《电力系统自动装置》复习思考题参考答案(第4—7章)

电力系统自动装置复习思考题参考答案（第 47 章） 第四章 复习思考题 1 何谓励磁系统？ 答：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。它一般由励磁功 率单元和励磁调节器两个主要部分组成。 2 同步发电机自动调节励磁系统的主要任务是什么？ 答：（1）系统正常运行条件下，维持发电机端或系统某点电压在给定水平；（2）实 现并联运行发电机组无功功率的合理分配；（3）提高同步发电机并联运行的稳定性； （4）改善电力系统的运行条件；（5）对水轮发电机组在必要时强行减磁。 3 对同步发电机的自动调节励磁系统的基本要求是什么？ 答：励磁系统应具有足够的调节容量、励磁顶值电压、电压上升速度、强励持续时间、 电压调节精度与电压调节范围，应在工作范围内无失灵区，应有快速动作的灭磁性能。 4 何谓励磁电压响应比？何谓强励倍数？ 答：通常将励磁电压在最初 0.5s 内上升的平均速度定义为励磁电压响应比，用以反映 励磁机磁场建立速度的快慢。 强励倍数是在强励期间励磁功率单元可能提供的最高输出电压与发电机额定励磁电压 之比。 5 同步发电机励磁系统类型有哪些？其励磁方式有哪两种？ 答：同步发电机励磁系统类型有：直流励磁机系统、交流励磁机系统和发电机自并励 系统。励磁方式分为自励方式和他励方式两种。 6 画出三相全控桥式整流电路，哪些晶闸管为共阳极组，哪些为共阴极组? 答：VTHl、VTH3 、VTH5 为共阴组，VTH2、VTH4 、VTH6 为共阳组。 （第 6 题） 7 三相全控桥式整流电路在什么条件下处于整流工作状态和逆变工作状态？整流和逆变工作 状态有何作用？整流和逆变工作状态有何作用？ 答：三相全控桥式整流电路的控制角 在 090 时，三相全控桥工作在整流状态； 当 90 180时，三相全控桥工作在逆变状态。 整流状态主要用于对发电机的励磁；逆变状态主要用于对发电机的灭磁。 8 简述自动励磁调节器的工作原理。 答：自动励磁调节器的工作原理如下：根据发电机电压 变化，把测得的发电机端GU 电压经调差、测量比较环节与基准电压进行比较，得到正比于发电机电压变化量的 ，deU 经综合放大环节得到 ， 作用于移相触发环节，控制晶闸管控制极上触发脉冲 的SMU 变化，从而调节可控输出的励磁电流，使发电机端电压保持正常值。当 上升时， 增G 大，励磁电流减少，使 下降到正常值。反之， 下降， 减小，励磁增大使 上升GG 到正常值。 9 可控硅自动励磁调节装置由哪些环节组成？各环节的作用是什么？ 答：可控硅自动励磁调节装置主要由调差环节、测量比较环节、综合放大环节、移相触 发环节和可控整流环节组成。 调差环节的作用是在励磁控制器的发电机电压测量回路中，附加一个与发电机电流成 比例的电压，使测量比较单元感受到的电压随发电机无功电流的大小而变化，从而获得调 差系数。通过改变的调差系数，以保证并列运行机组间无功功率能合理地分配。 测量比较环节的作用是测量发电机电压并将之转变成直流电压，再与给定的基准电压 相比较，得出电压偏差信号。 综合放大环节的作用是将电压偏差信号及其他辅助信号进行线性综合放大。 移相触发环节的作用是将控制信号转换成触发脉冲，用以触发功率整流单元的晶闸管， 达到调节励磁的目的。 可控整流环节的作用是在触发脉冲的控制下将机端三相交流转变为励磁所需直流。 10 励磁调节器的辅助控制功能有哪些？辅助控制与正常情况下的自动控制有何区别？ 答：最小励磁限制、瞬时电流限制、最大励磁限制、V/Hz（伏/赫）限制器、发电机失 磁监控。 辅助控制不参与正常情况下的自动控制，仅在发生非正常运行工况、需要励磁调节器 具有某些特有的限制功能时，通过信号综合放大器中的竞比电路，闭锁正常的电压控制， 使相应的限制器起控制作用。 11 对励磁调节器静态特性调整的基本要求是什么？ 答：(1)保证并联运行发电机组间实现无功功率合理分配；(2) 保证发电机在投入和退出 运行时，平稳地转移无功负荷，而不发生无功功率冲击。 12 何谓调差系数？两台并联运行的发电机，为使无功负荷按机组容量分配，调差系数 应有什么要求？ 答：调差系数 是指无功电流由零增加到额定值时发电机电压的相对变化， 用以 表示发电机外特性曲线下倾的程度。调差系数 的大小表征了励磁控制系统维持发电机电 压的能力大小。 由于两台正调差特性机组并联运行时，无功负荷分配与调差系数成反比。因此，两台 并联运行的发电机，为使无功负荷按机组容量分配，容量大的机组，其调差系数取小些 （即发电机外特性曲线平坦一些） ；容量小的机组，其调差系数取大些（即发电机外特性曲 线下倾大些） 。 （或：要求各机组无功电流变化量的标幺值相等，并联运行的两台发电机有相同的调 差系数。 ） 【分析】可用 P122 图 4-54 两台正调差特性机组并联运行来分析说明。 设发电机 G1 的容量大于发电机 G2 的容量，要使无功负荷按机组容量分配，调差系数 取值应与机组容量值成反比，则 G1 的调差系数为 1 应小于 G2 的调差系数为 2，即 12。 正常运行时，发电机端电压 UG1=UG2=US, 发电机 G1 所带的无功电流为 Ir1, 发电机 G2 所带的无功电流为 Ir2。 当系统无功负荷增加时，系统电压的发生变化，电压偏差为U，发电机端电压变化 为 UG1=UG2=US1，这时发电机 G1 所带的无功电流为 Ir1，其无功电流增量为I 1 = Ir1 Ir1；发电机 G2 所带的无功电流为 Ir2，其无功电流增量为 I 2 =Ir2Ir2。从图中分析可 知，发电机 G1 所带的无功电流增量I 1大于发电机 G2 所带的无功电流增量I2，即 I1I2。由于 G1 容量大于 G2 容量，G1 应比 G2 多带一些无功负荷，使无功负荷能按机组 容量分配。 由此可见，两台正调差调节特性的发电机并联运行，当系统无功负荷波动时，其电压 偏差相同，调差系数较小的发电机组承担较多的无功电流。所以，要使无功负荷按机组容 量分配，调差系数取值应与机组容量值成反比。 13 调整调差特性平移的主要目的是什么？如何使调差特性平移？ 答：调整调差特性平移的主要目的是：使发电机平稳投入或退出运行，在运行中平稳 转移无功负荷，不引起对电网的冲击。 调整测量比较环节中的电位器 RP 可以实现外特性的平移。调整电位器阻值增大时， 外特性的平行上移，即发电机投入运行，所带负荷逐渐增加；电位器阻值减小时，外特性 的平行下移，即发电机退出运行，所带负荷逐渐减小。 【分析】可用课本 P120 图 4-50 外特性平移与机组无功关系的特性图来分析。 14 根据图 4-47 的调差环节接线图，写出调差环节输入和输出电压的关系表达式，并画 出 与 的矢量图，分析调差环节对有功功率和无功功率的影响。1cos0s 答：（参考课本 P119-120）由调差环节原理接线图可知，调差环节输出电压 、aU 、 与调差环节输入电压 、 、 间有如下关系：bUc aUbcacbcaIR 与 的矢量图：os1s0 当 时，各相为纯有功电流，由图（a）可见，电压 、 、 虽较 、cos1 aUbca 、 有变化，但幅值基本不变（即abc 的面积与a bc的面积基本相等） ，故认为bU 调差环节不反应有功电流变化。 当 时，各相为纯无功电流，由图可见，输出的线电压三角形仍为正三角形，s0 （但a bc的面积大于 abc 的面积， ）其大小随无功电流增长而增大。输出线电压 与L 输入线电压 的关系为 ，反应无功电流变化。LLLURI 由上面分析可知，调差环节输出的控制电压只反映无功电流的变化，而不受有功电流 变化的影响。 15 什么叫强励？什么叫继电强行励磁？ 答：强励是指发电机电压出现大幅度下降时，把发电机转子的励磁电流迅速增大到最 大允许值。 把发电机励磁回路中的磁场调节电阻 RC 两端用继电器接点短接，使发电机励磁电流增 大，对发电机实行强励的方法称为继电强行励磁。 16 灭磁的含义是什么？对自动灭磁装置有何要求？灭磁的方法有哪几种？ 答：灭磁是指把转子励磁绕组中的磁场储能通过某种方式尽快地减弱到可能小的程度。 对自动灭磁装置的要求：（1）灭磁时间应尽可能短；（2）当灭磁开关断开励磁绕组 时，励磁绕组两端产生的过电压应不超过允许值 Um，通常 Um =（45）U EN；（3）灭磁装 置动作后，剩余电动势应不大于 150200V；（4）灭磁装置的电路和结构应简单可靠，并 有足够大的热容量防止过热。 灭磁方法：（1）线性放电电阻灭磁；（2）非线性电阻灭磁；（3）采用灭弧栅灭弧； （4）利用全控桥逆变灭磁。 17 励磁系统为何要采用电力系统稳定器（PSS）? PSS 的作用是什么？ 答：由于常规的励磁调节器是按电压偏差比例调节，而且励磁控制系统存在惯性，因此在 长距离、重负荷的电力系统中，励磁系统会减弱系统的阻尼能力，即降低发电机的阻尼转 矩（负阻尼效应） ，使系统的动态性能变坏，从而引起电力系统低频振荡。为了保证励磁控 制系统维持电压稳定的基本功能，又能消除负阻尼效应，提高电力系统的动态稳定性，励 磁系统常采用 PSS 来达到这一目的。 PSS 的作用是产生正阻尼转矩，抵消励磁控制系统引起的负阻尼转矩，提高电力系统 的动态稳定性。 18 微机励磁调节器有何特点？其匹配方案有哪几种？ 答：（1）可实现复杂的控制策略；（2）调节准确、精度高，在线改变参数方便； （3）可实现完备的限制及保护功能、通用而灵活的系统功能、简单的操作以及智能化的维 修和试验手段；（4）可靠性高，无故障工作时间长；（5）通信方便；（6）便于产品更新 换代。 微机励磁调节器一般有以下几种匹配方案：（1）单微机带模拟通道励磁调节器； （2）双微机励磁调节器；（3）三微机励磁调节器；（4）外部总线式微机励磁调节器。 第五章 复习思考题 1 电力系统自动调频的任务是什么？对调频系统有哪些要求？ 答：电力系统自动调频的任务主要是对系统的频率进行监视，及时调整发电机的出力， 使系统的有功功率达到新的平衡，保证系统频率在规定范围内。此外，在满足频率质量的 前提下，还要考虑如何使发电成本最小，即按经济原则在电厂和机组间分配有功负荷，以 达到电力系统的经济运行。 调频系统应有足够的调整容量、调整精度和调整速度。 2 电力系统为什么分一次调频和二次调频？有什么区别？ 答：电力系统稳态运行时的频率调整可以通过频率的一次调频和二次调频实现。当系 统负荷发生保护时，系统中各发电机均按自身的静态调节特性，不分先后同时通过各自的 调速器系统进行调节，即一次调频。当负荷变动较大时，一次调频结束时的系统稳态频率 可能偏离额定较大。如要使频率回到额定值附近，必须移动静态调节特性，即改变调速系 统的给定值，即通过二次调频来实现。 一次调频是通过调速器调节系统来实现，其调节结果是发电机组的功率频率特性 曲线不变，调整结束时系统的额定频率值偏差较大，属于有差调节；二次调频通过调频器 调节系统来实现，其调节结果是发电机组的功率频率特性曲线平移，调整结束时系统 的额定频率值偏差很小或趋于零，可实现无差调节。 3 电力系统调频厂的主要任务是什么？对调频厂的选择有什么要求？ 答：调频电厂的主要任务是实现频率的二次调整。调频厂一般是带系统计划外的负荷。 对调频电厂的选择要求是：应有足够的调整容量，并且有足够快的调整速度。一般来 说系统中有水电厂时应选水电厂作调频电厂，没有水电厂或水电厂不宜作调频电厂时（如 洪水期） ，则选中温中压火电厂作调频电厂。在一个系统中如果一个调频电厂的调整容量不 够时，则可选择几个调频电厂，并规定它们的调整频率范围和顺序。 4 什么是电力系统集中式联合调频？集中式联合调频有何优点？ 答：集中式联合调频是从全系统的角度确定各调频机组的调节量，其主要过程是：将 系统中各发电机组的实发功率、系统各线路潮流、各节点电压等由各厂站端的远动装置送 到调度中心，形成实时数据库，调度中心计算机的相关软件按预定的数学模型和调节准则 确定各调频电厂或调频机组的调节量，并通过远动通道把调节指令发送到各厂站调频机组 的控制器，使各调频机组按指令执行有功功率的调节。 其优点是：维持系统频率为额定值，保证电能质量，易于实现综合优化控制，使系统 的潮流分布符合经济、安全等原则。 5 何谓电力系统负荷的静态频率特性？ 答：当频率变化时，系统负荷消耗的有功功率也将随着改变。这种有功负荷随频率而 变化的特性称为负荷的静态频率特性。 6 何谓负荷频率的调节效应？ 答：当系统中有功功率失去平衡而引起频率变化时，系统负荷也参与对频率的调节， 有助于系统中有功功率在新的频率值下重新获得平衡，这种现象称为负荷的频率调节效应。 7 发电机机组间的有功功率分配与其调差系数有何关系？ 答：有功功率的增量与调差系数成反比，调差系数小的承担较大的有功功率增量，调 差系数大的承担较小的有功功率增量。 8 调速器通常分为哪些类型？它们各有什么特点？ 答：调速器通常分为机械液压调速器和电气液压调速器两类。 机械液压调速器只按转速（频率）偏差产生控制作用，原理简单，易于理解；电气液 压调速器具有的优点主要有：（1）灵敏度高，调节速度快，调节精度高，机组甩负荷时转 速的过调量小；（2）容易实现各种信号的综合调节有利于综合自动控制；（3）参数整 定灵活方便，可在运行中改变参数，并便于增添改善动态性能指标的校正控制部件；（4） 体积小，检修维护方便。 9 某电力系统中，与频率无关的负荷占 30，与频率一次方成正比的负荷占 40，与频 率二次方成正比的负荷占 15，与频率三次方成正比的负荷占 15。求系统频率出 50Hz 下降到 47Hz 时，负荷功率变化的百分数及负荷调节效应系数 。*LK 解：频率降为 47Hz 时， *47/50.9f 得： 23*0.3.91.40.9LP16*. 17(504)/NLLfKf 第六章 复习思考题 1 试说明电力系统低频运行的危害性。 答：1）电厂用电设备生产率下载，导致出力减少；2）发电机电势随频率降低而减 小，使无功功率也减少，有可能在频率崩溃的同时出现电压崩溃； 3）汽轮机叶片的振动 变大，轻则影响使用寿命，重则产生裂纹；4）影响某些测量仪表的准确性和某些继电保护 装置动作的准确性；5）影响系统的经济性。 2 电力系统装设自动按频率减负荷装置的作用是什么？ 答：电力系统装设自动按频率减负荷装置的作用是限制系统频率的下降。当电力系统 出现较大的功率缺额，频率急剧下降时，动用备用容量往往来不及有效地制止频率的下降， 须在电力系统中设置自动按频率减负荷装置，按频率下降的程度自动切除部分负荷，以阻 止频率的下降。 3 何谓电力系统频率的动态特性？ 答：电力系统由于有功功率平衡遭到破坏引起系统频率发生变化，频率从正常状态 过渡到另一个稳定值所经历的时间过程，称为电力系统的动态频率特性。 4 简述自动按频率减负荷装置的工作原理。 答：首先确定系统事故情况下的最大可能功率缺额，以及接入自动按频率减负荷装置 的相应的功率值。然后将该总功率按负荷重要程度的不同进行分级。当电力系统发生事故 时，自动按频率减负荷装置按照不同的频率整定值动作，分级按顺序地切除负荷，直到频 率回升到恢复频率的允许值范围内。 5 自动按频率减负荷装置的最大功率缺额如何确定？ 答：在何确最大功率缺额时应考虑系统发生最严重事故，出现最大可能的功率缺额时 的情况，以保证系统安全运行。由于自动按频率减负荷装置是针对事故情况的一种反事故 措施，并不要求系统频率恢复至额定值，一般希望它的恢复频率 低于额定值，约为rf 49.550Hz 之间，所以接到自动按频率减负荷装置最大可能的断开功率 可小于最大.maxsP 功率缺额 。当系统负荷 、系统最大功率缺额 已知后，只要系统恢复频率.maxVP.LNP.maxVP 确定，就可按式 求得接到自动按频率减负荷装置的功率总rf max*ax1VLsKf 数 。.axs 6 系统发生功率缺额后，为要恢复发生功率缺额前的频率值，应切除多少负荷功率（假设发 电机组出力不变）？ 答：系统发生功率缺额后其频率为 ，若要恢复发生功率缺额前的频率值，即 = ，rf Nfr 由 可知， =0。根据 得， = ，即*Nrf*f.max*ax1VLNsPKf.maxsP.aV 切除的负荷功率等于系统最大的缺额功率。 7 自动按频率减负荷装置为什么要分级动作？ 答：由于接于自动按频率减负荷装置的总功率是按系统最严重事故的情况来考虑的。 然而，系统的运行方式很多，而且事故的严重程度也育很大差别，对于各种可能发生的事 故，都要求自动按频率减负荷装置能作出恰当的反应，切除相应数量的负荷功率，既不过 多又不能不足，只有分批断开负荷功率采用逐步修正的办法，才能取得较为满意的结果。 因此，自动按频率减负荷装置采用分级动作。 8 自动按频率减负荷装置首级和末级动作频率应如何确定？ 答：由系统频率动态特性知，在事故初期如能及早切除负荷功率，对于延缓频率下降 过程是有利的。因此第一级的启动频率值宜选择得高些，但又必须计及电力系统动用旋转 备用容量所需的时间延迟，避免因暂时性频率下降而不必要地断开负荷的情况，所以一般 第一级的启动频率整定在 48.549Hz。 电力系统允许的最低频率受“频率崩溃”或“电压崩溃”的限制，对于高温高压的火 电厂，在频率低于 4646.5Hz 时，厂用电已不能正常工作。在频率低于 45Hz 时，就有 “电压崩溃”的危险。因此，末级的启动频率以不低于 4646.5Hz 为宜。 9 何谓级差？级差强调选择性和级差不强调选择性有何差别？ 答：级差是指相邻两级动作频率的差值。 选择性确定级差强调各级动作的次序，要在前一级动作以后还不能制止频率下降的情 况下，后一级才动作，否则就是误动作；级差不强调选择性是为了避免频率过恢复或欠恢 复，减小级差，增加总的频率动作级数，可能造成两轮无选择性启动。 10 自动按频率减负荷装置为何要设置后备级（特殊级）？ 答：为了防止第 i 级启动切除负荷以后，系统的频率稳定在既低于我们希望的频率恢 复极限值 ，但又不足以使下一级动作的频率值上。为消除这种现象，要设置后备级，经延 时后切除部分负荷功率，以便使频率能恢复到允许的限值以上。 11 自动按频率减负荷装置在什么情况下可能会发生误动作？应采取什么措施？ 答：1）暂态过程引起的误动作。应在装置中设置一个不大的动作时限（通常用 0.10.2s）以躲过瞬态过程可能出现的误动作。 2）负荷反馈引起的误动作。应加电流闭锁、电压闭锁和滑差闭锁。 3）当电力系统容量不大、系统中有很大冲击性负荷时，系统频率将瞬时下跌引起误动 作。应加滑差闭锁。 对于后两种误动作，有时可不采用电流、电压或滑差闭锁，而简单地采用自动重合闸 来补救，即当系统频率恢复时，将被自动低频减载装置所断开的用户按频率分批地进行自 动重合闸，以恢复供电。 12 微机自动按频率减负荷装置的设置有哪两种模式？请说明这两种模式如何应用？ 答：集中式和分散式。 集中式是在变电站低压母线上的电压互感器二次侧装设微机低频减负荷装置，根据需 要可以每段母线配置一个，也可以整个变电站共同使用一个；分散式是低频减负荷的功能 被集成在分散的保护测控单元中，由保护测控装置根据整定值的要求通过软件的设置直接 出口跳闸。 13 电力系统中常用的稳定性控制措施有哪些？ 答：电力系统中常用的稳定性控制措施有自动切除发电机，电气制动，自动解列装置 等。 14 假设某系统发电机的出力保持不变，负荷调节效应系数 KL* 不变，投入相当于 10% 负荷或者切除相当于 10%负荷的发电机组，两种情况下系统的稳定频率是否相同？为什么？ 答：(1)投入相当于 10%PLN 的负荷，总负荷增加到（1+0.1）P LN=1.1PLN,由于发电机出 力保持不变，将出现功率缺额 0.1PLN，所以，稳定计算频率可计算如下： ;)1(50)1.(50)1( * LLNLNN KKKf (2)切除相当于 10%PLN 的发电功率，总负荷不变，但由于剩余发电机的出力保持不变， 也将出现功率缺额 0.1PLN，所以，稳定计算频率可计算如下： 。)10(5)1.0(5)1( * LLNLNN KPKPKf 比较上面两个结果，两种情况下系统的稳定频率是不相同的。 （1）的稳定频率大于 （2）的稳定频率。 15 某电力系统总负荷 MW，出现功率缺额 MW，负荷调节1250NL 250max.V 效应系数 。求下列情况下的结果：5.1L (1)如果不采取任何措施，求系统的稳定频率？ (2)如果希望系统的稳定频率为 48.5HZ，求应切除多少负荷？ 解：（1） （Hz ）*. 056.71.2LNNPfK 系统的稳定频率为： （Hz ）06743f （2） *548.f （MW ）.max*ax 251.250.3208.1VLNsPfK 接入自动按频率减负荷装置功率总数为 2028.8MW。 答：如果不采取任何措施，系统的稳定频率约为 43.3Hz；如果希望系统的稳定频率为 48.5HZ，应切除的负荷为 2028.8MW。 第七章 复习思考题 1. 何谓故障录波器？ 答：在电力系统发生故障或振荡时，自动记录电力系统中有关电气参数变化过程，以 便于分析事故原因和研究防止对策的自动装置。正常情况下，故障录波器只进行数据采集， 一般不启动录波，只有当发生故障或振荡时才进行录波。 2. 微机故障录波装置有哪些优点？ 答：微机故障录波装置的优点：1)便于准确、及时地分析事故原因，根据分析结果找 到事故真正原因，以制定反事故措施；2)为查找故障点提供依据；3) 积累运行经验， 提高运行水平。 3. 故障录波装置的启动条件有哪些？ 答：启动条件为：1)A、B、C 相电压和零序电压突变量启动； 2)过压和欠压启动；3) 主变压器中性点电流越限启动；4)频率越限与变化率启动； 5)系统振荡启动；6)断路器的保 护跳闸信号启动，空触点输入；7)手动和遥控启动。 4. 故障录波装置的数据记录方式有哪些？ 答：数据记录方式分两种：分时段记录方式及不定长录波。其中不定长录波又分非振 荡故障启动及特殊启动方式。 5. 微机故障录波装置在记