水电站自动化DOC教学文稿.docx

1、水电站自动化DOC教学文稿1.与火电相比，水电运行有什么特点？答：水电站生产过程比较简单。水轮发电机组起动快，开停机迅速，操作简便，并可迅速改变其发出功率。同时，水轮发电机组的频繁起动和停机，不会消耗过多能量，而且在较大的负荷变化范围内仍能保持较高的效率。2.水电站在电力系统中可承担哪些作用？答：一、担负系统的调频、调峰任务。二、担负系统的事故备用容量。3.什么是备用容量，按用途不同可分为哪些种类？答：为了保证供电的可靠性和电能质量，系统的电源容量应大于包括网损和发电站自用电在内的系统总负荷，即发电负荷。系统电源容量大于发电负荷的部分，即称为备用容量。一、负荷备用。用于调整系统中短时的负荷波动

2、，并满足计划外负荷增加的需要。二、事故备用。用于代替系统中发生事故的发电设备的工作，以便维持系统的正常供电。三、检修备用。是为定期检修发电设备而设置的，与负荷性质、机组台数、检修时间长短及设备新旧程度等有关。四、此外，为满足负荷超计划增长设置的备用，称为国民经济备用。4.水电站自动化的目的是什么？有哪些主要内容？答：水电站自动化的目的是：一、提高工作的可靠性。二、保证电能质量。三、提高运行的经济性。四、提高劳动生产率。主要内容包括：一、自动控制水轮发电机组的运行方式，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化。二、自动维持水轮发电机组的经济运行。三、完成对水轮发电机级及其辅助设备运行工

3、况的监视和对辅助设备的自动控制。四、完成对主要电气设备的控制、监视和保护。五、完成对水工建筑物运行工况的控制和监视，如闸门工作状态的控制和监视，拦污栅是否堵塞的监视等。5.计算机控制系统由哪些部分组成？答：计算机控制系统由计算机（又称中央处理机）、外围和外部设备及被控制对象构成。6.分布控制将整个电站的控制功能分为哪两级，这种控制的优点是什么？答：分布控制将整个电站的控制功能分成两级，即全站管理级和单元控制级。分布控制的优点：一、工作可靠。二、功能强。三、便于实现标准化。第二章1.什么是并列运行？有什么好处？答：并列运行就是系统中各发电机转子以相同的电角速度旋转，各发电机转子间的相角差不超过允

4、许的极限值，且发电机出口的折算电压近似地相等。同步发电机乃至各个电力系统联合起来并列运行，可以带来很大的经济效益。一方面，可以提高供电的可靠性和电能质量；另一方面，又可使负荷分配更加合理，减少系统的备用容量和充分利用各种动力资源，以达到经济运行的目的。2.并列方式有哪两种？各自起什么作用？答：水轮发电机的并列有两种方式，即准同期和自同期。在水电站一般的应用情况是：以自动准同期作为水轮机发电机正常时的并列方式，以手动准同期作为备用，并均带有非同期闭锁装置。至于自同期，则主要用作事故情况下的并列方式，且一般均采用自动自同期并列，同时要求发电机定子绕组的绝缘及端部固定情况应良好，端部接头应无不良现象

5、。3.什么是准同期？什么是自同期？它们各自的优缺点是什么？答:准同期并列是将未投入系统的发电机加励磁，并调节其电压和频率，在满足并列条件时将发电机投入系统。自同期是将未励磁而转速接近同步转速的发电机投入系统，并立即加上励磁。这样，发电机经很短的时间便被自动拉入同步。准同期的优点是：如果在理想的情况下使断路器合闸，则发电机定子回路的电流将为零，这样将不会产生电流或电磁力矩的冲击。缺点是：必须防止非同期并列，否则可能使发电机遭到破坏。而且系统发生事故时，电压和频率可能降低和不断变化，此时用准同期方式并列将发生困难。自同期的优点是：接线和并列操作简单，机组投入迅速，可避免非同期并列，易于实现自动化以

6、及在系统频率和电压大大降低时仍可能投入发电机等优点，对加速系统的事故处理和迅速恢复系统的正常供电具有重要意义。缺点是：未励磁发电机投入系统时会产生较大的电流冲击，冲击电流产生的电动力可能对发电机定子绕组绝缘和端部产生积累性变形和损坏。且投入瞬间将使系统电压降低。同时，采用这种方式无法实现两个系统并列或系统的一部分与另一部分并列。4.什么是同期点？什么是同期电压？答：为了实现与系统的并列运行，水电站必须有一部分断路器由同期装置来进行并列操作，这些用于同期并列的断路器，即称为同期点。5.准同期并列的理想条件是什么？实际条件是什么？答：准同期并列的理想条件是：待并发电机电压与系统电压数值相待；频率相

7、等；在投入发电机瞬间，电压间的瞬时相位差为零。准同期并列的实际条件是：待并发电机电压与系统电压数值应接近相等，差值不应超过额定值的5%10%；相位差应小于10，最好在0时合闸；频率应接近相等，差值不应超过额定值的0.2%0.5%，即0.10.25Hz。6.微机自动准同期的原理是什么？有什么优点？答：7.自动自同期的条件是什么？答：一般要求其产生的冲击电磁力矩不超过发电机出口三相突然短路时的数值。同时，冲击电流在定子绕组端部引起的电动力，要求不超过出口三相突然短路时所产生的电动力的一半。第三章1.什么是励磁电流？什么是励磁方式，有哪些类型？答：同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场，而

8、产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。所谓励磁方式，是指发电机获得励磁电流的方式。凡是从其他电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机；从发电机本身获得励磁电流的，则称为自励发电机。2.什么是自并励，什么是自复励，二者有什么区别？答：通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电源，经整流后供给发电机励磁的励磁方式称为自并励。自复励方式除设有整流变压器外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。3.什么是发电机电压调节特性？答：当励磁电流不变时，发电机的端电压随无功电流的增大而降低，这一特性称为发电机的电压调节特性。4.什么是发电机功角特性？调节励磁电流对系统稳定性有何作用？答：发电机经

9、变压器和双回输电线路与无限大容量系统相连。设发电机的Xd=Xq，且励磁电流不变。P=EdUsys/(Xd+Xc)*sin，当Ed、Usys和Xc不变时，输送功率P随角的变化而变化的特性称为功角特性。若在增加发电机输出功率时，同时增加励磁电流，即提高发电机的运行电势，则可在提高输送功率的同时又保证静态稳定。5.自动调节励磁装置的任务是什么，对自动励磁调节装置的基本要求有哪些？答：自动调节励磁装置的任务是：1.维持发电机端或系统中某一点的电压水平并且合理分配各机组的无功负荷。2.提高电力系统运行的稳定性和输电线路的传输能力。3.提高带时限动作继电保护的灵敏度。4.加速短路切除后的电压恢复过程和改善

10、异步电动机的起动条件。5.改善自同期或发电机失磁运行时电力系统的工作条件。6.防止水轮发电机突然甩负荷时电压过度升高。对自动励磁调节装置的基本要求是：1.有足够的输出容量。AVR的容量既要满足正常运行时调节的要求，又要满足发生短路时强励的要求。2.工作可靠。AVR装置本身发生故障，可能迫使发电机停机，甚至可能对电力系统造成严重影响，故要求其工作应十分可靠。3.动作迅速。AVR动作的快慢，与系统的稳定问题密切相关，因此要求其反应速度要快。4.无失灵区。没有失灵区的AVR有助于提高静态稳定。此外，要求装置应简单，运行维护和调整试验应方便。6.什么是强行励磁？分析强行励磁的工作原理。答：强行励磁，是

11、在发生短路时，电力系统和水电站电压大幅度降低，为保证系统稳定运行和加快切除故障后的电压恢复，使发电机的励磁电流迅速加大到顶值。强行励磁的工作原理是当发电机端电压降低到某一数值时，继电器动作，使强励接触器的线圈接通，其接点闭合，将励磁机磁场变阻器短接，励磁电压上升到顶值，便实现了强行励磁。7.了解相位复式励磁的工作原理。答：第四、五章1.什么是有功功率的最优分配？答：在完全由水电站组成的系统中，是指在满足负荷所需出力的条件下，水能消耗最少的负荷分配方式；在由纯火电站组成的系统中，是指在满足负荷所需出力的条件下，燃料消耗最少的负荷分配方式；在由水、火电机组组成的混合系统中，是指在一定时间内，在来水

12、量一定的条件下，根据水库的调节性能和给定的负荷出力使系统燃料消耗最少而又能满足系统负荷要求的分配方式。2.频率的二次调节有哪些方式？什么是调功运行方式？答：频率的二次调节分为虚有差法、虚无差法和积差调节法。虚有差法是按照系统的频率瞬时偏差信号进行调节的。为此，调频器应连续测量频率与给定值的偏差，并将计划外负荷按规定的比例关系分配到各调频机组。调节过程结束之后，系统频率保持不变。虚无差法，虚有差法由于技术上的种种原因，在调节过程结束后系统频率不能维持额定值。为解决这一问题，可指定一台调频机组以无差特性运行，以承担误差引起的功率差额，其余的调频机组则仍按虚有差方式运行，承担功率分配器分配给它们的负

13、荷。积差调节法，是根据频差对时间的积分进行调节的。系统中绝大部分电站不参加调频，而按日负荷曲线所规定的方式运行，并按最优方式分配机组负荷，称为调功运行。3.分析油系统自动控制的工作原理？答：连续运行：将切换开关1QC切换到自动位置，连接片1XB接上。机组起动时，由调整器的电磁双滑动阀YV动作，其接点YV1，闭合，使磁力起动器的线圈1MF励磁，其接点1MFa、b、c闭合，使油泵电动机1M起动，向压力油槽打油。压力达到工作压力上限时，切换阀1RV抬起，油泵吸起的油经抬起的切换阀排回集油槽。如果由于机组操作或漏油而使油压降低到切换阀的额定压力，则1RV落下，以后的动作同前，就这样往复循环，维持油压在

14、工作压力的上限值。机组停机，YV1断开，油泵电动机退出连续运行方式。断续运行：将连接片1XB断开，但1QC仍切换到自动位置。当压油槽油压下降到工作油压下限时，压力信号器4BP动作，其接点4BP1闭合使重复继电器2KAM励磁，2KAM1闭合使1MF励磁，并通过辅助接点1MF2闭合而自保持，动合接点1MFa、b、c闭合使油泵电动机1M起动，油泵向压力油槽打油。当油压恢复到工作压力上限时，2BP闭合使1KMA励磁，1KMA1断开，1MF失磁，油泵电动机停止工作。若油压再次降低到工作油压下限值，4BP1再次闭合，以下动作同前。备用泵投入：备用油泵电动机2M的起动是由3BP的接点控制的，油压过低时3BP

15、1接点闭合，使3KAM励磁，3KAM2闭合使2MF励磁，结果使2M起动。以后的动作如断续运行一样。备用投入时，应同时发报警信号。手动操作：当发现油压下降到工作压力下限值时，将切换开关1QC切换到手动位置，使1MF励磁，油泵电动机1M起动，向压油槽打油。当油压达到工作油压上限值时，将1QC切换到停止位置，油泵电动机即停止工作。4.分析水泵直接供水自动控制的工作原理？答：将1QC切换到自动位置。当蓄水池水位下降到工作水泵起动水位时，浮子信号器接点BF1闭合，使继电器1KMA励磁，其接点1KMA1闭合，使磁力起动器1MF励磁，1MF1和1MF2闭合而自保持，从而使1号水泵电动机1MF起动，向蓄水池供

16、水。当蓄水池达到停泵水位时，BF的接点BF3闭合，使3KAM励磁，其动断接点3KAM1打开，使1MF失磁，1M停止运转。如果水位再次下降，则重复上述操作过程。备用起动：将2QC切换到备用位置。当蓄水池水位下降到备用起动水位时，BF的接点BF2闭合，2KMA2闭合，使2MF励磁，从而使2号水泵电动机2M起动，向蓄水池供水，并发出报警信号。蓄水池水位恢复到正常水位后，BF3将闭合，使3KMA励磁，3KMA2打开，2MF失磁，水泵电动机2M停止运转。手动操作：当水位降低到规定值时，将1QC切换到手动位置，直接使1MF励磁，从而使1M起动，以下动作与自动控制相同。5.分析水轮机顶盖射流泵排水自动控制的

17、工作原理？答：每台射流泵的操作开关，都有自动、备用和手动三种方式。当水位上升到规定的上限值时，电极水位信号器2、4电极接通，使1K励磁，其接点1K2闭合又使KA励磁，KA1闭合使控制射流泵的电磁阀工作线圈YV0励磁，结果电磁阀YV被打开，高压水进入喷射室，射流泵开始抽水。当水位下降到下限值时，1K失磁，1K2打开使KA也失磁，KA2闭合又使YVc励磁，从而使YV电磁阀关闭，射流泵即停止抽水。如果因为水位因某种原因过高，使电极1、4导电，则2K励磁，使2K2闭合，结果使备用射流泵的电磁阀YV打开，并发出报警信号。6.分析高压气系统压缩空气装置的自动控制工作原理？答：自动操作：将1QC切换到自动位

18、置。当贮气筒气压下降到工作压气机的起动压力时，1BP1闭合使压力重复继电器1K动作，其接点1K1闭合自保持，而1K2闭合使MFa、b、c闭合，工作压气机的电动机起动，从而带动高压气机向贮气筒供气。当压力上升到正常时，1BP2闭合使3K励磁，其接点3K1打开使1K失磁，1K2打开使电动机停止转动。备用投入：将2QC切换到备用位置。当贮气筒压力继续下降到备用压气机的起动压力，则2BP1闭合使2K励磁，其接点2K1闭合自保持，2K2闭合使备用压气机的电动机起动。当贮气筒压力上升到正常压力时，1BP2闭合使3K励磁，3K2打开使2K失磁，因而使备用压气机的电动机停止运转。压力过高时，2BP2闭合将使4

19、K励磁，结果4K1或者4K2打开，使1K或2K失磁，电动机即停止运转。此外，备用运动、压力过高、温度过高和操作电源消失均可发出报警信号。1 实现水电站自动化的目的是什么？2 水电站自动化的内容包括哪些方面？一、1 提高工作的可靠性；2保证电能质量；3提高运行的经济性；4提高劳动生产率。二、1 自动控制水轮发电机组的运行方式，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等的自动化；2 自动维持水轮发电机组的经济运行；3 完成对水轮发电机级及其辅助设备运行工况的监视和对辅助设备的自动控制；4 完成对主要电气设备的控制、监视和保护；5 完成对水工建筑物运行工况的控制和监视，如闸门工作状态的控制和监视，拦

20、污栅是否堵塞的监视等。1 水轮发电机的并列方式有哪些？2 什么是准同步并列，自同步并列，手动准同步，自动自同步，各自适用于什么情况；3 同步发电机并列的条件有哪些？4 请说明自同步并列的优点和缺点。5 手动准同步操作需要哪些仪表 ，如何进行手动准同步并列的操作6 自动准同步装置应具有哪些功能？什么是自动准同步装置的导前时间？一、准同期和自同期。二、准同步并列：将未投入系统的发电机加上励磁，并调节其电压和频率，在满足并列条件（即电压、频率、相位相同）时，将发电机投入系统。用于相位差为0到正负20范围内。自同步并列：将一台未励磁电流的发电机组升速到接近于电网频率，在滑差角频率不超过允许值，且机组的

21、加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并列断路器开关，接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。手动准同步：通过同步表比较机端电压、频率、相位，根据差值，手动调节机端电压、频率，使之与系统相等。适用于相位差为正负20范围之外。三、1 待并发电机电压和系统电压接近相等，电压差不超过5%-10%额定电压；2 待并发电机电压与系统电压的相角差在并列瞬间接近等于零，不大于10；3 待并发电机频率与系统频率接近相等，其频率差不超过0.2%-0.5%额定功率。四、优点：快速、方便、控制简单。缺点：冲击电流大，易引起电压突降。五、仪表：

22、指示机组电压和系统电压的两只电压表；指示机组频率和系统频率的两只频率表；指示机组和系统频率差与相位差的一只同期表。操作：当发电机电压低于或高于系统电压时，调节发电机的励磁电流；当发电机的频率 低于或高于系统频率时，调节水轮机的导叶开度，以改变机组的转速；通过同期表观察频 率和相位差，以便选择合适的时机发出合闸，使断路器合闸瞬间相位差很小。六、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 （ =0） tad 时间自动发出合闸脉冲命令，使断路器主触头闭合时 =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

23、的过程。 导前时间：指发出合闸指令，断路器合闸，合闸反馈，这3个过程所用去的时间的总和。 1 n调节励磁电流的作用有哪些？2 什么是自励式静止励磁 ，强行励磁？3 衡量强励作用的两个重要指标是什么？4 什么是电力系统静态稳定 ，暂态稳定 ，动态稳定？5 可控硅励磁系统由那些基本单元所组成？其各自的作用又是什么？一、调节励磁电流从而调节电压大小与方向，从而控制电压大小以控制有功和无功。二、通过不断地调节励磁电流来完成对发电机电压的调节，且发电机的励磁电源不用励磁机，而是通过连接于发电机机端的励磁变压器经过整流电路取得励磁电流的励磁系统称为自励式静止励磁；强行励磁：当发电机出口端电压下降或出现故障

24、时，通过提高励磁机的励磁电压和电流，提高励磁放大倍数，使机端电压保持在一定电压水平，保持电力系统的稳定性，这种励磁称为发电机激磁机强行励磁。三、励磁电压的上升速度，强励倍数。四、静态稳定：是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期性的失步，自动恢复到起始运行状态。暂态稳定：是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行状态并过渡到新的或恢复到原来稳定运行方式的能力。动态稳定：是指电力系统受到干扰后，不发生振幅不断增大的震荡而失步。五、由测量比较单元：测量机端电压变化；调差单元：用于改变调差系数，实现合理分配无功；移相触发单元：自动调节励磁；手动单元：手动调节励磁电流。（1）维持电力系统频率稳定

25、的条件是什么？（2）什么是调频机组和调频电站？（3）什么是电力系统的日负荷曲线和计划外负荷？（4）什么是一次调频和二次调频？（5）有调节能力水电站和径流式水电站运行机组间负荷优化分配的准则各是什么？一、条件是维持系统有功功率的平衡。若系统总的发电功率等于用户的总耗功率，则系统频率维持在额定值；若总发电功率大于总耗功率，则频率将高于额定值，反之则低于额定值。二、调频机组：以调频方式控制输出功率的机组。调频电站：参与电网频率调节的电厂。三、日负荷曲线：描述一天内负荷随时间变化的曲线。计划外负荷：担任调峰任务的的负荷。四、一次调频：是指由发电机组调速系统的频率特性所固有的能力，随频率变化而自动进行频

26、率调整。二次调频：是指当电力系统负荷或发电出力发生较大变化时,一次调频不能恢复频率至规定范围时采用的调频方式。5、有调节能力水电站运行机组间负荷优化分配的准则是，在满足电力系统功率平衡和机组稳定性约束的条件下，使水电站的总发电引用水量最小； 径流式水电站运行机组间负荷优化分配的准则是，在满足水电站流量平衡和机组稳定性约束的条件下，使水电站的总发电量最大。（1）简述水电机组转速测量的目的以及基于双传感器测量的齿盘测速原理。（2）在水电机组的停机过程控制时常需要测量机组的蠕动（频率小于5Hz）。试问：应采取何种测量方法？为什么？（3）简述热电偶传感器的工作原理。（4）采用霍尔元件式压力变送器测量某

27、管道流体的压力。 已知： 霍尔电势EH(其中：EH=K1*X)； 弹簧管内径为d，外径为D； 弹簧管自由端位移与其圆周方向应力1和轴向应力2之间为线性关系X=KX（1-2）。 试求被测流体的压力P。（5）简述差压变压器式位移传感器的工作原理。（6）下图是以电极式水位信号器构成的调相压水控制接线图，试说明其工作过程。（7）简述油混水信号器的作用及其工作原理。（8）简述剪断销信号器的作用。一、监视机组的转速，并根据机组不同的转速信号，对机组进行保护和自动控制。基于双传感测量齿盘测速原理：沿齿盘圆周不同位置设置两个传感器，在已知两个传感器之间距离Y的前提下，测量齿盘中各齿通过两个传感器的时间Tn，并

28、由此计算机组转速n。二、频率法测量。因为基于周期法的转速测量在机组运行在额定转速附近时有较高的测量精度和反应速度。但在机组的蠕动时的脉冲信号周期将会很长，因此会使转速测量的反应速度不能满足要求，还会给转速计算造成困难。而基于频率法的转速测量方法简单、可靠，并且能方便地测量机组的蠕动。三、热电偶原理：热电偶是由两种成分不同的导体A和B连接在一起构成的感温元件。当导体A和B的两个接点存在温差时，回路中将产生感应电势，这种效应称为热电效应。热电势由接触电势和温差电势组成，在热电偶回路中，A和B两种导体称为热电极。T2端称为热端（或工作端）；T1端成为冷端（或自由端）。当自由端的温度为常数时，则热电势

29、就与工作端的温度T2建立起相互对应的关系。有了这种关系，只要测得两端的电势，就可得被测介质的温度了。这就是热电偶测温的基本原理。五、工作原理；差压变压器式位移传感器是一种利用互感原理制成的位移传感器，即是一种利用线圈的互感作用将位移转换成感应电势的装置，主要由线圈和铁芯构成。差压变压器有三个绕组（原边N0，副边N1，N2）。当铁芯P在线圈内左右移动时，由于磁通的变化，从而改变了原边、副边线圈之间的互感量，原边线圈受到激磁后，副边线圈所产生的感应电动势也随铁芯的位置的不同而相应改变，有一一对应关系。六、工作过程：当机组由发电转调相运行时，电源有2KA接点的闭合而自动投入。如果此时两个电极都浸入水

30、中，那么靠水的导电性，电流继电器1KA动作，其接点闭合使调相供气管路上的电磁配压阀开启，并使1KA1闭合而自保持。在压缩空气的作用下，当水位降到下限水位h1以下时，1KA断电而复归，电磁配压阀关闭，压缩空气停止通入。当水位又上升到h2时，则重复上述动作。1KA两端并联电容C起抗干扰和保护1KA的作用。七、作用：油混水检测水轮发电机油系统中，混入回油箱或漏油箱内水的含量。 原理：在回（漏油）箱的底部装有一对电极，利用油和水的导电率，比重不同，通过电极发出信号，如图：在油箱没有浸入水的情况下，电极间因为油的导电率小，而不足以导通；混入水后，水因比重大而下沉，随着水量的增加，水将逐渐淹没电极，从而导

31、致两个电极导通，形成电流回路。八、水轮机调速器通过主接力器及传动机构来操作导叶，当其中某（几）扇导叶被卡时，用于该导叶传动的剪断销被剪断，从而不至影响处于联动情况的其它导叶的关闭。剪断销信号器用于反映水轮机导叶连杆的剪断销事故：1 在正常停机过程中，如果有导叶被卡，剪断销被剪断则发出报警信号。2 在事故停机过程中，如果发生剪断销被剪断，则除发出报警信号外，还应作用紧急停机。（1）简述电磁阀、电磁空气阀和电磁配压阀在水电站自动化中的作用。（2）简述蝴蝶阀的作用。（3）以下是电磁空气阀的原理示意图。试说明其工作过程。（4）下图为油压装置的构成图。现要求采用以微型计算机（或PLC）构成的控制装置进行自动控制，使油压装置的油压维持在上、下限压力之间，并且当油压低于过低油压时，起动备用油泵。试设计：（A）控制装置的硬件原理图（只需给出芯片的名称）； （B）控制装置的软件流程图。注：要求每秒显示一次油压，并能够通过运行人员对进行主/备油泵进行选择和操作。一、电磁阀：将电气信号转换为机械信号，用