变电站第五章第一讲

1、三段式电流保护整定原则零序方向电流保护输电线路距离保护 组成、主要元件自动重合闸充电作用？两种启动方式？区别？使用方式？双电源下与继电保护配合重合闸方式选择（110kV单、双电源主要区别） 本章知识点：本章知识点：掌握掌握电压、无功自动控制装置、电压、无功自动控制装置、无功功率平衡与电压水平的关系、调压的主要无功功率平衡与电压水平的关系、调压的主要手段、运行状态的控制和识别（九区图），故手段、运行状态的控制和识别（九区图），故障录波器。障录波器。&1&1电压、无功综合自动控制补偿装置（电压、无功综合自动控制补偿装置（VQCVQC）&2&2备用电源自投装置（备用电源自投装置（AAT/BZTAAT

2、/BZT）&3&3故障录波装置故障录波装置电压降低/升高的危害 电压是衡量电能质量的一个重要指标，保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。电力系统运行电压水平取决于无功功电力系统运行电压水平取决于无功功率的平衡。率的平衡。 电压降低的危害：电压降低的危害：（1 1）灯泡灯泡：夜间：夜间UnUn高高5-10%5-10%使损坏率达使损坏率达30%30%。（2 2）其它光源其它光源：UnUn下降下降10%10%，日光灯亮度约减少，日光灯亮度约减少10%,10%,寿命缩短寿命缩短10%10%，水银荧光灯亮度减少，水银荧光灯亮度减少101030%30%。UnUn下降下降20%20%，

3、日光灯不能启动，水银灯启动频繁，日光灯不能启动，水银灯启动频繁，影响寿命。影响寿命。（3 3）电动机电动机：UnUn下降，转矩急剧减少，如：下降，转矩急剧减少，如：UnUn下下降降20%20%，转矩降至额定值的，转矩降至额定值的64%64%，电流增加，电流增加20%20%35%35%，温度升高温度升高12-1512-15度，转矩减少，使转速降低，甚至度，转矩减少，使转速降低，甚至停转，导致工厂产生废品甚至导致重大事故。停转，导致工厂产生废品甚至导致重大事故。（4 4）电热及冶炼设备电热及冶炼设备：UnUn下降，使生产率下降，下降，使生产率下降，能耗显著上升，成本增高。能耗显著上升，成本增高。无

4、功功率的平衡与电压水平的关系 系统中系统中各种无功电源各种无功电源的无功功率输出应能满的无功功率输出应能满足足系统负荷和网络损耗系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率在额定电压下对无功功率的要求，否则电压就会的要求，否则电压就会偏离偏离额定值。额定值。无功电源：无功电源：发电机（唯一的有功电源和无功电源）发电机（唯一的有功电源和无功电源） 静电电容器（只能吸收容性无功）静电电容器（只能吸收容性无功） 同步调相机同步调相机 静止无功补偿器静止无功补偿器 静止的无功发生器静止的无功发生器无功补偿装置无功补偿装置既吸收容性又既吸收容性又吸收感性无功吸收感性无功无功功率负荷及无功功率损耗：无功功率负

5、荷及无功功率损耗：异步电动机异步电动机( (无功负荷无功负荷) )，变压器和输电线路（无功损耗）。变压器和输电线路（无功损耗）。无功功率平衡用公式表示：无功功率平衡用公式表示：（电源无功之和（电源无功之和- -无功负荷之和无功负荷之和- -网络无功损耗之和网络无功损耗之和= =无功无功备用）备用）当当 ，表示无功功率平衡且有适量的备用，表示无功功率平衡且有适量的备用， 则系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装则系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。置。resLLDGCQQQQ 0 resQ0 resQ 以简单的网络为例说明无功功率平衡与电压水平以简单的网络为例说明无功功率平衡与电压水平

6、的关系。的关系。 隐极发电机经过一段线路向负荷供电，略去元件隐极发电机经过一段线路向负荷供电，略去元件电阻，电阻，X X是发电机与线路电抗之和，等值电路如图是发电机与线路电抗之和，等值电路如图1(a)1(a)，假设发电机和负荷的有功功率为定值。，假设发电机和负荷的有功功率为定值。图图1 1 无功功率和电压关的解释图无功功率和电压关的解释图EIVEVI（b)（a)jQP jXjXI& 根据相量图根据相量图1 1（b b）可以确定发电机送到负荷节点）可以确定发电机送到负荷节点的功率为的功率为cossinEVPVIX2sincosEVVQVIXX当当P P为定值时，得为定值时，得 XVPXEVQ22

7、2 0VaQVaV22aac11 当电势当电势E E为一定值时，为一定值时，Q Q同同V V的关系如图的关系如图2 2曲线曲线1 1所示，是一条向下开口所示，是一条向下开口的抛物线。负荷的主要的抛物线。负荷的主要成分是异步电动机，其成分是异步电动机，其无功功率电压特性如图无功功率电压特性如图曲线曲线2 2所示。曲线所示。曲线1 1和曲和曲线线2 2的交点的交点a a确定了负荷确定了负荷节点的电压节点的电压VaVa，或者说，或者说，系统在电压系统在电压VaVa下，达到下，达到了无功功率的平衡。了无功功率的平衡。图图2 2 按无功功率平按无功功率平衡确定电压衡确定电压负荷的无功负荷的无功电压特性电

8、压特性电源的无功电源的无功电压特性电压特性当负荷增加，负荷的无功电压特性曲线为当负荷增加，负荷的无功电压特性曲线为22所示，所示，此时电源的无功功率仍旧是曲线此时电源的无功功率仍旧是曲线1 1，曲线，曲线1 1和曲线和曲线22的交点的交点aa就代表了新的无功功率平衡点，并由就代表了新的无功功率平衡点，并由此决定了负荷点的电压为此决定了负荷点的电压为VaVa。如果发电机有充足的无功备用，通过调节励磁电流，如果发电机有充足的无功备用，通过调节励磁电流，增大发电机的电势增大发电机的电势E E，则发电机的无功特性曲线将，则发电机的无功特性曲线将上移到曲线上移到曲线11的位置，从而使曲线的位置，从而使曲

9、线11和和22的交的交点点c c所确定的负荷节点电压达到或接近原来的数值所确定的负荷节点电压达到或接近原来的数值Va Va 。由此可见，系统的无功电源比较充足，能由此可见，系统的无功电源比较充足，能满足满足较高电压水平下的无功平衡较高电压水平下的无功平衡的需要，系统就有的需要，系统就有较高的运行电压水平；反之，无功不足就反映较高的运行电压水平；反之，无功不足就反映为运行电压水平偏低。为运行电压水平偏低。因此，应该力求实现在额定电压下的系统无功因此，应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡。功率平衡。电力系统调压的基本原理和主要手段以下图所示的简单电力系统为例，说明常用的各种调压措施以下图所示

10、的简单电力系统为例，说明常用的各种调压措施所依据的基本原理。所依据的基本原理。为了调整用户端电压为了调整用户端电压VbVb可采取以下措施：可采取以下措施：（1 1）调节励磁电流以改变发电机端电压；）调节励磁电流以改变发电机端电压；（2 2）适当选择变压器的变比；）适当选择变压器的变比；（3 3）改变线路的参数；）改变线路的参数；（4 4）改变无功功率的分布。）改变无功功率的分布。2121/ )(/ )(kVQXPRkVkVkVVGGb R+jXP+jQk2:11:k1GVGVb电力系统调压的主要手段电力系统调压的主要手段1 1、发电机调压（满足近处地方负荷的电压质量、发电机调压（满足近处地方负

11、荷的电压质量要求）要求） 发电机电压偏高额定不超过发电机电压偏高额定不超过5%5%，能够以额，能够以额定功率运行。定功率运行。短线路短线路可通过改变发电机端电压来可通过改变发电机端电压来满足负荷点的电压质量要求。满足负荷点的电压质量要求。长线路长线路从发电机到从发电机到最远处负荷之间在最大负荷时总电压损耗达最远处负荷之间在最大负荷时总电压损耗达35%35%，最小负荷时为最小负荷时为15%15%，此时发电机调压不能满足。，此时发电机调压不能满足。2 2、改变变压器变比调压：降压、改变变压器变比调压：降压/ /升压变压器分接升压变压器分接头选择头选择 不产生无功功率，但可以改变无功功率，如不产生无

12、功功率，但可以改变无功功率，如无功不足（无功不足（ ）时，无法用此法提高全系统）时，无法用此法提高全系统电压水平。电压水平。 cos3 3、无功功率补偿调压：静电电容器、同步调相机、无功功率补偿调压：静电电容器、同步调相机（产生无功功率，对无功充足但分布不合理无能为力）（产生无功功率，对无功充足但分布不合理无能为力） 4 4、线路串联电容补偿调压、线路串联电容补偿调压V2V1V1V2c 利用电容器的容抗补偿线路的感抗，使电压损利用电容器的容抗补偿线路的感抗，使电压损耗中耗中QX/V分量减少，从而提高线路末端电压。分量减少，从而提高线路末端电压。变电站调压的主要手段变电站调压的主要手段变电站调压

13、的主要手段有载调压变压器和有载调压变压器和补偿电容器。补偿电容器。 有载调压变压器：有载调压变压器：改变变压器的变比，可起到调改变变压器的变比，可起到调整电压，降低损耗的作用。但调压本身整电压，降低损耗的作用。但调压本身不产生无不产生无功功率功功率，在整个系统无功不足的情况下不可能用，在整个系统无功不足的情况下不可能用这种方法来提高全系统的电压水平。这种方法来提高全系统的电压水平。 补偿电容器：补偿电容器：可产生无功功率，能弥补系统无功可产生无功功率，能弥补系统无功的不足，又可改变网络中的无功分布，但在系统的不足，又可改变网络中的无功分布，但在系统无功充足但无功分布不合理而造成电压质量下降无功

14、充足但无功分布不合理而造成电压质量下降时却无能为力。时却无能为力。 为了提高电压合格率和降低损耗，目前各种电压为了提高电压合格率和降低损耗，目前各种电压等级的变电站中普遍采用了电压、无功等级的变电站中普遍采用了电压、无功综合自动综合自动控制器控制器。 电压无功综合控制装置电压无功综合控制装置就是利用就是利用有载调压变压器有载调压变压器和和并联电容器组并联电容器组，根据运行情况进行本站的电压，根据运行情况进行本站的电压和无功自动调整，以保证负荷侧母线电压在规定和无功自动调整，以保证负荷侧母线电压在规定的范围之内及进线功率因素尽可能提高的一种装的范围之内及进线功率因素尽可能提高的一种装置。置。电压

15、、无功综合自动控制策略1 1、电压、无功综合自动控制的原理、电压、无功综合自动控制的原理USRSXSUHUDULIL负荷QCRLXL图图5 5 单一辐射状网络系统示意图单一辐射状网络系统示意图TTjXR LLjQP 电压无功综合控制所要达到的目的：电压无功综合控制所要达到的目的：一是使负荷端电压与额定电压的偏差最小，即一是使负荷端电压与额定电压的偏差最小，即二是使系统的功率损耗最小。（无功功率平衡，二是使系统的功率损耗最小。（无功功率平衡，损耗为零）。损耗为零）。 要达到上述目的采用两种方法：要达到上述目的采用两种方法：(1)(1)调整变压器的变比调整变压器的变比K KT T负荷负荷线路电压损

16、失增加线路电压损失增加负荷端电压负荷端电压U UL L减减少变比少变比K KT T 增大低压侧增大低压侧U U1 1负荷端电压负荷端电压U UL L。 (2) (2) 无功功率补偿无功功率补偿（改变补偿电容器组发出的无（改变补偿电容器组发出的无功功率）。功功率）。minLLNLUUU 2 2、变电站运行方式的识别、变电站运行方式的识别多台有载调压变压器运行方式（多台有载调压变压器运行方式（运行、停运、并运行、停运、并列、独立列、独立）。）。识别的方式有识别的方式有人工设置和自动识别。人工设置和自动识别。3 3、变电站运行状态的检测和识别、变电站运行状态的检测和识别变电站运行状态是指变电站各种电

17、气量所处的状变电站运行状态是指变电站各种电气量所处的状态（正常态（正常/ /越限）。越限）。控制的目标是保证主变压器二次侧电压在允许范控制的目标是保证主变压器二次侧电压在允许范围内，且尽可能提高进线的功率因素，故一般选围内，且尽可能提高进线的功率因素，故一般选择择电压电压和和进线处功率因数进线处功率因数为状态变量。为状态变量。根据状态变量的大小，可将变电站运行状态划分根据状态变量的大小，可将变电站运行状态划分为为9 9个区域（九区图）。个区域（九区图）。Q8127036540UUU 0UU 0 cosh cosl cosU图图6 6 运行状态图运行状态图 目标电压的确定：目标电压的确定：(1)

18、(1)根据预测的日负荷曲线；根据预测的日负荷曲线；(2)(2)建立负荷与目标电压的建立负荷与目标电压的数学模型。数学模型。 为了保证控制过程的为了保证控制过程的稳定性，避免频繁调节，稳定性，避免频繁调节，规定了一个控制死规定了一个控制死 ，当电压在当电压在 和和 之间时，不进行调节。之间时，不进行调节。U UU 0UU 0目标目标电压电压1区2区3区4区5区6区7区9区强投区域强切区域UQUQUHULCOSH(QL)COSL(QH)8区QOU O O区是合格，不用调整区是合格，不用调整1 1、简单越限情况（单参数越线）、简单越限情况（单参数越线）1 1区：区： U U超过上限超过上限调整变压器

19、分接头使调整变压器分接头使U U降低降低 coscos合格合格 3 3区：区： U U合格合格 coscos低于下限低于下限投入电容器投入电容器5 5区：区： U U低于下限低于下限调整变压器分接头使调整变压器分接头使U U升高升高 coscos合格合格 7 7区：区： U U合格合格 coscos超过上限超过上限切除电容器切除电容器2 2、双参数越限情况、双参数越限情况2 2区：区： U U超过上限超过上限调整变压器分接头使调整变压器分接头使U U降低降低 coscos低于下限低于下限投入电容器。投入电容器。 如果先投入电容器，如果先投入电容器，U U会更上升，因此先降会更上升，因此先降 压

20、，后投入电容器。压，后投入电容器。4 4区：区： U U低于下限低于下限调整变压器分接头使调整变压器分接头使U U升高升高 coscos低于下限低于下限投入电容器投入电容器 如果先调整变压器分接头升压，则无功会更加如果先调整变压器分接头升压，则无功会更加 缺乏。因此先投入电容器，后升压。缺乏。因此先投入电容器，后升压。 6 6区和区和8 8区类似。区类似。8：投电容器使COS到上限则调分接头3：下调分接头降压5：切电容器优先，下调分接头9：电压无功都合格COSH(QL)COSL(QH)2：投电容器UqQqQqQUO1：投电容器优先，上调分接头6：切电容器4：切电容器使COS到下限则调分接头7：

21、上调分接头升压电压、无功综合自动控制方式 控制方式有：控制方式有：集中控制方式、分散控制方式、并联分集中控制方式、分散控制方式、并联分散控制方式。散控制方式。 集中控制方式：集中控制方式：指调度中心对各个变电站的主变压指调度中心对各个变电站的主变压器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的控制。器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的控制。 分散控制方式：分散控制方式：指在各个变电站或发电厂中，自动指在各个变电站或发电厂中，自动调节有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备，调节有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备，以控制地区的电压和无功功率在规定的范围内。以控制地区的电压和无功功率在规定的范围内

22、。 并联分散控制方式：并联分散控制方式：系统正常时由分散安装在各厂、系统正常时由分散安装在各厂、站得分散控制装置或控制软件进行自动调节，系统负站得分散控制装置或控制软件进行自动调节，系统负荷变化较大或运行方式发生大的变动时，可由调度中荷变化较大或运行方式发生大的变动时，可由调度中心直接操作控制。心直接操作控制。 1.受控设备的电流、电压、遥信信息、出口回路直接接入VQC装置，VQC装置自动采集有关信息对受控设备进行控制。优点：可靠性高不受外界干扰，运行维护简便。2.受控设备的电流、电压、遥信信息、出口回路通过串行通讯接口与VQC通讯。优点：达到与综自资源共享，节省二次电缆。缺点：运行不可靠，受

23、综自影响大，运行维护复杂，运行效果差。1.综合运用人工智能、自动控制理论和计算机技术，对功能和可靠性进行全面整体设计 。2.采用先进的模糊逻辑控制技术，弥补了传统的基于九区图进行电压、无功控制的不足，达到最佳的电压、无功控制效果 。3.融入反时限概念，保证电压调节的平稳性，并限制有载调压变压器分接开关和补偿电容器开关每日动作次数在规定范围内，延长设备使用寿命，同时对多组电容器采用自动循环投切，均衡了开关和电容器使用寿命 。4.可以综合也可以分别单独对有载调压变压器和电容器组进行闭环自动控制，还可以人工手动开环控制 。5.可由用户划分每日的时段，根据不同时段、不同变压器负荷设置不同的控制参数，从

24、而使电压、无功控制更符合实际运行要求。6.对多台变压器、多台电容器、多条母线的变电站的各种运行方式能自动识别，确定相应的控制策略 。7.具有异常情况下控制的自动闭锁能力，抗干扰能力强，防止各类误操作。当系统出现闭锁时，能提示闭锁原因 。8.通过网络通讯能接收主站下发的控制命令和定值，当通讯中断时，能自动恢复自身定值运行 。1.30ms时间闭锁，在30ms时间内，若有遥信变位，装置不动作。2.遥信保护信号产生闭锁，一次设备在特殊情况下不能动作，产生保护遥信信号，VQC接收到保护遥信，立即作出相应等级的闭锁。3.运行方式改变闭锁，控制出口前，运行方式改变（如1主变投运改为2主变投运）则将出口命令立即取消。4.控制对象当天被控次数达到规定值，不会在产生控制。5.同一控制对象两次被控时间太短，低于内部设定限值，不会产生控制。6.拒动、滑档、错档等故障产生的闭锁，当