電力系統(tǒng)自動裝置原理思考題及答案

1、昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院1復(fù)習(xí)思考題第二章第二章同步發(fā)電機的自動并列同步發(fā)電機的自動并列一、基本概念一、基本概念1、并列操作：、并列操作：電力系統(tǒng)中的負(fù)荷隨機變化，為保證電能質(zhì)量，并滿足安全和經(jīng)濟(jì)運行的要求，需經(jīng)常將發(fā)電機投入和退出運行，把一臺待投入系統(tǒng)的空載發(fā)電機經(jīng)過必要的調(diào)節(jié)，在滿足并列運行的條件下經(jīng)開關(guān)操作與系統(tǒng)并列，這樣的操作過程稱為并列操作。2、準(zhǔn)同期并列：、準(zhǔn)同期并列：發(fā)電機在并列合閘前已加勵磁，當(dāng)發(fā)電機電壓的幅值、頻率、相

2、位分別與并列點系統(tǒng)側(cè)電壓的幅值、頻率、相位接近相等時，將發(fā)電機斷路器合閘，完成并列操作。3、自同期并列：、自同期并列：將未加勵磁、接近同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電機投入系統(tǒng)，隨后給發(fā)電機加上勵磁，在原動轉(zhuǎn)矩、同步力矩作用下將發(fā)電機拉人同步，完成并列操作。4、并列同期點：、并列同期點：是發(fā)電機發(fā)電并網(wǎng)的條件。同期并列點是表示相序相同、電源頻率同步、電壓相同。5、滑差、滑差頻率、滑差周期：、滑差、滑差頻率、滑差周期：滑差：并列斷路器兩側(cè)發(fā)電機電壓電角速度

3、與系統(tǒng)電壓電角速度之差；滑差頻率：并列斷路器兩側(cè)發(fā)電機電壓頻率與系統(tǒng)電壓頻率之差，用fs表示；滑差周期：并列斷路器兩側(cè)發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓之間相角差變化360所用的時間。6、恒定越前相角準(zhǔn)同期并列：、恒定越前相角準(zhǔn)同期并列：在Ug和Ux兩個相量重合之前恒定角度發(fā)出合閘信號的叫恒定越前相角并列裝置。7、恒定越前時間準(zhǔn)同期并列：、恒定越前時間準(zhǔn)同期并列：在Ug和Ux兩個相量重合之前恒定時間發(fā)出合閘信號的叫恒定越前時間并列裝置。8、整步電壓、

4、正弦整步電壓、線性整步電壓：、整步電壓、正弦整步電壓、線性整步電壓：包含同步條件信息的電壓；正弦整步電壓：與時間具有正弦函數(shù)關(guān)系的整步電壓；線性整步電壓：與時間具有線性函數(shù)關(guān)系的整步電壓。二、思考題二、思考題1、同步發(fā)電機并列操作應(yīng)滿足什么要求？為什么？答：同步發(fā)電機并列操作應(yīng)滿足的要求：（1）并列斷路器合閘時，沖擊電流應(yīng)盡可能小，其瞬時最大值一般不超過1~2倍的額定電流。（2）發(fā)電機并網(wǎng)后，應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運行狀態(tài)，其暫態(tài)過程要短，以

5、減少對電力系統(tǒng)的擾動。因為：(1)并列瞬間，如果發(fā)電機的沖擊電流大，甚至超過允許值，所產(chǎn)生的電動力可能損壞發(fā)電機，并且，沖擊電流通過其他電氣設(shè)備，還合使其他電氣設(shè)備受損；(2)并列后，當(dāng)發(fā)電機在非同步的暫態(tài)過程時，發(fā)電機處于振蕩狀態(tài)，遭受振蕩沖擊，如果發(fā)電機長時間不能進(jìn)入同步運行，可能導(dǎo)致失步，并列不成功。2、同步發(fā)電機并列操可以采用什么方法？答：可分為準(zhǔn)同期并列和自同期并列。3、什么是同步發(fā)電機自動準(zhǔn)同期并列？有什么特點？適用什么場合

6、？為什么？答：調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓Ug，使Ug與母線電壓Ux相等，滿足條件后進(jìn)行合閘的過程。特點：并列時沖擊電流小，不會引起系統(tǒng)電壓降低；但并列操作過程中需要對發(fā)電機電壓、頻率進(jìn)行調(diào)整，并列時間較長且操作復(fù)雜。適用場合：由于準(zhǔn)同步并列沖擊電流小，不會引起系統(tǒng)電壓降低，所以適用于正常情況下發(fā)電機的并列，是發(fā)電機的主要并列方式，但因為并列時間較長且操作復(fù)雜，故不適用緊急情況的發(fā)電機并列。4、為什么準(zhǔn)同期并列產(chǎn)生的沖擊電流小？答：當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)一定時

7、，沖擊電流決定于相量差Us，由于準(zhǔn)同期并列操作是并列斷路器QF在滿足頻率相等幅值相等相角差為零的理想條件下合閘的，雖然不能達(dá)到理想的條件，但是實際合閘時相量差Us的值很小，因此計算出的沖擊電流很小。5、什么是同步發(fā)電機自同期并列？有什么特點？適用什么場合？為什么？答：是將一臺未加勵磁電流的發(fā)電機組升速到接近電網(wǎng)頻率，滑差角頻率不超過允許值，且在機組的加速度小于某一給定值的條件下，首先合上斷路器QF，接著合上勵磁開關(guān)開關(guān)SE，給轉(zhuǎn)子加勵磁

8、電流，在發(fā)電機電動勢逐漸增長的過程中，又電力系統(tǒng)將并列的發(fā)電機組拉入同步運行。特點：并列過程中不存在調(diào)整發(fā)電機電壓、頻率問題，并列時間短且操作簡單，在系統(tǒng)頻率和電壓降低的情況下，仍有可能實現(xiàn)發(fā)電機的并列；容易實現(xiàn)自動化；但并列發(fā)電機未經(jīng)勵磁，并列時會從系統(tǒng)吸收無功，造成系統(tǒng)電壓下降，同時產(chǎn)生很大的沖擊電流。適用場合：由于自同步并列的并列時間短且操作簡單，在系統(tǒng)頻率和電壓降低的情況下，仍有可能實現(xiàn)發(fā)電機的并列，并容易實現(xiàn)自動化，所以適用于

9、在電力系統(tǒng)故障情況下，有些發(fā)電機的緊急并列。昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院316、如何利用線性整步電壓來實現(xiàn)對頻差大小的檢查？說明工作原理。答：壓差檢查方法：直接比較發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓幅值。原理：將發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓分別通過整流、濾波電路變換成直流，即對應(yīng)發(fā)電機電壓和系統(tǒng)電壓幅值，再通過比較電路得到兩者差值，即幅值差，與允許壓差整定值比較判斷是否滿足并列條件。17、為什么說實際線性整步電壓的最大值、最小值不與相角的零度、180度對應(yīng)？答：

10、實際中，濾波器的時間常數(shù)將會影響其相移，滑差角頻率的變化也會對其產(chǎn)生s?影響，使實際情況偏離理想化直線。18、在數(shù)字式自動并列裝置中，可采用哪幾種方法檢測頻率差？說明各種檢測方法的工作原理。答：(1)頻率差檢測在恒定越前時間之前完成檢測。在數(shù)字式自動并列裝置中，相角差的軌跡中含有滑差角頻率的信息可以利用；()et?s?19、在數(shù)字式自動并列裝置中，可采用哪幾種方法檢測電壓差？說明各種檢測方法的工作原理。答：直接讀入UG和UX值，然后作計

11、算比較：采用傳感器把交流電壓方均根值轉(zhuǎn)換成低電平直流電壓，然后計算兩電壓間的差值，判斷其是否超過該定限值，并獲得待并發(fā)電機組電壓高于或低于電網(wǎng)電壓的信息；直接比較UG和UX的幅值大小，然后讀入比較結(jié)果。待并發(fā)電機電壓UG和電網(wǎng)電壓UX分別經(jīng)變壓器和整流橋后，在兩電阻上得到與UG、UX幅值成比例的電壓值U‘G和U’X，取UAB=U’XU‘G，用整流橋得檢測電壓差的絕對值∣△UAB∣，電壓差測量輸出端的電位為UD=∣△UAB∣Uset，其中

12、Uset為允許電壓差的整定電壓值，當(dāng)UD為正時，表明電壓差超過并列條件的允許值。20、在數(shù)字式自動并列裝置中，如何進(jìn)行相角差的實時檢測？說明其工作原理。答：把電壓互感器二次側(cè)UX、UG的交流電壓信號轉(zhuǎn)換成同頻、同相的兩個方波，把這兩個方波信號接到異或門，當(dāng)兩個方波輸入電平不同時，異或門的輸出為高電平，用于控制可編程定時計數(shù)器的計數(shù)時間，其計數(shù)值N即與兩波形間的相角差相對應(yīng)。CPU可讀e?取矩形波的寬度N值，求得兩電壓間相角差的變化軌跡。

13、()[()]0.52(1)eRcbabctRUUUUs?????21、在自動準(zhǔn)同期并列的過程中，（1）滑差角頻率為常數(shù)，（2）滑差角頻率等速變化，（3）滑差角頻率的一階導(dǎo)數(shù)等加速變化。分別代表并列過程中的什么現(xiàn)象？實時相角差又分別如何計算？寫出其各種情況下的計算公式。答：滑差角頻率為常數(shù)：表示電網(wǎng)和待并機組的頻率穩(wěn)定。滑差角頻率等速變化：表示待并機組按恒定加速度升速，發(fā)電機頻率與電網(wǎng)頻率逐漸接近?；罱穷l率的一階導(dǎo)數(shù)等加速變化：說明待并

14、機組的轉(zhuǎn)速尚未穩(wěn)定，還在升速（或減速）之中。22、在數(shù)字式自動并列裝置中，如何通過比較本計算點的相角與最佳導(dǎo)前合閘相角的關(guān)系，尋找發(fā)出合閘脈沖的時機？三、綜合分析題1、用相量圖分析不滿足理想準(zhǔn)同期條件時沖擊電流的性質(zhì)和產(chǎn)生的后果。答：分三種情況分析不滿足理想準(zhǔn)同步條件時沖擊電流的性質(zhì)和產(chǎn)生的后果：(1)當(dāng)只存在電壓差、不存在頻率差和相位差時，相量圖如課本中圖所示，可見，發(fā)電機電壓高于系統(tǒng)電壓或低于系統(tǒng)電壓，沖擊電流落后或超前發(fā)電機電壓相

15、位90，即沖擊電流是無功性質(zhì)的。后果是引起發(fā)電機定子繞組發(fā)熱，在定子端部產(chǎn)生電動力，嚴(yán)重時損壞發(fā)電機。（2）當(dāng)只存在相位差、不存在電壓差和頻率羔時，相量圖可見，發(fā)電機電壓超前系統(tǒng)電壓或滯后系統(tǒng)電壓，沖擊電流與發(fā)電機電壓接近同相或反相(合閘時相位差很小)，即沖擊電流是有功性質(zhì)的。后果是在發(fā)電機的機鈾產(chǎn)少沖擊力矩，嚴(yán)重時損壞發(fā)電機。（3）當(dāng)只存在頻率差、不存在電壓差時，相量圖可見頻率差造成發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓之間相位差從0到360周期變化。

16、沖擊電流也將從0到最大再到0周期變化，即沖擊電流是振蕩性質(zhì)的。后果是影響發(fā)電機進(jìn)入同步的暫態(tài)過程，振蕩嚴(yán)重時，可能造成發(fā)電機失步，并列不成功。2、已知發(fā)電機準(zhǔn)同期并列允許壓差為額定電壓的5%，允許頻差為額定頻率的0.2%，并列斷路器的合閘時間為0.2s。問如圖所示正弦整步電壓是否滿足壓差和頻差條件？答：壓差判斷：波形圖可見，正弦整步電壓最小值為0，表示實際電壓差為0，所以，滿足壓差允許值條件；頻差判斷：由題意可知頻差允許值為50Hz0.