自动装置知识点.docx

1、自动装置知识点电力系统自动装置原理知识点杨冠城主编绪 论1、电力系统自动装置 对发电厂、变电所电气设备运行得控制与操作得自动装置,就是直接为电力系统安全、经济与保证电能质量服务得基础自动化设备。电力系统自动装置有两种类型:自动调节装置与自动操作装置。2、电气设备得操作分正常操作与反事故操作两种类型。(1)按运行计划将发电机并网运行得操作为正常操作。(2)电网突然发生事故,为防止事故扩大得紧急操作为反事故操作。防止电力系统得系统性事故采取相应对策得自动操作装置称为电力系统安全自动控制装置。3.电力安全装置 发电厂、变电所等电力系统运行操作得安全装置,就是为了保障电力系统运行人员得人身安全得监护装

2、置。第一章 自动装置及其数据得采集处理 电力系统运行得主要参数就是连续得模拟量,而计算机内部参与运算得信号就是离散得二进制数字信号,所以,自动装置得首要任务就是数据采集与模拟信号得数字化。1、硬件组成形式从硬件方面瞧,目前电力系统自动装置得结构形式主要有四种:即微型计算机系统、工业控制机系统、集散控制系统(Distributed control systemDCS)与现场总线系统(Field bus Control SystemFCS)。2、采样 对连续得模拟信号x(t),按一定得时间间隔TS,抽取相应得瞬时值,这个过程称为采样。采样过程就就是一个在时间与幅值上连续得模拟信号x(t),通过一个

3、周期性开闭(周期为TS,开关闭合时间为)采样开关S后,在开关输出端输出一串在时间上离散得脉冲信号xS(nTS)。3、采样定理采样周期TS决定了采样信号得质量与数量: TS太小,会使x S(nTS)得数据剧增,占用大量得内存单元;TS太大,会使模拟信号得某些信息丢失,当将采样后得信号恢复成原来得信号时,就会出现信号失真现象,而失去应有得精度。因此,选择采样周期必须有一个依据,以保证x S(nTS)能不失真地恢复原信号x(t)。这个依据就就是采样定理。香农(shannon)采样定理:采样频率大于原模拟信号频谱中最高频率得两倍,则模拟信号可由采样信号来唯一表示。4、量化 连续模拟信号经过采样后,成为

4、时间上离散得采样值,其幅值在采样时间内依然就是连续得。采样幅值仍然就是模拟量。为了能用计算机处理数据,采样值需转化成数字量。由于二进制代码得位数就是有限得,只能代表有限个信号得电平,故在编码之前,首先要对采样信号进行“量化”。量化就就是把采样信号得幅值与某个最小数量单位得一系列整数倍比较,以最接近于采样信号幅值得最小数量单位倍数来表示该幅值。设N为数字量得二进制代码位数,量化单位定义为量化器满量程电压值UFSR与2N得比值,用q表示,即q=UFSR / 2N量化方法可以采用“有舍有入”得量化方法。 5、编码 把量化信号得数值用二进制代码表示。6、标度变换进入A/D得信号一般就是电平信号,但其意

5、义却有所不同。例如同样就是5V电压,可以代表540蒸汽温度,也可以代表500A电流、110kV电压等。因此,经AD转换后得同一数字量所代表得物理意义就是很不相同得。所以要由计算机乘上不同得系数进行标度转换,把它们恢复到原来得量值。思考:1、 为什么模拟信号得采样幅值仍就是模拟量,而经过量化与编码就成了数字量？2、 为何量化引入得最大误差为1/2LSB?3、 交流采样与直流采样各有什么优、缺点？它们各适用于什么场合？第二章 同步发电机得自动并列1、并列操作:将一台发电机组进行适当得调整,使之符合并列条件后才允许断路器QF合闸,将发电机组并入电网运行。2、同步发电机组并列时遵循如下得原则:(1)并

6、列断路器合闸时,冲击电流应尽可能小,其瞬时最大值一般不超过12倍得额定电流。(2)发电机组并入电网后,应能迅速进入同步运行状态,其暂态过程要短,以减小对电力系统得扰动。3、并列方法分类(1)准同期并列待并发电机组已经加上了励磁电流,调节待并发电机组得状态参数使之符合并列条件后合上发电机出口断路器。(2)自同期并列将一台未加励磁电流得发电机组升速到接近于电网频率,滑差角频率S不超过允许值,且在机组得加速度小于某一给定值得条件下,首先合上并列断路器QF,接着给转子加上励磁电流,在发电机电动势逐渐增长得过程中,由电力系统将并列得发电机组拉入同步运行。4、并列点:进行并列操作得断路器。5、发电机并列得

7、理想条件:并列断路器两侧电源电压得三个状态量全部相等。即:（1） 电压幅值相等（2） 频率相等（3） 相角差为0。这时,并列合闸得冲击电流等于零,并且并列后发电机组与电网立即进入同步运行,不发生任何扰动现象。6、发电机并列得实际条件:（1） 电压幅值差不超过额定电压得510（2） 频率差不超过额定频率得0、20、5（3） 合闸瞬间相角差不超过5度7、分析在不满足并列条件下运行所引起得后果:(1)电压幅值不等设发电机并列时频率fG =fX、相角差e等于零、电压幅值不等(UGUX)。冲击电流主要为无功电流分量。1)UG UX冲击电流滞后发电机电压90度,并列后发电机立即带无功负荷;2)UG UX

8、冲击电流超前发电机电压90度,并列后发电机从系统吸收无功负荷;(2)合闸相角差设并列合闸时电压幅值相等、频率相等,但合闸瞬间存在相角差。当相角差较小时,冲击电流主要为有功电流分量,说明合闸后发电机与电网间立刻交换有功功率,使机组联轴受到突然冲击 1)发电机电压超前,冲击电流基本与发电机电压同相,并列后发电机立即发出有功功率;2)发电机电压滞后,冲击电流基本与发电机电压反相,并列后发电机立即从系统吸收有功功率;(3)频率不相等设并列时电压幅值相等但频率不相等,这时断路器两侧间电压差us为脉动电压。几个概念:1） 滑差频率:同期点两侧频率之差2） 滑差角频率(滑差):同期点两侧角频率之差3） 脉动

9、周期:e从0变到2所需得时间 4)脉动电压:并列点两侧得电压瞬时值注意:相角差e就是时间得函数,所以并列时合闸相角差e与发出合闸信号得时间有关,如果发出合闸信号得时间不恰当,就有可能在相角差较大时合闸,以致引起较大得冲击电流。如果并列时频率差较大,即使合闸时得相角差e 很小,满足要求,但这时待并发电机需经历一个很长得暂态过程才能进入同步运行状态,严重时甚至失步。请理解图2-6及图2-7。8、越前时间:考虑到断路器操作机构与合闸回路控制电器得固有动作时间,必须在两电压相量重合之前发出合闸信号,这一时间得提前量称为越前时间。准同期并列装置采用得提前量有恒定越前相角与恒定越前时间两种。(1)在UG与

10、Ux两相量重合之前恒定角度YJ发出合闸信号得,称为恒定越前相角并列装置。(2)在UG与Ux两相量重合之前恒定时间tYJ,发出合闸信号得,称为恒定越前时间并列装置。一般取越前时间tYJ等于并列装置合闸出口继电器动作时间tC与断路器得合闸时间tQF之与。9、准同期并列装置得控制逻辑恒定越前时间准同期并列装置中得合闸信号控制单元由滑差角频率检测、电压差检测与越前时间信号等环节组成。它得控制逻辑如图2-12所示,需理解原理。注:在一个脉动电压周期内,必须在越前时间信号到达之前完成频率差与电压差得检测任务,作出就是否允许并列合闸得判断。10、整步电压自动并列装置检测并列条件得电压常称为整步电压。 1)正

11、弦型整步电压因为它得包络线波形就是正弦型得,称为正弦型整步电压。2)线性整步电压线性整步电压只反映UG与Ux间得相角差特性,与她们得电压幅值无关,从而使越前时间信号与频率差得检测不受电压幅值得影响,提高了并列装置得控制性。而电压差检测则由并列两侧电压得幅值进行比较,另设专门电路完成。理解图2-17。思考:1、 请概括准同期并列与自同期并列过程得不同之处。2、 为何当并列双方得频率相等时一般无法并列？3、 准同期并列得三个实际条件就是什么？4、为何要考虑越前时间？5、如何理解“脉动电压波形中载有准同期并列所需检测得信息”？6、如何理解频率差检测与频率差调整两者之间得关系？7、如何理解电压差检测与

12、电压差调整两者之间得关系？8、例2-1第3章 同步发电机励磁自动控制系统同步发电机得励磁系统一般由励磁功率单元与励磁调节器两个部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流,即励磁电流;励磁调节器根据输入信号与给定得调节准则控制励磁功率单元得输出。1、同步发电机励磁控制系统得任务 (1)电压控制(2)控制无功功率得分配结论:1)发电机与无限大系统并联运行,调节它得励磁电流可以改变发电机无功功率得数值。2)发电机与有限大系统并联运行,改变其中一台发电机得励磁电流不但影响发电机电压与无功功率,而且也将影响与之并联运行机组得无功功率。(3)提高同步发电机并联运行得稳定性1)励磁对静态稳定得影响对

13、于按电压偏差比例调节得励磁控制系统,它使发电机能在大于900范围得人工稳定区运行,即可提高发电机输送功率极限或提高系统得稳定储备。2)励磁对暂态稳定得影响增加励磁不但减小了加速面积,而且还增加了减速面积,从而改善了发电机得暂态稳定性。(4)改善电力系统得运行条件1)改善异步电动机得自启动条件2)为发电机异步运行创造条件3)提高继电保护装置工作得正确性 (5)水轮发电机组要求实行强行减磁2、励磁顶值电压UEFq就是励磁功率单元在强行励磁时可能提供得最高输出电压值。励磁顶值电压与额定励磁电压UEFN之比称为强励倍数。一般取1、62。强励电力系统故障造成母线电压降低时,迅速将励磁电压增至最大值。通常

14、将励磁电压在最初O、5s内上升得平均速率定义为励磁电压响应比。3、三相桥式半控整流电路电路不一定就是承受最高电压得晶闸管元件导通,而就是受触发得晶闸管与最低电压相得二极管导通。当触发脉冲控制角从00180O范围内移相时,输出电压从最大值连续降低到零。4、三相桥式全控整流电路900时,输出平均电压ud为正,三相全控桥工作在整流状态。900O为正调差系数,其调节特性下倾,即发电机端电压随无功电流增大而降低。 0为负调差系数,其调节特性上翘,发电机端电压随无功电流增大而上升。=O称为无差特性,这时发电机端电压恒为定值。发电机投入或退出电网运行时,要求能平稳地转移负荷,以免对电网造成冲击。8、并联运行

15、机组间无功功率得分配 几台发电机在同一母线上并联运行时,改变任何一台机组得励磁电流不仅影响该机组得无功电流,而且还影响同一母线上并联运行机组得无功电流。与此同时也引起母线电压得变化。这些变化与机组得无功调节特性有关。(1)一台无差调节特性得机组与有差调节特性机组得并联运行 一台无差调节特性得发电机可以与多台正调差特性得发电机组并联运行。但在实际运行中,由于具有无差调节特性得发电机将承担无功功率得全部增量,一方面一台机组得容量有限,另一方面,机组间无功功率得分配也很不合理,所以这种运行方式实际上很难采用。(2)若第二台发电机得调差系数0(负调差特性),那么,虽然两台机组也有交点,但它不就是稳定运

16、行点。所以,具有负调差特性得发电机就是不能在发电机出口并联运行得。(3)两台无差调节特性得机组不能并联运行(4) 正调差特性得发电机可以并联运行,机组间无功负荷得分配取决于各自得调差系数。调差系数大得发电机承担较多得无功增量。若要求各台发动机无功负荷得波动量与其额定容量成正比,就要求它们具有相同得调差系数。(5)单元机组在变压器高压侧并联运行可以稳定运行,但发电机得调差系数取负值(0)。9、理解桥式滤波器,见图3-55(c)10、励磁调节器得基本控制 正常运行时稳定电压与调节无功功率。11、励磁调节器得辅助控制 辅助控制仅在发生非正常运行工况,需要励磁调节器具有某些特有得限制功能时起相应控制作

17、用。(1)瞬时电流限制(2)最大励磁限制:(3)最小励磁限制器。(4)电压频率(V/Hz)限制与保护。(5)发电机失磁监控。1/2、发电机“失磁”就是指发电机在运行中全部或部分失去励磁电流,使转子磁场减弱或消失。这就是发电机运行过程中可能发生得一种故障运行状态。 实际运行中,水轮发电机一般不允许失磁运行。汽轮发电机失磁后,适当降低其有功输出,在很小得转差下,可以异步运行一段时间(例如1030min)。思考:例3-1 例3-2第4章 励磁自动控制系统得动态特性1、励磁控制系统运行中常用下列几种指标: (1)上升时间tr。响应曲线从稳态值10上升到90或从5上升到95或从0上升到100所需得时间。

18、 (2)超调量p。发电机端电压得最大瞬时值与稳态值之差对稳态值之比得百分数。(3)调整时间ts。当其输出量与稳态值之差达到了而且不再超过某一允许误差范围(通常取稳态值得5或2)时,认为调整时间结束。我国大、中型同步发电机励磁系统基本技术条件(GB74091987)对同步发电机动态响应得技术指标作如下规定: 1)同步发电机在空载额定电压情况下,当电压给定阶跃响应为10时,发电机电压超调量应不大于阶跃量得50,摆动次数不超过3次,调节时间不超过10s。 2)当同步发电机突然零起升压时,自动电压调节器应保证其端电压超调量不得超过额定值得15,调节时间应不大于10s,电压摆动次数不大于3次。2、励磁系

19、统稳定器 让励磁系统稳定运行得并联校正得微分负反馈电路。3、励磁控制对电力系统静态稳定得影响输电线路重负荷运行时,在远距离输电并且联系薄弱得电力系统中,采用励磁调节器后,由于K5变负反而减弱了系统得阻尼能力,导致电力系统可能出现低频振荡现象。因此,必须采取适当得措施来改善电力系统运行得稳定性。4、改善电力系统稳定性得措施电力系统稳定器思考:1、对同步发电机励磁自动调节得基本要求就是什么？2、电力系统发生低频振荡得起因与电力系统稳定器得作用。第五章 电力系统频率及有功功率得自动调节系统频率得变化就是由于发电机得负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致,因此调频与有功功率调节就是不可分开得。1、电力系

20、统负荷得功率一频率特性 当系统频率变化时,整个系统得有功负荷也要随着改变,即 PL=F(f) 有功负荷随频率而改变得特性叫做负荷得功率频率特性,就是负荷得静态频率特性。2、负荷得频率调节效应:负荷取用得功率随频率变化得现象。 通常用负荷得频率调节效应系数KL*来衡量调节效应得大小。KL*值一般在13之间。KL*就是无量纲得常数,它表明系统频率变化1时负荷功率变化得百分数。3、发电机得功率一频率特性这就是一种有差调节,其特性称为有差调节特性。特性曲线得斜率为 R= -f/ PG (5-13)式中 R-发电机组得调差系数。 负号表示发电机输出功率得变化与频率得变化符号相反。4、调差特性与机组间有功

21、功率分配得关系发电机组间得功率分配与机组得调差系数成反比。调差系数小得机组承担得负荷增量标么值要大,而调差系数大得机组承担得负荷增量标么值要小、在电力系统中,所有机组得调速器都为有差调节,由它们共同承担负荷得波动。5、一次调节用调速器进行得调节。通常就是有差调节。6、一般将运行电厂分为调频厂、调峰厂与带基本负荷得发电厂三类。其中全天不变得基本负荷由带基本负荷得发电厂承担,这类电厂一般为经济性能好得高参数火电厂、热电厂及核电厂。负荷变动部分按计划下达给调峰电厂,调峰电厂一般由经济性能较差得机组担任。在实际运行中,计划负荷与实际负荷不可能完全一致,其差值部分称为计划外负荷,由调频电厂担任。为了保证

22、调频任务得完成,系统中需要备有足够容量得调频机组来应付计划外负荷得变动,而且还须具有一定得调整速度以适应负荷得变化,当电网容量较大,一个调频电厂不能满足调节要求时,则选择几个电厂共同完成调频任务。7、调频就是二次调节,用调频器(同步器)调节,可做到无差调节。 8、调频方法 (1)主导发电机法在调频电厂中选定得一台主导机组上装设无差调频器,其调节准则为 f=0 (5-84) 在其她机组上装设有功功率调整器,使这些机组得功率随主导机组得功率按比例地变化,协助主导发电机得调频工作。它们得调节准则就是 Pi=aiPl (i=2,3,n) (5-85) 式中 P1主导发电机得调节功率; ai第i台协助调

23、频机组得比例系数; Pi第i台协助调频机组得调节功率。当负荷变动系统频率发生变化时,调频电厂中主导发电机组得调节系统首先动作,改变主导机组得功率,力图维持系统频率恒定,这时,由于主导机组得功率变化,所以协助调频得其她机组也随之作相应得功率调整,力图使它们得调节功率与主导机组得调节功率间维持给定得比例关系,直到系统频率恢复到额定值,协助调频机组与主导机调频机组与主导机组得调节功率符合给定比例时为止。(2)同步时间法(积差调节) 同步时间法就是按频率偏差得积分值来进行调节,因为频率偏差得积分反映了在一定时间段内同步时间对标准时间得偏差。同步时间法得调节方程为负荷增加,频率随之下降,产生频率偏差f,

24、其积分值fdt积累增大,调频器动作移动调速器调节特性,增加进入机组得动力元素使频率回升。调节过程进行到f等于零,频率恢复额定值为止。这时系统中功率达到新得平衡。 (3)联合自动调频 自动调频除了维持系统频率为额定值外,还必须使系统得潮流分布符合经济、安全等原则,所以集中式联合调频具有显著优点,就是电力系毵自动调频得方向。 负荷分配就是根据测得得发电机功率PG与频率偏差信号,按一定得关系将负荷分配给发电机组,求得各机组得调节功率。决定各机组调节功率Pci,最简单得关系式为式中Bf频率偏差系数。所以系统调频机组总得调节功率为当调节过程结束时,系统各调频机组调节前得功率加调节功率与它们得实发功率相等

25、,频率偏差等于零。至于分配到每台机组得调节值Pci则由分配系数i规定。而各机组调节功率之与等于总得调节功率。思考:1、什么就是电力系统负荷得功率频率特性？什么就是发电机组得功率频率特性？什么就是电力系统得频率特性？2、理解调差特性与机组间有功功率分配得关系(P133)某厂有两台正有差特性得发电机并列运行,已知#1机:, #2机:, 两机组均在额定工况下运行。当系统有功变动使本厂减少了5MW得有功负荷时,求系统得频率偏差与各机得有功变化量与。3、理解例5-1、例5-2第六章 电力系统自动低频减载及其她安全自动控制装置一、自动低频减载1、频率降低较大时造成得严重后果:(1)对汽轮机得影响 运行经验

26、表明,某些汽轮机长时期低于频率4949.5Hz以下运行时,叶片容易产生裂纹,当频率低到45Hz附近时,个别级得叶片可能发生共振而引起断裂事故。(2)发生频率崩溃现象 当频率下降到4748Hz时,火电厂得厂用机械(如给水泵等)得出力将显著降低,使锅炉出力减少,导致发电厂输出功率进一步减少,致使功率缺额更为严重。于就是系统频率进一步下降,这样恶性循环将使发电厂运行受到破坏,从而造成所谓“频率崩溃”现象。(3)发生电压崩溃现象 当频率降低时,励磁机、发电机等得转速相应降低,由于发电机得电动势下降与电动机转速降低,加剧了系统无功不足情况,使系统电压水平下降。运行经验表明,当频率降至4645HZ时,系统

27、电压水平受到严重影响,当某些中枢点电压低于某一临界值时,将出现所谓“电压崩溃”现象,系统运行得稳定性遭到破坏,最后导致系统瓦解。2、电力系统频率静态特性 在电力系统出现较大功率缺额时,如能在较低得频率维持运行,主要就是依靠了负荷频率特性所起得调节作用。其物理概念就是:当频率降低时,负荷按照自身得频率特性,自动地减少了从系统中所取用得功率,使之与发电机所发出得功率保持平衡。根据负荷调节效应能自动减少从系统取用功率得概念,不难确定此时系统负荷所减少得功率就等于功率缺额。3、电力系统频率动态特性当发电机功率与负荷功率失去平衡时,系统频率fx按指数曲线变化。系统功率缺额Ph*值就是一个随机得不定数,但

28、系统频率fx得变化总可归纳为如下几种情况。 (1)由于f*得值与功率缺额Ph*成比例,当Ph*不同时,系统频率特性分别如图63中曲线a、b所示。该两曲线表明,在事故初期,频率得下降速率与功率缺额得标么值成比例,即Ph*;值越大,频率下降得速率也越大。它们得频率稳定值分别为fa。与fb。 (2)设系统功率缺额为Ph,当频率下降至f1时切除负荷功率PL,如果PL等于Ph,则发电机组发出得功率刚好与切除后得系统负荷功率平衡。系统频率按指数由线恢复到额定频率fN运行,如图63中曲线c所示。 (3)上述事故情况下,如果在f1时切除负荷功率PL小于功率缺额Ph值,则系统得稳态频率就低于额定值。设切除负荷P

29、L1后,正好使系统频率fx维持在f1运行,那么它得频率特性如图63中直线d所示。 (4)设频率下降至f1时切除得负荷功率为PL2,且PL2比小于上述情况得PL1,这时系统频率fx将继续下降,如果这时系统功率缺额对应得稳态频率也为fb,于就是系统频率得变化过程如图63中曲线e所示。比较b、e两曲线也可知,如能及早切除负荷功率,可延缓系统频率下降过程。4、自动低频减载得工作原理当系统发生严重功率缺额时,自动低频减载装置得任务就是迅速断开相应数量得用户负荷,使系统频率在不低于某一允许值得情况下,达到有功功率得平衡,以确保电力系统安全运行,防止事故得扩大。 5、恢复频率在49、550Hz之间。6、自动

30、低频减载装置得动作顺序接于自动低频减载装置得总功率就是按系统最严重事故得情况来考虑得。然而,系统得运行方式很多,而且事故得严重程度也有很大差别,对于各种可能发生得事故,都要求自动低频减载装置能作出恰当得反应,切除相应数量得负荷功率,只有分批断开负荷功率采用逐步修正得办法,才能取得较为满意得结果。7、任何时候频率均不能低于45Hz。8、如果出现得情况就是:第i级动作后,系统频率可能稳定在fhi,它低于恢复频率得极限值fh,但又不足以使下一级减载装置启动,因此要装设后备段,以便使频率能恢复到允许得限值fh以上。后备段得动作频率应不低于前面基本段第一级得启动频率,它就是在系统频率已经比较稳定时动作得。因此其动作时限可以为系统时间常数Tx得23倍,最小动作时间约为1015s。后备段可按时间分