电力系统自动装置电子教案及讲义

1、电力系统自动装置电子教案及讲义章节与课题第一章 绪论目的要求了解电力系统自动化技术的主要任务，内容；熟悉电力系统安全自动装置配置及各装置的作用；了解主要学习内容及计划课时。重点难点电力系统自动装置内容教学方法讲授法、讨论法作 业电力系统自动装置包括哪些内容，如何配置？小 结保证同步发电机并列操作的正确性和安全性的自动并列装置：保证电压水平，提高电力系统的运行稳定性的自动调节励磁aer；保证系统频率水平且使系统负荷在同步发电机之间实现最优经济分配的自动调频；反事故安全自动装置自动重合闸ard；备用电源和备用设备自动投入ats；自动按频率减负荷afl及自动解列、电气制动、水轮发电机自动起动。教学内

2、容:详细教学内容授课内容： 一、电力系统自动化的主要任务： （1）保证电能质量：频率、电压、波形。通过有功功率的调节保证频率；无功功率的调节保证电压。 （2）提高系统运行安全性。通过计算机程序化的事故预想，能够实现对系统当前的运行状况进行详细的安全分析，确定具有足够承受事故冲击能力的运行方式。 （3）提高事故处理能力。一旦电力系统中发生事故，迅速正确地处理事故，是减小事故损失、尽快恢复正常运行的保证。通过安全自动装置实现局部的故障处理。 （4）提高系统运行经济性。在系统安全运行、保证用户有合格电能质量前提下，整个电力系统是处在最经济的运行状态，其发电成本是最小的。 二、电力系统自动化技术包括的

3、内容：电力系统自动装置，电力系统调度自动化。 1、电力系统自动装置包括： 1）保证同步发电机并列操作的正确性和安全性的自动并列装置； 2）保证电压水平，提高电力系统的运行稳定性的自动调节励磁aer ；保证系统频率水平且使系统负荷在同步发电机之间实现最优经济分配的自动调频； 3）反事故安全自动装置自动重合闸ard；备用电源和备用设备自动投入ats；自动按频率减负荷afl及自动解列、电气制动、水轮发电机自动起动及自动切负荷、火电厂事故减出力、水电厂事故切机等，如图1-1为电力系统安全自动装置配置： 图1-1电力系统自动装置配置示意图 2、电力系统调度自动化：1）对实时数据进行收集和处理，保证电能质

4、量，保证系统安全和经济运行。2）对事故的实时预想以选择合理的最优运行方式；系统事故发生后，提供正确的事故处理措施。因此，电力系统调度自动化是一项效果显著、经济效益高、提高系统安全经济运行水平的技术措施。 三、主要学习内容及计划课时 1、同步发电机的自动并列装置（10+2课时） 保证了并列操作的正确性和安全性，而且减轻了运行人员的劳动强度，加快并列操作的过程。 zzq-5 自动准同步装置； 数字式并列装置 2、同步发电机的自动调节励磁装置aer（18+2） 调整同步发电机励磁系统的励磁电流维持发电机机端电压；分配并列运行发电机间无功功率，保证系统运行时的电压水平；提高电力系统的稳定性； 3、电力

5、系统频率和有功功率自动调节（4） 通过调整发电机的有功出力保证电力系统正常运行时有功功率的自动平衡，使系统频率在规定范围内变动。 4、输电线路的自动重合闸ard（10+2） 将被非正常操作跳开的断路器重新自动投入的一种自动装置，提高输电线路供电的可靠性。 5、备用电源和备用设备自动投入装置ats（4+2） 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,保证用户供电可靠性 6、自动按频率减负荷装置afl（4） 防止电力系统因事故发生有功功率缺额时频率的过度降低，保证了电力系统的稳定运行和重要负荷的正常工作； 7、 反事故措施（2） 1）自动解列装置可防

6、止系统稳定破坏时引起系统长期大面积停电和对重要地区的破坏性停电。 2）水轮机组低频自启动当电力系统发生功率缺额、频率降低时，水轮发电机迅速起动并投入系统运行。 3）自动切机自动切机是在系统发生短路故障时，在功率过剩侧自动切去部分机组，以减少过剩功率，使重合闸时保持系统的稳定性。 4）电气制动是在系统发生短路故障时，在功率过剩的电厂侧快速投入制动电阻，消耗过剩功率以限制机组加速，使重合闸时两侧电势摆开的角度不致过大。 8、电力系统安控装置包括检测单元、判断单元、决策单元、执行单元和通信单元，控制电力系统稳定安全（2） 9、 故障录波装置（2） 正确分析事故原因、研究防止对策提供原始资料，帮助查找

7、故障点；分析评价继电保护及自动装置、高压断路器的动作情况，及时发现设备缺陷，以便消除隐患；实测系统参数，研究系统振荡。 授课顺序2课 时2累计学时4章节与课题第二章同步发电机的自动并列装置课题一：并列方法及条件目的要求熟悉并掌握关于并列的一些基本概念；分析准同步并列条件重点难点重点：同步运行、并列操作、准同步并列、自同步并列、滑差、滑差频率、滑差周期、恒定导前时间、恒定导前时间式自动准同步装置；难点：准同步并列条件不满足时并列对系统的影响教学方法讲授法、讨论法作 业1、并列的方法有哪两种？如何定义？各有何特点？2、准同步并列的条件有哪些？如果不满足这些条件，会有什么后果？3、为什么要在=0之前

8、提前发合闸脉冲？4、自动准同步装置的任务是什么？小 结自动准同步装置应能自动检定待并发电机和系统母线间的压差、频差大小，当满足要求时，导前（=0）tad时间自动发出合闸脉冲命令，使断路器主触头闭合时=0。如果压差或频差不满足要求，则检出压差和频差方向，对待并发电机进行电压或频率的调整，以加快自动并列的过程。教学内容:详细教学内容授课内容： 一、同步发电机的并列 1、同步运行并列运行的同步发电机，其转子以相同的电角速度旋转，每个发电机转子的相对电角速度都在允许的极限值以内。 2、并列操作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。 3、同步发电机的并列

9、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。 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。 3）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，另外，如果合闸时刻不准确，可能造成非同步合闸。 4）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

10、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。 4、分类：按自动化程度不同，准同步并列分为手动准同步、半自动准同步和自动准同步。 5、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。例如，发电机、发电机双绕组变压器组高压侧、发电机三绕组变压器组各电源侧的断路器都是同步点，用以实现一台发电机的并列操作；母线联络断路器是同步点，作为同一母线上所有发电单元的后备同步点；双绕组变压器、三绕组变压器各电源侧断路器都是同步点，在任一侧故障断开或检修后恢复时，可以减少并列过程中的倒闸操作

11、，保证迅速可靠地恢复供电。母联、旁路、35kv及以上系统联络线等的断路器都是同步点。母线分段断路器一般不作为同步点，因为低压侧母线解列时，高压侧是连接的，没有同期要求。 对变压器为y,d11连接，采用侧电压在y侧实现准同步时，可用接线为d，y1,相电压变比为 的中间转角变压器进行相位补偿。 二、 准同步条件分析 1、滑差s 在相量图上 g和 sys以不同的电角速度g和sys旋转，如果以系统侧电压为基准，则发电机以（gsys）的相对电角度旋转，记为即s=gsys=2（fgfsys）=2fs 2、滑差频率fs= fgfsys； 如果从 g和 sys同相位时开始计时，则 g和 sys之间的 3、相角

12、差=|gsys|t=|s|t 4、滑差周期ts我们称变化360（2rad）所用的时间，如果s在一个ts内保持不变，则ts与s、fs有如下关系 （2-3） 显然，ts的大小反映了待并发电机和系统之间频率差的大小，ts小则表示频差大，ts大则表示频差小。我们可以将这一结论用于检测待并发电机是否满足并列条件。 5、发电机并列操作应该遵循以下原则： （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、发电机并列时不满足准同步条件的后果。 1）设ug与usys相位相同（=0），fg=fsys，但ugusys。则 相量图如图2-2

13、所示 当ugusys时， 滞后 g90对发电机起去磁作用，发电机并列后立即带无功负荷；当ugusys, 超前 g90对发电机起助磁作用，发电机并列后立即从系统吸收无功功率。如果u很大，则iim过大时，将会引起发电机定子绕组发热，或定子绕组端部在电动力的作用下受损。因此，一般要求电压差不应超过额定电压的5%10%。 2）设fg=fsys，ug =usys=u，但 g与 sys相位不同（0），则 ， 如果很大，iim很大，其有功分量电流在发电机轴上产生冲击力矩，严重时损坏发电机。通常准同步并列操作允许的合闸相位差不应超过去5。如果合闸瞬间发电机与系统之间存在较小的相位差，当 g超前 sys，发电机

14、并列后立即发出有功功率；当 g滞后 sys，发电机并列后立即从系统吸收有功功率。 3）设ug =usys，但fgfsys 。 g与 sys之间具有相对运动，则并列合闸后的在0到360之间周期性变化， 当=0时，u=0，则iim=0； 当=180时，u=2ug=2usys，则iim最大； 当=360（ 0）时，u=0，则iim=0。 可见，发电机在频差较大的情况下并入系统，立即带上较多正的（或负的）有功功率，对转子产生制动（或加速）的力矩，使发电机产生振动，严重时导致发电机失步，造成并列不成功。一般准同步并列时的允许频率差范围为额定频率的0.2%0.5%。对工频额定频率50hz，允许频率差为0.

15、10.25hz。 7、发电机准同步并列的实际条件是： （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%。 8、合闸脉冲命令的发出在压差、频差满足要求的情况下，并列断路器主触头闭合时，应使等于0。由于断路器的合闸过程有一定的时间，作为自动准同步装置，必须在=0导前一个时间tad发出合闸脉冲。 9、恒定导前时间tad为从发出合闸脉冲起到断路器主触头闭合止中间所有元件动作时间之和，一般约为0.1

16、0.7s。导前时间tad应不随频差、压差而变，是一个固定的数值，所以有恒定导前时间之称，以此原理作成的装置也被称为恒定导前时间式自动准同步装置。授课顺序3课 时2累计学时6章节与课题第二章同步发电机的自动并列装置课题二：同步条件检查目的要求掌握整步电压的定义及特点。从框图上熟悉线性整步电压的获得方法、波形。在此基础上掌握恒定导前时间式自动准同步装置频差大小检查的方法、原理。重点难点全波线性整步电压特点，恒定导前相角，分析频差大小检查的原理。教学方法讲授法、讨论法作 业1、何谓整步电压？ 2、说明全波线性整步电压的特点 3、说明自动准同步装置中导前时间脉冲和导前相角脉冲的根本区别。 4、试分析线

17、性整步电压最低值不为零时，对导前时间有何影响？ 5、说明频差大小检查的方法及原理。小 结1、全波线性整步电压的特点：1）包含了相角差信息量和频差信息量；不包含压差信息量。 2、频差大小检查的方法、区间：比较导前时间脉冲和导前相角脉冲出现的先后次序检查频差大小，在180360区间内进行。教学内容:详细教学内容授课内容： 1、整步电压uzb包含同步条件信息量的电压。整步电压分为正弦整步电压（与时间具有正弦函数关系）和线性整步电压（与时间具有时间具有线性函数关系）。 2、全波线性整步电压获得框图、电路、波形 由图2-9（b）可见，当usys和ug中任意一个是高电位，而另一个是低电位时，vt获得基极电

18、流而饱和导通，输出a点为低电位；只有在usys和ug同时高电位（usys和ug同时为负）或usys和ug同时低电位（usys和ug同时为正）时，vt无法获得基极电流而截止，输出a点才为高电位。uzb的最大值与ua高电位相等,为e， uzb的表达式 uzb波形的上升部分斜率 下降部分斜率 3、全波线性整步电压特点 1）uzb最大值e对应=0或360，最小值对应=180。所以线性整步电压包含了相角差信息量。 2）uzb波形和顶值电压与ug、usys 的幅值无关，不包含压差信息量。 3）uzb的斜率与fs成正比，包含了频差信息量。 4.导前时间脉冲脉冲 产生 uzb（最大值对应于=0，uact0）通

19、过比例微分电路和电平检测电路获得 。对应的为tad=nrc，tad仅与电路参数r、c值及n值有关，与压差或频差无关，是恒定导前时间。 对应的tad是导前=0相应uo低电位时间。 5、如果线性整步电压的最小值不为0v，对导前时间（低电位）有何影响？（讨论） 相当于比例电路形成的电压 上叠加一个直流分量，导致tad两增大。所以，在实际调试时，应保持线性整步电压最小值为0v。 6、导前相角脉冲 的形成 将最大值对应=0的uzb加入电平检测电路，电路输出即可得到恒定导前相角脉冲 。 导前=0固定相角 称为恒定导前相角，当然 不受频差、压差大小变化的影响。 7、频差大小的检查区间、方法、原理 1）检查频

20、差在180360区间内进行。 2）方法：比较导前时间脉冲和导前相角脉冲出现的先后次序 3）频差大小的检查原理 设恒定导前时间所对应的相角为t ，恒定导前相角所对应的时间为 ，则在某一滑差s下有 （2-22） （2-23） 整定 （2-24） 式中 为的整定滑差。将式（2-22）代入式（2-24），可得如下关系 （2-25） 当 |s.set|；频差不满足要求； 当 tad ，即 比 先出现时，有|s| |s.set; (b) |s| = |s.set|; (c) |s| |s.set| 授课顺序4课 时2累计学时8章节与课题第二章同步发电机的自动并列装置课题三、频差方向鉴别，压差大小和方向鉴别

21、目的要求熟悉频差方向鉴别方法及鉴别频差方向逻辑方框图，了解压差大小和方向鉴别的方法及原理图重点难点分析频差方向逻辑方框图教学方法讲授法、讨论法作 业1、说明频差方向鉴别的方法。 2、说明压差大小和方向鉴别原理。小 结利用ug和usys后沿与usys和ug高低电位相对关系鉴别频差方向；用直接比较法鉴别压差大小和方向教学内容:详细教学内容授课内容： 一、频差方向鉴别 1、区间 在0180进行鉴别频差方向并且发出相应调速脉冲。 2、鉴别频差方向方法：利用ug和usys后沿与usys和ug高低电位相对关系 由图可以看出以下规律： （1）fgfsys：在0fsys：在0180， ug后沿位置落在usys

22、高电位区间。 3、鉴别频差方向逻辑方框图，高电位为逻辑“ 1” ，低电位为逻辑“ 0” 。 输入的方波电压进行微分，再经过非门，在a点得到与ug后沿对应的正脉冲，在b点得到与usys后沿对应的正脉冲。“与 1” 和“与 2” 是高电位动作“与”门，双稳态触发器为高电位触发，用于记录c、d状态。 fgfsys，在0fsys，在0180区间： ug后沿与usys高电位相遇，有a=“ 1” 与usys=“ 1” 相遇，使c=“ 1” （此时d=“ 0” ），触发器置“ 0” ，即q=“ 0” 、 =“ 1” 。 uzb通过电平检测电路可以获得 ，脉冲形成电路在电平检测电路返回瞬间（ 结束瞬间）形成低

23、电位脉冲uh，uh处于0fsys；即为减速脉冲信号， f点输出低电位脉冲（此时 =“ 0” 、q =“ 1” ）表示fgfsys。为加速脉冲信号。 二、压差大小检查及方向鉴别（直接比较法） 设|u|=| - | 当 uact时，电平检测电路动作，表示压差不满足要求，闭锁合闸脉冲，不允许合闸。 当uan= - 0，且uan-usetuact ，电平检测1动作，发降压命令； 当ubn= - 0，且 ubn-usetuact ，电平检测2动作, 发升压命令。 授课顺序5课 时2累计学时10章节与课题第二章同步发电机的自动并列装置课题四、zzq5自动准同步装置（合闸部分，调频部分）目的要求掌握zzq5

24、型装置的构成，合闸部分作用，通过框图、波形图分析其输入与输出，熟悉调频部分的作用、要求、通过方框图、波形分析其工况；重点难点合闸部分、调频部分方框图，波形教学方法讲授法、讨论法作 业1、画出合闸方框图，说明其流程，并分析当满足准同步条件时才发合闸脉冲。 2、对调频部分有哪些要求？定性画出调频部分的构成框图。 3、zzq5型装置中，导前相角因故增大1倍或缩小1倍，试问发电机并列时有何现象？小 结当工频周期50时，区间鉴别电路输出低电位脉冲uh，启动某一调速展宽电路，实施按比例调速。教学内容:详细教学内容授课内容： zzq5型装置由合闸部分、调频部分、调压部分和电源部分组成。 （一）合闸部分 1、

25、作用：检查并列条件，当并列点处两侧的压差、频差均满足要求时，导前（=0）tad时间自动发出合闸脉冲命令，使断路器主触头闭合时=0；当压差或频差不满足要求时，闭锁合闸命令。 2、zzq-5合闸部分原理框图及对应电路主要元件，各主要波形：（讨论、分析过程） 1）全波线性整步电压ue105的最大值39.3v，对应=0（360），最小值0v，对应=180。 2）恒定导前时间vt108的集电极输出就是恒定导前时间信号utad，电路的动作电压可以通过r120调整，恒定导前时间可以通过r114、c103c105调整，一般用c103c105进行粗调，用r114进行细调。 3）恒定导前相角电路的动作电压可以通过

26、r142调整，从而实现调整恒定导前相角，vt115的集电极输出就是恒定导前相角信号 。 4）电源闭锁电路装置投入电源时将装置闭锁12s， 为低电位时开放合闸逻辑电路。 5）合闸逻辑电路由调压部分给出压差检查结果uu，满足条件时输出uu低电位，不满足条件时输出uu高电位；最后由合闸逻辑电路决定是否发出合闸命令。 小结：只有当压差、频差均满足要求时，才导前（=0）tad时间自动发出合闸脉冲命令。 （二）调频部分 1、作用：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。调速脉冲应在0180区间内发出。 2、对调频部分要求： （1） 正确鉴别频差方向

27、。 （2） 按比例调节。即频差大时，单位时间发出的调频脉冲应该多；频差小时，单位时间发出的调频脉冲应该相应按比例减少。 （3） 调频脉冲宽度可调。适应发电机不同类型调速机构的性能。 （4） 当频差过小（小于0.05hz）时自动发加速命令。并列时可能出现频差过小近似同步但不同相的现象，因而拖长并列合闸过程。此时，调频部分应以一定的周期自动发加速命令。 3、zzq-5调频部分组成：调频脉冲形成电路、脉冲展宽电路、频差过小自动发加速脉冲电路和电气零点电路， 4、zzq-5调频部分框图、波形（讨论、分析过程） 电路主要元件说明： 1）脉冲展宽电路 调整r241可以调整加速脉冲宽度；调整r240可以调整

28、减速脉冲宽度。 2）频差过小自动发加速脉冲电路。当频差小于0.05hz（滑差周期大于20s）时，起动加速脉冲展宽电路。 3）电气零点：=0对应之点、继电器k6在=0开始动作之点。滤波电路存在时滞，uzb的最大值并不与=0对应，所以utad结束返回高电位的时刻也不与=0对应，而是在=0稍后时刻，即tad并不是真正的导前时间，真正的导前时间为 ，从k1动合触点闭合起直到k6动合触点闭合止之间时间就是 。 6）误差分析：一个工频周期（0.02s）就有一个触发脉冲，与=0或=180对应的误差最大0.02s，最小0s。如果k6的动作时间是+-0.01s，则利用电气零点测得 最大误差为0.02+0.01=

29、0.03（s），最小误差为0.02-0.01s。实际一般从测得的 减去0.02stad，使最大误差变为0.01s。若频差fs=0.4hz,= 0.01=3600.40.01=14。 授课顺序6课 时2累计学时12章节与课题第二章同步发电机的自动并列装置课题五、zzq5自动准同步装置（调压部分，电源部分）及整体介绍目的要求掌握zzq5型装置调压部分的作用、组成及调节元件，熟悉电源、出口、信号各部分之间的联系及zzq5型装置的输入、输出信号；对zzq5自动准同步装置与系统联系有整体认识重点难点电源、出口、信号各部分之间的联系教学方法讲授法、讨论法作 业1、自动准同步装置由哪几个部分构成？各部分的作

30、用是什么？ 2、自动准同步装置，若接入时将ug和usys两者接错，试分析装置的行为，有何现象和结果？ 3、某发电机并列断路器的合闸时间为0.28s，当要求频差控制在0.2hz时，若采用自动准同步装置来使发电机并列，试求导前相角脉冲对应的导前角度为多少度？运行中zzq5型装置需整定的参数有哪些？是调整哪些元件？小 结自动准同步装置与系统联系的整体认识：教学内容:详细教学内容授课内容： （一）调压部分调压部分的构成； 1、调压部分的作用：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，使发电机电压趋近系统电压；当压差满足并列条件时解除压差闭锁。 2、zzq

31、-5调压部分组成：压差方向鉴别、压差闭锁电路、调压脉冲形成电路。 3、zzq-5调压部分原理框图 通过调整r333可以调整调压脉冲间隔时间、调整r335可以调整调压脉冲时间，即调压脉冲宽度可调，以适应不同的励磁调节特性。 （二）zzq-5电源、出口、信号部分 装置直流电源有三种，其中+55v经整流滤波后获得，+40、+12v经稳压管稳压后获得。供给合闸、调频、调压电路的继电器动作、晶体管电源。交流电源通过3s3、3m3供给hlil6 装置的出口回路采用微型继电器的触点输出，其中k1为合闸继电器，k2、k3分别为增速、减速继电器，以常闭触点互为闭锁，提高工作可靠性；k4、k5为升压、降压继电器，

32、同样也以常闭触点互为闭锁。 装置的信号回路采用信号灯，当k1k5有一个动作时，对应的信号灯发出相应的信号。白灯hl6接入的是发电机电压和系统电压的差值电压，装置投入工作后，hl6即随着差值电压变化而明暗周期地变化，于=0时最暗，=时最亮，通过h6的明暗变化，可以判断发电机电压和系统电压频差的大小（频差大，h6明暗变化快）以及合闸脉冲发出时间的正确性，故称为同步指示灯。 （三）整体方框图 电源部分通过tv3取得系统侧电压，经整流后供给整个装置直流电源和装置的出口、信号回路。 调压部分将ug、usys整流比较，当uu不满足要求时，作用于合闸部分，闭锁合闸脉冲的发出，同时发相应的调压脉冲，调整发电机

33、励磁电流大小，使ugusys。 调频部分比较ug和usys后沿与usys和ug高电位相对关系鉴别频差方向，形成相应调速脉冲作用于汽轮机的调速机构，改变发电机的转速，使fgfsys。 合闸部分取ug、usys得到uzb，然后利用uzb检查同步条件是否满足，满足时发合闸脉冲，合上发电机出口断路器qf，将发电机并入系统。 授课顺序7课 时2累计学时14章节与课题第二章同步发电机的自动并列装置课题六、数字式并列装置目的要求对数字式并列装置的特点、硬件、软件有一定的了解。重点难点数字式并列装置硬件电路教学方法讲授法、讨论法作 业1、模拟式并列装置存在的主要问题是什么？ 2、数字式并列装置的定义及主要特点

34、是什么？ 3、自动准同步装置主要输入信号和输出信号？小 结从ug、usys的电压波形中采集两并列电源间的相角差、频率差fs等信息，数字式准同期并列装置充分发挥了微处理器高速运算能力且性能稳定，因而具有显著优点。教学内容:详细教学内容授课内容： 一、模拟式并列装置存在的主要问题 模拟式并列装置是认为s是匀速的，但实际上是多变的，如系统频率不很稳定或发电机转速是变化的，都会有不同程度的加速度。特别是对合闸时间较长的断路器，合闸瞬间相角差会很大，引起很大的冲击电流。或为了获得稳定的s，把并列过程拉得很长。另外，由于装置元件老化或因温度变化引起的参数变化，也将使导前时间产生误差。 二、数字式并列装置定

35、义及主要特点 定义：借助于微处理器的高速处理信息能力，利用编制的程序，在硬件配合下实现发电机并列操作。 主要特点：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。 三、数字式并列装置 （一）硬件电路 以微处理器（cpu）为核心的数字式并列装置，配置由主机，输入、输出接口和输入、输出过程通道等组成。 1、主机 cpu和存贮器（ram、rom）一起称为主机。控制对象运行变量的采样输入存放在可读写的随机存贮器ram内，固定的参数和设定值以及编制的程序，则固化存放在只读存贮器rom内。自动并

36、列装置的重要参数，如断路器合闸时间、频率差和电压差允许值、转差角加速度计算系数、频率和电压控制调节的脉冲宽度等，为了既能固定存贮，又便于设置和整定值的修改，可存放在eprom中。 2、输入、输出接口电路 在计算机控制系统中，输入、输出过程通道的信息不能直接与主机的总线相接，它必须由接口电路来完成信息传递任务。现在各种型号的cpu芯片都有相应的通用接口芯片供选用。它们有串行接口、并行接口、管理接口（计数/定时、中断管理等）、模拟量数字量间转换（a/d、d/a）等电路。 3、输入、输出过程通道 a、输入通道 并列装置在现场工作输入信息有： 1）状态量输入。并列点两侧电压互感器二次侧交流电压信号中提

37、取电压幅值、频率和相角差等三种信息，作为并列操作的依据。 2）并列点数字量。如tad，s.set， 等，用于调用与并列点对应的一套参数 3）工作状态及复位按钮。 b、输出通道 发电机转速调节的增速、减速信号； 调节发电机电压的升压、降压信号； 并列断路器合闸脉冲控制信号。这些控制信号可由并行接口电路输出，经放大后驱动继电器用触点控制相应的电路。 （一） 人-机联系 这是计算机控制系统必备的设施，属常规外部设备。用于程序调试、设置或修改参数。显示并列过程主要变量。 常用的设备有： （1） 键盘用于输入程序、数据和命令。 （2） 按钮供运行人员操作。 （3） crt、lcd显示器生产厂家及现场应用

38、人员调试程序或定值输入及相操作的显示 （4）数码和发光二极管显示指示为操作人员提供直观的显示方式，以利于对并列过程的监控。 （二）数字式并列装置的软件 1、主程序 2、并列条件检测程序 授课顺序8课 时2累计学时16章节与课题第三章同步发电机的自动调节励磁装置课题一：同步发电机励磁系统目的要求了解励磁系统的定义、组成，理解励磁自动调节的作用、基本要求和基本框图。重点难点励磁自动调节器的作用教学方法讲授法、讨论法作 业1、磁系统的定义、组成 2.励磁自动调节器的作用 3、当同步发电机与无穷大系统并列运行时，若保持发电机输出的有功pg= sin为常数，则调节励磁时，有（）等于常数小 结小结：励磁系

39、统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。励磁调节器（aer）：用于在正常运行或电力系统发生事故时调节励磁电流，以满足运行的需求。继电强行励磁装置（aei）：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。自动灭磁装置（aea）。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置。教学内容:详细教学内容授课内容： 一、励磁系统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

40、和电路的总称。 1、组成： 1）励磁功率单元，它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，它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率单元输出的励磁电流。 2、对励磁系统的基本要求 （1）可靠性高。 （2）保证发电机具有足够的励磁容量。 （3）具有足够的强励能力。强励是指发电机电压下降较多时，励磁系统快速地将励磁电流和电压升到顶值的一种运行行为。强励指标包括励磁顶值电压、励磁系统允许强励时间。 （4）保证发电机电压调差率有足够的整定范围。调差率也称为无功电流补偿率。它是指在自动励磁调节器的调差单元投入、电压给定值固定、发电机功率因数为零的情况下

41、，发电机无功电流从零变化到额定值时，发电机机端电压变化率。发电机机端电压调差率通常用表示，按式（31）计算。 （3-1） ugi发电机的空载电压，v； ug2发电机无功电流等于额定值时的发电机机端电压，v； ugn发电机的额定电压，v。 发电机机端电压调差率整定范围一般不应小于10%，并按1%的档距分档。调差特性应有良好的线性度。 （5）保证发电机有足够的调节范围 国家标准规定：自动电压调节器应保证在发电机空载电压的70%110%范围内能稳定、平滑地调节；励磁系统的手动控制单元应保证发电机在空载励磁电压的20%到额定励磁电压的110%范围内能稳定、平滑调节。 （6）保证发电机励磁自动控制系统具

42、有良好的调节特性 该要求主要针对自动励磁调节器提出的。为了完成励磁自动控制系统的各项任务，励磁调节器必须具有良好的调节特性。 二、同步发电机励磁自动调节 1、励磁自动调节器的作用 （1）电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平。当发电机 无功负荷变化时，机端电压要发生相应的变化，此时，自动励磁调节应调节 所需的励磁电流以维持机端或系统电压在给定的水平。 （2）在并列运行发电机之间，合理分配机组间的无功负荷。在并列运行发电 机之间，改变其中一台发电机的励磁电流不但影响该台发电机的电压和无功功 率，而且也将影响与之并联运行机组的无功功率。因此，同步发电机的励磁自 动调节在并列运行发电机间，

43、起着合理分配机组间无功负荷的作用。 （3）提高发电机静稳定极限。由电力系统分析可知，静态稳定极限功率 为 （3-2） 与发电机空载电动势 成正比，而 又与励磁电流成正比，所以增大励磁电流时，就提高了发电机的静稳定极限。 （4）提高系统的动态稳定，加快系统电压的恢复，改善电动机的自起动条件。发生短路时，电压大幅度降低，励磁调节器迅速增大励磁电流以升高电压；改善电动机的自起动条件。 （5）限制发电机突然卸载时电压上升。自动调节器在电压升高到某一数值后实行快速减磁，迅速减少励磁电流，抑制电压上升。 （6）发电机故障或发电机变压器组单元接线的变压器故障时，对发电机实行快速灭磁，以降低故障的损坏程度。

44、2.励磁自动调节器的主要任务自动检测和综合系统运行状态的信息，以产生相应的控制信号，经放大后控制励磁功率单元以得到所要求的发电机励磁电流。 3.对励磁自动调节器的基本要求 (1)应有足够的调节容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。 (2)有很快的响应速度和足够大的强励顶值电压。电力系统发生事故，导致电压降低时，励磁系统应有很快的响应速度和足够大的强励顶值电压,以实现强行励磁作用。为了提高励磁系统的响应速度，应提高自动励磁调节器的响应速度。 （3）有很高的运行可靠性，动作要迅速，调节过程要稳定，调节系统应有无失灵区。 三、同步发电机励磁自动调节装置基本框图（讨论） 授课顺序9课 时2累计学时1

45、8章节与课题第三章同步发电机的自动调节励磁装置课题二：同步发电机励磁方式和励磁调节方式目的要求掌握同步发电机的励磁方式、励磁调节方式及特点；重点难点无刷励磁、自并励静止励磁系统，同步发电机的励磁调节方式教学方法讲授法、讨论法作 业1同步发电机的励磁方式有哪几种？各有何特点？ 2同步发电机有哪几种励磁调节方式？有何根本区别？ 3何谓复式励磁和相位复式励磁？有何区别？小 结补偿型调节与按电压偏差的比例型调节的区别：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。而补偿型励磁调节，输入量并非是被调量，它只

46、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，所以，在运行中还必须采用电压校正器，才能满足要求。教学内容:详细教学内容授课内容： 一、同步发电机的励磁方式：供给同步发电机转子直流励磁电源的方式。 按供电电源的不同分：直流励磁机（发电机）供电、交流励磁机（发电机）经半导体整流供电和静止电源供电。其中，整流器分为可控整流与不可控整流，整流电路又可以分成旋转整流电路和静止整流电路。 1、直流励磁机供电的励磁方式 （1）直流自励：励磁机向自己提供励磁电流 励磁机gd和发电机励磁绕组gle同轴，励磁机发出的电流，一部分送给发电机的励磁绕组gle；一部分经过磁场变阻器rm送给

47、励磁机自己的励磁绕组ele。通过rm的调整，手动调整iele；通过自动励磁调节器，按预定的要求自动调整iele。 （2）直流他励：iele主要由另外一台与励磁机同轴的副励磁机pgd提供。 讨论存在问题及应用：直流励磁机靠机械整流子换向，有炭刷和整流子等转动接触部件，维护量大，造价高。只用于50mw及以下的发电机。 2、交流励磁机经半导体整流器供电的励磁方式 （1）他励交流励磁机静止整流励磁 交流励磁机ge和交流副励磁机pge与发电机g同轴旋转。pge输出的交流电经过可控硅整流器整流后给ge。ge输出的交流电经静止整流器整流后变成直流，供给发电机作励磁电流。自动励磁调节器通过控制可控硅整流元件的

48、控制角改变交流励磁机的励磁电流，来控制发电机励磁电流。 讨论特点： 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)由于控制环节多，使得这种励磁系统的时间常数较大，响应速度较慢。4)有转子滑环和炭刷。需要一定的维护量，且易发生火花，不利防火。 5)加长了机组主轴长度。 （2）自励交流励磁机静止整流励磁系统： 这种励磁系统取消了副励磁机，自动励磁调节器通过控制可控硅整流器中可控硅元件的控制角直接控制发电机的励磁电流。 讨论励磁系统有以下特点： 1)时间常数小，响应速度较快； 2)缩短了机组主轴长度； 3)可控硅整流器控制的电流大，需要的可控整流设备容量大； 4）可实现对发电机

49、的逆变灭磁。 （3）交流励磁机旋转整流励磁（无刷励磁）。 在发电机旋转时，永磁发电机的永磁极、交流励磁机的电枢绕组、硅整流器和发电机转子一起同轴旋转。励磁机励磁绕组放在定子上静止不动；这样，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炭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。 讨论无刷励磁的主要优点： 1）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。 2）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。 存在技术问题： 1）不能采用传统的灭磁装置对转子回路直接灭磁。 2）无法对励磁回路进行直接测量，如转子电流、电压，转

50、子绝缘等。 3）无法对整流元件等的工作情况进行直接监测。 4）对整流元件等的可靠性要求高， 3、静止励磁系统 （1）自并励静止励磁系统：励磁变压器并联在发电机端，且发电机向自己提供励磁功率。 发电机励磁功率取自发电机端，经过励磁变压器te降压、可控硅整流器整流后给发电机励磁。发电机励磁电流通过自动励磁调节器控制可控硅的控制角进行控制。 讨论自并励方式的优点： 1)结构简单、可靠性高、造价低、维护量小。 2)没有励磁机（励磁变压器放置自由），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，可获得很快的励磁电压响应速度。 存在技术问题：继电保护配合较复杂 自并励方式越来越普遍地得

51、到采用，国外某些公司甚至把这种方式列为大型机组的定型励磁方式。我国近年来已在一些机组上以及引进的一些大型机组上采用自并励方式。 （2）自复励静止励磁系统：励磁电源由发电机机端经励磁变压器te和励磁变流器ue供给 自复励励磁方式的特点是：当电力系统短路时，自励部分会因为发电机电压下降而降低励磁能力，复励部分会因发电机电流增加而增加励磁能力，两者相辅相成，弥补了自并励方式单独由发电机电压供给发电机励磁电流的不足，它可以保证在机端短路时有足够的强励能力。 二、同步发电机的励磁调节方式 1、人工调整rm的大小 人工调整rm的作用，ab线段说明：当发电机压ug升高时，人工就使ie减小；反之，ug降低时，

52、人工就使ie增大，使电压回升到额定值附近。 2、自动励磁调节 （1）按电压偏差的比例调节：是一个以电压为被调节的负反馈调节。 构成：变换机构、测量机构、放大机构和执行机构。 测量机构是测量发电机端电压kug（k为比例系数）与给定值uset的偏差ug=usetkug，当端电压偏高时，ug为负，端电压偏低，ug为正。放大机构是按照ug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。 （2）按定子电流、功率因数的补偿调节 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。 当功率因数一定，定子电流增加时，端电压下降。对复式励磁来说，当定子电流增大时，提供的复励电流也增大，从而补偿了机端电压的下降。当发电机定子电流减小时，复励同样具有补偿机端电压升高的作用。 2）相位复式励磁调节：将发电机端电压和定子电流