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自动装置资料
自动装置资料
第一章:
自动装置的基本组成
1.硬件:
电力系统自动装置的结构形式主要有微型计算机系统、工业控制机系统、集散控制系统(DCS)和现场总线系统(FCS)三种。
各自的适用范围如下表:
硬件结构形式
结构特点
适用范围
应用实例
微型计算机系统
结构简单,易实现,对环境要求不高,能在恶劣环境下工作。
价格低,降低系统投资。
控制功能单一的自动装置:
采集的电气量不多
自动并列装置
工业控制机系统
功能较微型完善,可靠性和实时性较微型大为提高,配有实时操作系统,过程中断系统,具有丰富的I/O功能和软件系统。
有众多选配件,软件支持。
控制功能要求较高,软件开发任务繁重的系统
发电机励磁自动调节系统
DCS,FCS
DCS
适应性强,系统的规模可以根据实际情况建设。
由于系统具有分散性,单一站的故障不会影响到整个系统,可靠性提高。
系统各站为并行结构,可解决大型、高速、动态系统需要,实时性好,需要进行集中数据处理,对上位机有一定技术要求。
分散的多对象的成套监测控制装置
发电厂变电所一些远动装置以及热电厂机炉集控系统等
FCS
全数字开放系统,具有可互操作性和可互用性(同类总线不同厂家产品可替代),全分布控制系统,可形成更大系统,其现场设备具有高智能化和自治性,控制能力强。
第二章:
1、并列条件
理想条件:
(1)
(即频率相等);
(2)
(即电压幅值相等);(3)
(即相角差为零)
实际条件:
(1)频率差<=额定频率的(0.2%-0.5%);
(2)电压幅值差<=额定电压的(5%-10%);(3)相角差<=5°-10°(冲击电流为额定电流的0.5倍)
2、准同期并列
定义:
发电机在并列合闸前已加励磁,当uG与uX的状态量相等时,将发电机断路器合闸,完成并列操作。
3、不满足理想条件时引起的后果:
(1)电压幅值差引起的冲击电流主要为无功电流分量,引起定子绕组发热和在定子端部产生冲击力矩。
相当于发电机的突然短路,损坏电气设备,须限制在1-2倍额定电流以下为宜。
(2)相位不一致产生的冲击电流可能达到额定电流的20-30倍。
当相角差较小时,电压的相位差产生的冲击电流主要为有功电流分量,在发电机的机轴上产生冲击力矩,非但不能把待并发电机拉入同步,还可能使其它并列运行的发电机失去同步。
(3)频率差影响发电机进入同步运行的过程。
4、并列时遵循原则:
(1)并列断路器合闸时,冲击电流尽可能小,其瞬时最大值一般不超过1-2倍的额定电流。
(2)发电机组并入电网后,应能迅速进入同步运行状态,其暂态过程要短,以减小对电力系统的扰动。
5、恒定越前相角:
在两相量重合之前恒定角度
发出合闸信号的。
恒定越前时间;在两相量重合之前恒定时间
发出合闸信号的。
一般并列合闸回路有固定动作时间,这一装置得以广泛采用。
越前相角:
相对于δ=0°提前(导前)的相角。
恒定越前相角:
相对于δ=0°提前(导前)的相角,且这一相角不随频差(或滑差)、压差变化。
导前时间:
相对于δ=0°提前(导前)的时间。
恒定导前时间:
相对于δ=0°提前(导前)的时间,且这一时间不随频差(或滑差)、压差变化。
6、
(1)频率差控制单元,任务:
检测两电压相量间的滑差角频率
。
实现:
调节待并发电机组的转速,使其频率接近于系统频率。
(2)电压差控制单元,任务:
检测两电压相量间的电压差。
实现:
调节发电机电压,使其与电网电压间的电压差值小于规定允许值,促使并列条件的形成。
(3)合闸信号控制单元,任务:
检查并列条件中的
(1)和
(2)是否满足。
实现:
当待并机组的频率和电压满足并列条件时,该单元就选择合适的时间发出合闸信号,使并列断路器的主触头接通时,相角差
接近于零或控制在允许范围以内。
7、合闸信号控制单元是准同期并列装置的核心部件
8、整步电压:
定义:
含有同步条件信息的电压,可以用来检查发电机并列时是否满足同步条件。
特点:
整步电压含有频差信息、相位差信息和压差信息,整步电压的周期就是滑差周期,可用于检测频差的大小。
作用:
实现同步条件检查和产生合闸脉冲。
9、利用正弦型和线性整步电压如何检测发电机是否满足准同步并列条件?
答:
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。
利用线性整步电压的周期检测是否满足频率差的条件,利用线性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,但需利用其他方法检查电压差是否满足并列条件,压差检测另设专门电路完成。
10、为什么微机型并列装置现在也能用于故障时快速投入水轮机组?
答:
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:
1、
直流电流
(1)励磁功率单元发电机转子
励磁系统
(2)励磁调节器:
根据机端电压的变化和给定(控制装置)励磁控制系统
调节准则,调节励磁功率单元的输出,(或同步发电机的自动调节励磁系统)
以满足系统正常运行或事故下的需求。
(3)发电机:
被控制对象
反馈控制系统的工作过程。
2、励磁控制系统的作用
答:
(1)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、具备励磁调节器后对静态稳定性能的改善:
(1)极限输送功率增加;最大值出现在
,最大值出现点对应功角高于不考虑励磁调节时。
提高系统的稳定储备
(2)使发电机在δ>90°的范围的人工稳定区运行,稳定运行区域扩大。
扩大的部分为人工稳定运行区。
因此要求所有运行发电机均装设励磁调节器。
励磁对暂态稳定的影响:
当励磁系统既具有快速响应特性又有高励磁倍数时,才对改善电力系统暂态稳定有明显的作用。
4、同步发电机的励磁方式
定义:
供给发电机励磁电源的方式。
同步发电机所需的励磁电流是直流电流,因此供给发电机励磁的电源方式就是如何产生直流电流的方式。
分类:
自励(励磁功率由发电机本身发出的交流电经整流后供给的励磁方式)和他励(励磁功率由独立于发电机以外的专设电源供给的励磁方式)两种。
类型:
直流励磁机励磁系统,交流励磁机励磁系统,静止励磁系统
5、整流电路的作用:
将交流电压整流成直流电压,提供给发电机或励磁机的励磁绕组。
6、
(1)三相桥式不可控整流电路:
组成:
六个二极管,共阴极组――V1,V5,V3;共阳极组――V2,V6,V4。
(2)三相桥式半控整流电路:
组成:
三个二极管、三个晶闸管,共阴极组:
VS1,VS3,VS5;共阳极组:
V2,V4,V6。
(3)三相桥式全控整流电路:
组成:
六个晶闸管。
7、三相桥式半控整流电路对晶闸管触发脉冲的要求:
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压保持同步。
脉冲:
以“自然换相点”为基准。
8、三相桥式全控整流电路对晶闸管触发脉冲的要求:
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双脉冲触发,触发脉冲应与相应交流侧电压保持同步。
9、三相桥式全控整流电路工作状态:
三相全控桥式整流电路,当控制角为(0°到90°)时,工作在整流工作状态,为发电机提供(励磁电流)。
三相全控桥式整流电路,当控制角在90°和180°之间时,工作在(逆变)状态,对发电机进行(灭磁)。
10、励磁调节器的静特性对发电机无功调节特性的调整包括哪些方面?
如何实现?
这些调整是为了满足哪些运行方面的要求?
答:
内容包括调差系数的调整和外特性的平移。
实现:
调整励磁调节器中发电机基准电压值的大小,以平移发电机的外特性。
利用励磁调节器中的调差单元进行发电机外特性的调差系数的调整。
为了满足下面两方面运行的要求:
(1)发电机投切时能平稳地改变无功负荷,不发生无功的冲击。
(2)保证并联运行的机组间无功的合理分配。
11、发电机无功特性的调节书p69图δ>0为正调差系数,δ<0为负调差系数,δ=0为无差特性。
12、
调差曲线上下平移(励磁调节器对发电机外特性的调整)――—调整励磁调节器的特性—调整发电机的外特性(实现方法:
改变调整测量单元的电压整定电位器(整定值))上下平移位置由电压整定值决定。
整定值
,曲线上移。
整定值
,曲线下移。
曲线的斜率由
决定。
(实现方法:
在调差单元中设置)
11、电子型励磁调节器由基本控制和辅助控制两部分组成。
基本控制由调差、测量比较、综合放大和移相触发单元组成,实现电压调节和无功功率分配等基本调节功能。
而辅助控制是为了满足发电机的不同运行工况,改善电力系统稳定性,改善励磁控制系统动态性能而设置的单元。
12、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?
答:
根据机端直接并联运行的发电机组对外特性的要求可知,负调差特性的发电机不能参与并联运行,正调差特性的发电机可以稳定运行,但是,负调差特性的发电机经变压器后,补偿变压器阻抗上的压降,所以在并联点仍具有正调差特性,因此,能够稳定运行且提高并联点的电压水平。
13、无刷励磁系统的定义:
励磁系统的整流器为旋转工作状态,取消了转子滑环后,无滑动接触元件的励磁系统。
(他励)
第四章:
1、动态特性:
在较小的或随机的干扰下,自动励磁调节系统的时间响应特性。
2、动(暂)态性能指标:
上升时间tr:
响应曲线自10%(0,5%))稳态响应值上升到90%(100%,95%)稳态响应值时所需的时间。
0-100%――欠阻尼二阶系统
10%-90%――过阻尼二阶系统
过调量(超调量):
发电机端电压的最大瞬时值与稳态值之差对稳态值之比的百分数。
:
发电机端电压的最大瞬时值,瞬态响应曲线的第一个峰值。
:
稳态值
调整时间(稳定时间)ts:
对应一个阶跃函数的响应曲线的时间,即当输出量与稳态值之差<=稳态值的5%或2%,认为调整结束。
上述三个指标,稳定时间应该要短,过调量应该小,上升时间应该短,三个统称为调节过程的质量指标。
3、励磁机有直流励磁机和交流励磁机两类,直流励磁机有他励和自励两种方式
4、PSS――电力系统稳定器
5、分析远距离输电情况下,励磁调节对发电机同步转矩与阻尼转矩的影响:
1.轻载运行(负载较轻时)
2.重载运行
远距离输电且联系薄弱的系统中,采用励磁调节器有可能导致胝频振荡,必须采取措施来改善系统运行的稳定性。
采用电力系统稳定器去产生正阻尼转矩以抵消励磁控制系统引起的负阻尼个转矩,是一个比较有效的办法。
为使PSS的输出信号具有产生正阻尼的合适的相位,一般PSS都要求配备相位超前/滞后网络。
第五章:
1、负荷的频率调节效应与
、
:
当系统的有功失去平衡时,负荷也参与调节作用,依靠自身的调节特性使系统在新的频率值下重新平衡。
这种特性称为负荷的频率调节效应。
负荷的频率调节效应系数:
用来衡量调节效应的大小,决定于负荷的性质,与各类负荷所占总负荷的比例有关。
2、
――发电机组的调差系数;
;
发电机的功率-频率特性系数;
3、电力系统频率调节的过程:
书p131
答:
根据图,当运行点移到b点,频率稳定值下降到
,系统负荷所取用的有功功率仍然为原来的
值的大小。
从b点到c点,为一次调频,发电机的调速器对频率的调节作用。
频率的一次调整通过汽轮机组调速系统反应机组转速变化,调节原动力阀门开度调节转速,具体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较大――有差调节。
从c点到d点为二次调频,实现
=0,频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化,调节原动力阀门开度调节转速,具体表现为一条调节特性上下平移,可以保证调整结束时频率与给定值偏差很小或趋于零――无差调节。
4、调速器分类:
调整器类型的发展过程及应用现状(增加)
机械液压调速器(机液)模拟(现多用)
电气液压调速器(电液)
数字
比例积分(PI)调速器
比例-积分-微分(PID)调速器
5、在不改变频率的前提下怎样实现发电机组有功负荷转移书p133
答:
使用转速给定装置。
6、
的含义:
称为系统功率特性系数或称为系统的单位调节功率,它标志了系统负荷增加或减少时,在原动机调速器调节特性和负荷调节效应共同作用下,系统频率下降或上升的数值,也可由此求取在允许的频率偏移范围内,系统能承受负荷的增减量。
7、调频的主要任务:
(1)
(2) 负荷的经济分配(3) 保持电钟的准确性
8、调频厂的选择原则:
1.容量须满足计划外负荷的变动。
2.具有一定的调整速度以适应负荷的变化。
3.一个不能满足时,选择几个电厂共同完成。
9、调频方法(频率二次调整的方法):
(1)主导发电机法
(2)同步时间法
10、联合电力系统的调频方式:
(1)恒定频率控制FFC:
只维持f=const:
=0
,不控制交换功率,只适用于电厂之间联系紧密的小型系统。
(2)恒定交换功率控制FTC:
控制调频机组,使
=0(
)
不控制系统频率,适用于两个电力系统间按协议交换功率,频率通过两相邻系统同时调整各自发电机的功率维持。
―――由system1维持
―――由system2维持
(3)频率联络线功率偏差控制TBC:
按
+按
调节
维持负荷波动的就地平衡 多系统调频,适合于大型联合电力系统。
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