电力系统自动装置原理思考题及答案 2文档格式.docx
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电力系统自动装置原理思考题及答案 2文档格式.docx
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二、思考题1、同步发电机并列操作应满足什么要求,为什么,答:
同步发电机并列操作应满足的要求:
(1)并列断路器合闸时,冲击电流应尽可能小,其瞬时最大值一般不超过12倍的额定电流。
(2)发电机并网后,应能迅速进入同步运行状态,其暂态过程要短,以减少对电力系统的扰动。
因为:
1并列瞬间,如果发电机的冲击电流大,甚至超过允许值,所产生的电动力可能损坏发电机,并且,冲击电流通过其他电气设备,还合使其他电气设备受损;
2并列后,当发电机在非同步的暂态过程时,发电机处于振荡状态,遭受振荡冲击,如果发电机长时间不能进入同步运行,可能导致失步,并列不成功。
2、同步发电机并列操可以采用什么方法,答:
可分为准同期并列和自同期并列。
3、什么是同步发电机自动准同期并列,有什么特点,适用什么场合,为什么,答:
调节发电机的电压Ug,使Ug与母线电压Ux相等,满足条件后进行合闸的过程。
特点:
并列时冲击电流小,不会引起系统电压降低;
但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。
适用场合:
由于准同步并列冲击电流小,不会引起系统电压降低,所以适用于正常情况下发电机的并列,是发电机的主要并列方式,但因为并列时间较长且操作复杂,故不适用紧急情况的发电机并列。
4、为什么准同期并列产生的冲击电流小,答:
当电网参数一定时,冲击电流决定于相量差Us,由于准同期并列操作是并列断路器QF在满足频率相等幅值相等相角差为零的理想条件下合闸的,虽然不能达到理想的条件,但是实际合闸时相量差Us的值很小,因此计算出的冲击电流很小。
5、什么是同步发电机自同期并列,有什么特点,适用什么场合,为什么,答:
是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近电网频率,滑差角频率不超过允许值,且在机组的加速度小于某一给定值的条件下,首先合上断路器QF,接着合上励磁开关开关SE,给转子加励磁电流,在发电机电动势逐渐增长的过程中,又电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。
特点:
并列过程中不存在调整发电机电压、频率问题,并列时
间短且操作简单,在系统频率和电压降低的情况下,仍有可能实现发电机的并列;
容易实现自动化;
但并列发电机未经励磁,并列时会从系统吸收无功,造成系统电压下降,同时产生很大的冲击电流。
由于自同步并列的并列时间短且操作简单,在系统频率和电压降低的情况下,仍有可能实现发电机的并列,并容易实现自动化,所以适用于在电力系统故障情况下,有些发电机的紧急并列。
6、为什么自同期并列产生很大的冲击电流,答:
自同步并列,在发电机断路器合闸前,发电机未加励磁,因此合闸瞬间相当于系统电压经发电机次暂态电抗短路,必然产生很大的冲击电流,此冲击电流随着发电机加上励磁,在发电机电压建立以后消失。
7、滑差、滑差频率、滑差周期有什么关系,答:
滑差角频率ωs与滑差频率fs的关系:
ωs2πfs滑差频率fs与滑差周期Ts的关系:
Ts1/fs2π/ωs8、同步发电机自动准同期并列的理想条件是什么,实际条件是什么,答:
理想条件:
频率相等,电压幅值相等,相角差为零。
实际条件:
?
电压差不应超过额定电压的5,,10,;
频率差不应超过额定频率的0.2,,0.5,;
在断路器合闸瞬间,待
、同步发电机自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?
。
9动准同期并列时,不满足并列条件会产生什么后果,为什么,答:
发电机准同步并列,如果不满足并列条件,将产生冲击电流,并引起发电机振荡,严重时,冲击电流产生的电动力会损坏发电机,振荡使发电机失步,甚至并列失败。
原因:
通过相量图分析可知,并列瞬间存在电压差,将产生无功冲击电流,引起发电机定子绕组发热,或定子绕组端部在电动力作用下受损;
并列瞬间存在相位差,将产生有功冲击电流,在发电机轴上产生冲击力矩,严重时损坏发电机;
并列瞬间存在频率差。
将产生振荡的冲击电流,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。
10、说明同步发电机采用自动准同期方式并列时,产生冲击电流的原因,为什么要检查并列合闸时的滑差,答:
答:
产生冲击电流的原因:
并列瞬间存在电压差、频率差、相位差,检查滑差的原因:
如果发电机在滑差不为0的情况下并入系统,立即周期性地带上正的、负的有功功率,对转子产生制动、加速的力矩,使发电机产生振动,遭受振荡冲击。
如果滑差较大,则振荡周期较短,振荡强烈,严重时导致发电机失步,造成并列不成功。
同时,如果断路器合闸存在动作时间误差,较大的滑差还会造成较大的合闸相角误差,相应产生冲击电流。
11、为什么频率差过大时发电机可能并列不成功,答:
发电机并列合闸时存在频率差,将产生振荡的冲击电流,振荡周期就是滑差周期,即频率差的大小,决定着冲击电流的振荡周期。
如果频率差较小,滑差周期长,则经过一定的振荡过程,发电机进入同步运行,并列成功;
如果频差过大,滑差周期短,可能导致发电机失步,造成并列失败。
12、合闸脉冲为什么需要导前时间,答:
发电机准同步并列要求,并列合闸瞬间发电机电压和系统电压之间的相位差δ应等于零,考虑到并列断路器都有一个合闸时间,所以自动准同步装置发出合闸脉冲命令,应该相对于δ0?
有一个提前量,即合闸脉冲需要导前时间。
13、断路器合闸脉冲的导前时间应怎么考虑,为什么是恒定导前时间,答:
断路器合闸脉冲的导前时间是为了使断路器主触头闭合瞬间,发电机电压和系统电压之间的相位差δ0?
所以合闸脉冲的导前时间应等于从发出合闸脉冲命令起到合闸断路器主触头闭合止,中间所有元件动作时间之和,其中主要为断路器的合闸时间。
由于断路器的合闸时间是本身固有的、固定不变的,所以导前时间也不应随频差、压差变化,应也是一个固定值,即恒定导前时间。
14、利用正弦整步电
压如何检测发电机是否满足准同期并列条件,答:
正弦整步电压含有电压差、频率差、相位差的信息。
正弦整步电压的最小值是电压差;
正弦整步电压的周期是滑差周期,能够反映频差的大小,正弦整步电压随时间变化过程对应相位差的变化过程。
所以,利用正弦整步电压的最小值检测是否满足电压差条件,利用正弦整步电压的周期检测是否满足频率差的条件,利用正弦整步电压随时间变化过程确定合闸时刻,使相位差满足条件。
15、利用线性整步电压如何检测发电机是否满足准同期并列条件,答:
线性整步电压含有频率差、相位差的信息,但不还有电压差的信息。
线性整步电压的周期是滑差周期,能够反映频率的大小,线性整步电压随时间变化过程对应相位差的变化过程,所以利用其周期可以检测是否满足频率差的调节,利用电压随时间变化过程确定合闸时刻使相位差满足条件,但需利用其他方法检测电压差是否满足。
16、如何利用线性整步电压来实现对频差大小的检查,说明工作原理。
答:
压差检查方法:
直接比较发电机电压与系统电压幅值。
原理:
将发电机电压和系统电压分别通过整流、滤波电路变换成直流,即对应发电机电压和系统电压幅值,再通过比较电路得到两者差值,即幅值差,与允许压差整定值比较判断是否满足并列条件。
17、为什么说实际线性整步电压的最大值、最小值不与相角的零度、180度对应,答:
实际中,滤波器的时间常数将会影响其相移,滑差角频率ωs的变化也会对其产生影响,使实际情况偏离理想化直线。
18、在数字式自动并列装置中,可采用哪几种方法检测频率差,说明各种检测方法的工作原理。
1频率差检测在恒定越前时间之前完成检测。
在数字式自动并列装置中,相角差δet的轨迹中含有滑差角频率ωs的信息可以利用;
19、在数字式自动并列装置中,可采用哪几种方法检测电压差,说明各种检测方法的工作原理。
直接读入UG和UX值,然后作计算比较:
采用传感器把交流电压方均根值转换成低电平直流电压,然后计算两电压间的差值,判断其是否超过该定限值,并获得待并发电机组电压高于或低于电网电压的信息;
直接比较UG和UX的幅值大小,然后读入比较结果。
待并发电机电压UG和电网电压UX分„?
?
别经变压器和整流桥后,在两电阻上得到与UG、UX幅值成比例的电压值UG和UX,取UABU„X-UG,用整流桥得检测电压差的绝对值?
UAB?
,电压差测量输出端的电位为UD?
UAB?
-Uset,其中Uset为允许电压差的整定电压值,当UD为正时,表明电压差超过并列条件的允许值。
20、在数字式自动并列装置中,如何进行相角差的实时检测,说明其工作原理。
把电压互感器二次侧UX、UG的交流电压信号转换成同频、同相的两个方波,把这两个方波信号接到异或门,当两个方波输入电平不同时,异或门的输出为高电平,用于控制可编程定时计数器的计数时间,其计数值N即与两波形间的相角差δe相对应。
CPU可读取矩δe形t波的宽度N值,求得两电压间相角差的变化轨迹。
UcUb/URRa/0.52U
bc1/21、在自动准同期并列的过程中,s
(1)滑差角频率为常数,
(2)滑差角频率等速变化,(3)滑差角频率的一阶导数等加速变化。
分别代表并列过程中的什么现象,实时相角差又分别如何计算,写出其各种情况下的计算公式。
滑差角频率为常数:
表示电网和待并机组的频率稳定。
滑差角频率等速变化:
表示待并机组按恒定加速度升速,发电机频率与电网频率逐渐接近。
滑差角频率的一阶导数等加速变化:
说明待并机组的转速尚未稳定,还在升速(或减速)之中。
22、在数字式自动并列装置中,如何通过比较本计算点的相角与最佳导前合闸相角的关
系,寻找发出合闸脉冲的时机,三、综合分析题1、用相量图分析不满足理想准同期条件时冲击电流的性质和产生的后果。
分三种情况分析不满足理想准同步条件时冲击电流的性质和产生的后果:
1当只存在电压差、不存在频率差和相位差时,相量图如课本中图所示,可见,发电机电压高于系统电压或低于系统电压,冲击电流落后或超前发电机电压相位90?
,即冲击电流是无功性质的。
后果是引起发电机定子绕组发热,在定子端部产生电动力,严重时损坏发电机。
(2)当只存在相位差、不存在电压差和频率羔时,相量图可见,发电机电压超前系统电压或滞后系统电压,冲击电流与发电机电压接近同相或反相合闸时相位差很小,即冲击电流是有功性质的。
后果是在发电机的机铀产少冲击力矩,严重时损坏发电机。
(3)当只存在频率差、不存在电压差时,相量图可见(频率差造成发电机电压与系统电压之间相位差从0到360?
周期变化。
冲击电流也将从0到最大再到0周期变化,即冲击电流是振荡性质的。
后果是影响发电机进入同步的暂态过程,振荡严重时,可能造成发电机失步,并列不成功。
2、已知发电机准同期并列允许压差为额定电
,允许频差为额定频率的0.2,并列断路器的合闸时间为0.2s。
问如图所示压的5
正弦整步电压是否满足压差和频差条件,答:
压差判断:
波形图可见,正弦整步电压最小值为0,表示实际电压差为0,所以,满足压差允许值条件;
频差判断:
由题意可知频差允许值为50Hz×
0.2,0.1Hz,对应滑差周期为10s。
由波形图可见,正弦整步电压周期11s,即实际滑差周期为11s,所以满足频差允许值条件。
3、
-22)。
第三章同步根据实时相角差的求取方法,推导实时相角差的计算公式(2
发电机励磁自动控制系统一、基本概念1、励磁系统:
供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。
2、发电机外特性:
一般指在内电势不变的情况下,负载电流变化时,发电机机端电压变化的曲线,主要是测试发电机的纵轴同步电抗,也就是发电机的内阻抗,是同步发电机带负载能力的重要指标。
3、励磁方式:
供给同步发电机励磁电源的方式。
4、励磁调节方式:
调节同步发电机励磁电流的方式。
5、自并励励磁方式:
励磁电源直接取自于发电机端电压的励磁方式。
6、励磁调节器的静态工作特性:
励磁调节器输出的励磁电流(电压)与发电机端电压之间的关系特性。
7、发电机的调节特性:
发电机在不同电压值时,发电机励磁电流IE与无功负荷IQ的关系特性。
8、调差系数:
表示无功负荷电流从零变至额定值时,发电机端电压的相对变化。
9、强励:
电力系统短路故障母线电压降低时,为提高电力系统的稳定性,迅速将发电机励磁增加到最大值。
10、强励倍数:
强行励磁电压与励磁机额定电压Ue之比11、励磁电压响应比:
由励磁系统电压响应曲线确定的励磁系统输出电压增长率与额定励磁电压的比值。
12、灭磁:
就是将发电机转子励磁绕组的磁场尽快地减弱到最小程度。
13、同步发电机的进相运行:
同步发电机欠励磁运行时,由滞后功率因数变为超前功率因数,发电机从系统吸收无功功率,这种运行方式称为同步发电机的进相运行。
14、移相触发单元的同步信号:
由同步变压器从主回路电源中取得,当晶闸管承受正向电压的某一刻,向它的门极送出触发脉冲使其导通的信号为移相触发单元的同步信号。
15、发电机失磁:
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。
励磁调节器的调差单元:
设定不同调差系数的单元。
16、逆变灭磁:
利用三相全控桥的逆变工作状态,控制角由小于90?
的整流运行状态,突然后退到大于90?
的某一适当角度,此时励磁电源改变极性,以反电势形式加于励磁绕组,使转子电流迅速衰减
到零的灭磁过程称为逆变灭磁。
17、磁通限制器:
二、思考题1、同步发电机励磁自动调节的作用是什么,答:
电力系统正常运行时,维持发电机或系统某点电压水平;
在并列运行发电机之间,合理分配机组间的无功负荷:
提高发电机稳定极限;
加快系统电压的恢复,改善电动机的自起动条件;
发电机故障或发电机一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、同步发电机的励磁系统通常包括哪两部分,答:
由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成。
3、对同步发电机励磁自动调节的基本要求是什么,答:
有足够的调整容量;
有很快的响应速度和足够大的强励顶值电压;
有很高的运行可靠性。
4、同步发电机的励磁方式有哪几种,各有何特点,答:
同步发电机的励磁方式有直流励磁机励磁、交流励磁机励磁、静止励磁方式;
同步发电机的励磁方式各有何特点?
直流励磁机供电励磁方式的特点:
系统简单;
运行维护复杂、可靠性低;
容量不能过大,不能应用于大型同步发电机组上。
交流励磁机经静止二极管整流励磁方式的特点:
不受电力系统的干扰、可靠性高;
响应速度较慢;
造价高;
需要一定的维护量。
交流励磁机经静止晶闸管整流励磁方式的特点:
有较快的励磁响应速度;
需要较大的励磁容量;
可以实现对发电机的逆变灭磁。
交流励磁机经旋转二极管整流励磁方式的特点:
制造、使用和维护简单、工作较可靠:
电机绝缘的寿命较长;
适用于较恶劣的工作环境。
交流励磁机经旋转晶闸管整流供电励磁方式的特点:
励磁响应速度快;
具有无刷励磁的特点;
存在励磁电流、励磁电压难以检测等问题。
静止励磁方式的特点:
接线简单,无转动部分,维护费用省,可靠性高;
不需要同轴励磁机,节省基建投资,维护简单:
有很快的励磁电压响应速度;
在发电机甩负荷时,机组的过电压相对较低些。
5、何谓起励,通常有哪几种起励方式,答;
供给发电机初始励磁,使其逐步建立其电压,称为起励。
起励一般有两种方式:
他励起励和残压起励。
6、同步发电机有哪几种励磁调节方式,有何根本区别,答:
按电压偏差的比例型调节和按定子电流、功率因数的补偿型调节两种。
两种励磁调节方式的根本区别是:
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。
而补偿型励磁调节,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,所以,在运行中还必须采用电压校正器,才能满足要求。
7、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答电压的影响。
——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8、励磁系统中可控硅整流电路的作用是什么,答:
控制角αlt90?
,将交流变换为可控制的直流供给励磁绕组;
控制角αgt90?
,将带感性负载的直流逆变为交流,进行灭磁。
9、在三相半控桥式整流电路中,对晶闸管的触发脉冲有何要求,答:
任一相晶闸管的触发脉冲应在滞后本相相电压30?
相角的180?
区间内发出;
晶闸管的触发脉冲(应按电源电压的相序,每隔120?
的电角度依次发出;
触发脉冲应与晶闸管的交流电源电压保持同步。
10、在三相全控桥式整流电路中,对晶闸管的触发脉冲有何要求,答:
晶闸管触发脉冲应顺序发出,且依次间隔60?
的电角度;
晶闸管的触发脉冲应采用双脉冲或宽脉冲;
触发脉冲应与相应交流侧电压保持同步。
11、三相全控桥式整流电路,可以工作在哪几个工作状态,各对?
刂平怯泻我螅扛髌鸷巫饔茫看穑害羖t90?
时,输出平均电压Ud为正值,三相全控桥工作在整流状态,将交流转为直流;
90?
ltαlt180?
时,输出平均电压Ud为负值,三相全控桥工作在逆变状态,将直流转为交流。
12、何谓三相全控桥式整流的逆变,实现逆变的条件是什么,答:
三相全控桥式整流的逆变:
将直流转变为交流。
当三相全控整流桥的控制角αgt90?
时,将负载电感L中储存的能且反馈给交流电源,使负载电感L中的磁场能量很快释放掉。
逆变的条件:
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;
控制角α应大于90?
小于180?
,三相全控桥的输出电压平均值为负值;
逆变时,交流侧电源不能消失。
13、半导体励磁调节器有哪些主要单元,各单元有何作用,答:
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UG按照励磁调节的要求转换成移相触发脉冲,使控制角α随UG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:
,将交流变换为可控的直流供给励磁绕组;
14、在半导体励磁调节器中,对测量比较单元有何要求,.
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