电力系统自动装置电子教案及讲义.doc
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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11为电力系统安全自动装置配置: 图11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,保证电能质量,
4、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。 ZZQ5 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、电力系统频
5、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)自动解列装置可防止系统
6、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,帮助查找故障点
7、;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之前提前发
8、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、同步发电机的并列方法
9、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,在系统电压和频率降低
10、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,保证
11、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、相角差=G
12、sys|t=|st 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22所示 当UG
13、Usys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UG 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
14、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0fsys:在0180, uG后沿位置落在usys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0180区间: usys后沿与uG高电位相遇,有=b“ 1” 与uG=“ 1” 相遇,使d=“ 1” (此时c=“ 0”
15、 ),触发器置“ 1” ,即Q=“ 1” 、 =“ 0” . fGfsys,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)形成低电位脉冲uh,uh处于0180区间,一般调整uh在50。 “与 3 和“与 4” 为低电位动作“与”门,在uh控制下输出对频差方向的鉴别结果: e点输出低电位脉冲(此时Q=“ 0 、 =“ 1” )表示fGfsys;即为减速脉冲信号, f点输出低电位
16、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1,2不动作,表示压差满足要求,不闭锁合闸脉冲; 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UanUsetUact ,电平检测1动作,发降压命令; 当Ubn= 0,且 UbnUsetUact ,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型装置的构成
17、,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: ZZQ-5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、作用:检查
18、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、ZZQ5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R142调整
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