电力系统自动装置高起专学习指南.docx

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电力系统自动装置高起专学习指南

电力系统自动装置（高起专）-学习指南

电力系统自动装置（高起专）

--学习指南

一、填空题

1．与同步发电机的励磁回路电压的建立、及必要时的

有关设备和电路的总称为励磁系统。

答案：

调整使其电压消失

2．同步发电机的励磁调节方式分为：

、。

答案：

按电压偏差的比例调节按定子电流、功率因数的补偿调节

3．全控整流桥处于整流状态时，晶闸管的控制角α为：

；全控整流桥处于逆变状态时，晶闸管的控制角α为：

。

答案：

00<α<900900<α<1800

4．微机励磁调节器的数据采集方式分为法和法。

答案：

交流采样直流采样

5．准同步并列从限制的角度出发，应限制并列瞬间的电压差和相角差。

答案：

冲击电流

6．线性整步电压的最大值只取决于。

答案：

线性整步电压产生电路的电源

7．准同步并列的理想条件是合闸瞬间，发电机电压和系统电压、

、。

答案：

幅值相等相位相同频率相同

8．保证灭磁过程中发电机转子回路安全，对灭磁提出两点要求，第一是，第二是灭磁过程中励磁绕组电压。

答案：

灭磁时间要短不应超过允许值

9．励磁系统一般由两大部分组成，第一部分是,第二部分是。

答案：

励磁功率单元励磁调节器

10．所谓灭磁是使发电机励磁绕组的磁场到程度。

答案：

尽快地减弱最低程度

11．ZZQ-5型自动准同步装置，为测量真正的导前时间，设置了电

判断题

1．当控制角00<α<900时，三相全控整流桥处于整流状态。

（√）

2．负调差系数在升压变压器高压侧并联运行的机组上采用，机组可以稳定运行。

（√）

3．发电机转子回路采用快速灭磁开关灭磁比采用恒值电阻灭磁快。

（√）

4．正调差系数在机端直接并联运行的机组上采用，机组可以稳定运行。

（√）

5．发电机准同步并列后，经过了一定时间的振荡后才进入同步状态运行，这是由于合闸瞬间发电机与系统之间存在电压差造成的。

（×）

6．发电机准同步并列后立即带上了无功负荷，说明合闸瞬间发电机与系统之间存在电压相位差，且发电机电压滞后系统电压。

（×）

7．正调差系数在机端直接并联运行的机组上采用，机组可以稳定运行。

（√）

8．强励指标包括励磁电压响应比和强励倍数。

（√）

9．在理想的灭磁过程中，励磁绕组两端的电压始终为最大允许值不变，励磁电流衰减速度始终保持不变，即di/dt为一常数。

（√）

10．发电机并列后立即向系统发出有功功率，说明合闸瞬间发电机与系统之间存在电压相位差，且发电机电压超前系统电压。

（√）

11.线性整步电压包含所有同步信息。

（×）

12．自同步并列的方法是，先进行励磁调节，待发电机转速接近同步转速，将发电机断路器合闸，完成并列操作。

（×）

13.手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，应该进行重合。

（×）

14.通常三相一次自动重合闸装置由重合闸启动回路、重合闸时间回路、一次合闸脉冲元件三部分组成。

（×）

15.自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。

（√）

16．综合重合闸的工作方式有三种:

综合重合闸方式、三相重合闸方式、单相重合闸方式。

（×）

17．线性整步电压的斜率与发电机和系统之间的频率差成正比关系。

（√）

18.自动重合闸装置只能在重合闸动作后，加速继电保护的动作。

（×）

19.通常三相一次自动重合闸装置由重合闸启动回路、重合闸时间回路、一次合闸脉冲元件及执行元件四部分组成。

（√）

20．工作电源电压不论什么原因消失时，备用电源自动投入装置均应动作并投入备用电源。

（√）

21．低压启动部分采用两个低电压继电器，线圈接成V形接线，触点串联，是为了防止电压互感器二次侧断线，造成备用电源自动投入装置误动。

（√）

22．系统短路引起有功损耗突增导致自动按频率减负荷装置误动作可用df/dt重合闸动作补救。

（√）

23．电气制动功率越大越利于系统稳定。

（×）

24．双电源线路的自动重合闸装置，还应考虑故障点的断电时间问题和同步问题。

（√）

25．备用电源自动投入装置的动作时间应考虑电动机残压的影响。

（√）

26．自动按频率减负荷装置动作时，必须越快越好。

（×）

27．自动按频率减负荷装置任何一级动作后，频率回升不超过系统的额定频率，即保证切除负荷量最优。

（√）

28．备用电源自动投入装置的动作时间应考虑电动机残压的影响。

（√）

29．自动按频率减负荷装置第一级启动频率应计及系统动用旋转备用所需的时间延迟造成的频率下降。

（√）

30．事故切机有助于系统稳定恢复。

（√）

二、简答题

1．半导体型自动励磁调节器主要单元有哪些？

各单元的主要作用是什么？

答案：

自动励磁调节器的主要单元有测量单元、放大单元、移相触发单元、可控整流单元。

测量单元的作用是测量发电机的端电压并与给定值进行比较找出电压偏差；放大单元的作用是按比例放大发电机电压对其给定值的偏差，形成控制电压输出给移相触发单元；移相触发单元的作用是根据控制电压大小，形成相应相位的触发脉冲，去触发可控整流单元的可控硅；可控整流单元的作用是在移相触发脉冲作用下将交流电整流成为直流供给发电机励磁。

2．画出自并励静止励磁系统原理接线简图，并说明自并励励磁方式的优点。

答案：

自并励静止励磁系统原理接线简图略。

自并励励磁方式的优点：

结构简单，可靠性高，造价低，维护工作量小。

没有励磁机，缩短了机组大轴长度，可减少电厂土建造价。

励磁电压响应速度快。

3．何谓逆变灭磁？

说明三相全控整流桥实现逆变的条件。

答案：

利用三相全控整流桥有源逆变特性，实现发电机励磁回路灭磁的过程称为逆变灭磁。

三相全控整流桥实现逆变的条件是：

1）负载必须是感性的，且原来有储能，即三相全控整流桥原来工作在整流状态。

2）可控硅的控制角为：

900<α<1800，三相全控整流桥输出电压平均值为负值。

3）逆变过程中，交流侧电源不能消失。

4．说明滑差、滑差频率、滑差周期之间的关系？

答案：

如果滑差在一个滑差周期内保持不变,则滑差、滑差频率、滑差周期之间的关系如下:

5．同步发电机准同步并列的理想条件是什么?

实际条件是什么?

答案：

理想条件:

⑴

⑵

⑶

。

实际条件:

⑴

⑵

⑶

6．综合自动重合闸可以实现的重合方式有哪几种？

各自的定义是什么？

综合重合闸可实现四种重合方式：

答案：

（1）综合重合闸方式：

线路上发生单相接地故障时，故障相跳开，实行单相自动重合，当重合到永久性单相故障时，若不允许长期非全相运行，则应断开三相，并不再进行自动重合；若允许长期非全相运行，保护第二次动作跳单相，实行非全相运行。

当线路上发生相间短路故障时，三相QF跳开，实行三相ARD，当重合到永久性相间故障时，则断开三相并不再进行自动重合。

（2）三相重合闸方式：

线路上发生任何形式的故障时，均实行三相自动重合闸。

当重合到永久性故障时，断开三相并不再进行自动重合。

（3）单相重合闸方式：

线路上发生单相故障时，实行单相自动重合，当重合到永久性单相故障时，保护动作跳开三相并不再进行重合。

当线路发生相间故障时，保护动作跳开三相后不进行自动重合。

（4）停用方式（直跳方式）：

线路上发生任何形式的故障时，保护运作均跳开三相而不进行重合。

7．机端直接并联运行的发电机组，无功负荷在机组间合理分配的条件是什么？

为什么？

答案：

各并联运行的发电机均为正调差，且各机组的电压调差率相等，则无功负荷可在机组间按容量比例分配，即合理分配。

因为：

正调差特性的发电机在机端直接并联运行时，可维持无功电流的稳定分配。

当系统无功负荷波动时，各机组电压偏差相同，机组承担的无功负荷与电压偏差成正比，与本机组的调差系数成反比，当各机组的电压调差率相等时，则各机组承担的无功电流增量对各自的额定无功电流的比值相等，即做到了按机组容量大小合理分配。

8．什么叫重合闸前加速保护？

它有何特点？

答案：

当线路上（包括相邻线路及以后的线路）发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性地瞬时动作跳闸，而后借助ARD来纠正这种非选择性动作。

优点：

能快速切除瞬时故障，而且设备少，只需一套ARD装置，接线简单，易于实现。

缺点：

切除永久性故障时间长；装有ARD的QF1动作次数较多，且一旦QF1或ARD装置拒动，则使停电范围扩大。

9．输电线路装设自动重合闸的作用是什么？

答案：

（1）提高输电线路供电可靠性，减少因瞬时性故障停电造成的损失。

（2）对于双端供电的高压输电线路，可提高系统并列运行的稳定性，从而提高线路的输送容量。

（3）可以纠正由于断路器本身机构不良，或继电保护误动作而引起的误跳闸。

10．自动按频率减负荷装置设置附加级有什么意义？

答案：

自动按频率减负荷装置基本级动作时，可能有第i级动作后，频率稳定在fi,,但fi,低于恢复频率的低限值fres.min，又不足以使下一级即i+1级动作。

则系统将长时间在低于fres.min的频率下运行，这是不允许的。

因此，自动按频率减负荷装置设置附加级，动作频率不低于fres.min，附加级在系统频率比较稳定时动作，其动作时限是系统时间常数Tf的2～3倍，一般为15～25s。

附加级可按时间分为若干段，启动频率相同，动作时限不同，按时间先后次序分批切除负荷，以适应功率缺额大小不等的需要。

分批切除负荷过程中，一旦系统恢复频率高于附加级的返回频率，附加级就停止切除负荷。

11．说明系统解列及解列点的选择遵循的原则。

答案：

当电力系统发生稳定破坏，如系统振荡时，能有计划地将系统迅速而合理地解列为功率尽可能平衡而各自保持同步运行的两个或几个部分，称为系统解列，可防止系统长时间不能拉入同步或造成系统瓦解扩大事故。

解列点选择的原则，尽可能保持解列后各部分系统的功率平衡，以防止频率、电压的急剧变化；适当考虑操作方便，易于恢复，有较好远动通信条件。

12．说明故障录波装置的作用。

答案：

系统正常运行时，故障录波装置不录波；当系统发生故障及振荡时，通过启动装置迅速自动录波，直接记录下反映故障录波装置安装处的系统故障电气量。

故障录波装置所记录的电气量为与系统一次值有一定比例关系的电流互感器和电压互感器的二次值，是分析系统振荡和故障的可靠数据。

13．微机型故障录波装置的启动方式有哪些？

并作说明。

答案：

微机型故障录波装置的启动有自启动和命令启动两种。

自启动方式，通过电气量发生变化时启动装置，例如电流电压突变量启动、零序分量启动、频率变化量启动等。

命令启动即通过调度命令或测试命令启动装置。

三、计算题

1．某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，1#机组的额定无功功率为30Mvar，2#机组的额定无功功率为60Mvar，调差系数为0.04。

若系统无功负荷波动，使得电厂的无功增量是总无功容量的20%，试问母线上的电压波动是多少？

各机组承担的无功负荷增量是多少？

答案：

由于两台机的调差系数均为0.04，所以，等值机的调差系数也为0.04。

则母线上的电压波动为：

ΔU*=-KadjΣΔQ*Σ=0.04×0.2=-0.008

各机组承担的无功负荷增量为：

ΔQG1*=-ΔU*/Kadj=-（-0.008/0.04）=0.2

ΔQG1=ΔQG1*QG1=0.2×30=6（Mvar）

ΔQG2*=-ΔU*/Kadj=-（-0.008/0.04）=0.2

ΔQG2=ΔQG2*QG2=0.2×60=12（Mvar）

母线上的电压波动是0.8%；1#机组承担的无功负荷增量是6Mvar；2#机组承担的无功负荷增量是12Mvar。

无功负荷在机组之间按容量比例分配。

2．某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，1#机组的额定无功功率为40Mvar，2#机组的额定无功功率为80Mvar，励磁调节器的调差系数为0.05。

若系统无功负荷波动，使得电厂的无功增量是总无功容量的20%，试问母线上的电压波动是多少？

各机组承担的无功负荷增量是多少？

答案：

由于两台机的调差系数均为0.05，所以，等值机的调差系数也为0.05。

则母线上的电压波动为：

ΔU*=-KadjΣΔQ*Σ=0.05×0.20=-0.01

各机组承担的无功负荷增量为：

ΔQG1*=-ΔU*/Kadj=-（-0.01/0.05）=0.2

ΔQG1=ΔQG1*QG1=0.2×40=8（Mvar）

ΔQG2*=-ΔU*/Kadj=-（-0.01/0.05）=0.2

ΔQG2=ΔQG2*QG2=0.2×80=16（Mvar）

母线上的电压波动是1%；1#机组承担的无功负荷增量是8Mvar；2#机组承担的无功负荷增量是16Mvar。

无功负荷在机组之间按容量比例分配。

3．如下图所示待并列发电机并列前电压

，系统电压

，系统频率

，滑差周期

。

当

时，

，

；当

时，发电机与系统并列。

求：

（1）并列前发电机的转速

；

（2）并列前瞬间，并列断路器QF两端电压相角差

。

答案：

⑴

所以

（转）

⑵由题设知，当

时，

并列过程中有：

即：

所以，并列瞬间，并列断路器QF两端电压相角差

=0。

4．某自动准同步装置的误差时间最大为±0.05秒，同步断路器的合闸时间为0.56秒±20%，而自动准同步装置整定的导前时间最接近的档为0.6秒。

求欲使合闸误差角δ≤5°，应限制滑差频率fs不大于多少?

答案：

由题设知：

则：

所以，

则

5．某电力系统的负荷总功率为PLN=6000MW，系统最大的功率缺额△PLmax=1600MW，设负荷调节效应系数为KL*=2，自动按频率减负荷装置动作后，要求系统的恢复频率fres=48.5Hz，计算接入自动按频率减负荷装置的负荷功率总数Pcut.max的数值。

答案：

或

6．系统中发电机的出力保持不变，负荷调节效应系数值也不变，如果系统再投入相当于30%的负荷功率，或者切除相当于30%负荷的发电功率，分析说明，这两种情况下，系统的稳态频率是否相等？

答案：

这两种情况下，系统的稳态频率不相等。

1）系统投入相当于30%的负荷功率，系统的稳态频率为

。

2）系统切除相当于30%负荷的发电功率，系统的稳态频率为

。

因此，

四、综合题

1．ZZQ-5自动准同步装置的输入

和

，如果有一个极性接反有什么后果？

答案：

产生的线性整步电压移相180。

。

对合闸部分的影响:

造成恒定导前时间脉冲和恒定导前相角脉冲在

前出现,若此时合闸,将产生很大的冲击电流。

对调频部分的影响：

区间鉴别电路将在

输出低电位窄脉冲，允许调频。

对调压部分无影响。

2．对于检定无压和检定同期的双电源供电线路的自动重合闸装置，无压侧的“同步”连片是否需要投入，为什么？

同步侧的“无压”连片是否需要投入，为什么？

当线路上发生永久性故障时，重合闸装置的动作过程如何？

答案：

需要；由于保护误动作、误碰使无压侧QF误跳时，可通过无压侧的KY检定同期条件使QF重合。

不需要；当同期侧的无压连接片也投入，当线路上发生故障时，两侧保护先后动作将QF跳开后，线路失压，两侧KV检线路无压重合，而不管两侧电源是否同步造成非同期合闸。

当线路上发生永久性故障时，无压侧检定无压而重合于故障线路上，保护再次动作将断路器跳开，不再重合。

3．ZZQ-5型自动准同步装置的恒定导前相角脉冲和恒定导前时间脉冲有什么共同点和区别？

答案：

共同点：

⑴都是提前量，导前于δ=0。

（或360。

）；⑵恒定：

tad、δad不随频差、压差变化。

区别：

⑴产生电路不同；⑵恒定导前时间脉冲的宽度不随滑差变化，是只与电路参数有关的固定值;恒定导前相角脉冲的宽度是一定滑差时,导前相角对应的时间的2倍,随着滑差变化（

）;⑶恒定导前时间脉冲在δ=0时刻返回高电位;恒定导前相角脉冲关于δ=0左右对称。

4．画出检定无压和检定同期的自动重合闸的启动回路？

并分析回路启动工作原理。

答案：

无压侧：

无压连接片XB接通；同步侧：

无压连接片XB断开。

（1）无压侧：

无压连接片XB接通，线路故障时两侧QF跳开，KCT1闭合；因线路无电压，KV1合，KV2开，由KV1、XB、KCT1构成的检查无压起动回路接通，ARD动作，无压侧QF重合。

如果无压侧QF误跳闸，KCT1闭合；线路侧有电压，KV1开，KV2合，KY检定同期条件后，重合QF。

（2）同步侧：

无压连接片XB断开，切断了检定线路无电压重合的起动回路。

只有在本侧QF跳闸、KCT1闭合，线路侧有电压，KV2闭合的情况下，且KY检定同期条件满足时，该侧ARD才动作将QF重新合上，恢复同步运行。

5．为什么说ZZQ-5型自动准同期装置实际线性整步电压的最大值、最小值不与δ=0º、δ=180º对应？

答案：

线性整步电压是通过低通滤波电路得到的，因为低通滤波电路存在时滞，所以实际的线性整步电压滞后于理论上得到的线性整步电压，故实际的线性整步电压的最大值、最小值不与

对应，而是稍有滞后。

6．分析下图是什么备用方式？

画出直流展开图，说明当变压器T1故障跳闸时，备用电源自动投入装置是如何工作的。

答案：

图是接线为暗备用方式。

直流展开图略。

要点，正常运行时，3QF分闸位置，其常闭辅助触点闭合；2QF合闸位置，其常开辅助触点2-2闭合，闭锁继电器KT励磁，KT瞬时闭合延时打开的常开触点闭合；为3QF合闸做好准备。

2QF的常闭辅助触点3-3打开。

当变压器T1故障跳闸时，1QF跳闸，其常闭辅助触点闭合，经2QF的常开辅助触点1-1使YT2带电，2QF跳闸，2QF常开辅助触点2-2打开；闭锁继电器KT失磁，KT瞬时闭合延时打开的常开触点延时打开，2QF的常闭辅助触点3-3闭合，经KT常开触点和3QF的常闭辅助触点使YC3带电，3QF合闸。

3QF合闸后，KT瞬时闭合延时打开的常开触点打开，闭锁继电器KT已失磁，其触点不再闭合，因此，备自投只动作一次。

7.备用电源和备用设备自动投入装置一般由哪两个部分组成，各自的作用是什么？

为什么应保证在工作电源断开后备用电源自动投入装置才动作？

用什么措施实现。

为什么备用电源自动投入装置应保证只动作一次？

用什么措施实现。

答案：

备用电源和备用设备自动投入装置一般由低电压启动部分和自动合闸部分组成。

低电压启动部分作用，工作母线因各种原因失去电压时，断开工作电源。

自动合闸部分作用，在工作电源断路器断开后，将备用电源断路器合闸。

保证在工作电源断开后备用电源自动投入装置才动作，只是因为工作母线失去电压可能是因为供电元件发生了故障，如果把备用母线再投入到故障元件上，起不到备自投的作用，还可能扩大故障，加重设备的损坏程度，因此，备用电源自动投入装置设计时必须考虑到这一点。

措施，利用供电元件受电侧断路器断开后，利用其常开辅助触点启动出口，合闸部分迅速合上备用电源的断路器。

当工作母线发生永久性故障，或出线上发生永久性故障未被出线断路器断开时，保护断开供电元件的断路器，备用电源自动投入装置动作投入备用电源，故障仍然存在，继电保护再次动作，将备用电源断开，此后不允许再投入备用电源，以免多次投入到故障元件上，对系统造成不必要的冲击，备用电源自动投入装置只能动作一次。

措施，控制备用电源断路器的合闸脉冲时间，使备用电源自动投入装置只能动作一次。

8．图示为双电源线路的无电压检定和同步检定的重合闸示意图，请补齐接线并指出同步侧和无压侧。

说明线路发生瞬时性故障、永久性故障及由于误碰或保护装置误动作造成断路器跳闸时，重合闸装置分别是如何动作的？

答案：

当线路上发生瞬时性故障时，无压侧鉴定无压而重合，同期侧鉴定同期条件满足而重合，重合成功。

当线路上发生永久性故障时，无压侧鉴定无压而重合于故障线路上，保护再次动作将断路器跳开，不再重合。

由于误碰或保护装置误动作造成某一侧断路器跳闸时，鉴定同期条件满足而重合，重合成功。

9.说明自动按频率减负荷装置，自动按频率减负荷装置设置附加级有什么意义？

供电电源中断时，负荷反馈可能引起自动按频率减负荷装置误动作，为防止误动应采取什么措施？

答案：

自动按频率减负荷装置基本级动作时，可能有第i级动作后，频率稳定在fi,,但fi,低于恢复频率的低限值fres.min，又不足以使下一级即i+1级动作。

则系统将长时间在低于fres.min的频率下运行，这是不允许的。

因此，自动按频率减负荷装置设置附加级，动作频率不低于fres.min，附加级在系统频率比较稳定时动作，其动作时限是系统时间常数Tf的2～3倍，一般为15～25s。

附加级可按时间分为若干段，启动频率相同，动作时限不同，按时间先后次序分批切除负荷，以适应功率缺额大小不等的需要。

分批切除负荷过程中，一旦系统恢复频率高于附加级的返回频率，附加级就停止切除负荷。

供电电源中断时，负荷反馈可能引起自动按频率减负荷装置误动作，为防止误动应采取措施有：

1）缩短供电中断时间，即要求缩短自动重合闸或备用电源自动投入时间。

2）自动按频率减负荷装置带一定的延时，已躲过负荷反馈的影响。

3）采取电流闭锁或电压闭锁，避免电源中断失误动作。

4）采用按频率自动重合闸来纠正，系统频率恢复时，将被断开的用户按频率分批进行自动重合闸，以恢复供电，不但是队误动作的补救，也是对自动按频率减负荷装置正确动作的断开用户恢复供电的措施。