电力系统自动装置电子教案及讲义Word文档下载推荐.docx
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AFL及自
如图1-1
为电力系统安全自动装置配置：
图1-1电力系统自动装置配置示意图
2、电力系统调度自动化：
1）对实时数据进行收集和处理，保证电能质量，保证系统安全和经济运行。
2）
对事故的实时预想以选择合理的最优运行方式；
系统事故发生后，提供正确的事故处理措施。
因此，电力
系统调度自动化是一项效果显著、经济效益高、提高系统安全经济运行水平的技术措施。
三、主要学习内容及计划课时
1、同步发电机的自动并列装置（10+2课时）
保证了并列操作的正确性和安全性，而且减轻了运行人员的劳动强度，加快并列操作的过程。
ZZQ-5自
动准同步装置；
数字式并列装置
2、同步发电机的自动调节励磁装置AER（18+2）
调整同步发电机励磁系统的励磁电流维持发电机机端电压；
分配并列运行发电机间无功功率，保证系统运
行时的电压水平；
提高电力系统的稳定性；
3、电力系统频率和有功功率自动调节（4）
通过调整发电机的有功出力保证电力系统正常运行时有功功率的自动平衡，使系统频率在规定范围内变动。
4、输电线路的自动重合闸ARD（10+2）
将被非正常操作跳开的断路器重新自动投入的一种自动装置，提高输电线路供电的可靠性。
5、备用电源和备用设备自动投入装置ATS（4+2）
当工作电源（或工作设备）因故障被断开以后,能自动而迅速地将备用电源（或备用设备）投入工作,保证用
户供电可靠性
6、自动按频率减负荷装置AFL（4）
防止电力系统因事故发生有功功率缺额时频率的过度降低，保证了电力系统的稳定运行和重要负荷的正常
工作；
7、反事故措施
（2）
1）自动解列装置可防止系统稳定破坏时引起系统长期大面积停电和对重要地区的破坏性停电。
2）水轮机组低频自启动当电力系统发生功率缺额、频率降低时，水轮发电机迅速起动并投入系统运行。
3）自动切机自动切机是在系统发生短路故障时，在功率过剩侧自动切去部分机组，以减少过剩功率，使重
合闸时保持系统的稳定性。
4）电气制动是在系统发生短路故障时，在功率过剩的电厂侧快速投入制动电阻，消耗过剩功率以限制机组
加速，使重合闸时两侧电势摆开的角度不致过大。
8、电力系统安控装置包括检测单元、判断单元、决策单元、执行单元和通信单元，控制电力系统稳定安全
（2）
9、故障录波装置
（2）
正确分析事故原因、研究防止对策提供原始资料，帮助查找故障点；
分析评价继电保护及自动装置、高压
断路器的动作情况，及时发现设备缺陷，以便消除隐患；
实测系统参数，研究系统振荡。
授课顺序2课时2累计学时4
第二章同步发电机的自动并列装置
章节与课题
课题一：
并列方法及条件
目的要求熟悉并掌握关于并列的一些基本概念；
分析准同步并列条件
重点难点
重点：
同步运行、并列操作、准同步并列、自同步并列、滑差、滑差频率、滑差周期、恒定导前时
间、恒定导前时间式自动准同步装置；
难点：
准同步并列条件不满足时并列对系统的影响
1、并列的方法有哪两种？
如何定义？
各有何特点？
2、准同步并列的条件有哪些？
如果不满足这些条件，会有什么后果？
作业
3、为什么要在δ=0之前提前发合闸脉冲？
4、自动准同步装置的任务是什么？
自动准同步装置应能自动检定待并发电机和系统母线间的压差、频差大小，当满足要求时，导前
小结（δ=0°
）tad时间自动发出合闸脉冲命令，使断路器主触头闭合时δ=0°
。
如果压差或频差不满足要求，则检出压差和频差方向，对待并发电机进行电压或频率的调整，以加快自动并列的过程。
一、同步发电机的并列
1、同步运行并列运行的同步发电机，其转子以相同的电角速度旋转，每个发电机转子的相对电角速度
都在允许的极限值以内。
2、并列操作把一台待投入系统的空载发电机经过必要的调节，在满足并列运行的条件下经开关操作与
系统并列。
3、同步发电机的并列方法
1）准同步并列：
发电机在并列合闸前已加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统
侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。
2）自同步并列：
将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动机转
矩、同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列操作。
3）准同步并列的优点是并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低；
不足是并列操作过程中需要对发
电机电压、频率进行调整，并列时间较长且操作复杂，另外，如果合闸时刻不准确，可能造成非同步合闸。
4）自同步并列的优点是并列过程中不存在调整发电机电压、频率的问题，并列时间短且操作简单，在
系统电压和频率降低的情况下，仍有可能将发电机并入系统，容易实现自动化；
不足是并列发电机未经励
磁，并列时会从系统中吸收无功而造成系统电压下降，同时产生很大的冲击电流。
4、分类：
按自动化程度不同，准同步并列分为手动准同步、半自动准同步和自动准同步。
5、同步点在发电厂和变电所中，两侧均有电源可以进行并列操作的断路器。
例如，发电机、发电机双
绕组变压器组高压侧、发电机三绕组变压器组各电源侧的断路器都是同步点，用以实现一台发电机的并列
操作；
母线联络断路器是同步点，作为同一母线上所有发电单元的后备同步点；
双绕组变压器、三绕组变
压器各电源侧断路器都是同步点，在任一侧故障断开或检修后恢复时，可以减少并列过程中的倒闸操作，
保证迅速可靠地恢复供电。
母联、旁路、35KV及以上系统联络线等的断路器都是同步点。
母线分段断路器
一般不作为同步点，因为低压侧母线解列时，高压侧是连接的，没有同期要求。
对变压器为Y,d11连接，采用△侧电压在Y侧实现准同步时，可用接线为D，y1,相电压变比为的中间转
角变压器进行相位补偿。
二、准同步条件分析
1、滑差ωs在相量图上G和sys以不同的电角速度ωG和ωsys旋转，如果以系统侧电压为基准，则发电机
以（ωG―ωsys）的相对电角度旋转，记为即ωs=ωG―ωsys=2π（fG―fsys）=2πfs
2、滑差频率
fs=
fG―fsys；
如果从
G和sys
同相位时开始计时，则
之间的
3、相角差δ=|ωG―ωsys|t=|
ωs|t
4、滑差周期Ts我们称δ变化360°
（2πrad）所用的时间，如果ωs在一个Ts内保持不变，则Ts与ωs、
fs有如下关系
（2-3）
显然，Ts的大小反映了待并发电机和系统之间频率差的大小，Ts小则表示频差大，Ts大则表示频差小。
我们可以将这一结论用于检测待并发电机是否满足并列条件。
5、发电机并列操作应该遵循以下原则：
（1）并列瞬间，发电机的冲击电流应尽可能小，不应超过允许值；
（2）并列后，发电机应能迅速进入同步运行，暂态过程要短。
6、发电机并列时不满足准同步条件的后果。
1）设G与
sys相位相同（δ=0），
f
G=
sys，但G≠sys。
则
相量图如图2-2所示
U
UU
当G>
sys时，滞后G90°
对发电机起去磁作用，
发电机并列后立即带无功负荷；
当UG<
Usys,超前G90°
对
发电机起助磁作用，发电机并列后立即从系统吸收无功功率。
如果
U很大，则Iim过大时，将会引起发电
机定子绕组发热，或定子绕组端部在电动力的作用下受损。
因此，一般要求电压差不应超过额定电压的
5%~10%。
2）设fG=fsys，UG=Usys=U，但G与sys相位不同（δ≠0），则
，
如果δ很大，Iim很大，其有功分量电流在发电机轴上产生冲击力矩，严重时损坏发电机。
通常准同步
并列操作允许的合闸相位差不应超过去
5°
如果合闸瞬间发电机与系统之间存在较小的相位差，当G超前
sys，发电机并列后立即发出有功功率；
当
G滞后sys，发电机并列后立即从系统吸收有功功率。
3）设G=sys，但
G≠
sys
G与sys
之间具有相对运动，则并列合闸后的
δ在0°
到360°
之间周期性变
化，
当δ=0°
时，
=0，则
I
im=0；
当δ=180°
=2G=2sys，则
im最大；
当δ=360°
（0°
）时，
U=0，则Iim=0。
可见，发电机在频差较大的情况下并入系统，立即带上较多正的（或负的）有功功率，对转子产生制动（或
加速）的力矩，使发电机产生振动，严重时导致发电机失步，造成并列不成功。
一般准同步并列时的允许频率差范围为额定频率的0.2%~0.5%。
对工频额定频率50Hz，允许频率差为0.1~0.25Hz。
7、发电机准同步并列的实际条件是：
（1）
待并发电机与系统电压幅值接近相等，电压差不应超过额定电压的
（2）
在断路器合闸瞬间，待并发电机电压与系统电压的相位差应接近零，误差不应大于
（3）
待并发电机电压与系统电压的频率应接近相等，频率差不应超过额定频率的
0.2%~0.5%。
8、合闸脉冲命令的发出在压差、频差满足要求的情况下，并列断路器主触头闭合时，应使δ等于0°
由于断路器的合闸过程有一定的时间，作为自动准同步装置，必须在δ=0°
导前一个时间tad发出合闸脉
冲。
9、恒定导前时间tad为从发出合闸脉冲起到断路器主触头闭合止中间所有元件动作时间之和，一般约为
0.1~0.7s。
导前时间tad应不随频差、压差而变，是一个固定的数值，所以有恒定导前时间之称，以此原
理作成的装置也被称为恒定导前时间式自动准同步装置。
授课顺序
3
课时
2
累计学时
6
第二章
同步发电机的自动并列装置课题二：
同步条件检查
掌握整步电压的定义及特点。
从框图上熟悉线性整步电压的获得方法、波形。
在此基础上掌握恒定
导前时间式自动准同步装置频差大小检查的方法、原理。
重点难点全波线性整步电压特点，恒定导前相角，分析频差大小检查的原理。
1、何谓整步电压？
2、说明全波线性整步电压的特点3、说明自动准同步装置中导前时间脉冲和导
前相角脉冲的根本区别。
4、试分析线性整步电压最低值不为零时，对导前时间有何影响？
5、说
明频差大小检查的方法及原理。
1、全波线性整步电压的特点：
1）包含了相角差信息量和频差信息量；
不包含压差信息量。
2、频
差大小检查的方法、区间：
比较导前时间脉冲和导前相角脉冲出现的先后次序检查频差大小，在
180°
?
δ?
360区间°
内进行。
1、整步电压uzb包含同步条件信息量的电压。
整步电压分为正弦整步电压（与时间具有正弦函数关系）
和线性整步电压（与时间具有时间具有线性函数关系）。
2、全波线性整步电压获得框图、电路、波形
由图2-9（b）可见，当[usys]和[uG]中任意一个是高电位，而另一个是低电位时，
VT获得基极电流而
饱和导通，输出a点为低电位；
只有在[
u
sys]和[
G]同时高电位（
sys和
G同时为负）或[
G]同时低电
位（sys和
G同时为正）时，VT无法获得基极电流而截止，输出
a点才为高电位。
zb的最大值与ua高电位
相等,为E，uzb的表达式
uzb波形的上升部分斜率
下降部分斜率
3、全波线性整步电压特点
1）uzb最大值E对应δ=0°
或360°
，最小值对应δ=180°
所以线性整步电压包含了相角差信息量。
2）uzb波形和顶值电压与
uG、usys的幅值无关，不包含压差信息量。
3）uzb的斜率与fs成正比，包含了频差信息量。
4.导前时间脉冲脉冲产生
uzb（最大值对应于δ=0°
，uact≠0）通过比例—微分电路和电平检测电路获得
对应的为tad=nRC，tad
仅与电路参数R、C值及n值有关，与压差或频差无关，是恒定导前时间。
对应的
t
ad是导前δ=0°
相应o
低电位时间。
5、如果线性整步电压的最小值不为
0V，对导前时间（低电位）有何影响？
（讨论）
相当于比例电路形成的电压
上叠加一个直流分量，导致
tad两增大。
所以，在实际调试时，应保持线性整步
电压最小值为0V。
6、导前相角脉冲的形成
将最大值对应δ=0°
的uzb加入电平检测电路，电路输出即可得到恒定导前相角脉冲
导前δ=0°
固定相角称为恒定导前相角，当然
不受频差、压差大小变化的影响。
7、频差大小的检查区间、方法、原理
1）检查频差在180°
360°
区间内进行。
2）方法：
比较导前时间脉冲和导前相角脉冲出现的先后次序
3）频差大小的检查原理
设恒定导前时间所对应的相角为δt，恒定导前相角所对应的时间为，则在某一滑差ωs下有
（2-22）
（2-23）
整定
（2-24）
式中为的整定滑差。
将式（
2-22）代入式（2-24），可得如下关系
（2-25）
当<
tad，即比后出现时，有|ωS|>
|ωs.set|；
频差不满足要求；
当>
tad，即比先出现时，有|ωS|<
|ωs.set|，频差满足要求；
=tad，和同时出现时，有|ωS|=|ωs.set|。
频差刚好满足要求。
所以，通过比较与出现的先后次序，可以检查频差大小。
（a）|ωS|>
|ωs.set;
（b）|ωS|=|ωs.set|;
（c）|ωS|<
|
ωs.set
4
8
同步发电机的自动并列装置课题三、频差方向鉴别，压差大小和方向鉴别
目的要求熟悉频差方向鉴别方法及鉴别频差方向逻辑方框图，了解压差大小和方向鉴别的方法及原理图
重点难点分析频差方向逻辑方框图
作业1、说明频差方向鉴别的方法。
2、说明压差大小和方向鉴别原理。
利用[uG]和[usys]后沿与[usys]和[uG]高低电位相对关系鉴别频差方向；
用直接比较法鉴别压差大小
和方向
一、频差方向鉴别
1、区间在0o<
δ<
180o进行鉴别频差方向并且发出相应调速脉冲。
2、鉴别频差方向方法：
利用[uG]和[usys]后沿与[usys]和[uG]高低电位相对关系
由图可以看出以下规律：
（1）fG<
fsys：
在0o<
180o，[usys]后沿位置落在[uG]高电位区间；
（2）fG>
180o，[uG]后沿位置落在[usys]高电位区间。
3、鉴别频差方向逻辑方框图，高电位为逻辑“
1”，低电位为逻辑“
0”。
输入的方波电压进行微分，再经过非门，在
a点得到与
[uG]后沿对应的正脉冲，在
b点得到与
[usys]
后沿对应的正脉冲。
“与
1”和“与
2”是高电位动作“与”门，双稳态触发器为高电位触发，用于记
录c、d状态。
fG<
fsys，在
0o<
180o区间：
[usys]后沿与[uG]高电位相遇，有=b“1”与[uG]=“1”相遇，使
触发器置“1”，即Q=“1”、=“0”。
d=“
1”（此时
c=“0”），
fG>
[uG]后沿与[usys]高电位相遇，有
a=“1”与[usys]=“1”相遇，使
c=“1”（此时
0”），
触发器置“0”，即Q=“0”、=“1”。
Uzb通过电平检测电路可以获得
，脉冲形成电路在电平检测电路返回瞬间（
结束瞬间）形成低电位脉
冲
h，
h处于0o<
180o区间，一般调整
h在δ≈50o。
“与3”和“与4”为低电位动作“与”门，在
uh控制下输出对频差方向的鉴别结果：
e点输出低电位脉冲（此时
Q=“0”、=“1”）表示fG>
fsys；
即为减速脉冲信号，
f点输出低电位脉冲（此时=“0”、Q=“1”）表示fG<
fsys。
为加速脉冲信号。
二、压差大小检查及方向鉴别（直接比较法）
设|△U|=|-|当<
Uact时，电平检测1，2不动作，表示压差满足要求，不闭锁合闸脉冲；
Uact时，电平检测电路动作，表示压差不满足要求，闭锁合闸脉冲，不允许合闸。
当Uan=->
0，且Uan-Uset>
Uact，电平检测1动作，发降压命令；
当Ubn=->
0，且Ubn-Uset>
Uact，电平检测2动作,发升压命令。
5课时
同步发电机的自动并列装置课题四、
2累计学时10ZZQ—5自动准同步装置（合闸部分，调频部分）
掌握ZZQ—5型装置的构成，合闸部分作用，通过框图、波形图分析其输入与输出，熟悉调频部分
的作用、要求、通过方框图、波形分析其工况；
重点难点合闸部分、调频部分方框图，波形
1、画出合闸方框图，说明其流程，并分析当满足准同步条件时才发合闸脉冲。
2、对调频部分有哪
些要求？
定性画出调频部分的构成框图。
3、ZZQ－5型装置中，导前相角因故增大1倍或缩小1
倍，试问发电机并列时有何现象？
小结当工频周期δ≈50o时，区间鉴别电路输出低电位脉冲uh，启动某一调速展宽电路，实施按比例调速。
ZZQ—5型装置由合闸部分、调频部分、调压部分和电源部分组成。
（一）合闸部分
1、作用：
检查并列条件，当并列点处两侧的压差、频差均满足要求时，导前（δ=0°
）tad
发出合闸脉冲命令，使断路器主触头闭合时δ=0°
；
当压差或频差不满足要求时，闭锁合闸命令。
时间自动
2、ZZQ-5合闸部分原理框图及对应电路主要元件，各主要波形：
（讨论、分析过程）
1）全波线性整步电压
Ue105的最大值
39.3V，对应δ=0o（360o），最小值
0V，对应δ=180o。
2）恒定导前时间
VT108的集电极输出就是恒定导前时间信号
Ut2ad，电路的动作电压可以通过
R120调
整，恒定导前时间可以通过
R114、C103~C105调整，一般用
C103~C105进行粗调，用
R114进行细
调。
3）恒定导前相角电路的动作电压可以通过R142调整，从而实现调整恒定导前相角，VT115的集电极
输出就是恒定导前相角信号
4）电源闭锁电路装置投入电源时将装置闭锁
5）合闸逻辑电路由调压部分给出压差检查结果
1~2s，为低电位时开放合闸逻辑电路。
U△U，满足条件时输出U△U低电位，不满足条件时输出
U△U高电位；
最后由合闸逻辑电路决定是否发出合闸命令。
小结：
只有当压差、频差均满足要求时，才导前（
δ=0°
时间自动发出合闸脉冲命令。
（二）调频部分
鉴别频差方向，当发电机频率高于系统频率时，应发减速脉冲；
当发电机频率低于系统频
率时，应发增速脉冲。
调速脉冲应在0o<
180o区间内发出
升级会员 