通过试验中观察到的现象，说明提高暂态稳定有哪些，如何进行相关操作实现提高发电机的暂态功率极限。
3、对失步处理的方法有哪些，理论根据是什么？ 4、发电机组失步后，会有什么严重后果。 五、注意事项：
1、采用手动励磁时，应该注意手动调节电压将发电机电压调节至300V时，发电机的频率才可以达到50Hz，当发电机电压在0到200V之间，发电机的频率显示不准确；同理，对于调压器而言，也应将电压调节至300V时，系统电压的频率才能达到50Hz。
2、在调节功率过程中一旦出现失步问题，立即进行以下操作，使发电机恢复同步运行状态：迅速退出短路故障，操作微机调速装置上的“－”减速键，减小有功功率。
（编者：严家明 许允之）
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