2023年电力系统自动装置-知识点总结归纳整理.pdf

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1、学习必备 欢迎下载 何谓并列操作？对未投入运行的待并网发电机组进行适当操作，使其电压与并列点电压之间满足并列条件的一系列操作。并列原则 1.并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值不超过允许值（12 倍的额定电流）；2.发电机组并入电网后，应能迅速（暂态过程要短）进入同步运行状态，以减小对系统的扰动。并列方法分类 1.自同步 合闸瞬间，发电机无电势而被拉入同步 2.准同步 合闸瞬间，发电机电势与系统母线电压、频率和相位接近而被拉入同步 2.1 发电机并网 发电机“并”到系统 2.2 两系统并网 两系统间的并列操作 2.2.1 差频并网 尚未有电气联系（并网前两系统相互独立，频率一般不

2、同；需满足三个条件时才能进行并列。存在频率差，实现易）2.2.2 同频并网 已有电气联系 （并列前两侧已存在电气联系，电压可能不同，但频率相同；相当于在两侧之间增加一条连线；因此也叫做“合环”。）自同步并列优缺点 优：1.不需选择并列合闸时机，操控简单 2.在电力系统发生事故、频率波动较大的情况下，可迅速并列，避免故障扩大 缺：1.不能用于两个系统之间的并列操作 2.冲击电流大；会引起附近电压降低 准同步并列 理想并列条件（冲击电流为零）G=x（或 fG=fx），UG=Ux，e=0 （实际运行中，理想并列条件难以完全实现，也没有必要完全实现。实际上，只要满足并列操作的两项原则即可。）准同步并列

3、 偏离理想并列条件时的后果分析 实际上，电压幅值差、频率差和相位差均存在，分析较繁琐。为此，做如下简化：1.仅存在电压幅值差（即 fG=fx,e=0,UGUx）冲击电流 最大瞬时值冲击电流的电动力对发电机端部绕组产生影响（定子绕组端部的机械强度最弱）2.仅存在合闸相角差（即 fG=fx,e0,UG=Ux）冲击电流有效值 合闸后发电机与系统立刻进行有功功率交换，使机组联轴受到突然冲击，对机组和系统运行均不利 3.仅存在频率差(即 fGfx,e=0,UG=Ux)此时断路器 QF两侧电压差为脉动电压 设 幅值(称为正弦整步电压)频率差限制的重要性:过大可能导致功率振荡并失去同步,故必须对合闸时的频率

4、差进行限制。正弦整步电压:它反映了发电机和系统间电压矢量的相位差，是短路器两端电压的幅值包络线 准同步并列的实际条件一般规定为：（1）电压幅值接近相等，误差不应超过（10%15%）的额定电压；（2）发电机频率和系统频率应接近相等，误差不应超过（0.2%0.5%）的额定频率；（3）发电机电压和系统电压相位接近时合闸，合闸时的相位差一般不应超过 10 准同期并列装置的信号检测 相角差检测 正弦整步电压法 包含信息：电压幅值差、频率差、相角差 缺点：电压幅值的变化影响相位差的估计精度。此法已逐渐被线性整步电压检测法取代 学习必备 欢迎下载 线性整步电压法 只反映 UG和 Ux的相角特性，与电压幅值无

5、关，从而使越前时间信号和频差检测不受电压幅值的影响。1.半波线性整步电压 2.全波线性整步电压 频率差检测是在恒定越前时间之前完成的检测任务，用来判别是否符合并列条件 1.测量交流信号的周期（基本方法）（正弦转方波再二分频，半波时间即为周期）2.利用相角差e（t）轨迹中的滑差角频率si 电压差检测是在恒定越前时间之前完成的检测任务，用来判别是否符合并列条件 1.直接读入 UG和 Ux值，然后作计算比较 2.先直接比较 UG和 Ux的幅值大小然后读入比较结果 自动准同步并列 自动装置的控制系统结构 频差控制单元 旨在检测s 并由此调节发电机转速，使 fG 接近于 fx 电压差控制单元 旨在检测|

6、UmG-Umx|并由此调节 UG，使其小于允许值。合闸信号控制单元 检测并列条件（和），条件满足时选择合适的时间发合闸信号（使并列断路器的主触头 QF 接通时能够满足相角差在允许范围内 合闸信号控制 恒定越前相角式 提前一个恒定相角YJ发出合闸命令 断路器合闸时间 tQF 近乎恒定，存在最佳合闸滑差角频率eopt=YJ/tQF 为限制合闸冲击电流，滑差角频率须限制在某范围以内 恒定越前时间式 提前一个时间发出合闸命令；提前的时间应为从发出合闸命令到断路器主触头闭合的时间，其中主要为断路器合闸时间，约为 0.1s 0.7s;测试量为越前相角，合闸时需要的越前相角为滑差角频率与断路器合闸时间的乘积

7、 YJ=stQF 原理上能保证断路器触头闭合瞬间相角差为零；然而由于断路器合闸时间的分散性，实际合闸瞬间仍有相角差 恒定越前时间并列装置的整定计算 1.越前时间（tYJ=tc+tQF）tc 自动装置合闸出口回路的动作时间 tQF并列断路器的合闸时间 tYJ 主要决定于 tQF，其值随并列断路器的类型而变化。2.确定越前时间的最大误差 3.允许的电压差（0.10.15UN），满足后不再考虑电压差的影响，即认为电压相等 4.根据允许的最大冲击电流确定允许的合闸相位差 ey 单位为 rad，（度/180）x 5.确定允许的滑差角频率sy 6.脉动电压周期 Ts=2/sy 实现 实际采用的预测校正法

8、算本计算点 i 的相角差i，若 2-i=YJ，则立刻发出合闸信号；否则进行下一步。测下一个计算点的相角差 i+1=i+siTx+0.5(si/t)Tx2 判断：若 2-i+1YJ，则合闸时间未到，返回继续等待；若 2-i+1Q,则无差机组全部承担Q）其电压与并列点电压之间满足并列条件的一系列操作并列原则并列断路方法分类自同步合闸瞬间发电机无电势而被拉入同步准同步合闸瞬间发独立频率一不同需满足三个条件时才能进行并列存在频率差实现易同频学习必备 欢迎下载 2.等值调压系数（调压系数不等时）=（QG1N+QG2N）/(QG1N/1+QG2N/2)3.确定母线电压波动U*=-Q*4.确定各机组无功负荷

9、波动量 QG1*=-U*/1 QG1=QG1*QG1N QG2*=-U*/2 QG2=QG2*QG2N 自动励磁调节器的运行限制 瞬时电流限制 当快速励磁系统的励磁电压达到允许的最大励磁顶值电压时，必须对励磁机的励磁电流进行限制；否则励磁电流继续增加，导致励磁机输出电压继续增加而影响发电机的安全运行 最大励磁限制 受转子绕组的发热限制，强励时间不允许超过规定值 最小励磁限制 发电机进相运行(空载电势低于系统电压)时，吸收的无功功率随励磁电流的减小而增加。由于进相受到稳定极限、绕组端部发热的制约，具有一定的限制，因此必须设置最小励磁限制器以防发电机欠励磁运行过于严重而影响系统的稳定性、绕组端部发

10、热过于严重 磁通限制 交流磁通量与电压/频率比值成正比。发电机机磁通限制器，用于防止发电机及其相连主变压器由于电压过高、频率过低引起铁心饱和发热 失磁监控 失磁时，发电机端电压下降，输出功率下降，发电机升速并进入可能异步运行状态 电力系统无功和电压控制 无功功率的产生 电力设备(电动机、变压器等)在通电后开始工作时，会产生一个与电压有关的时变电磁场。电磁场储存有能量，而电磁场的时变特性决定其储存的能量也是时变的。电力设备与电源交换的该部分能量的流动即为无功功率影响 1.无功功率的流动导致输电线路、变压器的电流增加，其中的功率损耗(有功、无功)也将增加，增加了系统中的能量损失，降低了电力网的输电

11、效率 2.当输电线路、变压器传输过量的无功功率时，易导致首末端的电压损耗过大而末端电压不符合要求 电压偏移的影响 1.对负荷 异步电动机：电压低，定子电流显著增大，温升增加，可能导致绝缘老化、电机烧损；电压高，破坏绝缘。电热设备：电压低，大大降低发热量。照明设备：电压低，发光不足；电压高，影响寿命。家用电器（如电视）：电压低，图像不稳定；电压高，影响显像管寿命 2.对自身 电压低：功率损耗增大，可危及电力系统运行的稳定性 电压高：破坏设备绝缘、超高压网络电晕损耗对传输容量的影响很大 电压调节目标 通过调节电压差和功率因数 措施 1.发电机调压；2.同步调相机调压；3.利用变压器分接头调压；4.

12、静电电容器调压；5.静止无功补偿器（SVC）调压；6.串联补偿调压；7.切去部分负荷调压；8.改变电网无功功率分布调压 发电机调压 发电机不仅是有功功率的电源，也是无功功率的电源，发电机还能通过进相运行吸收无功功率，所以可用调整发电机端电压。这是一种充分利用发电机设备，不需要额外投资的调压手段。如果发电机有充足的无功备用，通过调节励磁电流增大发电机电势，可以从整体上提高电网的电压水平，提高电压的稳定性 非额定功率因数下运行时可能发出的有功功率 P和无功功率 Q 要受定子电流额定值（额定视在功率）、转子电流额定值（空载电势）、原动机出力（额定有功功率）的限制 另外，还存在最小功率限制(锅炉燃烧的

13、稳定性)，定子端部发热限制(磁滞、涡流损耗 磁滞、涡流损耗)，和同步运行稳定性的限制，和同步运行稳定性的限制(电动势过小，影响发电机内部功率输送的极限 动势过小，影响发电机内部功率输送的极限)变压器调压及其存在的问题 电力系统中设有很多可在线调压的变压器。当其一次侧电压偏低或偏高时可通过调节其变比以维持二次侧电压基本恒定。实际运行中，由于负荷的峰谷差较大，可能要频繁调整分接头，这会引起电压的波动。如果系统的无功不足，当某一地区的电压由于变压器分接头的改变而升高，该地区所需的无功功率增大，可能扩大系统的无功缺额，导致整个系统的电压水平更加下降，严重的还会产生电压崩溃。串联补偿调压 采用串联电容器

14、补偿线路的部分串联阻抗，从而降低传送功率时的无功损耗，并使电压损耗中的 QX/V分量减小，提高线路末端电压。它还可以提高网络的功率传输能力进而提高系统的静稳极限。早期用固定串联补偿器提高线路输送容量，现在晶闸管可控串联补偿器其电压与并列点电压之间满足并列条件的一系列操作并列原则并列断路方法分类自同步合闸瞬间发电机无电势而被拉入同步准同步合闸瞬间发独立频率一不同需满足三个条件时才能进行并列存在频率差实现易同频学习必备 欢迎下载（TCSC）是主要的 FACTS装置。同步调相机调压 同步调相机相当于空载运行的同步电动机，也就是只能输出、吸收无功功率的发电机。它可以过励磁运行，也可以欠励磁运行，运行状

15、态根据系统的要求调节。在过励磁运行时，它向系统提供给感性无功功率，起无功电源的作用；在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率，起无功负荷的作用。同步调相机可以强励，有过载能力。固定电容器调压(MSC)固定电容器通过断路器连接到母线。固定电容器产生无功功率，从而为母线上的其他负荷提供无功。其产生的无功与电压的平方成正比。在母线电压偏低时，其产生的无功也将降低。该方式投资省，可靠性高。静止无功补偿器（SVC）调压 是一种广泛使用的快速响应无功功率补偿和电压调节设备，对于支持系统电压和防止电压崩溃，是一种强有力的措施。SVC是晶闸管控制/投切的电抗器和晶闸管投切的电容器，或者它们组合而成的控制器的统

16、称。它由电容器组与可调电抗器组成，通过向系统提供或吸取无功功率进行调压。可以进行连续调节。切去部分负荷调压 当已不能采取上述措施，或上述措施调节电压的速度不够快时，或系统发生了紧急事故电压急剧下降时，应该考虑适当地切去部分负荷，以确保整个系统的安全运行。改变电网无功功率分布调压(OPF)根据优化的原理改变无功功率分布，达到调压的目的。注意事项 在无功功率不足的系统中，首要的问题是增加无功功率补偿设备，而不能只靠调整变压器电压的方法。在无功电源充裕的系统中，应大力采用和推广有载变压器调压。一般采用地区自动调节电压与集中自动调节电压相结合的方式，即就地控制和集中控制相结合的方式 中枢点电压管理 电

17、压中枢点就是那些反映系统电压水平的主要发电厂的高压母线、枢纽变电所低压母线或有大量地方负荷的发电机母线。认为：只要控制好中枢点电压，其它母线的电压就能满足要求 中枢点的电压偏移 中枢点电压和所代表的负荷点电压的关系？根据负荷对电压的要求，任何时刻应满足：UA=UB=(0.951.05)UN 逆调压方式 在大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方式。一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高 5，在最小负荷时保持为线路额定电压。供电线路较长、负荷变动较大的中枢点往往要求采用这种调压方式。顺调压方式 大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电 压的 102.5；小负荷

18、时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的 107.5 的调压模式。对于某些供电距离较近，或者符合变动不大的变电所，可以采用这种调压方式。恒调压方式 介于前面两种调压方式之间的调压方式是恒调压。即在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，一般较线路额定电压高 25 电力系统频率及有功功率的自动调节 1)负荷的功率-频率特性：定义负荷有功功率随系统频率变化的特性PL=F(f)。负荷调节效应系数:用负荷有功功率-频率特性的导数来衡量负荷有功功率随频率的变化关系，此即负荷的频率调节效应系数KL 2)发电机功率-频率特性：无调速器：发电机组功率频率特性反映发电机输出有功功率随系统频率的变化关系PG

19、=F(f)有调速器：系统频率改变时，发电机调速系统工作，改变进水（汽）量以适应负荷的需要，从而发电机输出的有功功率也发生变化。调差系数：系统频率增量标幺值与系统输出有功增量标幺值之比的负值 单位调节功率：单位调节功率为调差系数的倒数，反映系统变化单位频率时发电机增加(减小)的有功功率增量。机组并联时的调差系数：调节特性的失灵区（描述，缺点，优点）：测量其电压与并列点电压之间满足并列条件的一系列操作并列原则并列断路方法分类自同步合闸瞬间发电机无电势而被拉入同步准同步合闸瞬间发独立频率一不同需满足三个条件时才能进行并列存在频率差实现易同频学习必备 欢迎下载 元件不灵敏造成调速器具有一定的失灵区，使

20、得在理想调节特性附近产生一条失灵带。失灵带的宽度以失灵度表示：=fw/fN=fw*缺点：失灵带导致功率误差 优点：防止阀门频繁调节，产生负面影响 3)电力系统的频率特性：电力系统的频率特性取决于发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性 电力系统一次频率调整的原理 4)调速器：调速器分类：机械式、机械液压式、电气液压式、数字液压式 机械液压结构和工作原理：测速机构汽轮机主轴带动的齿轮传动机构离心飞摆 执行机构油动机错油门 原理：转速上升时，离心飞摆主轴上升。若调频器不动作，则连杆带动错油门两个凸肩上移，在油压作用下使油动机活塞下移，关小进汽阀（减小蒸汽机的输入功率）。在油动机活塞下移时，带动连

21、杆下移，直到错油门两个凸肩重新回到堵住油动机上、下腔油路位置。5)动态特性研究：调速器传递函数 原动机传递函数 非再热：再热：水轮：发电机组传递函数 单区域电力系统的传递函数及结构框图 电力网的频率调节特性 6)电力系统自动调频：各类机组的安排（基荷机组，峰荷机组，调频机组）：基荷电厂承担划负荷的不变部分，即基荷调峰电厂承担计划负荷的变动部分调频电厂承担计划外负荷 方法分类 主导发电机法只设1个调频电厂，容量受到限制，只适用于中小型系统；调频电厂中只有一台主导机组对f 起直接调节作用，其余机组（主要解决主导机组容量不足的问题）间接地起辅助调频的作用，尤其在负荷变动初期，起调频的只有主导机组，只

22、有当主导机组输出功率改变后其余机组的输出功率才跟着改变，因此，此种方法调节速度较慢。积差调节法：多个电厂或机组参与调频，其容量得到保证，且调频的结果必然是：fi()=0；纯积分环节降低了调节的速度。改进积差调节法 联合自动调频：可以进行潮流的安全和经济分配 各方法的特点，联合电力系统调频的调频方式（FFC，FTC，TBC）：方式1：按频差要求进行调节（恒定频率控制，FFC，单一系统观点）方式2：按联络线交换功率偏差要求进行调节（恒定 交换功率控制，FTC）方式3：既按频差又按联络线交换功率偏差（TBC）要求进行调节（多系统观点）两区域互联时的TBC 频率变化 7)电力系统的经济调度：微增率，微

23、增率 耗量微增量 输出功率微增量 同一电厂：各机组间按等微增率原则分配有功负荷时最经济。发电厂之间：各机组间按等(修正后)微增率原则分配有功负荷时最经济。等微增率准则：多台机组并联运行时，当他们的微增率相等时，总的燃料消耗最少。低频运行的危害 频率下降可能导致发电厂厂用电气设备消耗的功率变小或不正常工作而导致发电机发电功率减小并引起系统频率雪崩式下降；发电机叶片振动变大，轻则影响使用寿命，重则产生裂纹；频率下降可影响某些测量仪器的准确性或继电保护设备动作的准确性；还会影响系统运行的经济性；电力设备在额定频率、额定电压下效率最高 自动低频减载的原理 低频减载装置切除相应的功率不能过多，也不能过少

24、；系统频率恢复到指定的fh 以上；系统的功率缺额是随机的 最大功率缺额的确定 将最大功率缺额所需切除的负荷功率分配到若干级，即分级切除负荷。不重要负荷先切除，重要负荷晚切除 第一级启动频率f1 的选择 末级启动频率fn 的选择 其电压与并列点电压之间满足并列条件的一系列操作并列原则并列断路方法分类自同步合闸瞬间发电机无电势而被拉入同步准同步合闸瞬间发独立频率一不同需满足三个条件时才能进行并列存在频率差实现易同频学习必备 欢迎下载 频率级差 f=(f1-fn)/(n-1)每级切除负荷的原则 系统功率缺额大，则为恢复到fh，第 i 级自动减载装置所需切除的负荷功率也大，反之亦然 后备段的设置 防止

25、系统稳定于一个低于恢复频率的频率上，后备段的启动时间较长，以防止在系统频率继续下降时后备段误动作 防止误动作措施 误动作现象：系统电压下降时频率继电器可能错误估计系统频率而引起低频减载装置误动作；当系统容量不大且有很大的冲击负荷时，可能造成系统频率瞬时下降而引起低频减载装置误动作。解决方法：采用一个时延以躲开暂态过程可能出现的误动作。通过引入其他信号进行闭锁。进行按频率自动重合闸。包哥&提壶老祖 2014.7.7 其电压与并列点电压之间满足并列条件的一系列操作并列原则并列断路方法分类自同步合闸瞬间发电机无电势而被拉入同步准同步合闸瞬间发独立频率一不同需满足三个条件时才能进行并列存在频率差实现易同频