电力系统主要内容

1、山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 1 中文摘要 本文分四章介绍了电力系统分析及其自动化的主要容。第一章介绍了电力系统的基 本知识，包括电力系统及其电力网的基本概念、作用；对电力系统的基本要求以及电能 质量的标准。电力线路的组成及各部分的作用。第二章主要介绍了电力系统有功功率的 平衡与频率的调整。频率是电能质量的主要指标之一，必须给予保证。简要介绍了频率 的一次调频、二次调频、三次调频。调频的实质就是维持系统有功功率的平衡。第三章 介绍了电力系统无功功率的平衡与电压的调整。电力系统的无功电源

2、及电压的调节措施。 电力系统的电压和无功管理的目的是保证电力系统在各种运行方式下，各中枢点的电压 在允许偏移范围内。第四章介绍了电力系统自动化控制的主要内容，包括电力系统自动 化的概述、特点及电力系统自动控制装置。电力系统自动控制装置是电力系统安全稳定 运行的可靠保证。 关键词：电力系统分析 自动化 目录 中文摘要中文摘要 .1 1 第一章第一章 电力系统的基本知识电力系统的基本知识 .3 3 1.11.1 电力系统的基本概念电力系统的基本概念 .3 3 1.21.2 电能质量的标准电能质量的标准 .4 4 1.31.3 电力线路电力线路 .4 4 第二章 电力系统有功功率的平衡及频率的调整

3、.5 5 2.12.1 电力系统有功功率的平衡电力系统有功功率的平衡 .5 5 2.22.2 频率的调整频率的调整 .5 5 第三章 电力系统无功功率的平衡及电压的调整.6 6 3.13.1 电力系统中的无功电源电力系统中的无功电源 .6 6 3.23.2 无功补偿的方法无功补偿的方法 .7 7 3.33.3 电力系统中无功功率的平衡电力系统中无功功率的平衡 .8 8 3.43.4 电压的调整电压的调整 .8 8 第四章 电力系统自动化控制的主要内容 .1010 4.14.1 电力系统自动化概述电力系统自动化概述 .1010 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续

4、续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 2 4.24.2 自动化系统的特点自动化系统的特点 .1111 4.34.3 电力系统自动化的基本内容电力系统自动化的基本内容 .1111 4.44.4 电力系统自动控制装置电力系统自动控制装置 .1212 结论 .2121 致谢 .2121 参考文献 .2121 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 3 一、 电力系统的基本知识 1.1 电力系统的基本概念 1.1.1 电力系统及电力网 1.1.1.1 电力系统的定义 把

5、发电、变电、输电、配电和用电等各种电器设备连接在一起的整体，称为电力系 统。它包括发电厂的电气部分 、升压变压器、降压变压器、输配电线路及各类用电设备 等。 1.1.1.2 电力网的定义、作用、分类 1. 定义：由不同电压等级的变电所和输配电线路构成的网络结构称为电力网。 2. 作用:汇聚、传输、变换、分配电能。 3. 分类：为了分析计算电力网可分为地方电网、区域电网和远距离输电网。地方电 网电压较低（110KV 以下)，输送功率较小，线路较短（100km 以下） ，计算时可做较多简 化；区域电网电压较高（110KV-330KV） ，输送功率较大，线路较长（100km-300km） ， 计算时

6、只能做一定简化；远距离输电网（电压在 330KV 及以上） ，输送线路超过 300km， 计算时不能简化。按电压高低，电力网可分为低压电网， （1KV 及以下） 、中压电网 （3、6、10 KV） 、高压电网（35、60、110、220 KV） 、超高压电网（330KV、正负 500、正负 600、正负 750） 、特高压电网（正负 800、1000KV） 。按接线方式，电力网分 为一端电源供电网、两端电源供电网、多端电源供电网。 1.1.2 对电力系统的基本要求 电能作为一种特殊的商品，它的生厂、输送、分配和使用同时进行；生产与国民经济 及人名生活关系密切；电力系统运行的过度过程非常短暂。要

7、求具有较高的自动化程度， 需要继电保护、自动装置的投入，实施实时监控。 1最大限度的满足用户的要求； 2安全、稳定、可靠的供电； 3为电力用户提供优质的电能； 4满足系统运行的经济性。电力系统运行的经济性应考虑合理分配各个发电厂的负 荷、降低发电厂燃料消耗率、厂用电率、降低电力网的电能损耗和管理成本。 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 4 1.2 电能质量的标准 良好的电能质量可以使电气设备正常工作，并取得最佳的经济效果。衡量电能质量的 标准主要有频率、电压、波形、电压波动和闪变、三相电压

8、不平衡度等。优质的电能是 频率和电压为额定值，波形为正弦波，无电压波动现象、不存在有闪变和三相电压不平 衡的情况。 1.2.1 频率 电力系统的频率是指电力系统中同步发电机产生的交流正弦基波电压的频率。在稳态 条件下各个发电机同步运行，整个电力系统的频率是相同的。电力系统的频率，只有在 有功功率平衡时才保持不变。我国电力系统交流电压的频率为 50 赫兹，允许偏差为 0.5 赫兹。 1.2.2 电压 电力系统的无功补偿与无功平衡是保证电压质量的基本条件。同步发电机发出的无 功功率的总和与无功补偿设备发出的无功功率的总和等于无功负荷与电力网无功损耗的 总和，只有在无功功率平衡时才能保证电力系统在各

9、种运行方式下，各中枢点电压在允 许偏差范围内。供电电压允许偏差： （1）用户受电端电压允许电压偏差：35KV 及以上的电压正负偏差绝对值之和不超过 额定电压的 10%；10KV 及以下电压允许偏差值为系统额定电压的 7%；220KV 电压允许 偏差值为系统额定电压的+7% -10%。 （2）发电厂和变电所母线电压允许偏差：发电厂和 500KV 变电所 220KV 母线,正常运 行时电压允许偏差为系统额定电压的 0 +10%；事故运行时为系统额定电压的-5% +10%。 发电厂和变电所 10（6KV）母线，应使所带线路的全部高压用户或经配电变压器的低压 用户的用户端的电压在允许偏差范围内。 1.

10、3 电力线路 电力线路是用来传递电能的，按结构不同可分为架空线路和电缆线路两大类。架空线 路有投资省，施工、维护和检修方便等优点，所以电力网中绝大多数的线路都采用架空 线路。但架空线路易受有害气体腐蚀，不能跨越大江海域，影响城市美观等缺点，所以 在一些特殊地区采用电缆线路。 1.3.1 架空线路的组成元件及各个元件的作用 架空线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等元件组成。导线用来传导电流，输 送电能；避雷线用来将雷电流引入大地，使电力线路免遭雷电波的冲击；杆塔用来支持 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （

11、 论论 文文 ） 5 导线和避雷线；绝缘子用来使导线与杆塔之间保持绝缘；金具是用来固定、悬挂、连接 和保护架空线路的主要元件。 1.3.2 电缆线路的构造及各部分的作用 电力电缆的构造主要包括导体、绝缘层和保护层。电缆的导体用来传导电流；绝缘层 用来使各导体之间及导体与包皮之间绝缘。保护层是用来保护绝缘层的，使其不受外力 损伤，防止水分倾入和浸渍剂外流。 二、 电力系统有功功率的平衡及频率的调整 2.1 电力系统有功功率的平衡 由于电能不能大量的廉价的储存，它的生产、传输、使用同时进行。任何时刻，系统 各发电厂发出的有功功率总和=系统综合有功负荷+电力网各元件的有功损耗+各发电厂厂 用电及有功

12、损耗总和。电力系统运行时，若有功功率保持平衡，系统的频率就不变。发 电机输出的有功功率或用户的有功负荷发生变化时，系统有功率平衡遭到破坏，系统的 频率发生变化。当负荷增加时，汽轮机组减速，频率下降；反之，机组加速，系统频率 上升。 2.2 电力系统频率的调整 电力系统的负荷是随时变化的，负荷的变化将引起系统有功功率平衡的破坏，从而引 起系统频率的变化。为了维持系统有功功率的平衡，且在允许的变化范围之内，需要不 断调整各发电厂的出力。调频的实质就是维持系统有功功率的平衡。 2.2.1 调频厂的选择 根据各个发电厂在系统频率调整过程中的作用不同，将发电厂分为主调频厂、辅助调 频厂及基载厂。主调频厂

13、担任系统的负荷备用，负责保持系统频率在允许的偏差范围内， 一个系统只设一个。辅助调频厂在电力系统频率超过其规定的范围时才参加系统的频率 调整工作，一个系统只设少数几个。基载厂按照系统调度下达的负荷曲线运行，系统中 的大部分电厂为基载厂。 主调频厂负责整个系统的调频工作，作为主调频厂应该满足以下条件： （1）具有足够的调频容量和调频范围； （2）能够比较迅速的调整出力； （3）调整出力时符合安全经济运行的原则。 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 6 2.2.2 电力系统频率的调整过程 2.2

14、.2.1 一次调频 电力系统的有功负荷变化幅值小、速度快，需要靠系统各发电机组的调速装置自动 调节原动机的输入功率，来适应这一变化，这种调频过程称为系统频率的一次调整。现 阶段电力系统内所有发电的原动机都装有自动调速器。当电力系统的有功功率平衡破坏 引起频率的变化时，原动机的调速系统会自动改变原动机的进汽（水）量，相应的增加 或减少发电机的出力，建立新的功率平衡关系。此后，调速系统的调节过程结束，系统 运行在新的稳态下。这种因负荷的变化，引起发电机转速和频率的变化，从而达到自动 调节频率的过程，即为频率的一次调整。 2.2.2.2 二次调频 发电机经过频率的一次调频未能恢复到原来的运行频率，为

15、使负荷变化后机组仍能 维持原始转速，要求有频率的二次调整。二次调频适用于频率变化幅值较大，速度较慢 的有功负荷的调整。可以通过手动或自动调频器改变调速装置的特性曲线，来适应这一 变化，这种借助调频器完成频率调整的过程称为系统频率的二次调整。二次调频主要在 主调频厂中进行，频率变化较大时才借助辅助调频厂。 2.2.2.3 三次调频 对于有功负荷变化幅值大、变化速度慢，其变化规律根据运行经验可以预测时，系 统调度根据事先预测作出次日每小时的负荷曲线，根据次日各电厂上报的上网电力和电 价，结合优质优价，最优网损及系统的负荷曲线，作出各发电厂次日的负荷曲线，这种 调频过程成为系统频率的三次调整。 2.

16、2.2.4 事故调频 如果电力系统发生了电源事故，引起系统有功功率的严重不平衡，导致系统频率大 幅度下降。这时，应迅速投入旋转备用机低频率减负和装置，恢复系统有功平衡，防止 频率的进一步下降。如果事故非常严重，采取上述措施以后，频率仍然大幅度的下降， 系统调度人员应迅速启动备用发电机组、切除部分负荷。若还不能满足平衡要求，需将 系统解列成多个小系统、分离厂用电等措施，来恢复主系统的功率平衡，抑制频率下降， 避免发生频率崩溃。 三、 电力系统无功功率的平衡及电压的调整 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论

17、 文文 ） 7 3.1 电力系统中的无功电源 3.1.1 同步发电机 同步发电机是电力系统中唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。当其在 额定状态下运行时，可以发出无功功率：Q=Ssin 。发电机正常运行时,以滞后功率因 数运行为主,向系统提供感性无功；但必要时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,以吸 收系统多余的无功。同步发电机供给无功功率的投资比同步调相机的投资少。 3.1.2 并联补偿电容器 并联补偿电容器是目前使用最广泛的一种无功补偿设备。并联电容器只能发出感性无 功，提高母线电压水平；也可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。 它既可 以安装在电网中也可以装在负荷侧，

18、也可集中安装又可分散安装。电容器的投切是成组 进行的，其出力成阶梯形变化，调压曲线不平滑。并联电容器本身功耗很小，装设灵活， 节省投资。 3.1.3 同步调相机 同步调相机是专门生厂无功功率的一种电机，实质是空载运行的同步发电机或同步电 动机。在正常励磁时，既不吸收无功功率，也不发出无功功率；它能在欠励情况下，向 系统吸收感性无功功率；在过励的情况下，向系统发出感性无功功率。同步调相机既可 作为无功电源，发出无功，提高母线电压；又可作为无功负荷，吸收无功功率，降低母 线电压。装有自励装置的同步电机能根据电压的变化平滑地调节输入或输出的无功功率。 但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢。 3

19、.1.4 静止补偿器 静止无功补偿器是由可调电抗器和电容器组成，并联在降压变压器的低压母线上。 电容器发出感性无功功率，静止补偿器根据母线电压的高低自动控制可调电抗器吸收的 感性无功功率的大小，从而控制装置发出或吸收感性无功功率的大小，进而达到稳定母 线电压的目的。 当电压变化时，静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同 时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；且调节平滑， 功率损耗小，对负荷变动有较高的补偿能力。 3.2 无功补偿的方法 无功补偿通常采用的方法主要有 3 种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。 山山 西西 电电 力力 职职 业

20、业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 8 3.2.1 低压个别补偿: 低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功功率的需求量将单台或多台低压电容器组 分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同 时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗， 以补偿励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电 设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占地面积小、安 装容易、配置方便灵活、维护简单、等优点。 3.2.2 低压集中补偿：

21、 低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补 偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。 电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护 工作量小，使无功就地平衡，从而提高配电变压器的利用率，降低网损，具有较高的经 济性，是无功补偿中常用的手段之一。 3.2.3 高压集中补偿： 高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的 610kV 高压母线上的补偿方式。 适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减 少对电力系统无功的消耗，并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据

22、负荷的大小自动 投切，从而合理地提高了用户的功率因数。同时便于运行维护，补偿效益高。 3.3 电力系统中无功功率的平衡 电力系统在运行时无功功率要保持平衡，其同步发电机的无功功率总和+无功补偿设 备发出的无功功率总和=系统无功负荷总和+厂用无功负荷总和+电力网无功损耗总和。系 统电压过低的根本原因就是系统无功功率电源不足。当系统电压过低时，首先要增加系 统的无功电源，保持系统的无功平衡。电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质 量的基本条件。 3.4 电力系统电压的调整 电力系统电压调整的目的是保证电力系统在各种运行方式下，各负荷点的电压在允许 的偏移范围内。对系统各负荷电压进行监测和调整，

23、可以通过监视和调整负荷供应点的 电压来实现。电力系统中监视、控制和调整电压的母线称为电压中枢点。只要控制、监 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 9 视中枢点的电压在一定的允许范围之内，就可以使由其他供电的各个负荷点的电压质量 都得到保证。 3.4.1 电压中枢点的调压方式 3.4.1.1 逆调压 对于负荷变动较大，线路较长，距电压中枢点较远，而电压质量要求又较高的电力网， 一般实行逆调压。即在最大负荷时，把中枢点电压提高到线路额定电压的 105%；在最小 负荷时，把中枢点电压减小到线路的额

24、定电压。这样管理中枢点电压，可以使得在最大 负荷时，负荷点的电压不会因线路的电压损耗增大而过低；在最小负荷时，不会因线路 的电压损耗较小而过高。 3.4.1.2 顺调压 对于线路损耗小，线路较短，线路损耗较小，或用户允许的电压偏移较大的电力网， 一般中枢点实行顺调压。即在最大负荷时，保持中枢点电压不低于线路额定电压的 102.5%； 在最小负荷时，保持中枢点电压不超过线路额定电压的 107.5%。 3.4.1.3 恒调压 电力系统的线路长度介于上述两种电力系统之间，负荷变动较小，负荷对电压质量 要求一般时，一般中枢点实行恒调压。即在最大和最小负荷时，保持中枢点电压为线路 额定电压的 105%。

25、一般不需要装设贵重的调压设备，通过合理选择变压器的分接头和并 联电力电容器补偿，就可以满足调压的要求。 3.4.2 电力系统的调压措施 3.4.2.1 改变发电机励磁调压 改变发电机的励磁电流，不但可以改变发电机的电势和端电压，还可以调节发电机 输出的无功功率，从而调节电网电压。在最大负荷时，增加发电机的励磁电流，提高发 电机的端电压；在最小负荷时，减少发电机的励磁电流，降低发电机的端电压。 3.4.2.2 改变变压器的分接头调压 合理选择变压器的分接头来改变变压器的变比进行调压是电力系统调压措施中应用最 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学

26、 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 10 为广泛的措施之一。当电力系统无功功率充足时，利用有载调压变压器调压，非常灵活 有效。改变变压器的分接头调压时，调压措施本身并不产生无功功率，但系统消耗的无 功功率与电压水平有关，电压调的越高，该地区无功越不足，反而导致恶性循环。 3.4.2.3 改变电力网无功功率分布调压 当电力系统无功电源不足时，应先增加无功电源，依据无功分层分区就地平衡的原 则，设置并投入无功补偿设备。无功补偿设备不受能源和地点的限制，可以集中安装也 可分散安装。改变电力网的无功功率分布，就地平衡无功负荷，可以减少无功功率在电 力网传输过程产生的电压损耗和功率损耗，

27、提高电网电压质量和设备的利用率。 （1）装设并联电力电容器 电力电容器只能发出感性无功功率，提高母线电压。在最小负荷时，电力系统电压 偏高，并联电容器全部退出。在最大负荷时，由于系统电压偏低，并联电容器全部投入。 （2）装设同步调相机 在最大负荷时，同步调相机可以过励磁运行，发出无功功率，提高母线电压。在最 小负荷时，同步调相机可以欠励磁运行，吸收无功功率，降低母线电压。 3.4.2.4 改变电力网的参数调压 （1）增大导线的截面积。10KV 以下的输电线路，电阻占总阻抗的比例较大，电压损 耗中 PR 起主导作用。增大导线的截面积，可以有效减小输电线路的电压损耗，也可以减 少输送功率的损耗，提

28、高电网的电压质量。 （2）改变电力网的接线方式。改变电力网的接线方式，可以减少电力网的阻抗，从而 减少电力网的电压损耗，达到调压的目的。 （3）串联电容补偿。对于长距离输电线路，由于线路的感抗较大，产生较大的电压损 耗和无功功率损耗。采用串联补偿电容，可以减少线路感抗，缩短输电线路的电气距离， 降低电压损耗和无功损耗，提高输电线路的末端电压，达到调压的目的。 四、 电力系统自动化控制的主要内容 4.1 电力系统自动化概述 自动化是指用特定的仪器、设备对生厂过程等进行调节和控制，以代替人工直接操作 控制。自动化可以有效地提高生厂过程、工作流程的效率和改善生产工作人员的劳动条 山山 西西 电电 力

29、力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 11 件。典型的自动化控制系统应该包括控制对象、自动控制装置以及它们之间的监测和控 制信息通道组成。 为适应电力系统的特点和满足其基本要求，对电力系统自动化提出了很高的要求，机 载电力系统中，用用各种具有自动检测、信息处理和传输、自动操作和控制功能的装置 对电力系统中的设备、子系统和全系统进行就地或远方的自动监测、调节和控制，从而 保证电力系统正常运行。在电力系统发生事故时，迅速切除故障防止事故扩大，尽快恢 复系统正常运行，保证供电可靠性。 4.2 自动化系统的特点 （1）功

30、能综合化 微机监控系统综合了原来的仪表屏、操作屏、模拟屏和变送器柜、远动装置、中央 信号系统等。微机保护系统代替了电磁式和晶体管式的保护装置等。 （2）分级分布式微机化的系统结构 综合自动化系统内各子系统和各功能模块由不同配置的微机计算机组成，采用分布 式结构，通过网络总线将微机保护、数据采集、控制等各子系统连接起来，构成一个分 级分布的系统。 （3）测量显示数字化 采用微机监控系统后，改变了原来的测量手段，常规指针式仪表被 CRT 显示器上的数 字代替，直观、明了。抄表记录由打印机打印，减轻了劳动人员的劳动强度，而且提高 了测量的精确度。 （4）操作监视屏幕化 变电所实现综合自动化后，可以监

31、视全所的实时运行情况和对各个开关设备进行操 作控制。庞大的模拟屏被实时主接线画面取代；断路器的跳、合闸操作被鼠标操作所代 替；光字牌报警信号被屏幕画面闪烁和语言报警代替等。 （5）运行管理智能化 智能化不仅是能实现自动化的功能，更重要的是实现故障分析和故障恢复操作智能 化，实现自动系统本身的故障自诊断、自闭锁和自动恢复等功能。 4.3 电力系统自动化的基本内容 4.3.1 信息就地处理自动化 其特点是能对电力系统的情况作出快速反应，如高压输电线路上发生短路故障时， 要求继电保护瞬时动作快速切除故障；在电力系统正常运行时，同步发电机的励磁自动 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学

32、 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 12 控制系统可以保证系统的电压质量和无功出力的分配，在故障时可以提高系统的稳定水 平。有功功率自动调节装置能跟踪系统的负荷波动，保证电能的频率质量按频率自动减 负荷装置能再系统故障情况、电力系统出现严重的有功缺额时，快速地切除一些次要负 荷，以免造成系统的频率崩溃。 4.3.2 电力系统调度自动化 可以通过设置在各个发电厂和变电站的远动终端采集电网运行的实时信息，通过信 道传输到主站，主站根据全网的信息对电网的运行状态进行分析、负荷预测以及自动发 电控制等。当系统发生故障时，继电保护切除故障线路后，调度自

33、动化系统可将继电保 护的状态采集后送到调度员的监视屏幕上。调度员根据这些信心可以掌握故障情况和原 因，并采取相应的措施，使电网恢复正常供电。电力系统调度自动化可概述为遥测、遥 信、遥控、遥调、遥视这“五遥”功能。 4.3.3 电厂动力机械自动控制 对各类发电厂的动力机械运行实现自动控制是现代电力系统的必然要求。火力发电厂 的动力机械主要是为锅炉汽轮机等热力设备的热工过程服务的，其自动化控制系统主要 包括锅炉自动控制系统、汽轮机自动控制系统、辅助设备自动控制系统、计算机监视系 统等。 4.3.4 电站自动化 常规变电所将大量现场一次设备同安装在控制室内的单项自动化装置之间并用大量电 缆一一对应地

34、连接起来。其设备复杂，占地面积大，功能分立。随着大规模集成电路、 现代信号处理技术和计算机监控技术的发展，取消了传统的集中控制屏，二次回路极为 简洁，控制电缆大量减少，构成一个统一的计算机系统来完成变电站自动化功能，包括 远方监视与控制、远动和继电保护、测量和故障记录，运行参数自动打印等，可以实现 无人值班运行。功能综合化、结构微机话化、操作监视屏幕化、运行管理智能化的特征。 4.4 电力系统的自动控制装置 4.4.1 输电线路的自动重合闸 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 13 4.4.

35、1.1 概述 在电力系统，输电线路最容易发生故障，据运行经验，故障大多是瞬时性故障，约 占故障总数的 80%以上。为了提高的供电可靠性，线路因故障断开后再进行一次重合闸， 这种将被切除的故障线路重新投入的一种自动装置叫作自动重合闸装置。 4.4.1.2 自动重合闸装置的作用 1、提高输电线路的供电可靠性，减少由于瞬时故障造成的停电损失； 2、对于双端电源供电的高压输电线路，可以提高系统并列运行的稳定性，从而提高 输送容量。 3、可以纠正由于断路器本生机构不良或保护误动引起的误跳闸。 规程规定“1KV 以上架空线路和电缆混合线路，在具有断路器时应装设自动重合闸装置” 。 4.4.1.3 自动重合

36、闸的分类 1、按作用于断路器的方式：三相重合闸、单相重合闸、综合重合闸； 2、按运用的线路结构：单侧电源重合闸、双侧电源重合闸（快速自动重合闸、非同 期自动重合闸、检定同期和检定无压自动重合闸等） 。 4.4.1.4 单侧电源线路的三相自动重合闸 单侧电源线路只有一侧电源供电，无需考虑同期问题，重合闸装置装于线路送电侧。 我国电力系统广泛采用三相一次自动重合闸。所谓三相一次自动重合闸指不论在输电线 路上发生任何短路故障，继电保护装置都应动作将三相断路器一起跳开，然后启动重合 闸装置，将三相断路器重新合上；若故障为瞬时性的则重合成功；若故障为永久性的， 继电保护再次将三相断路器跳开不再进行重合。

37、 4.4.1.5 双侧电源线路的三相自动重合闸 1 三相快速自动重合闸 （1）当输电线路上发生故障时，继电保护能迅速的使线路两侧的断路器跳开，并随 及进行重合。 （2）采用三相快速自动重合闸时要具备一定的条件：线路两侧装有全线速动保护； 线路两侧具有快速动作的断路器；断路器重合闸瞬间产生的冲击电流不超过电气设备的 允许值。 （3）应用在 220KV 及以上的输电线路，有利于提高系统并列运行的稳定性和供电的 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 14 可靠性。 2 三相非同期自动重合闸 （1）当

38、输电线路上发生故障时，继电保护使线路两侧的断路器跳开后，不管两侧电 源是否同步就进行自动重合。 （2）不按顺序投入线路两侧的断路器的三相非同期自动重合闸，其接线简单，不需 要装入线路电压互感器，系统恢复并列运行的速度快。但是在线路上发生永久性故障时， 两侧断路器均重合一次，对系统造成的冲击大。按顺序投入线路两侧的断路器的三相非 同期自动重合闸，先重合侧采用单侧电源线路的自动重合闸接线，后重合侧采用检定线 路上有电压的自动重合闸接线，线路上发生任何故障时，继电保护跳开线路两侧的断路 器后，先重合侧重合该侧的断路器；若为瞬时性故障，重合闸成功，线路上有电压，后 重合侧检测到线路上有电压后进行重合。

39、若为永久性故障，先重合侧重合后，继电保护 加速动作切除故障后不再进行重合。后重合侧检测到线路上没有电压不进行重合。若为 永久性故障时，后重合侧不再进行重合，减小对系统的冲击。 （3）在 110KV 及以上的输电线路，采用不按顺序投入相非同期自动重合闸 3 检定同期和检定无压三相自动重合闸 工作原理：当输电线路上发生故障时，继电保护动作跳开两侧的断路器，线路失去 电压，两侧的同步继电器不动作，其触点打开。这时检定线路上无压的低电压继电器动 作其触点闭合，启动重合闸，经过预定的时间，检定无压侧的断路器重新合上。如果线 路上发生永久性故障时，加速保护装置动作加速跳开该侧的断路器不再重合。检定同期 侧

40、检定线路上无压，只有母线侧有电压，同步侧的同步继电器不动作，不能启动自动重 合闸。如果线路上发生瞬时性故障，检定无压侧重合成功，检定同期侧既加入母线电压 又加入线路电压，开始检测两侧的电压差、频率差、相角差是否满足同期条件，满足同 期条件时，同步继电器的触点闭合，启动检定同期侧的自动重合闸装置，重新合上检定 同期侧的断路器，线路恢复正常供电。 4.4.1.6 自动重合闸与继电保护的配合 1. 自动重合闸前加速保护 一般应用于具有几段串联的辐射形线路中，自动合闸装 置仅装在靠近电源的一段 线路上。 （1）定义：线路上发生故障时，不论故障点在哪，前加速保护无选择的瞬时跳开电 源侧的断路器，然后启动

41、重合闸装置，将该断路器重新合上并将前加速保护闭锁。若故 障为瞬时性的则重合成功；若故障为永久性的，则依靠故障点所在线路的保护，有选择 性地将永久性故障切除。 (2)优点:能快速切除瞬时性故障，而且设备少只需要一套 ARC 装置，接线简单容易 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 15 实现。缺点：切除永久性故障的时间长，装有 ARC 装置的断路器的动作次数多，但 ARC 装置或断路器拒动，使停电范围扩大。 (3)适用范围：35KV 及以下的发电厂、变电所引出的直配线上，以便快速切除故障。 2.

42、 自动重合闸后加速保护 必须在各线路上装设有选择的保护和自动重合闸装置。 （1）定义：当任一线路上发生故障时，首先由故障线路的保护有选择的将故障切除， 然后启动故障线路的自动重合闸装置，若故障为瞬时性的则重合成功；若故障为永久性 的，后加速保护无选择的瞬时跳开故障线路的断路器。 （2）优点:第一次保护装置动作跳闸是有选择性的，不会使停电范围扩大；其再次断 开永久性故障的时间加快，有利于系统运行的稳定性。缺点：第一次切除故障可能带延 时，影响自动重合闸装置的动作效果。 （3）适用范围：35KV 及以上的电网中，应用范围不受电网结构的限制。 4.4.1.7 综合重合闸的重合闸方式 （1）单相重合闸

43、：线路上发生单相故障时只跳开故障相，然后进行单相重合；当重 合到永久性故障，系统又不允许非全相运行时，保护再次动作跳开三相不再进行重合。 当线路上发生相间故障时，保护动作跳开三相后不再进行重合。 （2）三相重合闸：不管线路上发生任何形式的故障，跳开三相断路器实行三相自动 重合闸；当重合到永久性故障时，断开三相不再进行重合。 （3）综合重合闸：线路上发生单相故障时只跳开故障相，然后进行单相重合；当重 合到永久性故障，系统又不允许非全相运行时，保护再次动作跳开三相不再进行重合。 当线路上发生相间故障时，保护动作跳开三相断路器，实行三相自动重合；当重合到永 久性故障，保护动作跳开三相后不再进行重合。

44、 （4）停用方式：不管线路上发生任何形式的故障，保护动作跳开三相断路器，不再 进行重合。 4.4.2 二备用电源自动投入装置 4.4.2.1 定义 当工作电源因故障断开以后，能自动而迅速地将备用电源投入到工作，或将用户切 换到备用电源上去，从而使用户不至于被停电的一种自动装置，简称备自投。 4.4.2.2 分类 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 16 明备用：备用电源在正常情况下不运行，处于停电备用状态；只有工作电源故障被 切除时菜投入。暗备用：两个电源正常时都为工作电源，各带一部分负荷，

45、均留有一定 的备用容量；当一个电源故障时，备自投动作将故障电源切除，另一个电源带全部的负 荷。 4.4.2.3 作用 提高供电可靠性，节省建设投资；简化继电保护；限制短路电流，提高母线残余电 压。 4.4.2.4 工作原理 工作电源或设备故障时断路器跳闸，装置检测到工作电源消失，工作电源断路器在 跳闸位置，备用电源电压正常，且备用电源继电保护未动作，此时备自投动作将备用电 源或设备投入。若投到故障系统上，备自投继电保护动作将备用电源或设备退出，而且 只动作一次。待故障处理完毕后，解除备自投的闭锁，准备下一次的动作。 4.4.3 按频率自动减负荷装置 4.4.3.1 定义 当电力系统频率降低时，

46、根据系统频率下降的不同程度，自动断开相应的负荷，阻 止频率的减低，并使系统频率恢复到给定的数值，从而保证电力系统的安全稳定运行和 重要用户不间断供电的一种自动装置。 4.4.3.2 对按频率自动减负荷装置的基本要求 （1） 按频率自动减负荷装置动作后，系统频率应恢复到恢复频率范围内。由于系 统故障时功率缺额较大，考虑装置本身的误差，要求系统频率应恢复到规定频率范围内 即可，一般要求恢复频率低于系统的额定频率（我国电力系统规定恢复值不低于 49.5HZ） 。 （2）应该有足够的负荷接于按频率自动减负荷装置上，当系统出现严重的有功缺额 时，按频率自动减负荷装置能够充分发挥作用，使系统频率恢复到给定

47、的数值。 （3）按频率自动减负荷装置应能根据系统频率下降的不同程度分级切除负荷，采用 逐步逼近的方式。即当频率下降到一定值，按频率自动减负荷装置的相应级动作切除一 定量的负荷。如果不能阻止频率的下降，下一级动作再切除一定量的负荷，直到频率不 再下降为止。分级切除时，首先切除不重要的负荷，必要时再切除部分重要负荷。 （4）按频率自动减负荷装置动作频率、动作时间应符合要求。 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 17 （5）按频率自动减负荷装置应该设置附加级。按频率自动减负荷装置在动作过程中， 可

48、能会出现系统频率长时间低于恢复频率运行，为了消除这一现象，应该设置较长延时 的附加级，动作频率取恢复频率下限，附加级动作后，足以使系统频率恢复到恢复频率 范围内。 4.4.4. 发电机的自动并列装置 4.4.4.1 发电机自动并列操作 为满足电能的质量和系统安全稳定运行的要求把一台待投入运行的空载发电机经过 必要的调节，在满足同期并列条件下经开关操作与系统并列的操作过程成为并列操作。 4.4.4.2 同步发电机并列操作的方法 （1）准同步并列：待并发电机转子的转速达到额定转速后，给发电机加励磁，待发 电机建立起电压，调整发电机电压和频率，在接近同步条件时和上并列段路器，将发电 机并入电网。 （

49、2）自同步并列：待并发电机转子的转速达到额定转速后，和上并列段路器，将发 电机并入电网；立即给发电机加励磁，由系统将发电机拉入同步。 4.4.4.3 同步发电机准同步并列的条件 （1）待并发电机电压和系统电压接近相等，其电压差不超过额定值的 5%10%； （2）待并发电机电压和系统电压并列瞬间相角差接近相等，并列瞬间相角差不超过 10 度； （3）待并发电机频率和系统频率接近相等，其频率差不超过额定值的 0.2%0.5%。 4.4.4.4 数字式自动准同步并列装置 1概述 用大规模集成电路微处理器（CPU）等器件构成的字式自动准同步并列装置，硬件简 单，编程方式灵活，运行可靠。CPU 具有高速

50、运算和逻辑盘点能力，它的指令周期以毫 秒计算，发电机可以有足够充裕的时间进行相角差和频角差近乎瞬时值计算，并按照频 率差值、电压差值的大小和方向确定相应的调节量，对机组进行调节，以满足最佳并列 效果。考虑到相角的加速问题，数字式自动准同步并列装置能按照相角的变化规律选择最 佳导前时间发出合闸脉冲，缩短并列操作的过程，提高运行可靠性。 2同步条件检测 （1）电压检测 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 18 交流电压变送器把交流电压转换为直流电压，从/转换器接口读取系统和 发电机电压量的有效值

51、，当系统和发电机电压量的有效值超过允许电压偏值时，不允许 发出合信号。当系统电压高于发电机电压时，并行口输出升压信号，输出调节信号的宽 度与其差值成比例，反之输出降压信号。 （2）频率检测 把交流电压正弦信号转换为方波，经过二分频后，利用正半波高电平作为可编程计 数器开始计数的信号，其下降延开始计数，由 CPU 读取其中计数值 N，并使计数器复位， 为下一个周期计数做好准备。交流电压计数器的及时脉冲频率为,则交流电压的频率 f=fc/N。发电机电压和系统电压分别由可编程定时计数器计数，主机读取 Ng、Ns，求得 fg、fs。当 fg、fs 差值超过频率允许差值，不允许输出合闸信号，同时发调频脉

52、冲，按发 电机频率高于或低于系统频率来输出增速或减速信号。 （3）导前时间检侧 将发电机电压和系统电压转换为相同周期的方波电压，通过对矩形波进行过零点检测， 获得带并列发电机和系统的频率，从而求出频差和角频差，在随机存储器中保留一个这 些时段的值，通过计算已知时段的时间差和角频差得到频差对时间的二阶导数，计算出 理想导前时间（即发出合闸脉冲到断路器主触头闭合的时间)，本计算点的相角差在允许 范围内时发出合闸脉冲。 3微机自动准同步装置将发电机并网的过程 装置接入后开始工作，首先进行装置主要部件自检，如果出错将会显示出错信息， 启动报警。如果各部件正常，则检测出开关的状态，检测为工作状态，如果检

53、测到一个 特定的并列点同步开关信号，则装置进入同步工作状态。如果无并列点的选择信号或选 择信号多于一个，则显示出错误信息并报警。进入同步工作状态后，如果检测到发电机 侧和系统侧电压互感器二次侧电压低于低电压闭锁值，装置报警，并停止执行并网程序。 如果检测到压互感器二次侧电压高于低电压闭锁值，相位表按滑差方向旋转，开始检查 频差和压差是否越限。如越限，且选择了自动准同步装置的自动调频和调压功能，则装 置进行自动调频和调压。如果频差和压差都在允许范围内，将检测断路器两侧是否同频。 如果出现同频，装置将自动发出加速控制命令，使待并发电机加速，促进同步条件的出 现。在频差和压差均满足要求后，进入准备并

54、网阶段，测量当前的相角差，相角差进入 180-0 区间，开始检查频差变化率是否越限，程序进行理想导前相角的计算，当相角差接 近零度时，发出合闸命令。确保在角差等于零度时，断路器的主触头闭合。 3. 自动准同步装置的功能 （1）能自动检测待并发电机与系统的电压差、频率差，当满足同期条件时，自动发出 合闸脉冲命令，使断路器主触头闭合瞬间相角差为零； （2）如果电压差、频率差不满足同期条件，能自动闭锁合闸脉冲，同时检测出电压差、 频率差的方向，对待并发电机进行电压和频率的调整，从而加快自动并列的进程。 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕

55、毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 19 4.4.5 同步发电机自动调节励磁装置 4.4.5.1 概述 同步发电机和励磁系统构成了同步发电机的自动调节励磁系统。同步发电机的励磁系 统由励磁功率单元和自动调节励磁装置组成。励磁系统系统就是为同步发电机提供励磁 电流的设备，即与同步发电机转子电压的建立、调整以及必要时使其消失的设备。励磁 功率单元的作用是向同步发电机的励磁绕组提供励磁电流。自动调节励磁装置根据发电 机端电压的变化控制励磁功率单元的输出，达到调节励磁电流的目的。 4.4.5.2 自动调节励磁装置的作用、调节原理及分类 1自动调节励磁装置的作用 自动调节励磁装置是同步发电机励磁控

56、制系统的智能部件，他是根据端电压（和电 流）的变化对机组励磁产生校正作用的装置，用来实现正常和事故情况下励磁的自动调 节。 2自动调节励磁装置的调节原理 自动调节励磁装置按其调节原理可分为按电压偏差比例调节和补偿调节两种。按电压偏 差比例调节，当机端电压上升，调节器控制励磁功率单元，输出励磁电流减小，使机端 电压下降；反之增大励磁电流，使机端电压上升。这种调节系统，只要机端电压变化， 调节器都能进行调节，最终使机端电压维持在给定水平上。补偿调节是按影响机端电压 变化的一些因素进行调节，具有一定的盲目性，只作为辅助调节装置，不单独使用。 3自动调节励磁装置的分类 自动调节励磁装置按其构成可分为机

57、电型、电磁型、半导体型和微机型。机电型调 节器不能连续调节，响应速度慢，存在死区，已被淘汰；电磁型调节器调节速度慢，但 可靠性高，通常用于直流励磁机系统；半导体型调节器响应速度快，且工作可靠性高， 在电力系统中广泛应用；微机型调节器功能全面，灵活方便，逐步广泛使用。 4.4.5.3 半导体自动调节励磁装置 1自动调节励磁装置的构成 半导体自动调节励磁装置由基本控制和辅助控制两大部分组成。基本控制单元由调 差单元、测量比较单元、综合放大单元和移相触发单元构成,实现励磁电流的自动调节， 以便维持电压水平和合理分配机组间的无功功率。辅助控制单元是为了满足发电机不同 工况的要求，改善电力系统稳定性和励磁系统动态性能而设置的。 山山 西西 电电 力力 职职 业业 技技 术术 学学 院院 继继 续续 教教 育育 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 20 2半导体自动调节励磁装置各基本控制单元的作用 （1）调差单元 稳定、合理分配机组间的无功功率。调差单