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电力系统自动装置试题和解答

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1.发电机组并入电网后，应能迅速进入 状态，其暂态过程要 ，以减小对电力系统的扰动。（ C ）
A 异步运行，短 B异步运行，长
C 同步运行，短 D同步运行，长
2.最大励磁限制是为 而采取的安全措施。（ D ）
A 防止发电机定子绕组长时间欠励磁 B防止发电机定子绕组长时间过励磁
C 防止发电机转子绕组长时间欠励磁 D防止发电机转子绕组长时间过励磁
3. 当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的电压落后电网电压，则发电机 。（ C ）
A 发出功率，发电机减速 B发出功率，发电机增速
C 吸收功率，发电机减速 D吸收功率，发电机增速
4.同步发电机的运行特性与它的 值的大小有关。（ D ）
A 转子电流 B定子电流
C 转速 D空载电动势
5.自动并列装置检测并列条件的电压人们通常成为 。（ A ）
A 整步电压 B脉动电压
C 线性电压 D并列电压
6只能在10万千瓦以下小容量机组中采用的励磁系统是 。（ B ）
A 静止励磁机系统 B直流励磁机系统
C 交流励磁机系统 D发电机自并励系统
7. 自动低频减载装置是用来解决 事故的重要措施之一。（ C ）
A 少量有功功率缺额 B 少量无功功率缺额
C 严重有功功率缺额 D严重无功功率缺额
8. 并列点两侧仅有电压幅值差存在时仍会导致主要为 的冲击电流，其值与电压差成 。（ B ）
A有功电流分量，正比 B 无功电流分量，正比
C有功电流分量，反比 D无功电流分量，反比
9.由于励磁控制系统具有惯性，在远距离输电系统中会引起 。（ D ）
A 进相运行 B高频振荡
C 欠励状态 D 低频振荡

10.容量为 的同步发电机组都普遍采用交流励磁机系统。（ D ）
A 50MW以下 B 10万千瓦以下
C 10万兆瓦以上 D 100MW以上
11电网中发电机组在调速器的工作情况下是电网的 特性。（ B ）
A 功率特性 B一次调频频率特性
C 二次调频频率特性 D 调节特性
12.调差系数δ〉0时为 调差系数，调节特性为 。（ A ）
A 正，下倾 B负，下倾
C 正，上翘 D 负，上翘
13.发电机并列操作中，当相角差较小时，冲击电流主要为 。（ A ）
A 有功电流分量 B无功电流分量
C 空载电流分量 D短路电流分量
14.调速器通常分为机械液压调速器和 调速器。（ C ）
A 电子液压调速器 B电机液压调速器
C 电气液压调速器 D电瓶液压调速器
15.对励磁系统进行分析，首先要求写出控制系统各个单元的 。（ B ）
A 饱和函数 B传递函数
C 换算关系 D电压方程
二、多项选择题。（每题2分，共10分）
1. 与无限大母线并联运行的机组，调节它的励磁电流 不改变。（ ACE ）
A发电机有功功率的数值 B发电机无功功率的数值
C 功率因数角φ D功率角δ
E 发电机端电压
2. 与无限大母线并联运行的机组，调节它的励磁电流可以改变 。（ BE ）
A发电机有功功率的数值 B发电机无功功率的数值
C 发电机端电压 D功率因数角φ
E 功率角δ
3.励磁调节器中的辅助控制对 具有极重要的作用。（ ABCE ）
A提高系统稳定 B 提高励磁系统稳定性
C保护发电机的安全运行 D 保护备用电源的安全运行
E保护变压器的安全运行
4. 控制调频器的信号的基本形式有 。（ ACD ）
A比例调节 B 幅值调节
C积分调节 D微分调节
E脉冲调节
5. 负荷的变化必将导致电力系统频率的变化，由于电力系统本身是一个惯性系统，所以对频率的变化起主要影响的是负荷变动的 第一种分量。（ BC ）
A 第一种分量 B第二种分量
C 第三种分量 D第四种分量
E 第五种分量

6.同步发电机励磁控制系统的主要任务是 。（ ABD ）
A电压控制 B 提高并联运行稳定性
C恢复频率稳定 D控制无功功率分配
E 增加有功出力
7.在电力系统中从硬件方面看，自动装置的系统结构形式有： 。（ BCDE ）
A监测系统 B 微型计算机系统
C集散控制系统 D现场总线系统
E工业控制机系统
8.励磁自动控制系统常用的几种指标有 。（ BE ）
A上升速度 B 超调量
C顶值时间
9. 滑差角频率小于某一值，相当于 。（ BC ）
A 脉动电压周期小于某一值 B 脉动电压周期大于某一值
C 频率差小于某一值 D 频率差大于某一值
E频率差等于某一值

10. 准同期并列的理想条件是 。（ ABCE ）
A 两侧电压频率相等 B两侧电压幅值相等
C 两侧电压相角差为零 D 两侧短路容量为差为零
E 合闸冲击电流为零
11.DCS系统是计算机网络技术在工业控制系统发展的产物，整个系统的组成包括 。（ ADE ）
A上位机 B录波器
C 工控机 D数据采集测控站
E 通信线路
12.交流采样的电量计算包括
： 。（ ABCDE ）
A 电压量计算 B电流量计算
C 有功功率计算 D无功功率计算
E 功角的计算

13. 防止自动低频减载装置误动作的措施有： 。（ ABD ）
A采用自动重合闸 B引入电压过低闭锁
C 引入压力闭锁 D引入频率急剧变化率闭锁
E 引入瓦斯保护
14.电力系统的频率和有功功率调节系统，主要的组成环节包括 。（ BCDE ）
A电容器 B调速器
C 发电机组 D电网
E 原动机

三、填空题（每空1分，共10分）
1. 静止 励磁系统中发电机的励磁电源不用励磁机。
2.采样定理指出采样频率必须大于原模拟信号频谱中 最高 频率的两倍，则模拟信号可由采样信号唯一表示。

3.励磁顶值电压是励磁功率单元在 强行励磁 时可能提供的最高输出电压值。
4.自动装置正常工作，除了必须要有硬件外，还需要 软件支持 。
5.集散系统整个系统由若干个 数据采集 测控站和上位机及通信线路组成。
6. 同步发电机组并列操作过程中，并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过 1～2 倍的额定电流。
7. 同步发电机在空载额定电压情况下，当电压给定阶跃响应为±10%时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的 50% 。
8. 采样定理 是采样过程中所遵循的基本定律。
9.励磁系统稳定器的作用是改善系统的 阻尼特性 。
10.自同期并列方式不能用于 两个系统间 的并列操作。
11. 在远距离输电系统中，励磁调节器按电压偏差比例调节会引起 低频振荡 。
12.当系统发生功率缺额、频率降低时，由于水轮发电机 启动较快 ，所以在电力系统中把它作为紧急投入运行之用。
13.当系统机组 输入 功率与负荷功率失去平衡而使频率偏离额定值时，控制系统必须调节机组的出力，以保证电力系统频率的偏移在允许范围之内。
14. 频率低于 45Hz Hz时，就有“电压崩溃”的危险。
15. 电网运行中母线电压的幅值、 频率 和相角这三个参数常被指定为运行母线的状态量。
16. 自动并列装置中 频率差测量 部分判别和间频率差值大小，作为是否需要调速的依据。
17. 调度在确定各发电厂的发电计划和安排调频任务时，一般将运行电厂分为 调频厂 、调峰厂和带基本负荷的发电厂三类。

18.在选择解列点时，应尽量保持解列后各部分系统的 功率 平衡，以防止频率、电压急剧变化。
19.对于高温高压的火电厂，频率低于 46-46.5 Hz时，厂用电已不能正确工作。
20.发电机的调节特性是指 发电机转子电流 与无功负荷电流的关系。
21. 自动并列装置中频率差控制任务由 频率差测量 和调节量控制两部分组成。
22.频率调节或调节发电机组转速的基本方法是改变单位时间内进入 原动机 的动力元素。
23. 自动低频减载装置一般应根据最不利的运行方式下发生事故时，实际可能发生的最大 功率缺额来考虑。
24.当同步发电机突然零起升压时，自动电压调节器应保证其端电压超调量不得超过额定电压定值的15%，调节时间不应大于 10 S，电压摆动次数不超过3次。
25.在实行解列操作时，必须注意 功率 平衡问题。
26.自动低频减载末级的启动频率以不低于 46-46.5 Hz为宜。
27.发电机的调节特性是指发电机转子电流与 无功负荷电流 的关系。
28.自动并列装置中频率差测量部分判别和间频率差值大小，作为是否需要 调速 的依据。
29.日负荷曲线中全天不变的基本负荷由带 基本负荷 的发电厂承担，这类电厂一般为经济性能好的高参数火电厂、热电厂及核电厂。
30.自动低频减载装置一般应根据 .最不利 的运行方式下发生事故时，实际可能发生的最大功率缺额来考虑。
四、名词解释（每题3分，共15分）

1.电力系统暂态稳定
电力系统在某一正常方式下突然遭受大扰动后能否过渡到一个新的稳定运行状态、或恢复到原来运行状态的能力。
2.采样定理
采样定理是采样过程中所遵循的基本定律，它指出了重新恢复连续信号所必须的最低采样频率。
3.励磁电压响应比
通常将励磁电压在最初0.4-0.5秒内上升的平均速率定义为励磁电压响应比。
4. 自同期并列操作
是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近于电网频率，滑差角频率不超过允许值，且在机组的加速度小于某一给定值的条件下，（2分）首先合上并列断路器，接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列的发电机组拉人同步运行。
5. 电力系统静态稳定
电力系统在正常运行方式下，经受微小扰动后恢复到原来运行状态的能力。
6. 自然调差系数
对于按电压偏差进行比例调节的励磁控制系统，当调差单元退出工作时，其固有的无功调节特性也是下倾的，称为自然调差系数。
7. 并列操作
一台发电机组在投入系统运行之前，它的电压与并列母线电压的状态量往往不等，须对待并发电机组进行适当的调整，使之符合并列条件后才允许断路器QF合闸作并网运行。这一系列操作称为并列操作。
8.高起始响应
现在一般大容量机组往往采用快速励磁系统，励磁系统电压响应时间(励磁电压达到95％顶值电压所需时间)为0．1s或更短的励磁系统，称为高起始响应励磁系统(或称快自励磁系统)。
9. 恒定交换功率控制FTC(Flat Tie-line Control)
在联合电力系统的调频方式中，控制调频机组保持交换功率恒定，而对系统的频率并不控制。
10. 电力系统负荷的功率-频率特性
当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变，即，这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率一频率特性。（3分）
11. 进相运行
同步发电机欠励磁运行时，（1分）由滞后功率因数变为超前功率因数，发电机从系统吸收无功功率，这种运行方式称进相运行。（2分）
12. 静止励磁系统
静止励磁系统(发电机自并励系统)中发电机的励磁电源不用励磁机，而由机端励磁变压器供给整流装置。（2分）这类励磁装置采用大功率晶闸管元件，没有转动部分，故称静止励系统。由于励磁电源是由发电机本身提供，故又称为发电机自并励系统。（1分）
13 恒定频率控制FFC(Flat Frequency Control)
在联合电力系统的调频方式中，按频率偏差进行调节，在时，调节结束。（3分）
14.直流励磁机励磁系统
同步发电机的容量不大，励磁电流由与发电机组同轴的直流发电机供给，即所谓直流励磁机励磁系统。
15.频率联络线功率偏差控制TBC
在联合电力系统的调频方式中既按频差又按联络线路交换功率调节，（2分）最终维持的是各地区电力系统负荷波动就地平衡，这实际上是系统调频观点，这种调频方式是大型电力系统或联合电力系统中常用的一种方法。
五、简答题（每题5分，共25分）
1. 简述同步发电机的励磁系统两个组成部分及各部分的作用。
同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成，
励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流，即励磁电流；
励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。
2. 简述电力系统自动装置的主要结构形式。
微型计算机系统
工业控制计算机系统
集散控制系统和现场总线系统

3. 简述发电机调节特性的类型及其特点
>0为正调差系数，其调节特性下倾，即发电机端电压随无功电流增大而降低。
<0为负调差系数，其调节特性上翘，发电机端电压随无功电流增大而上升。
=0称为无差特性，这时发电机端电压恒为定值。
4. 简述电力系统低频振荡产生的原因。
1）励磁调节器按电压偏差比例调节；
2）控制系统具有惯性。

5. 简述电力系统安全自动控制装置的主要任务。
它们的主要任务是，当系统发生故障时，按照预订的控制准则迅速作出反应，采取必要的措施避免事故扩大。
6. 简述自动并列装置的输出控制信号有哪些。
(1)调节发电机转速的增速、减速信号。
(2)调节发电机电压的升压、降压信号。
(3)并列断路器合闸脉冲控制信号。
7. 简述同步发电机组并列时应遵循的原则。
(1)并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1～2倍的额
定电流。
(2)发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减小对电
力系统的扰动。
8. 简述励磁调节器特性进行调整主要是为了满足运行方面的哪些要求。
①发电机投入和退出运行时，能平稳地改变无功负荷，不致发生无功功率的冲击；
②保证并联运行的发电机组间无功功率的合理分配。
9 简述电力系统负荷的由哪几种不同分量组成。
第一种是频率较高的随机分量，其变化周期一般小于10s；
第二种为脉动分量，变化幅度较大，变化周期在10s～3min 之间；
第三种为变化很缓慢的持续分量。
10. 简述当系统频率降低较大时，对汽轮机的影响。
运行经验表明，某些汽轮机在长时期低于频率49～49．5Hz以下运行时，
叶片容易产生裂纹，当频率低到45Hz附近时，个别级的叶片可能发生共振而引起断裂事故。
11. 简述自动并列装置中频率差调整的任务。
将待并发电机的频率调整到接近于电网频率时，频率差趋向并列条件允许的范围，以促成并列的实现。如果待并发电机的频率低于电网频率，则要求发电机升速，发升速脉冲。反之，应发减速脉冲。
发电机的转速按照比例调节准则，当频率差值较大时，发出的调节量相应大些。当频率差值较小时，发出的调节量也就小些，以配合并列操作的工作．
12. 简述频率降低时发生的电压崩溃现象。
当频率降低时，励磁机、发电机等的转速相应降低，由于发电机的电动势下降和电动机转速降低，加剧了系统无功不足情况，使系统电压水平下降。
运行经验表明，当频率降至46～45Hz时，系统电压水平受到严重影响，当某些中枢点电压低于某一临界值时，将出现所谓“电压崩溃”现象，系统运行的稳定性遭到破坏，最后导致系统瓦解。
13.简述电力系统中实现频率和有功功率自动调节的方法。
1）主导发电机法；
2）同步时间发（积差调节）；
3）联合自动调频。
14.简述当系统频率降低较大时，对汽轮机的影响。
运行经验表明，某些汽轮机在长时期低于频率49～49．5Hz以下运行时，叶片容易产生裂纹，当频率低到45Hz附近时，个别级的叶片可能发生共振而引起断裂事故。
15. 简述自动并列装置中电压差调整的任务。
是在并列操作过程中自动调节待并发电机的电压值，使电压差条件符合并列的要求。当电压差绝对值小于设定的允许电压差值，则不进入电压调整控制程序；如电压差绝对值大于设定的允许电压差值，就进入电压控制调整程序。

六、计算题(每题10分，共20分)

求事故情况下的稳态频率值。
解：课本（168页）例题6-1

问各机组承担的无功负荷增量是多少？母线电压变化量是多少？
解：课本（72页）例题3-1
求系统频率由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KL* 。
解：课本（127页）例题5-1

求接入自动低频减载装置的功率总数ΔPL·max。
解：课本（172页）例题6-2

七、论述题（共15分）
1.试述准同期并列装置采用恒定越前相角原理存在的问题。
装置所取的提前量信号是脉动电压到达一恒定相角发出合闸信号，

只有当等于整定滑差时，并列时的合闸相角差；
当大于整定滑差时，并列时的合闸相角差将增大；
当小于整定滑差时，并列时的合闸相角差将减小；因此，不能保证合闸时。
2.试述励磁调节器的辅助控制与正常情况下的自动控制的区别，常见的辅助控制器有哪些？举列说明其中两种辅助控制器的作用。
辅助控制不参与正常的自动控制，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起相应的控制作用。
瞬时电流限制、最大励磁限制、最小励磁限制、电压∕频率限制和保护、发电机失磁控制。
举例：
任选2个。
3试述准同期并列装置利用脉动电压检测同步条件原理。
.脉动电压中的频率较高部分滤掉，得到脉动电压的包络线，

脉动电压波形中载有准同期并列所需检测的信息——电压幅值差、频率差以及相角差随
时间的变化规律。因而并列两侧电压为自动并列装置提供了并列条件信息和合适的合闸信号控制发出时机。

（4分）

对应于脉动电压波形的最小幅值，表示相角差；
其值反映电压幅值差的大小；
脉动电压幅值变化的频率，反映了频率差的大小。
4. 当电力系统频率下降严重时可采取解列操作，试述解列点选择的原则。
答：1.应尽量保持解列后各部分系统的功率平衡，以防止频率、电压急剧变化，因此解列点应选择在有功功率、无功功率分点上或交换功率最小处。
2.适当考虑操作方便、易于恢复且具有较好的远动、通信条件。

5. 试述什么是 “频率崩溃”现象，并说明发生的原因。
答：当系统频率下降到47～48Hz时，火电厂的厂用机械(如给水泵等)的出力将显著降低，使锅炉出力减少，导致发电厂输出功率进一步减少，致使功率缺额更为严重。
于是系统频率进一步下降，这样恶性循环将使发电厂运行受到破坏，从而造成“频率崩溃”现象。

6.说明调差系数的定义并论述它表征的意义。
调差系数的定义：，或
调差系数表示无功电流从零增加到额定值时，发电机电压的相对变化。调差系数越小，无功电流变化时发电机电压变化越小。所以调差系数艿表征了励磁控制系统维持发电机电压的能力。