自动装置课后答案.docx

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自动装置课后答案

第一章绪论习题答案

一、名词解释

1．电力系统自动装置答：

直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。

2．电力系统自动化答：

应用远动通信技术和计算机技术，对电力系统进行自动监视、控制和调度，更好地保证安全、经济运行和电能质量。

二、问答题

1．电力系统包括哪些主要自动装置，如何配置，各自有什么作用？

答：

1）自动并列装置，配置在待并发电机的同期断路器和解列为两部分系统的同期断路器上。

保证并列操作的正确性和安全性。

2）自动调节励磁装置，配置在发电机的励磁系统，保证电压水平，提高电力系统的运行稳定性；实现并联运行的发电机间无功功率的合理分配。

3）自动调频装置，配置在发电机的调频系统，保证系统频率水平且使系统负荷在同步发电机之间实现最优经济分配。

4）自动重合闸装置，配置在1KV及以上的架空线路和电缆与架空混合线路的上。

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，配置在发电厂厂用电、变电站站用电及重要用电单位。

提高用户供电的可靠性。

6）自动按频率减负荷装置，配置在变电站中。

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。

2．电力系统自动化的主要任务？

答：

（1）保证电能质量：

频率、电压、波形。

（2）提高系统运行安全性。

（3）提高事故处理能力。

（4）提高系统运行经济性。

3．电力系统自动化技术包括的内容？

答：

电力系统自动装置，电力系统调度自动化。

4．电力系统自动装置包括的内容？

答：

自动并列装置，自动调节励磁AER，自动调频，自动重合闸ARD；备用电源和备用设备自动投入ATS；自动按频率减负荷AFL及自动解列、电气制动、水轮发电机自动起动及自动切负荷、火电厂事故减出力、水电厂事故切机等，

第二章同步发电机自动并列装置习题答案

2-1并列的方法有哪两种？

如何定义？

各有何特点？

答：

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。

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。

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。

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。

2-2准同步并列的实际条件有哪些？

如果不满足这些条件，会有什么后果？

答：

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5%~10%。

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5°。

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%。

如果不满足并列条件，将产生冲击电流，引起发电机产生振荡，严重时冲击电流产生的电动力会损坏发电机，振荡导致发电机失步，造成并列不成功。

2-3为什么要在δ=00之前提前发合闸脉冲？

答：

发电机准同步并列要求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，因此必须在δ=0°导前一个时间tad发出合闸脉冲。

2-4自动准同步装置的任务是什么？

答：

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（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。

2-5何谓整步电压？

答：

包含同步条件信息量的电压。

2-6说明全波线性整步电压的特点。

答：

1）uzb最大值EΔ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。

2-7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？

答：

如图线性整步电压最低值不为零Uzb’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。

2-8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。

答：

导前时间脉冲脉冲

终止于δ=0°，对应的tad=nRC，tad仅与电路参数R、C值及n值有关，不受频差、压差大小变化的影响。

恒定导前相角脉冲

对称于δ=0°，对应的

不受频差、压差大小变化的影响。

2-9  自动准同步装置由哪几个部分构成？

各部分的作用是什么？

答：

ZZQ－5型自动准同步装置由合闸部分、调频部分、调压部分和电源部分组成。

1）合闸部分作用：

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时间自动发出合闸脉冲命令，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。

2）调频部分作用：

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。

3）调压部分的作用：

鉴别压差方向,当发电机电压高于系统电压时发降压脉冲，当发电机电压低于系统电压时发升压脉冲，使发电机电压趋近系统电压；当压差满足并列条件时解除压差闭锁。

4）电源部分作用：

为准同步装置提供直流电源。

2-10说明频差大小检查的方法及原理。

答：

1）方法：

比较导前时间脉冲和导前相角脉冲出现的先后次序

2）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

整定   

式中

为的整定滑差。

整理可得如下关系

当

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。

2-11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。

答：

流程：

uG，uSyS经整形电路获得方波，经混频、低通滤波获得UZb，UZb经比例—微分电路和电平检测电路获得

，uzb经电平检测电路得到恒定导前相角脉冲

；电源闭锁电路装置判断投入电源时间，由调压部分给出压差检查结果U△U，最后由合闸逻辑电路决定是否发出合闸命令。

合闸逻辑检查并列条件，当并列点处两侧的压差满足要求时，输出U△U低电位，投入电源1~2s时

为低电位；

比

先出现时，频差满足要求，则导前（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°；当压差或频差不满足要求时，闭锁合闸命令。

2-12自动准同步装置主要输入信号和输出信号？

答：

输入信号：

uG，uSyS状态量输入；tad  ，ωs.set，

  等并列点数字量，工作状态及复位按钮。

输出信号：

A.合闸脉冲及信号；B．增速脉冲及信号；C．减速脉脉冲及信号；D．升压脉冲及信号；E.降压脉冲及信号；F.同步信号

2-13说明频差方向鉴别的方法。

答：

利用[uG]和[usys]后沿与[usys]和[uG]高低电位相对关系

（1）fG

在0º<δ<180º，[usys]后沿位置落在[uG]高电位区间；

（2）fG>fsys：

在0º<δ<180º，[uG]后沿位置落在[usys]高电位区间。

2-14对调频部分有哪些基本要求？

定性画出调频部分的构成框图。

答：

基本要求：

1）正确鉴别频差方向。

2）按频差比例调节。

3）调频脉冲宽度可调。

4）当频差过小（小于0.05Hz）时自动发加速命令。

2-15说明压差大小和方向鉴别原理。

答：

用直接比较法鉴别压差大小和方向

设|△U|=|

-

|   当

当

>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。

2-16某发电机并列断路器的合闸时间为0.28s，当要求频差控制在0.2Hz时，若采用自动准同步装置来使系统并列，试求导前相角脉冲的导前角度为多少度？

ZZQ－5型装置需整定的参数有哪些？

是调整哪些元件？

答：

并列装置中整定tad=tYC，则

=2*1800*0.2*0.28=20.160

ZZQ－5型装置需整定的参数有1）tad调整元件是：

R111、C103 C104 C106其中作粗C调，R111作细调，一般tad≈tYC另外通过调整R120整定电平检测动作电压也可改变tad值。

2）δad调整元件是：

通过调整R142整定电平检测动作电压，

3）加速脉冲宽度：

调整R241；减速脉冲宽度：

调整R240。

4）调压脉冲间隔时间：

调整R333；调压脉冲时间：

调整R335。

 2-17自动准同步装置中，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？

答：

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,为正确检查频差，整定tad=tYC，

，若将导前相角δad增大1倍，则在相当于2倍的Wset下合闸，将使发电机产生振动，严重时导致发电机失步，造成并列不成功。

若将导前相角δad缩小1倍,ZZQ－5将按照Wset/2作为滑差定值进行频差

检查,即频差条件减少1倍,使发电机调整过程加长。

2-18  自动准同步装置，若接入uG时极性反接或将uG和usys两者接错，试分析装置的行为，有何现象和结果？

答：

1）若接入uG时极性反接，产生的线性整步电压Uzb移相1800，即Uzb.max对应δ=180º。

对合闸部分的影响：

造成

和

在δ=180º前出现，如果此时合闸，将产生很大的冲击电流。

对调频部分的影响：

[uG]和[usys]后沿与[usys]和[uG]高低电位相对关系也移相180º，调频方向不受影响，但区间鉴别电路将在δ=（180º+500）左右输出低电位脉冲，允许调频。

对调压部分无影响。

2）若将uG和usys两者输入互换，则电压，频率向相反方向调整，即压差、频差值变大，无法实现并列。

2-19模拟式并列装置存在的主要问题是什么？

答：

模拟式并列装置是认为ωs是匀速的，但实际上是多变的，如系统频率不很稳定或发电机转速是变化的，都会有不同程度的加速度。

特别是对合闸时间较长的断路器，合闸瞬间相角差会很大，引起很大的冲击电流。

或为了获得稳定的ωs，把并列过程拉得很长。

另外，由于装置元件老化或因温度变化引起的参数变化，也将使导前时间产生误差。

2-20数字式并列装置的定义及主要特点是什么？

定义：

借助于微处理器的高速处理信息能力，利用编制的程序，在硬件配合下实现发电机并列操作。

主要特点：

由于利用微处理器具有高速运算功能和逻辑判断能力，使对机组的调节更加快速，更加精确，在频差满足要求后，随时确定理想导前相角，使合闸瞬间冲击电流更小，同期过程缩短。

第三章同步发电机自动调节励磁装置习题答案

1、同步发电机励磁自动调节的作用是什么？

（1）电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平。

（2）在并列运行发电机之间，合理分配机组间的无功负荷。

（3）提高发电机静稳定极限。

（4）提高系统的动态稳定，加快系统电压的恢复，改善电动机的自起动条件。

（5）限制发电机突然卸载时电压上升。

（6）发电机故障或发电机—变压器组单元接线的变压器故障时，对发电机实行快速灭磁，以降低故障的损坏程度。

2、同步发电机的励磁方式有哪几种？

各有何特点？

直流励磁机供电；交流励磁机经半导体整流供电；静止电源供电。

直流励磁机特点：

结构简单，但靠机械整流子换向，有炭刷和整流子等转动接触部件，维护量大，造价高，励磁系统的容量受限制。

交流励磁机经半导体整流（无刷）特点

1）励磁系统的容量不受限制。

2）不受电网干扰，所以可靠性高。

3）取消了滑环和炭刷，维护量小。

由于不存在火花问题，不易引起火灾。

4）因为没有炭粉和铜末引起电机线圈污染，故绝缘的寿命较长。

5）无法对励磁回路进行直接测量，如转子电流、电压，转子绝缘等。

6）无法对整流元件等的工作情况进行直接监测。

7）对整流元件等的可靠性要求高，

静止电源供电（自并励）特点：

1）结构简单、可靠性高、造价低、维护量小。

2）没有励磁机，缩短了机组长度，可减少电厂土建造价

3）直接用可控硅控制转子电压，可获很快的励磁电压响应速度。

4）保护配合较复杂

3、同步发电机有哪几种励磁调节方式？

有何根本区别？

1）按电压偏差的比例调节：

是一个负反馈调节，将被调量与给定值比较得到的偏差电压放大后，作用于调节对象，力求使偏差值趋于零，所以是一种“无差“调节方式。

2）补偿型励磁调节，输入量并非是被调量，它只补偿定子电流和功率因数引起端电压的变化，仅起到补偿作用，调节的结果是有差的。

4、何谓复式励磁和相位复式励磁？

有何区别？

1）复式励磁调节：

若将发电机定子电流整流后供给发电机励磁，以补偿定子电流对端电压的影响。

——仅补偿定子电流对端电压的影响

2）相位复式励磁调节：

将发电机端电压和定子电流的相量和整流后供给发电机励磁，则可以补偿定子电流和功率因数（无功电流）对端电压的影响。

——即补偿定子电流又补偿功率因数对端电压的影响。

相位复式励磁的补偿效果好于复式励磁

5、励磁系统中可控整流电路的作用是什么？

控制角α<90°，将交流变换为可控制的直流供给励磁绕组；控制角α>90°，将带感性负载的直流逆变为交流，进行灭磁。

6、画出三相全控桥式整流电路的输出电压平均值和控制角α的关系曲线。

输出电压平均值与

的表达：

7．何谓三相全控整流桥的逆变？

实现逆变的条件是什么？

逆变：

限制在90°～180°内，而输出平均电压

则为负值，电路将直流电能变换为交流电能，并反馈回到交流电网中去，实现快速灭磁。

实现逆变的条件是：

（1）   负载必须是电感性负载，且原来储存能量，即三相全控桥原来工作在整流工作状态。

（2）   控制角α应大于90°小于180°，三相全控桥的输出电压平均

为负值。

（3）   逆变时，交流侧电源不能消失，这是由于逆变是将直流侧电感储存的能量向交流电源反送的过程。

8．何谓逆变角？

逆变角过小时有何现象发生？

1）逆变角

在逆变工作状态下，

=180°-α。

最小逆变角

取30°。

否则会造成逆变失败。

9、半导体励磁调节器有哪些主要单元？

各单元有何作用？

调差单元正调差特性发电机可维持无功电流的稳定分配，能稳定电力系统运行，并保持并联点母线电压在整定水平；负调差特性发电机的经变压器后，能够补偿变压器阻抗上的压降。

测量比较单元：

测量发电机电压并变换为直流电压，再与给定的基准电压相比较，得出发电机电压差信号。

综合放大单元：

将电压偏差信号ΔUG和其他辅助信号（励磁系统稳定器）及提高电力系统稳定的稳定信号（电力系统稳定器）等进行综合放大，提高调节装置的灵敏度，以满足励磁调节的需求。

移相触发单元；将控制信号UC按照励磁调节的要求转换成移相触发脉冲，使控制角α随UC的大小而变，并触发晶闸管元件，从而达到调节励磁电流的目的。

可控整流：

控制角α<90°，将交流变换为可控的直流供给励磁绕组；控制角α>90°，将带感性负载的直流逆变为交流，进行灭磁。

10、画出半导体励磁调节器各单元的工作特性，并合成出励磁调节器的静态工作特性。

11、分析图3-30对称比较及整定电路的工作原理。

KUG

VS1、VS2均未击穿，RP、R1、R2中没有电流流过，故n与A点等电位，m与B点等电位，则：

ΔUG=UAB=KUG                                  

当KUG>UVS，VS1、VS2被击穿，

KUG－IRP=UVS－ΔUG+UVS

即   ΔUG=2UVS－（KUG－IRP） 

ΔUG

可看出：

输出电压ΔUG与输入电压UG呈线性关系。

12、对励磁调节器静特性调整的基本要求是什么？

1）保证发电机在投入和退出电网运行时能平稳的转移无功负荷，不要引起对电网的冲击；

2）保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。

13、何谓自然调差系数？

有何特点？

当调差单元退出工作时，发电机外特性的调差系数，用Kadjo表示。

其值一般小于1，且不可调，近似无差，因此不能满足发电机的运行要求。

14、在励磁调节器中为要设置调差单元？

实现发电机外特性调差系数的调整，满足并联运行对发电机外特性的要求。

15、平移发电机的外特性有何作用？

保证发电机在投入或退出系统运行时，平稳地转移无功负荷，引起对电网的冲击

16、励磁调节器引入调差单元后，是不是其维持机端电压水平的能力差了？

为什么？

不是。

若无调差单元，其自然调差系数值一般小于1，且不可调，不利于并联运行的发电机组间无功功率的合理分配，也不利于维持机端电压，引入调差单元后，可以人为的改变调差系数，稳定并联机组间无功功率的合理分配，维持机端电压水平的能力。

17、为何负调差特性的发电机在机端不能直接并联运行而经变压器后允许并联呢？

负调差特性的发电机在机端直接并联运行时，I1G.Q↑→调节器感受电压U'1G↓（因负调差关系）→调节器的输出↑→发电机励磁↑→I1G.Q↑↑，所以具有负调差特性的发电机不能参与机端直接并联运行。

负调差特性的发电机经升压变后对并联点的高压母线Usys，Usys=U1G－I1G.QXT1能够补偿变压器阻抗上的压降，在并联点仍具有正调差特性，能够稳定运行，提高并联点的电压水平。

18、某发电机单独运行，其额定无功电流为IGQN=495，励磁调节器的调差系数Kadj=5%，平时在额定电压下运行U=UN=10.5kV，带无功电流IQ=300A,若由于负荷增大，无功电流IQ上升至400A，问此时发电机的电压将改变至何值？

△UG*=-Kadj△IGQ*=-5%×（400-300）/300=-0.0167

△UG=△UG*UN=-0.175kv

UG1=UN+△UG=10.5-0.175=10.325kv

19、某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行。

#1机组的额定无功功率为30.1Mvar，#2机组的额定无功功率为62Mvar，励磁调节器的调差系数为5%。

若系统无功负荷波动，使得电厂的无功增量是总无功容量的20%，试问母线上的电压波动是多少？

各机组承担的无功负荷增量是多少？

因为两台机的调差系数均为0.05，所以公共母线上等值机的调差系数

也为0.05。

因此母线电压波动为

各机组无功负荷波动量

（Mvar）

（Mvar）

一号机组无功负荷增加6.02Mvar,二号机组的无功负增加12.4Mvar。

因为调差系数相等，无功负荷的波动量与它们的容量成正比。

20、何谓强励？

说明比例型励磁调节器和补偿型励磁调节器如何实现强励作用？

各自的强励效果如何？

电力系统短路，母线电压降低时，迅速将发电机励磁增加到最大值。

比例型励磁调节器实现强励的方法：

机端短路使电压降低，输入到比例型励磁调节器，增大输出调节励磁电流，实现强励；

补偿型励磁调节器实现强励的方法：

：

机端短路使电流剧增，输入到补偿型励磁调节器，经整流后励磁电流也增大，实现强励。

比例型励磁调节器强励效果好于补偿型励磁调节器。

21、强励的基本作用是什么？

衡量强励性能的指标是什么？

有利于电力系统的稳定运行；有助于继电保护的正确动作；有助于缩短电力系统短路故障切除后母线电压的恢复时间；并有助于用户电动机的自起动过程。

强励倍数KHSE；励磁电压响应比

22、继电强行励磁装置在实施接线时应注意哪些原则？

1）为防止TV二次恻熔断器熔断时造成的误强励，KM1、KM2分别由KVU1和KVU2启动且触点相串联再起动KM；

2）为保证G在起动时或事故跳闸后灭磁过程中，强励装置不发生误动，串入发电机主开关QF的辅助触点和自动灭磁开关SD的辅助触点及逆变灭磁继电器K动断触点闭锁。

23、何谓灭磁？

常见的三种灭磁方法是什么，并加以比较。

使发电机励磁绕组的磁场尽快地减弱到最低程度

励磁绕组对常数电阻放电灭磁；励磁绕组对非线性电阻（灭弧栅）放电灭磁；全控整流桥逆变灭磁

采用常数电阻灭磁时，储能转变为热能，消耗在该电阻上；采用非线性电阻（灭弧栅）灭磁时，储能转变为电弧消耗在灭弧栅中；采用整流桥逆变灭磁时，储能馈送给励磁电源。

24、微机型励磁调节器主要由哪几部分构成？

各部分有何作用？

1、硬件电路

（1）主机

根据输入通道采集来的发电机运行状态变量的数值进行调节计算和逻辑判断，按照预定的程序进行信息处理求得控制量，通过数字移相脉冲接口电路发出与控制角α对应的脉冲信号，以实现对励磁电流的控制。

（2）模拟量输入通道：

发电机的运行电压UG、无功功率Q、有功功率P和励磁电流IE

（3）开关量输入、输出通道：

采集发电机运行状态信息，如断路器、灭磁开关等的状态信息，输出励磁系统运行中异常情况的告警或保护等动作信号。

（4）脉冲输出通道：

输出的控制脉冲信号经中间放大、末级放大后，触发大功率晶闸管。

（5）接口电路：

完成传递信息的任务

（6）运行操作设备：

供运行人员，用于增、减励磁和监视调节器的运行。

另外还有供程序员使用的操作键盘，用于调试程序、设定参数等。

2、软件

1）主程序控制机型励磁调节器的主要工作流程，完成数据处理、控制规律的计算、控制命令的发出及限制、保护等功能；

2）中断服务程序：

用于实现交流信号的采样及数据处理、触发脉冲的软件分相和机端电压的频率测量等功能。

25、试对微机型（数字型）励磁调节器和模拟型励磁调节器的性能特点作以简单比较。

微机型励磁调节器的主要性能特点

1）硬件简单，可靠性高

2）具有强大的计算功能，便于实现复杂的控制方式

3）硬件易实现标准化，便于产品更新换代

4）显示直观

5）通信方便

半导体励磁调节器主要性能特点：

功能齐全，性能稳定，具有调节质量高、动作迅速、调整方便、造价低、噪音小、故障率相对较低，维护方便等特点。

第四章电力系统频率和有功功率的自动调节习题答案

1、 频率和有功功率调节的主要任务是什么?

及时地调整发电机的出力,使系统的有功功率保持平衡,维持系统频率在允许的范围内,并使系统负荷在同步发电机之间实现最优经济分配。

2、在电力系统中,有了调速器对频率的一次调节,为什么还要引入调频器,进行二次调节?

频率的一次调整通过汽轮发电机组调速系统反应机组转速变化，调节原动机阀门开度调节转速，其表现在某一条调节特性上运行点的变化，当负荷变化较大时，则调整结束时频率与额定值偏差