电力系统自动装置知识点整理

电力系统自动装置知识点整理IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】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（1~2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发电机并网发电机“并”到系统两系统并网两系统间的并列操作尚未有电气联系（并网前两系统相互独立，频率一般不同；需满足三个条件时才能进行并列。

存在频率差，实现易）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）ωG=ωx（或fG=fx），UG=Ux，δe=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,δe=0,UG≠Ux）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,δe≠0,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fG≠fx,δe=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±（%~%）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线性整步电压法只反映UG和Ux的相角特性，与电压幅值无关，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δe（t）轨迹中的滑差角频率ωsi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①频差控制单元旨在检测ωs并由此调节发电机转速，使fG接近于fx②电压差控制单元旨在检测|UmG-Umx|并由此调节UG，使其小于允许值。

③合闸信号控制单元检测并列条件（①和②），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δYJ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ωeopt=δYJ/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～;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δYJ=ωs·tQF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（≤~），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δey单位为rad，（度/180）xπ5.确定允许的滑差角频率ωsy6.脉动电压周期Ts=2π/ωsy实现实际采用的预测校正法①算本计算点i的相角差δi，若2π-δi=δYJ，则立刻发出合闸信号；否则进行下一步。

②测下一个计算点的相角差δi+1=δi+ωsiTx+(Δωsi/Δt)Tx2③判断：若2π-δi+1>YJ，则合闸时间未到，返回①继续等待；若2π-δi+1<YJ，则说明δYJ点处于δi点和δi+1之间，这时再通过内插方法求出由δi点到达δYJ点的时间τh，这样由本计算点（δi点）再过τh就可发出合闸信号。

备用电源自动投入装置（AAT）定义当工作电源(或工作设备)因故障被断开以后,能自动、迅速地将备用电源(或备用设备)投入工作,保证用户连续供电的一种装置分类1.明备用：正常情况下有明显断开的备用电源或设备2.暗备用：正常情况下没有断开的电源和设备，而是利用分段母线间的分段断路器取得相互备用。

优点1.提高供电可靠性，节省建设投资2.简化继电保护3.限制短路电流，提高母线残余电压应用1.装有备用电源的发电厂厂用电源和变电所所用电源2.由双电源供电且其中一个电源经常断开作为备用的变电所3.变电所内有备用变压器或互为备用的母线段4.有备用机组的某些辅机基本要求1.工作电源电压不论何种原因消失时,AAT装置均应动作（实现：AAT在工作母线上设置独立的低压启动部分；当工作母线失去电压后，起动部分动作。

）2.应保证在工作电源断开后AAT装置才动作（实现：利用供电元件侧断路器的动断触点启动AAT）装置应保证只动作一次（实现：控制备用电源断路器的合闸脉冲,使之只能合闸一次而不能合闸两次）4.当工作母线和备用母线同时失去电压时，AAT装置不应起动（实现：备用电源必须具备有压鉴定功能。

）动作时间应该使负荷停电时间尽可能的短。

运行经验表明：取为宜.6.电压互感器二次侧熔断时，AAT装置不应动作。

低压启动部分采用两个低电压继电器，触点串联。

7.一个备用电源同时作为几个工作电源的备用时，如果备用电源己代替一个工作电源,当另一个工作电源又被断开时，AAT装置应仍能动作，只要事先己核实备用电源的容量能满足.8.应检验AAT装置动作时备用电源的过负荷情况，并满足电动机自起动的要求励磁控制系统组成励磁功率单元：向同步发电机转子提供直流励磁电流励磁调节器：根据测量的信息和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出励磁控制系统的作用1.电压调节2.控制无功功率的分配3.提高发电机并联运行的稳定性（静态、暂态）4.改善电力系统的运行条件改善异步电动机的自启动条件为发电机异步运行和自同期并列创造条件提高继电保护装置工作的正确性5.水轮发电机组的强行减励对励磁系统的要求对励磁调节器的要求1.正常运行时，能反映发电机电压高低并将其维持在给定水平2.能合理分配机组间的无功功率，实现无功功率的转移3.对远距离输电的发电机组，为了能够在人工稳定区域运行（增加静稳传输能力），要求无失灵区4.能迅速反映故障，具备强行励磁等控制功能，以提高暂态稳定水平和改善系统运行条件5.时间常数小，能迅速响应输入信息的变化6.长期稳定可靠对励磁功率单元的要求1.有足够的可靠性和调节容量，以适应各种工况需要2.具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度励磁顶值电压UEFq：强励时励磁功率单元可提供的最高输出电压值。

•强励倍数：励磁顶值电压UEFq与额定工况时的励电压UEFe之比（视制造成本，常取～2）。

•励磁电压上升速度：衡量励磁功率单元动态行为（快速响应能力）的指标。

具体指标有两种，即励磁电压响应比和响应时间•励磁电压响应比：通常将励磁电压在最初内上升的平均速率定义为励磁电压响应比•励磁系统响应时间：从额定条件开始，励磁电压增量达到×(顶值电压-额定电压)所需要的时间同步发电机励磁系统类型直流励磁机励磁系统(1)自励直流励磁机励磁系统励磁调节器的容量得到减小，特别适合功率放大系数较小、由电磁元件组成的励磁调节器(2)他励直流励磁机励磁系统与自励方式相比，时间常数较小，提高了励磁系统的电压增长速度，一般用于水轮发电机组直流励磁机励磁系统的特点①直流励磁机有电刷、换向器等转动接触部件，运行维护量大，是最薄弱环节。

②当励磁电流过大时，换向就很困难，故只适合于10万kW以下中小容量的同步发电机组。

④励磁调节器常为电磁型，它以磁放大器为功放和综合信号的元件，速度较慢，但工作较可靠交流励磁机励磁系统(1)自励交流励磁机励磁系统1.自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统2.自励交流励磁机静止整流器励磁系统(2)他励交流励磁机励磁系统1.交流励磁机静止整流器励磁系统副励磁机的起励电压较高，需要外加起励电源。

缺点：加长了发电机主轴长度；副励磁机和自励恒压调节器降低了励磁控制系统的可靠度(解决方法：副励磁机以永磁发电机充当)；当发电机容量增大后，转子电流相应增大，滑环的正常运行和维护较为困难2.交流励磁机旋转整流器励磁系统（无刷励磁）副励磁机为永磁发电机，其磁极旋转，电枢静止。

相反地，交流励磁机磁极静止，电枢旋转。

副励磁机的磁极（N和S）、AE的电枢、硅整流元件GZ和EW均在同一根轴上同步旋转，它们之间无需任何滑环和电刷等接触元件优点(1)无换向器、滑环和电刷，减少维护，提高了可靠性；(2)无接触部件的磨损，故无炭粉和铜末引起的电机线圈的污染，从而绝缘寿命较长。

缺点(1)与转子回路连接的旋转元件无引线输出，因而不易检测和监视各种信息；(2)无法采用传统的装置灭磁；(3)可靠性要求较高；(4)响应速度较慢（通过励磁机转子采用叠片结构、减小绕组电感、增加励磁机励磁绕组顶值电压、引入转子电压深度负反馈等措施，以减小励磁机的等值时间常数）。

发电机自并励励磁系统（静止励磁系统）优点：取消了励磁机，设备和接线简单，可靠性提高；缩短了机组长度，降低了造价；调节速度很快，主要用于大型发电机组，尤其适合于水轮机组疑虑：发电机近端短路时是否满足强励要求，机组此时是否会失磁；由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护是否会拒绝动作解决：在短路刚开始的秒内，自励方式与它励方式的励磁很接近，因此只需配合快速保护，并适当提高强励倍数，这种方式是可以采用的；至于带时限的继电保护，可采取一些措施加以解决励磁控制系统的调节特性自动励磁调节器组成基本控制部分:调差、测量比较、综合放大、同步与移相触发及可控整流环节组成，总体静态特性由各部分的静态特性合成得到辅助控制部分:励磁系统稳定器电力系统稳定器励磁限制器区别基本控制部分:正常运行时，这些环节起到实现电压调节和无功功率分配等最基本的功能。