電力系統自動裝置沈陽工程學院

第一節1.備自投概念：2：備用方式明備用:裝設有專用的備用電源或設備暗備用:不裝設專用的備用電源或設備，或者說是工作電源或設備之間的互為備用3.備自投一般安裝在什么地方？第三節備用電源自動投入

裝置接線原理一.AAT裝置的工作原理1．典型接線裝置由起動部分和合閘部分組成結合裝置展開圖分析工作原理及如何滿足基本要求的接線原理

第三節微機備自投裝置的工作原理

(一)微機備自投裝置的特點1.滿足基本要求是通過邏輯判斷來實現;2充電---備用電源自投裝置滿足啟動的邏輯條件放電---就是模擬閉鎖備用電源自投裝置，放電后就不會發生備用電源自投裝置第二次動作。掌握充放電條件、邏輯原理第五節發電廠廠用電源的切換方式

1、掌握廠用電源的切換方式、優缺點廠用電源的切換方式，除按操作控制分手動與自動外，還可按運行狀態、斷路器的動作順序、切換的速度等進行區分。

一、按運行狀態區分1、正常切換。在正常運行時，由于運行的需要(如開機、停機等)，廠用母線從一個電源切換到另一個電源，對切換速度沒有特殊要求。2、事故切換。由于發生事故(包括單元接線中的廠總變、發電機、主變壓器、汽輪機和鍋爐等事故)，廠用母線的工作電源被切除時，要求備用電源自動投入，以實現盡快安全切換。二、按斷路器的動作順序區分1、并聯切換

2、斷電切換(串聯切換)。

3、同時切換。

三、按切換速度區分

1、快速切換。2、慢速切換。第二章輸電線路自動重合閘

第一節概述掌握1、自動重合閘的定義；2、分類；3、基本要求：三相自動重合閘時都應滿足的基本要求，知道什么情況下應閉瑣，知道什么情況下不閉瑣自動重合閘按功能和結構等分類常可分為三相重合閘單相重合閘綜合重合閘；三、參數整定

1．重合閘動作時限值的整定重合閘的動作時限是指，從斷路器主觸頭斷開故障到斷路器收到合閘脈沖的時間考慮到如下兩方面的原因

(1)斷路器跳閘后，故障點的電弧熄滅以及周圍介質絕緣強度的恢復需要一定的時間，必須在這個時間以后進行重合才有可能成功，否則，即使在瞬時性故障情況下，重合閘也不成功，所以故障點必須有足夠的斷電時間。(2)重合閘動作時，繼電保護一定要返回，同時斷路器操動機構恢復原狀，準備好再次動作。對單電源輻射狀單回線路，重合閘動作時限原則及公式2．重合閘復歸時間的整定

重合閘復歸時間就是從一次重合結束到下一次允許重合之間所需的最短間隔時間。復歸時間的整定需考慮以下兩個方面因素：

(1)保證當重合到永久性故障，由最長時限段的保護切除故障時，斷路器不會再次重合。

(2)保證斷路器切斷能力的恢復。當重合閘動作成功后，復歸時間不小于斷路器第二個“跳閘——合閘”間的間隔時間。重合閘復歸時間一般取15～25s即可滿足以上要求。第三節常見的雙電源線路三相自動重合閘

雙電源線還必須考慮以下兩個問題：1、故障點的斷電時間問題。2、同步問題。一、三相快速自動置合閘

所謂三相快速自動重合閘，就是當線路發生故障時，繼電保護很快使線路兩側斷路器跳閘，并緊接著進行重合。

在輸電線路上采用三相快速自動重合閘應具備下列條件

(1)線路兩側都裝設有能瞬時切除故障的保護裝置，如高頻保護、縱聯差動保護等。(2)線路兩側都裝有可以進行快速重合閘的斷路器，如快速空氣斷路器等。(3)在兩側斷路器進行重合的瞬間，通過設備的沖擊電流周期分量不得超過如下規定值。(4)重合時兩側電勢來不及擺開到危及系統穩定的角度，能保持系統穩定，恢復正常運行。

二、非同步自動重合閘

非同步自動重合閘通常有按順序投入線路兩側斷路器和不按順序投入線路兩側斷路器兩種方式。

三、無電壓檢定和同步檢定的三相自動重合閘

定義、原理（分幾種情況，參見書）第四節自動重合閘與繼電保護的配合

一、重合閘前加速保護定義、舉例二、重合閘后加速保護定義、舉例,前后加速區別輸電線路綜合自動重合閘一.概述綜合重合閘裝置一般可以實現以下四種重合閘方式。(1)綜合重合閘方式(2)單相重合閘方式(3)三相重合閘方式(4)停用方式(1)綜合重合閘方式線路上發生單相故障時，實行單相自動重合閘，當重合到永久性單相故障時，若不允許長期非全相運行，則應斷開三相并不再進行自動重合。線路上發生相間故障時，實行三相自動重合閘，當重合到永久性相間故障對，斷開三相并不再進行自動重合。(2)單相重合閘方式線路上發生單相故障時，實行單相自動重合閘，當重合到永久性單相故障時，一般也是斷開三相并不再進行重合。線路上發生相間故障時，則斷開三相不再進行自動重合。(3)三相重合閘方式線路上發生任何形式的故障時，均實行三相自動重合閘。當重合到永久性故障時，斷開三相并不再進行自動重合。(4)停用方式。線路上發生任何形式的故障時，均斷開三相不進行重合。綜合自動重合閘接線回路的基本原則1．綜合重合閘起動方式綜合重合閘也應用斷路器與控制開關位置不對應方式來起動保護起動方式在綜合重合閘的起動回路中，以不對應起動方式為主，以保護起動方式為輔。

5．適應斷路器動作性能的要求高壓斷路器動作循環從設計、制造及試驗各環節都是按“跳一0．3s合、跳一180s合、跳”的循環考慮的。綜合重合閘的回路設計必須保證重合閘的時間總是由最后一次故障跳閘算起，當非全相運行期間健全相發生故障而跳閘，則重合閘必須重新計時，第六節微機綜合重合閘的特殊問題一、綜合重合閘的啟動方式保護啟動方式,不對應啟動方式一.電力系統并列操作的意義1.同步運行:并列運行的同步發電機，其轉子以相同的電角速度旋轉，每個發電機轉子的相對電角速度都在允許的極限值以內，2.電力系統并列操作:一般是指兩個交流電源在滿足一定條件下的互聯操作，也叫同步操作、同期操作或并網3.同步發電機的并列操作有兩個

基本要求

(1)并列瞬間，發電機的沖擊電流不應超過規定的允許值。(2)并列后，發電機應能迅速進入同步運行。二．并列方法準同步并列自同步并列準同步并列:先給待并發電機加勵磁，使發電機建立起電壓，調整發電機的電壓和頻率，在與系統電壓和頻率接近相等時，選擇合適的時機，使發電機電壓與系統電壓在相角差接近0o時合上并列斷路器，將發電機并入電網。自同步并列:將未加勵磁電流的發電機的轉速升到接近額定轉速，首先投入斷路器，然后立即合上勵磁開關供給勵磁電流，隨即將發電機拉人同步。

并列條件應為

(1)發電機電壓和系統電壓的幅值相同，即(2)發電機電壓和系統電壓的頻率相同，即（3）發電機電壓和系統電壓的相位相同；即相角差δ=0o滑差角頻率與滑差頻率

滑差周期的長短反應了待并發電機和系統間頻差的大小。短表示頻差大；反之長表示頻差小。

準同步并列的實際條件一般規定

(1)待并發電機電壓與系統電壓應接近相等，誤差不應超過±5％～10％的額定電壓。(2)待并發電機頻率與系統頻率應接近相等，誤差不應超過±O．2％～0．5％的額定頻率。(3)并列斷路器觸頭應在發電機電壓與系統電壓相位差接近零度時，剛好接通。合閘瞬間相位差一般不應超過±10o。四．同步點性質分類

電力系統中把可以進行并列操作的斷路器稱為同步點。按并列的特征不同可分為差頻并網和同頻并網兩類。差頻并網的特征在并網之前，同步點斷路器兩側是沒有電氣聯系的兩個獨立的系統，它們在并列前往往不是同步的，存在頻率差、電壓差，由于頻率的不同，使得兩電源之間的相角也不斷地變化。同頻并網的特征

并列前同步點斷路器兩側電源已存在電氣聯系，電壓可能不同，但頻率相同，且存在一個固定的相角差。同頻并網制約條件制約分得的負荷不能過大而導致繼電保護動作再次斷開線路；分得的負荷不能超過的穩定極限，導致線路兩側電源失步而次斷開線路。第二節自動準同步裝置基本工作原理一.掌握自動準同步裝置的基本組成及各部分的作用合閘信號控制單元

作用是檢查并列條件是否滿足，當待并機組的頻率和電壓都滿足并列條件時，合閘控制單元就選擇合適的時間發出合閘信號，使并列斷路器QF的主觸頭接通時，相角差δ接近于零或控制在允許范圍以內，只要同步三個條件中有一個不滿足要求，就閉鎖合閘。頻差控制單元作用是1）當頻率條件不滿足要求時，進行頻率的調整。當發電機頻率高于系統頻率時，發減速命令；2）當發電機頻率與系統頻率差很小時，會出現同步不同相現象，頻差控制單元應發調速命令（一般為增速命令），加快機組的并列。電壓差控制單元

作用是當電壓條件不滿足要求時，進行電壓的調整。當發電機電壓率高于系統電壓時，發降壓命令；當發電機電壓低于系統電壓時，發增壓命令。合閘脈沖的發出（1）恒定越前時間式準同步并列裝置（2）恒定越前相角式準同步并列裝置（1）恒定越前時間式準同步并列裝置恒定越前時間式準同步并列裝置是在之前提前一個時間發出合閘命令

（2）恒定越前相角式準同步并列裝置

恒定越前相角式準同步并列裝置是在相角差之前一個固定的相角發合閘命令。第四章同步發電機的勵磁調節系統

第一節概述同步發電機的自動勵磁調節通常由兩部分組成：第一部分是勵磁功率單元，它向同步發電機的勵磁繞組提供可靠的直流勵磁電流；第二部分是勵磁調節器，它根據發電機及電力系統運行的要求，自動調節功率單元輸出的勵磁電流。掌握自動勵磁調節系統的作用掌握同步發電機自動勵磁調節系統的任務掌握對勵磁系統的基本要求勵磁系統強勵性能的主要指標1．勵磁電壓響應比2．勵磁電壓強勵倍數強勵倍數是在強勵期間勵磁功率單元可能提供的最高輸出電壓UEmax與發電機額定勵磁電壓UEN之比。對勵磁系統的其它基本要求第二節同步發電機勵磁系統類型一、直流勵磁機系統二、交流勵磁機系統三、發電機自并勵系統第四節自動勵磁調節裝置的工作原理一、勵磁調節器的基本概念自動勵磁調節器組成基本控制部分:調差、測量比較、綜合放大、同步與移相觸發及可控整流環節組成

輔助控制部分:

勵磁系統穩定器電力系統穩定器勵磁限制器基本控制部分與輔助控制部分的區別是

基本控制部分:正常運行時，這些環節起到實現電壓調節和無功功率分配等最基本的功能。輔助控制部分:輔助控制不參與正常情況下的自動控制，僅在發生非正常運行工況，需要勵磁調節器具有某些特有的限制功能時起相應控制作用。調差系數δ定義為掌握調差系數的含義調差系數也可用百分數表示四、勵磁調節器的輔助控制輔助控制與勵磁調節器正常情況下的自動控制的區別是，輔助控制不參與正常情況下的自動控制，僅在發生非正常運行工況，需要勵磁調節器具有某些特有的限制功能時，通過信號綜合放大器中的競比電路，閉鎖正常的電壓控制，使相應的限制器起控制作用。1．勵磁限制功能①最小勵磁電流值應限制發電機進相運行吸收剩余無功功率是一個比較經濟的辦法，但發電機進相運行時，允許吸收的無功功率和發出的有功功率有關，此時發電機最小勵磁電流值應限制在發電機靜態穩定極限及發電機定子端部發熱允許的范圍內。為此在自動勵磁裝置中設置了最小勵磁限制。當勵磁機電壓達到發電機允許的勵磁頂值電壓倍數時，應立即對勵磁機的勵磁電流加以限制，以防止危及發電機的安全運行。（二）瞬時電流限制（三）最大勵磁限制最大勵磁限制是為了防止發電機轉子繞組長時間過勵磁而采取的安全措施。按規程要求，當發電機端電壓下降至80%~85%額定電壓時，發電機勵磁應迅速強勵到頂值電流，一般為1.6~2倍額定勵磁電流。由于受發電機轉子繞組發熱的限制，強勵時間不允許超過規定值。反時限特性（四）V/HZ（伏/赫）限制器V/HZ（伏/赫）限制器，用于防止發電機的端電壓與頻率的比值過高，避免發電機及與其相連的主變壓器鐵心飽和而引起的過熱。第五節勵磁調節器靜特性調整與電網并聯運行的發電機，為滿足運行上的要求，要求對自動勵磁調節器的靜態工作特性進行必要的調整。這些要求是：①保證并聯運行發電機組間實現無功功率合理分配；②保證發電機在投入和退出運行時，平穩地轉移無功負荷，而不發生無功功率沖擊。通過調整外特性的調差系數和對特性的平移，可以滿足上述要求一、調差系數的調整調差特性二、調差特性的平移三、兩臺正調差特性機組并聯運行理想的情況應是無功負荷按機組容量來分配，無功電流的增量也應與機組容量成正比，即其增量對各自額定無功電流的比值相等。

要使并聯機組的無功電流增量按機組容量分配，則要求各機組具有相同的調差系數，即兩機的外特性相同。如果δ不相同，則調差系數小的機組承擔的無功電流量增大。為了使無功電流分配穩定，調差系數不宜過小例題1某電廠有兩臺發電機在公共母線上運行，1號機的額定功率為25MW，2號機的額定功率為50MW。兩臺機的額定功率因數都是0.85。勵磁調節器的調差系數都為0.05。若系統無功負荷波動使電廠無功增量為它們總無功容量的20%，問各機組承擔的無功負荷增量是多少？母線上的電壓波動是多少？

解：1號：

2號：

例題2某電廠有兩臺發電機在公共母線上并聯運行。額定功率均為200MW，額定功率因數都是0.85，勵磁調節器的調差系數為：δ1=0.04,δ2=0.05。若系統無功負荷波動，使電廠無功增量為兩機組總無功容量的20%，問各機組承擔的無功負荷增量是多少？母線電壓變化量是多少？

〔解〕

一號機的額定無功功率為

QN1=PN1tanφ1=200tan(cos---10.85)=123.95（Mvar）二號機的額定無功功率為QN2=QN1=123.95（Mvar）等值機的調差系數

母線電壓變化值,△U＊=-δ∑△Q∑＊=-0.04×0.2=-0.008各機組無功增量

△Q1=△Q1＊·QN1=0.2×123.95=24.79（Mvar）

△Q2=△Q2＊QN2=0.16×123.95=19.83（Mvar）

可見，同容量的發電機，調差系數小的機組承擔的無功負荷增量較大。

2．對自動滅磁裝置的要求

（1）滅磁時間應盡可能短為減小故障范圍，要求滅磁時間盡可能短。（2）當滅磁開關斷開勵磁繞組時，勵磁繞組兩端產生的過電壓不超過允許值（3）滅磁裝置動作后，發電機定子剩余電勢不足以維持電弧（4）滅磁裝置的電路和結構應簡單可靠，裝置應有足夠大的熱容量，能把發電機磁場儲能全部或大部分泄放給滅磁裝置，而裝置不應過熱，更不應燒壞。3．滅磁的方法(1)線性放電電阻滅磁（2）非線性電阻滅磁構成非線性電阻的材料一種為由碳化硅，另一種為是氧化鋅（3）采用滅弧柵滅弧（4）利用全控橋逆變滅磁在交流勵磁系統中，如果采用了晶閘管整流橋向轉子供應勵磁電流時，就可以考慮應用晶閘管的有源逆變特性來進行轉子回路的快速滅磁。第五章電力系統自動調頻

第一節

頻率調節概述

一、系統頻率變動過大的不利影響（見書）二、影響系統頻率變化的因素系統頻率的變化是由于發電機的負荷與原動機輸入功率之間失去平衡所致。

三、系統頻率的調節方式

調速器：反應機組轉速和給定值之間的偏差，并以此來改變調節閥門的開度以增加或減少原動機的出力，使機組轉速維持在一定范圍調頻器（或稱同步器）：反應系統頻率與給定值之間的偏差，從而改變閥門的開度，第二節電力系統負荷變化與調頻措施

系統負荷的特點與調頻的關系第一種負荷變化引起的頻率偏移較小，可由頻率的一次調整完成。第二種負荷變化引起的頻率偏移較大，僅靠調速器的作用往往不能將頻率偏移限制在容許范圍之內，這時必須由調頻器參與調整，即只有借助于頻率的二次調整才能完成。第三種負荷變化可用負荷預測的方法預先估計得到，調度部門預先編制的系統日負荷曲線基本上就反映了這部分負荷的大小，這部分負荷要求在滿足系統有功功率平衡的條件下，按照經濟運行的目標在各發電廠間進行分配。

電力系統的集中式聯合調頻

主要過程是：將系統中各發電機組的實發功率、系統各線路潮流、各節點電壓等由各廠站端的遠動裝置送到調度中心，形成實時數據庫，調度中心計算機的相關軟件按預定的數學模型和調節準則確定各調頻電廠或調頻機組的調節量，并通過遠動通道把調節指令發送到各廠站調頻機組的控制器，使各調頻機組按指令執行有功功率的調節。

第三節電力系統的頻率特性

一、電力系統負荷的靜態頻率特性當頻率變化時，系統負荷消耗的有功功率也將隨著改變。這種有功負荷隨頻率而變化的特性稱為負荷的靜態頻率特性。

綜合負荷消耗的有功功率與頻率的關系負荷的綜合靜態頻率特性

負荷的頻率調節效應系數為負荷的頻率調節效應系數的標么值

負荷的頻率調節效應系數也可表示為有名值

有名值與標么值間的換算關系

例5—1某電力系統中，與頻率無關的負荷占30％，與頻率一次方成正比的負荷占40％，與頻率二次方成正比的負荷占10％，與頻率三次方成正比的負荷占20％。求系統頻率由50HZ下降到47HZ時，負荷功率變化的百分數及負荷調節效應系數KL*。頻率降為47Hz時，f*＝47／50＝0.94，系統負荷為PL*＝0.3+0.4×0.94+0.1×0.942+0.2×0.943

＝0.930△PL*

＝

（1-0.930）＝0。07二、發電機組的靜態調節特性

定義發電機組的調差系數為發電機組的調差系數也可用標么值發電機組的靜態調節方程三、電力系統的頻率特性

第四節

調速器原理

一、概述調速器：機械液壓調速器電氣液壓調速器(簡稱電液調速器)，按其控制規律來劃分：

比例積分（PI）調速器比例—積分—微分（PID）調速器等。第六章自動按頻率減負荷和其它安全自動裝置

第一節自動按頻率減負荷概述一、低頻運行的危害（見書）二、限制頻率下降的措施

(1)動用系統中的旋轉備用容量。

(2)應迅速啟動備用機組。

(3)按頻率自動減去負荷。

三、系統頻率的動態特性

電力系統由于有功功率平衡遭到破壞引起系統頻率發生變化，頻率從正常狀態過渡到另一個穩定值所經歷的時間過程，稱為電力系統的動態頻率特性。

第二節自動按頻率減負荷工作原理

一、不切除負荷的情況下系統頻率的穩定值

假設電力系統內發生有功功率缺額PV為系統額定總負荷PL·n的20％時，系統頻率要降低，如果僅由負荷調節效應來補償有功缺額，由（5-4）式可得，系統頻率下降值為

設KL*=2，那么

系統的頻率會下降到

二、最大功率缺額的確定

一般應根據最不利的運行方式下發生事故時，實際可能發生的最大功率缺額來考慮設正常運行時系統負荷為PL·n，額定頻率fn與恢復頻率fr之差為Δf，

例6-1某系統的負荷總功率為PL·n＝5000MW，設想系統最大的功率缺額PV·max為1000MW（負荷總功率的20％），設負荷調節效應系數為及KL*＝2，自動按頻率減負荷裝置動作后