電力系統(tǒng)自動裝置

1、 電力系統(tǒng)安全自動裝置指防止電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定和避免電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電的自動保護裝置。如自動重合閘、備用電源和備自投、自動聯(lián)切負荷、自動低頻（低壓）減負荷、事故減功率、事故切機、電氣制動、水輪發(fā)電機自動啟動和調(diào)相改發(fā)電、抽水蓄能機組由抽水改發(fā)電、自動解列、振蕩解列及自動快速調(diào)節(jié)勵磁等。電力系統(tǒng)常見的自動裝置有：1，發(fā)電機自動勵磁-自動調(diào)節(jié)勵磁。2，電源備自投（BZT）-備用電源自動投入。3，自動重合閘-自動判斷故障性質(zhì)，自動合閘。4，自動準同期-自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)準同期并列。5，還有自動抄表，自動報警，自動切換，自動開啟，自動點火，自動保護，自動滅火，等等。概述 1、現(xiàn)代電力系統(tǒng)綜合自動控制的總

2、目標 l 安全l 質(zhì)量l 經(jīng)濟 2、現(xiàn)代電力系統(tǒng)綜合自動控制的主要內(nèi)容l 頻率和有功功率的綜合自動控制l 電壓和無功功率的綜合自動控制l 開關操作綜合自動控制一、備用電源自動投入裝置1、定義 備用電源自動投入裝置是當工作電源或工作設備因故障被斷開后，能自動將備用電源或備用設備投入工作，使用戶不致停電的一種自動裝置，簡稱為AAT裝置。2、作用 提高供電可靠性。3、備用方式 明備用：裝設專門的備用電源 和備用設備。 暗備用：工作設備相互備用。4、基本要求l 應保證在工作電源或工作設備斷開后，備自投裝置才能動作。 措施：裝置的合閘部分應由供電元件受電側(cè)斷路器的輔助動斷觸點起動。l 工作母線電壓無論任

3、何原因消失，裝置均應動作。 措施：裝置應設置獨立的低電壓起動部分，并設有備用電源電壓監(jiān)視繼電器。 l 備自投裝置只能動作一次。 措施： 控制裝置發(fā)出合閘脈沖的時間，以保證備用電源斷路器只能合閘一次。l AAT裝置的動作時間應使負荷停電時間盡可能短。 措施： 裝置的動作時間以11.5s為宜，低壓場合可減小到0.5s。 5、典型接線l 構(gòu)成 低電壓起動部分：當工作電源失壓時，斷開工作電源斷路器。自動合閘部分：當工作電源斷開后，將備用電源斷路器合閘。二、輸電線路自動重合閘裝置1、概述l 必要性和可能性瞬時性故障：能自行消失的故障。永久性故障：不能自行消失的故障。l 作用：提高供電可靠性。l 基本要求

4、（1）動作迅速。（2）手動跳閘不重合。（3）手動合閘于故障線路，不重合（4）只動作一次。（5）自動復歸。（6）加速保護動作。（7）自動閉鎖。l 分類 三相重合閘 單相重合閘 綜合重合閘2、單側(cè)電源線路三相一次重合閘 （1）三相一次重合閘方式：線路故障，保護動作跳三相斷路器，重合閘動作合三相斷路器。瞬時性故障，重合成功；永久性故障，斷開三相不再重合。（2）裝置構(gòu)成u 時間元件u 執(zhí)行元件u 一次合閘脈沖元件信號元件 時間元件是用來保證斷路器斷開之后，故障點有足夠的去游離時間和斷路器操作機構(gòu)復歸所需的時間，以使重合閘成功。執(zhí)行元件用來將重合閘動作信號送至合閘回路和信號回路，使斷路器重合及發(fā)出重合閘

5、動作信號。一次合閘脈沖元件用以保證重合閘裝置只重合一次，通常利用電容放電來獲得重合閘脈沖。信號元件用以監(jiān)視重合閘裝置是否完好。3、自動重合閘與繼電保護的配合n 重合閘前加速保護：當線路上發(fā)生故障時，靠近電源側(cè)的保護首先無選擇性地瞬時動作跳閘，而后借助自動重合閘來糾正這種非選擇性動作。簡稱“前加速”。n 前加速的特點 優(yōu)點：加速切除瞬時性故障，提高供電可靠性。 缺點：靠近電源側(cè)的斷路器工作條件惡化，可能擴大停電范圍。 用于35kV及以下的直配線上。n 重合閘后加速保護：當線路發(fā)生故障時，首先由故障線路的保護有選擇性動作切除故障；如果重合于永久性故障，則加速故障線路的保護裝置不帶延時地再次切除故障

6、。簡稱“后加速”。n 后加速的特點 優(yōu)點：加速切除永久性故障，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。 缺點：第一次切除故障可能帶延時。 廣泛用于35kV以上網(wǎng)絡。4、雙電源線路自動重合閘n 考慮的特殊問題（1）故障點斷電時間問題。先重合側(cè)要考慮對側(cè)斷路器是否確已斷開，故障點是否有足夠的斷電時間。（2）同步問題。后重合側(cè)要考慮兩側(cè)點源是否同步，以及是否允許非同步合閘。常見種類（1）三相快速自動重合閘：當輸電線路上發(fā)生故障時，繼電保護很快使線路兩側(cè)斷路器跳開，并隨即進行重合。（2）三相非同期自動重合閘：當輸電線路發(fā)生故障時，兩側(cè)斷路器跳閘后，不管兩側(cè)電源是否同步就進行自動重合。（3）檢定無壓和檢定同期的三相自動重合閘

7、：線路兩側(cè)斷路器開后，一側(cè)先檢定線路無電壓而重合，稱為無壓側(cè)；另一側(cè)在無壓側(cè)重合成功后，檢定線路兩側(cè)電源同期后重合，稱為同步側(cè)。5、綜合重合閘n 重合閘方式（1）三相重合閘方式。線路上發(fā)生任何形式故障時，均實行三相自動重合閘；重合到永久性故障時，斷開三相并不再進行重合。（2）單相重合閘方式。單相故障只跳故障相，然后進行單相重合；相間故障時跳開三相不進行重合。（3）綜合重合閘方式。單相接地故障實行單相自動重合閘；相間短路故障實行三相自動重合閘；當重合到永久性相間故障時，斷開三相不再進行自動重合。（4）停用方式。線路上發(fā)生任何形式的故障時，保護動作均跳開三相不進行重合。此方式亦叫直跳方式。n 考慮

8、的特殊問題（1）需要設置接地故障判別元件和故障選相元件。（2）應考慮潛供電流對綜合重合閘裝置的影響。（3）應考慮非全相運行對繼電保護的影響。三、自動準同期裝置自動準同期是利用滑差檢查、壓差檢查及恒定導前時間的原理，通過時間程序與邏輯電路 ，按照一定的控制策略進行綜合而成的，它能圓滿地完成準同期并列的基本要求。簡稱ASS。自動準同期裝置是專用的自動裝置。自動監(jiān)視電壓差、頻率差級選擇理想的時間發(fā)出合閘脈沖，使斷路器在相角差為0°的合閘。同時設有自動調(diào)節(jié)電壓和電壓頻率單元，在電壓差和頻率差不滿足條件時是發(fā)出控制脈沖。諾頻率頻率差不滿足要求，自動調(diào)節(jié)原動力的轉(zhuǎn)速，增加或減小頻率，即通過控制原

9、動力的調(diào)速器實現(xiàn)；諾電壓差不滿足要求時，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓使電壓接近系統(tǒng)的電壓。 二、準同期并列裝置1、準同期并列裝置組成如圖2-8：它由（1）頻率差檢測控制單元 （2）電壓差檢測控制單元 （3）合閘信號控制單元 執(zhí)行合閘單元是合閘斷路器QF2、準同期并列裝置按自動化程度的分類 （1）半自動準同期并列裝置。該裝置沒有頻率差檢測控制單元和電壓檢測控制單元，只有合閘信號控制單元。并列時由人工依據(jù)經(jīng)驗操作 （2）自動準同期并列裝置：由頻率差檢測控制單元； 電壓檢測控制單元；合閘信號控制單元等組成。由計算機進行自動檢測和控制。不要人工操作。同期裝置定義一種在電力系統(tǒng)運行過程中執(zhí)行并網(wǎng)時使用的指示、監(jiān)

10、視、控制裝置，它可以檢測并網(wǎng)點兩側(cè)的電網(wǎng)頻率、電壓幅值、電壓相位是否達到條件，以輔助手動并網(wǎng)或?qū)崿F(xiàn)自動并網(wǎng)。2同期裝置的說明電力系統(tǒng)運行過程中常需要把系統(tǒng)的聯(lián)絡線或聯(lián)絡變壓器與電力系統(tǒng)進行并列，這種將小系統(tǒng)通過斷路器等開關設備并入大系統(tǒng)的操作稱為同期操作。所謂同期即開關設備兩側(cè)電壓大小相等、頻率相等、相位相同，同期裝置的作用是用來判斷斷路器兩側(cè)是否達到同期條件，從而決定能否執(zhí)行合閘并網(wǎng)的專用裝置；一般情況下，變電站對于需要經(jīng)常并列或解列的斷路器裝設手動準同期裝置，一般采用集中同期方式。3同期裝置的分類準同期并列操作準同期并列操作就是將待并發(fā)電機升至額定轉(zhuǎn)速和額定電壓后，滿足以下四項準同期條件時

11、，操作同期點斷路器合閘，使發(fā)電機并網(wǎng)。a.發(fā)電機電壓相序與系統(tǒng)電壓相序相同；b.發(fā)電機電壓與并列點系統(tǒng)電壓相等；c.發(fā)電機的頻率與系統(tǒng)的頻率基本相等；d.合閘瞬間發(fā)電機電壓相位與系統(tǒng)電壓相位相同。 從實現(xiàn)方式上，準同期并列操作分為手動準同期和自動準同期：a.操作人員觀察同期表，根據(jù)經(jīng)驗發(fā)合閘命令。一般作為自動準同期的備用方式。b.自動準同期：當現(xiàn)地控制單元發(fā)出合閘命令時，自動準同期裝置自動尋找最佳合閘時間，發(fā)出合閘令；同時，在不滿足同期合閘時，給勵磁、調(diào)速器發(fā)出調(diào)整命令，加快合閘時間。自同期并列操作自同期并列操作，就是將發(fā)電機升速至額定轉(zhuǎn)速后，在未加勵磁的情況下合閘，將發(fā)電機并入系統(tǒng)，隨即供給

12、勵磁電流，由系統(tǒng)將發(fā)電機拉入同步。自同期法的優(yōu)點：合閘迅速，自同期一般只需要幾分鐘就能完成，在系統(tǒng)急需增加功率的事故情況下，對系統(tǒng)穩(wěn)定具有特別重要的意義；操作簡便，易于實現(xiàn)操作自動化。因為在發(fā)電機未加勵磁電流時合閘并網(wǎng)，不存在準同期條件的限制，不存在準同期法可能出現(xiàn)的問題；在系統(tǒng)電壓和頻率因故降低至不能使用難同期法并列操作時，自同期方法將發(fā)電機投入系統(tǒng)提供了可能性。自同期法的缺點：未加勵磁的發(fā)電機合閘并入系統(tǒng)瞬間，相當一個大容量的電感線圈接入系統(tǒng)，必然會產(chǎn)生沖擊電流，導致局部系統(tǒng)電壓瞬間下降。一般自同期法使用于水輪發(fā)電機及發(fā)電機變壓器組接線方式的汽輪發(fā)電機。在采用自同期法實施并列前，應經(jīng)計算核

13、對。四、自動勵磁調(diào)節(jié)器1作用為了提高電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，對同步發(fā)電機、同步調(diào)相機和大型同步電動機的勵磁進行自動調(diào)節(jié)的一種措施1。它對電力系統(tǒng)的作用是：在正常運行工況下維持母線電壓為給定水平，即起調(diào)壓作用。穩(wěn)定地分配機組間的無功功率。提高電力系統(tǒng)運行的動態(tài)性能及輸電線路的傳輸能力。裝有快速無失靈區(qū)勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機可運行在人工穩(wěn)定區(qū)，在系統(tǒng)事故下高頂值倍數(shù)的快速勵磁系統(tǒng)能提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定度。勵磁控制中引入鎮(zhèn)定器后，可提供合適的阻尼力矩，有力地抑制低頻振蕩和改善電力系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)。2類型實現(xiàn)自動勵磁調(diào)節(jié)需借助自動勵磁調(diào)節(jié)器。按其調(diào)節(jié)的原理可分為補償型和反饋型兩類。補償型調(diào)節(jié)器是補償某些引起被調(diào)

14、量產(chǎn)生偏差的因素。由于是開環(huán)補償，只能使電壓維持在一定水平。常用的有電流復式勵磁及相位復式勵磁裝置。反饋型調(diào)節(jié)器是以被調(diào)量與給定值的偏差作為控制信號對系統(tǒng)進行閉環(huán)控制，常用的為負反饋比例式調(diào)節(jié)器。因為是閉環(huán)調(diào)節(jié)，所以調(diào)節(jié)性能優(yōu)于補償型。為改善比例式調(diào)節(jié)器中存在的穩(wěn)態(tài)指標與動態(tài)性能的矛盾,發(fā)展了PID（比例積分微分）型調(diào)節(jié)器。用積分環(huán)節(jié)來提高穩(wěn)態(tài)電壓水平，用微分環(huán)節(jié)來改善動態(tài)特性。一些大型機組的勵磁調(diào)節(jié)器還引入發(fā)電機的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等的微分信號，構(gòu)成鎮(zhèn)定環(huán)節(jié)及強力調(diào)節(jié)器，用以提高遠距輸電機組的穩(wěn)定性和傳輸容量。3構(gòu)成隨著調(diào)節(jié)器功能和構(gòu)成元件不同，調(diào)節(jié)器的組成有簡有繁，但基本上可劃分為：量

15、測環(huán)節(jié)。感受各類信息偏差量。綜合放大環(huán)節(jié)。放大及綜合各類信息。執(zhí)行環(huán)節(jié)。實現(xiàn)移相和可控觸發(fā)。4發(fā)展勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展經(jīng)歷了幾個階段：3040年代電力系統(tǒng)規(guī)模較小，勵磁調(diào)節(jié)器主要起調(diào)壓作用，故稱調(diào)壓器，多數(shù)為機電型調(diào)節(jié)器，目前已趨淘汰；50年代發(fā)展了電磁型調(diào)節(jié)器；60年代后發(fā)展為晶閘管勵磁調(diào)節(jié)器，其調(diào)節(jié)功能也由單純的調(diào)節(jié)電壓發(fā)展為提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著控制理論和計算技術的發(fā)展，自動勵磁調(diào)節(jié)器也在不斷改進：在功能上，向著綜合控制方向發(fā)展，在原有基礎上加入鎮(zhèn)定器、欠勵磁、過勵磁等環(huán)節(jié)；在控制原理上，向著自適應調(diào)節(jié)方向發(fā)展，即調(diào)節(jié)器能自動適應系統(tǒng)工況的變動而擇優(yōu)整定其參數(shù)；在構(gòu)成元件上，正向著微機化

16、方向發(fā)展。一、自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的作用自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)包括同步發(fā)電機和勵磁系統(tǒng)。自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的作用（自動調(diào)節(jié)勵磁電流的作用）：（1）調(diào)節(jié)電壓；（2）調(diào)節(jié)無功功率；（3）提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；（4）改善電力系統(tǒng)運行條件。1、調(diào)節(jié)電壓當勵磁電流不變時，發(fā)電機機端電壓與發(fā)出的無功功率關系緊密。發(fā)電機發(fā)出的無功功率增大時，機端電壓下降。2、調(diào)節(jié)無功功率當發(fā)電機輸出的有功功率保持不變時，調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，發(fā)電機輸出的無功功率也會變化。3、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定，當其勵磁系統(tǒng)響應速度快，又有高強勵倍數(shù)時，可以改善電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。4、改善電力系統(tǒng)運行條件自動

17、調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)自動增加勵磁電流，多發(fā)無功功率，加速電網(wǎng)電壓恢復，改善系統(tǒng)工作條件。在電力系統(tǒng)內(nèi)部故障時，自動調(diào)節(jié)勵磁裝置進行強勵，使短路電流增大，提高了繼電保護的靈敏度。 二、對自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的基本要求（1）有足夠的調(diào)節(jié)機端電壓范圍（0.81.2UG.N）；（2）系統(tǒng)故障時能夠迅速進行強勵；（3）可靠性高。三、勵磁系統(tǒng)的分類勵磁系統(tǒng)的分類主要是對勵磁功率單元進行分類。勵磁功率單元可以分為4類。（1）直流勵磁機勵磁系統(tǒng)；（2）交流勵磁機系統(tǒng)；（3）旋轉(zhuǎn)硅整流勵磁系統(tǒng)；（4）靜止勵磁系統(tǒng)。（1）直流勵磁機勵磁系統(tǒng)勵磁電流由與發(fā)電機同軸的直流發(fā)電機供給?？梢苑殖?種：（1）自勵直流勵磁機系統(tǒng)； 直流

18、勵磁機的勵磁繞組由勵磁機本身供給。（2）他勵直流勵磁機系統(tǒng)。 直流勵磁機的勵磁繞組由另外一直流勵磁機（副勵磁機）供給。 這種勵磁方式只應用于小容量發(fā)電機組。（2）交流勵磁機勵磁系統(tǒng)勵磁電流由與交流發(fā)電機供給。大容量發(fā)電機的勵磁功率單元采用交流勵磁機和半導體整流元件組成的交流勵磁機系統(tǒng)。交流主勵磁機的整流單元靜止不動，是有刷勵磁。 可以分成2種：（1）交流主勵磁機靜止硅整流勵磁系統(tǒng)交流主勵磁機通過靜止二極管（死硅）整流系統(tǒng)整流后供給勵磁電流，自動勵磁調(diào)節(jié)裝置通過控制晶閘管的導通角來調(diào)節(jié)交流副勵磁機提供給主勵磁機的勵磁電流。適用于勵磁電流小于800010000A的同步發(fā)電機。 對整流性能要求較弱，響應隨度較慢。（2）交流主勵磁機帶晶閘管整流系統(tǒng) 交流主勵磁機輸出電壓經(jīng)過晶閘管整流裝置后，通過炭刷供給發(fā)電機勵磁電流。 響應速度快，一般用于對穩(wěn)定性要求較高的電力系統(tǒng)，并可用來滅磁。（3）旋轉(zhuǎn)硅整流勵磁系統(tǒng)交流主勵磁機的交流繞組和整流設備隨著主軸一起旋轉(zhuǎn)。這樣省去了炭刷，可以用于勵磁電流超過800010000A的大型