变电站综合自动化第六章智能装置

1、第六章第六章 智能装置智能装置 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、调压的主要手无功功率平衡与电压水平的关系、调压的主要手段，自动按频率减负荷，故障录波器、段，自动按频率减负荷，故障录波器、了解了解备用备用电源自投、小电流接地系统单相接地自动选线装电源自投、小电流接地系统单相接地自动选线装置。置。 6.16.1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） 6.26.2备用电源自投装置（备用电源自投装置（AAT/BZTAAT/BZT） 6.36.3自动按频率减负荷装置（自动按频率减负荷装置

2、（AFLAFL） 6.46.4小电流接地系统单相接地自动选线装置小电流接地系统单相接地自动选线装置 6.56.5故障录波装置故障录波装置6.1 6.1 电压、无功综合自动控制装置电压、无功综合自动控制装置一、电压降低升高的危害一、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。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：夜间）灯泡：夜间UnUn高

3、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%，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。6.1 6.1 电压、无功综合自动控制装置电压、无功综合自动控制装置 （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下降下降20%20%，转矩降至额定值的，转矩降至额定值的64%6

4、4%，电流，电流增加增加20%20%35%35%，温度升高，温度升高12-1512-15度，转矩减度，转矩减少，使转速降低，甚至停转，导致工厂产少，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。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，使生产率下降，能耗显著上升，成本增高。下降，能耗显著上升，成本增高。6.1 6.1 电压、无功综合自动控制装置电压、无功综合自动控制装置二、无功功率的平衡和电压水平的关系二、无功功率的平衡和电压水平的关系 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足的无功功率输出应能满足系统负荷和网

5、络损耗系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的在额定电压下对无功功率的要求，否则电压就会偏高额定值。要求，否则电压就会偏高额定值。 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即吸收容性又即吸收容性又吸收感性无功吸收感性无功6.1 6.1 电压、无功综合自动化控制装置电压、无功综合自动化控制装置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

6、压质量、发电机调压（满足近处地方负荷的电压质量要求）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%，能够以额定，能够以额定功率运行。短线路可通过改变发电机端电压来满功率运行。短线路可通过改变发电机端电压来满足负荷点的电压质量要求。长线路从发电机到最足负荷点的电压质量要求。长线路从发电机到最远处负荷之间在最大负荷时总电压损耗达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

7、功率，但可以改变无功功率，如无不产生无功功率，但可以改变无功功率，如无功不足（功不足（ ）时，无法用此法提高全系统电）时，无法用此法提高全系统电压水平。压水平。 cos6.1 6.1 电压、无功综合自动化控制装置电压、无功综合自动化控制装置 3 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（产生无功功率，对无功充足但分布不合理无能为力）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

8、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。6.1 6.1 电压、无功综合自动化控制装置电压、无功综合自动化控制装置四、变电站调压得主要手段四、变电站调压得主要手段有载调压变压有载调压变压器和补偿电容器。器和补偿电容器。 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。但调压本身不产生无整电压，降低损耗的作用。但调压本身不产生无功功率，在整个系统无功不足的情况下不可能用功功率，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

9、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统无功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。降时却无能为力。6.1 6.1 电压、无功综合自动化控制装置电压、无功综合自动化控制装置 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、无功综合控制等级的变电站中普遍采用了电压、无功综合控制器。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有载调压变压器就是利用有载调压变压器和并联电容器组，根据运行情况

10、进行本站的电压和并联电容器组，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。 变电站10kV系统电压无功综合控制装置简介 6.1 6.1 电压、无功综合自动化控制装置电压、无功综合自动化控制装置五、电压、无功综合自动控制方式五、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、关联分集中控制方式、分散控制方式、关联分散控制方式。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

11、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。 关联分散控制方式：关联分散控制方式：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

12、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。 6.2 6.2 备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置 备用电源自动投入装置：备用电源自动投入装置：是电力系统故障或其它是电力系统故障或其它原因使工作电源被切断后，能迅速将备用电源或原因使工作电源被切断后，能迅速将备用电源或其它正常工作的电源自动投入工作，使原来工作其它正常工作的电源自动投入工作，使原来工作电源被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控电源被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置。制装置。一、备用电源的配置方式一、备用电源的配置方式 备用电源的配置一般分为备用电源的配置一般分为明备用和暗备用明

13、备用和暗备用 。 系统正常时，备用电源不工作，称为系统正常时，备用电源不工作，称为明备用明备用； 系统正常时，备用电源也投入运行，称为系统正常时，备用电源也投入运行，称为暗备用暗备用（实际上是两个工作电源互为备用。）（实际上是两个工作电源互为备用。）图图6-6 6-6 备用电源的配置形式备用电源的配置形式（a a）明备用）明备用 （b b）暗备用之一）暗备用之一 （c c）暗备用之二）暗备用之二1L2L1QF2QF3QFBZT 1#变 2#变 TVTVTVTV2#变 1#变 BZT 2QF1QF2L1LTV5QF段段段段5QFTV1L2L1QF2QFBZT 1#变 2#变 TV3QF（a)（b

14、)（C)6.2 6.2 备用电源自动投入装置（备用电源自动投入装置（AAT/BZTAAT/BZT） 1 1、明备用的控制：、明备用的控制： 一个工作电源，一个备用一个工作电源，一个备用电源电源 正常工作：正常工作：1QF1QF合，合，2QF2QF断，断，BZTBZT控制的是备用控制的是备用电源进线电源进线2QF2QF。当。当1L1L因故障被因故障被1QF1QF断开后，备用断开后，备用2QF2QF自动合闸，保证变电站的正常供电。自动合闸，保证变电站的正常供电。 2 2、暗备用的控制：两个工作同时供电的变电站。、暗备用的控制：两个工作同时供电的变电站。暗备用一：正常时暗备用一：正常时3QF3QF断

15、开，断开，BZTBZT装在高压母联上。装在高压母联上。 暗备用二：正常时暗备用二：正常时5QF5QF断开，断开，BZTBZT装在低压母联上。装在低压母联上。 6.2 6.2 备用电源自动投入装置（备用电源自动投入装置（AAT/BZTAAT/BZT）二、备用电源自动投入装置的特点二、备用电源自动投入装置的特点(1)(1)工作电源确实断开后，备用电源才投入。工作电源确实断开后，备用电源才投入。(2)(2)备用电源自动投入切除工作电源断路器必须延时。备用电源自动投入切除工作电源断路器必须延时。(3)(3)手动跳开工作电源时，备用电源自动投入装置不应动手动跳开工作电源时，备用电源自动投入装置不应动作。

16、作。(4)(4)应具有闭锁备用电源自动投入装置的功能。应具有闭锁备用电源自动投入装置的功能。(5)(5)备用电源不满足有压条件，备用电源自动投入装置不备用电源不满足有压条件，备用电源自动投入装置不应动作。应动作。(6)(6)工作母线失压时还必须检查工作电源无流，才能启动工作母线失压时还必须检查工作电源无流，才能启动备用电源自动投入，以防止备用电源自动投入，以防止TVTV二次三相断线造成误投。二次三相断线造成误投。(7)(7)备用电源自动投入装置只允许动作一次。备用电源自动投入装置只允许动作一次。6.3 6.3 自动按频率减负荷（自动按频率减负荷（AFLAFL） ，f f是衡量电能质量的重要指标

17、。是衡量电能质量的重要指标。一、频率偏移对系统的影响一、频率偏移对系统的影响1 1、当电力系统发生事故时，系统发送的有功功率可能小于系统所需要（负荷功率）的，频率就会降低，这将会造成系统低频运行。其危害是： 1）影响汽轮机叶片，可能损伤或断裂。 2）使火电厂厂用机械出力减少，会造成系统频率崩溃。 3）引起发电机转速下降，严重时会造成系统电压崩溃。 4）影响测量仪表的准确性和用户的产品质量。)2 . 01 . 0(50 f6.3 6.3 自动按频率减负荷（自动按频率减负荷（AFLAFL）2 2、电力系统频率调整、电力系统频率调整 一次调整：一次调整：n台有调速器的机组并联运行，增大台有调速器的机

18、组并联运行，增大发电机输出的有功功率（输出的备用容量）发电机输出的有功功率（输出的备用容量）只适合变化幅度小，变化周期较短的变化负荷；只适合变化幅度小，变化周期较短的变化负荷； 二次调整：调整发电机组的转速控制机构（靠同二次调整：调整发电机组的转速控制机构（靠同步器来实现）步器来实现）适合变化幅度较大，变化周期适合变化幅度较大，变化周期较长的变化负荷。较长的变化负荷。6.3 6.3 自动按频率减负荷（自动按频率减负荷（AFLAFL）二、电力系统负荷的静态频率特性二、电力系统负荷的静态频率特性 负荷静态频率特性：负荷静态频率特性：总有功负荷总有功负荷 与频率与频率f f的关系。的关系。 不同类型

19、负荷消耗的有功功率，随不同类型负荷消耗的有功功率，随f f变化的敏变化的敏感程度不一样，可将负荷分为三类：感程度不一样，可将负荷分为三类： 第一类：负荷消耗的有功功率第一类：负荷消耗的有功功率p p与与f f无关；如电热、无关；如电热、照明。照明。 第二类：负荷消耗的有功功率第二类：负荷消耗的有功功率p p与与f f的一次方成正的一次方成正比；如碎煤机、金属切削机等负荷。比；如碎煤机、金属切削机等负荷。 第三类：负荷消耗的有功功率第三类：负荷消耗的有功功率p p与与f f的二次方、高的二次方、高次方成正比；如通风泵、水泵等负荷。次方成正比；如通风泵、水泵等负荷。 LP6.3 6.3 自动按频率

20、减负荷（自动按频率减负荷（AFLAFL） 电力系统的有功负荷可认为由上述三种负电力系统的有功负荷可认为由上述三种负荷组成，即：荷组成，即： 3*32*2*10*fKfKfKKPL图图6 69 9 负荷的静态频率特性负荷的静态频率特性 *LP *.NLP*Nf*f6.3 6.3 自动按频率减负荷（自动按频率减负荷（AFLAFL） 由图可知，当由图可知，当f f变化时，系统总有功负荷消耗的有功变化时，系统总有功负荷消耗的有功功率做相应变化。功率做相应变化。 当当f f变化范围不大（变化范围不大（454551HZ51HZ），近似为一条直线。），近似为一条直线。 为负荷调节效应系数为负荷调节效应系数，

21、当系统频率每下降（上，当系统频率每下降（上升）升）1 1，系统负荷消耗的有功功率减少（增加）的，系统负荷消耗的有功功率减少（增加）的百分数。百分数。 负荷调节效应的作用是有限，当系统出现较大的有负荷调节效应的作用是有限，当系统出现较大的有功功率缺额时，或系统发生故障时，功功率缺额时，或系统发生故障时，f f下降到不允许下降到不允许程度，就用程度，就用AFLAFL切除一部分不重要的负荷，使切除一部分不重要的负荷，使f f上升上升到额定值。到额定值。 NNNLNLLLLfffPPPfPK/.* LK 自动按频率减负荷（自动按频率减负荷（AFLAFL）：）：当电力系统频率降低当电力系统频率降低时，能

22、根据系统频率下降的不同程度自动有次序、时，能根据系统频率下降的不同程度自动有次序、有计划地切除相应的负荷，以阻止系统频率降低，有计划地切除相应的负荷，以阻止系统频率降低，并使系统频率迅速恢复到给定值。并使系统频率迅速恢复到给定值。 基本要求：基本要求：1 1）AFLAFL动作后，系统频率应回升到恢复频率范围内。动作后，系统频率应回升到恢复频率范围内。2 2）使）使AFLAFL充分发挥作用，应有足够负荷接于充分发挥作用，应有足够负荷接于AFLAFL上。上。3 3）AFLAFL应根据系统频率的下降程度分级切除负荷。应根据系统频率的下降程度分级切除负荷。4 4）AFLAFL各级动作频率确定应符合系统

23、要求，应防止超各级动作频率确定应符合系统要求，应防止超调和悬停现象。调和悬停现象。5 5）AFLAFL应设置附加级，使系统频率从稳定的但略低于应设置附加级，使系统频率从稳定的但略低于恢复频率值回升到正常值。恢复频率值回升到正常值。三、三、AFLAFL装置的基本工作原理装置的基本工作原理 假定变电站馈电母线上有多条供配电线路，按电假定变电站馈电母线上有多条供配电线路，按电力用户的重要性分为力用户的重要性分为n n个级别和个级别和n n个特殊级。基本个特殊级。基本级是不重要的负荷，特殊级是较重要的负荷，每级是不重要的负荷，特殊级是较重要的负荷，每一级均装有自动按频率减负荷装置，它由频率测一级均装有

24、自动按频率减负荷装置，它由频率测量元件量元件f,f,延时元件延时元件 和执行元件和执行元件CACA三部分组成。三部分组成。 基本级的作用是根据系统频率下降的程序，依次基本级的作用是根据系统频率下降的程序，依次切除不重要负荷，以便限制频率继续下降。切除不重要负荷，以便限制频率继续下降。t 6.3 6.3 自动按频率减负荷自动按频率减负荷(AFL)(AFL)pspnCAntspn基本级特殊级f1t1CA1p1Wp2CA2t2f2fsptspCApsppnCAntnfn图图6 610 10 减频减载装置示意图减频减载装置示意图6.4 6.4 小电流接地系统单相接地自动选线装置小电流接地系统单相接地自

25、动选线装置 系统中性点（实际是发电机或变压器的中性系统中性点（实际是发电机或变压器的中性点）的运行方式：点）的运行方式： 中性点不接地中性点不接地 中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地 中性点直接接地大电流接地系统中性点直接接地大电流接地系统小电流接地系统小电流接地系统根据单相接地故根据单相接地故障时接地电流大障时接地电流大小划分的小划分的6.4 6.4 小电流接地系统单相接地自动选线装置小电流接地系统单相接地自动选线装置 单相接地故障时接地电流与零序电压的特点单相接地故障时接地电流与零序电压的特点 （1 1）中性点不接地系统，单相接地故障时，中性）中性点不接地系统，单相接地故障时，中性点

26、位移电压为点位移电压为-Eph。 （2 2）非故障线路电容电流就是该线路的零序电流。）非故障线路电容电流就是该线路的零序电流。 （3 3）故障线路首段的零序电流数值上等于系统非）故障线路首段的零序电流数值上等于系统非故障线路全部电容电流的总和，其方向为线路指向故障线路全部电容电流的总和，其方向为线路指向母线，与非故障线路中零序电流的方向相反。母线，与非故障线路中零序电流的方向相反。 这三点结论就是中性点不接地系统基波零序电流这三点结论就是中性点不接地系统基波零序电流方向自动接地悬线这种软件工作原理。方向自动接地悬线这种软件工作原理。6.4 6.4 小电流接地系统单相接地自动选线装置小电流接地系

27、统单相接地自动选线装置 小电流接地自动选线装置的软件原理小电流接地自动选线装置的软件原理 （1 1）零序功率方向原理）零序功率方向原理 （2 2）谐波电流方向原理）谐波电流方向原理 （3 3）外加高频信号电流原理）外加高频信号电流原理 （4 4）首半波原理）首半波原理 （5 5）基于小波分析的选线原理）基于小波分析的选线原理 （6 6）利用五次谐波判别的软件原理）利用五次谐波判别的软件原理 6.5 6.5 故障录波装置故障录波装置 当电力系统发生故障时，能迅速直接记录下与故当电力系统发生故障时，能迅速直接记录下与故障有关的运行参数的一种自动记录装置，障有关的运行参数的一种自动记录装置，记录的记录的参数：参数：U U、I I、开关量，元件的有功、无功、非周、开关量，元件的有功、无功、非周期分量的初值电流及其衰减时间常数、系统频率期分量的初值电流及其衰减时间常数、系统频率变化及各种参数变化的准确时间进行记录。变化及各种参数变化的准确时间进行记录。一、故障录波装置的作用一、故障录波装置的作用 （1 1）正确分析事故原因，为及时处理事故提供）正确分析事故原因，为及时处理事故提供重要依据；重要依据； （2 2）根据录波的波形图和数据，可以准确评价）根据录波的波形图和数据，可以准确评价继电保护和自动装置工