电力系统自动装置

第二章同步发电机的自动并列装臵

1、并列操作：电力系统中的负荷随机变化，为保证电能质量，并满足安全和

经济运行的要求，需经常将发电机投入和退出运行，把一台待投入系统的空载发电机经过必要的调节，在满足并列运行的条件下经开关操作与系统并列，这样的操作过程称为并列操作。

2、并列操作的方法？

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。

3、同步点：在发电厂和变电所中，两侧均有电源可以进行并列操作的断路器

称为同步点。

4、ωs=ωG-ωsys=2∏(f G-f sys)=2∏fs

f s= f G-f sys称为滑差频率，ωs=ωG-ωsys称为滑差角频率，简称滑差。称

δ变化360°所用的时间为滑差周期Ts,Ts=2∏/︳ωs︳=1/︳fs︳

5、发电机并列操作应遵循的原则：（准同步，自同步均适用）

（1）并列瞬间，发电机的冲击电流应尽可能小，不应超过允许值。

（2）并列后，发电机应能迅速进入同步运行，暂态过程要短。

6、发电机准同步并列的实际条件：（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%。

7、如果不满足准同步并列的条件，会产生怎样的后果？

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。

8、简述准同步并列的过程。

9、合闸脉冲命令：导前时间脉冲U t.ad即合闸命令。

10、恒定导前时间：

tad=RC 导前时间不随频率、压差改变，是一个固定的数值。（目的是使断路器主触头闭合时δ=0°）

11、整步电压：包含同步条件信息量的电压称为整步电压。

整步电压分为正弦整步电压和线性整步电压。

并列断路器两侧电压瞬时值之差称为滑差电压，u s=u G-u sys

12、如何用整步电压来检查同步条件？

13、频差大小的检验？

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|ωs.set|；频差不满足要求；

当>t ad ，即比先出现时，有|ωS| <|ωs.set|，频差满足要求；

当= t ad，和同时出现时，有|ωS| = |ωs.set|。频差刚好满足要求。

14、为使在δ=0°合闸，频差大小检查是在180°＜δ＜360°区间进行的，所

以在0°＜δ＜180°区间进行鉴别频差方向并且发出相应调速脉冲。

15、ZZQ-5型自动准同期装臵，由合闸部分，调频部分，调压部分和电源部分四

部分组成。

（1）合闸部分：检查并列条件，当并列点处两侧的压差、频差均满足要求的情况下，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：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：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，使发电机电压区域系统电压；

当压差满足并列条件时解除压差闭锁。

（4）电源部分：为准同步装臵提供直流电源。

第三章同步发电机的自动调节励磁装臵

1、与同步发电机励磁回路电压的建立、调整及必要时使其电压消失的有关设备

和电路的总称为励磁系统。由两部分组成：

（1）励磁功率单元——向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流。

（2）励磁调节器——按照发电机及电力系统运行的要求，根据输入信号和给定的调节准则自动调节控制功能单元输出的励磁电流。

2、同步发电机的励磁调节通常包括励磁调节器（AER）、继电强行励磁装臵（AEI）、

自动灭磁装臵（AEA）等。

励磁调节器用于在正常运行或电力系统发生事故时调节励磁电流，以满足运行的要求。

继电强行励磁装臵作为励磁调节器强行励磁作用的后备措施，并作为某些不能满足强行励磁要求的励磁调节器补充措施，使励磁电压迅速升到最大值，保证电力系统的稳定运行装臵。

自动灭磁装臵用于在发电机或发电机—变压器组中的变压器发生故障时，为防止继续向故障点供给短路电流，加大故障的损坏程度，使发电机转子回路的励磁电流尽快降到零的一种装臵。

3、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

4、直流励磁机系统分为他励与自励两种。

5、无刷励磁：由于整流器和发电机转子是相对静止的，所以不需要由滑环和碳

刷将整流器的输出和转子绕组连接起来，可以直接连接在一起，因此这种系统称为无刷励磁。

6、自励交流励磁机静止整流励磁系统与交流励磁机旋转整流励磁系统（无刷励

磁）的区别？

自励交流励磁机静止整流励磁系统是有刷励磁，交流励磁机旋转整流励磁系统为无刷励磁。

7、静止电源供电方式的励磁系统分为自并励和自复励两种。

8、同步发电机的励磁调节方式，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。

第一种调节方法由变换机构、测量机构、放大机构和执行机构四部分组成。

为了便于测量，设臵了端电压变换机构；测量机构是测量发电机端电压K U

G

与给

定值Uset的偏差ΔU

G =Uset-K U

G

，当端电压偏高时ΔU

G

为负，端电压偏低时

ΔU G为正。放大机构是按照ΔU G的大小和方向进行放大，以提高调节器的灵

敏度和调节质量；执行机构是使励磁电流向相应的方向调整，从而控制发电机的电压值。

9、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

10、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。

11、可控硅如何控制电压的输出？

12、何谓三相全控整流桥的逆变？

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。

13、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：

三相全控整流电路，在0°≤α<90°时，全控桥处于整流工作状态，改变α角，可以调整发电机的率励磁电流；在90°<α<180°时，全控处于逆变工作状态，可以实现对发电机的灭磁。

14、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ΔU

和其他辅助信号（励磁系统稳定器）及提高

G

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，提高调节装臵的灵敏度，以满足励磁调节的需求。

移相触发单元；将控制信号U

按照励磁调节的要求转换成移相触发脉冲，使控

G

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。制角α随U

G

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。

15、励磁调节器静态工作特性是指发电机的端电压U

与可控整流桥输出的电流

G

IARE的关系曲线。

16、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。

17、励磁调节器静特性调整包括调差系数的调整和外特性的平移。

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。

平移发电机的外特性是通过改变自励励磁调节器的基准值Uset，即改变测量比较单元中电位器的大小来实现的。

18、结论:（1）机端直接并联的发电机组对于机端直接参与并联的发电机，无差特性的发电机不得多于一台；负调差特性的发电机不能参与并联运行；为使无功负荷按机组的容量比例分配，各机组的发电机外特性应重合，并具有正调差系数。（2）经升压变压器后并联的发电机，对机端电压来说可以是负调差特性，但对并联运行点来说，应是正调差特性，此时仍能稳定无功负荷的分配。

19、、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。

20、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。

第四章

1、调频的四种方法：由调速器参与的一次调频，由调频器参与的二次调频，负荷调节效应、低频减载调节

2、将运行电厂分为调频厂、调峰厂和基本负荷三类。

3、全天不变的基本负荷由带基本负荷的发电厂担负，一般为经济性较好的火电厂及热电厂，或丰水期的水电厂；调峰电厂由经济性较差的机组，或枯水期的水电厂担任；计划负荷与实际负荷相差部分成为计划外负荷，由调频电厂担任，调频电厂选择水电厂或中温中压参数的火电厂担任。当一个调频电厂不能满足要求时，可选择几个电厂共同完成。

4、何谓等微增率准则,为何它能使电力系统运行最经济?

运行的发电机组按微增率相等的原则来分配负荷.

当系统微增率λ增加时,各电厂的微增率bi也相应增加,各电厂发出的功率也将相应增大,直至系统功率平衡,频率回升到额定值为止.

最经济的分配方案：系统中调频电厂按运行,

----系统微增率;

-----各电厂电厂微增率. ——各电厂的线损微增率,即

;

第五章

1、电源和变压器发生故障，不允许装重合闸装臵，只有在输电线路出线端才可以装。

2、输电线路的故障分为瞬时性故障和永久性故障。

3、自动重合闸装臵分类：元件动作原理分—机械式、电气式；按作用于断路器的方式—三相、单相、综合ARD；按动作次数—一次、二次、多次ARD；按线路结构—单侧电源线路ARD、双侧电源线路ARD。双侧电源线路ARD又可分为快速ARD、非同期ARD、检定无压和检定周期的ARD。

4、双侧电源输电线路采用自动重合闸装臵时应注意的问题：

（1）时间的配合问题

(2)同期问题

5、采用三相快速自动重合闸必须具备的条件：

（1）线路两侧都装有能瞬时切除全线故障的继电保护装臵，如高频保护

（2）线路两侧必须具有快速动作的断路器，如空气开关

6、三相非同期自动重合闸就是指当输电线路发生故障时，两侧断路器跳闸后，不管两侧电源是否同步就进行自动重合。

7、对于检定无压和检定同期的重合闸，试说明为什么两侧都要装设同样的设备？为什么无压侧还要投入检定同期继电器？如果两侧的无压连接片都投入或都不投入，运行中有什么问题？

1）为方便定期切换两侧工作方式，因此两侧都要装设同样的设备。无压侧的QF 在重合至永久性故障时,将连续两次切断短路电流,其工作条件显然比同步侧恶劣,为使两侧QF工作条件相同,利用无压连接片定期切换两侧工作方式.。

2）由于保护误动作、误碰使无压侧QF误跳时，可通过无压侧KY检定同期条件使QF重合；

3）两侧的无压连接片都投入，当线路上发生故障时，两侧保护先后动作将QF 跳开后，线路失压，两侧KV检线路无压重合，而不管两侧电源是否同步，造成非同期合闸。两侧的无压连接片都不投入，当线路上发生故障时，两侧保护先后动作将QF跳开后，线路失压，两侧的KY无法检定同期使QF重合。

8、什么叫重合闸前加速？它有何优缺点？

定义：当线路上（包括相邻线路及以后的线路）发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性地瞬时动作跳闸，而后借助ARD来纠正这种非选择性动作。

优点：能快速切除瞬时故障，而且设备少，只需一套ARD装臵，接线简单，易于实现。

缺点：切除永久性故障时间长；装有ARD的QF1动作次数较多，且一旦QF1或ARD装臵拒动，则使停电范围扩大。

9、什么叫重合闸后加速？它有何优缺点？

定义：发生故障时，先由故障线路的选择性保护动作将故障切除，后由故障线路的ARD进行重合。瞬时故障，则重合成功，线路恢复正常供电；永久性故障，则加速保护不带延时的将故障再次切除。

优点：第一次保护动作跳闸是有选择性的，不会扩大停电范围；再次断开永久性故障的时间加快，有利于系统并联运行的稳定性。

缺点：第一次切除故障带延时，因而影响了重合闸的动作效果；每段线路均需装设一套重合闸，设备投资大。

10、综合自动重合闸可以实现的重合方式是什么，各自的定义是什么？

综合重合闸利用切换开关的切换，可实现四种重合方式：

（1）综合重合闸方式：线路上发生单相接地故障时，故障相跳开，实行单相自动重合，当重合到永久性单相故障时，若不允许长期非全相运行，则应断开三相，并不再进行自动重合；若允许长期非全相运行，保护第二次动作跳单相，实行非

全相运行。当线路上发生相间短路故障时，三相QF跳开，实行三相ARD，当重合到永久性相间故障时，则断开三相并不再进行自动重合。

（2）三相重合闸方式：线路上发生任何形式的故障时，均实行三相自动重合闸。当重合到永久性故障时，断开三相并不再进行自动重合。

（3）单相重合闸方式：线路上发生单相故障时，实行单相自动重合，当重合到永久性单相故障时，保护动作跳开三相并不再进行重合。当线路发生相间故障时，保护动作跳开三相后不进行自动重合。

停用方式（直跳方式）：线路上发生任何形式的故障时，保护运作均跳开三相而不进行重合。

第六章

1、什么是ATS，有什么用途？

当工作电源(或工作设备)因故障被断开以后，能自动而迅速地将备用电源(或备用设备)投入工作，保证用户连续供电的一种装臵。

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。

2、备用电源自动投入装臵（ATS）应用场合：装有备用电源的发电厂厂用电源和变电所所用电源；由双电源供电且其中一个电源经常断开以作备用的变电所；有备用变压器或有互为备的母线段的降压变电所，有备用机组的某些重要辅机。

3、什么是明备用，什么是暗备用？

明备用接线：装设了专用的备用变压器(或备用输电线路)

暗备用接线：不装设专用的备用变压器(或备用输电线)，利用分段断路器闭合获得相互备用。

第七章

1、当系统中发生较大事故时，系统出现较严重的功率缺额，需采用频率自动减负荷装臵。

2、在电力系统中广泛采用自动按频率减负荷装臵：即按照系统频率下降的不同程度，有计划地自动地断开相应的不重要负荷，以阻止频率的下降，使频率迅速的恢复。

3、为了确定AFL装臵的级数，首先要定出装臵的动作频率范围，即选定第一级启动频率f1和最末一级启动频率fn.

4、选择频率级差的两种原则：

（1）根据AFL的选择性确定级差△f (2)增加级数n，而级差不强调选择性。

采用第二种原则就不需要考虑附加级。

5、恢复频率一般为48～49.5Hz，进一步的频率恢复，由运行人员处理。

6、防止AFL误操作的措施：

（1）加一延时，避免切除负荷，防止误动作。

（2）加重合闸，将断开的断路器合闸。