自动装置知识点

《电力系统自动装置原理》知识点

杨冠城主编

绪 论

1.电力系统自动装置

对发电厂、变电所电气设备运行的控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。

电力系统自动装置有两种类型：自动调节装置和自动操作装置。 2.电气设备的操作分正常操作和反事故操作两种类型。

(1)按运行计划将发电机并网运行的操作为正常操作。

(2)电网突然发生事故，为防止事故扩大的紧急操作为反事故操作。

防止电力系统的系统性事故采取相应对策的自动操作装置称为电力系统安全自动控制装置。 3．电力安全装置

发电厂、变电所等电力系统运行操作的安全装置，是为了保障电力系统运行人员的人身安全的监护装置。 自动装置及其数据的采集处理

电力系统运行的主要参数是连续的模拟量，而计算机内部参与运算的信号是离散的二进制数字信号，所以，自动装置的首要任务是数据采集和模拟信号的数字化。 1、硬件组成形式

从硬件方面看，目前电力系统自动装置的结构形式主要有四种:即微型计算机系统、工业控制机系统、集散控制系统(Distributed control system——DCS)和现场总线系统(Field bus Control System——FCS)。 2、采样

对连续的模拟信号x(t)，按一定的时间间隔TS，抽取相应的瞬时值，这个过程称为采样。

采样过程就是一个在时间和幅值上连续的模拟信号x(t)，通过一个周期性开闭(周期为TS，开关闭合时间为τ)采样开关S后，在开关输出端输出一串在时间上离散的脉冲信号xS(nTS)。

3、采样定理

采样周期TS决定了采样信号的质量和数量： TS太小，会使x S(nTS)的数据剧增，占用大量的内存单元；TS太大，会使模拟信号的某些信息丢失，当将采样后的信号恢复成原来的信号时，就会出现信号失真现象，而失去应有的精度。因此，选择采样周期必须有一个依据，以保证x S(nTS)能不失真地恢复原信号x(t)。这个依据就是采样定理。

香农(shannon)采样定理：采样频率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来唯一表示。 4、量化

连续模拟信号经过采样后，成为时间上离散的采样值，其幅值在采样时间τ内依然是连续的。采样幅值仍然是模拟量。

为了能用计算机处理数据，采样值需转化成数字量。由于二进制代码的位数是有限的，只能代表有限个信号的电平，故在编码之前，首先要对采样信号进行“量化”。

量化就是把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整数倍比较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来表示该幅值。

设N为数字量的二进制代码位数，量化单位定义为量化器满量程电压值UFSR与2N的比值，用q表示，即

q=UFSR / 2N

量化方法可以采用“有舍有入”的量化方法。5、编码 把量化信号的数值用二进制代码表示。 6、标度变换

进入A/D的信号一般是电平信号，但其意义却有所不同。例如同样是5V电压，可以代表540℃蒸汽温度，也可以代表500A电流、110kV电压等。因此，经A／D转换后的同一数字量所代表的物理意义是很不相同的。所以要由计算机乘上不同的系数进行标度转换，把它们恢复到原来的量值。

思考：

1、为什么模拟信号的采样幅值仍是模拟量，而经过量化和编码就成了数字量？ 2、为何量化引入的最大误差为±1/2LSB?

3、交流采样和直流采样各有什么优、缺点？它们各适用于什么场合？

第二章 同步发电机的自动并列1、并列操作：将一

台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，将发电机组并入电网运行。

同步发电机组并列时遵循如下的原则：

(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。 3、并列方法分类

（1）准同期并列

待并发电机组已经加上了励磁电流，调节待并发电机组的状态参数使之符合并列条件后合上发电机出口断路器。（2）自同期并列

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ωS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，首先合上并列断路器QF，接着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入同步运行。

5发电机并列的理想条件：并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。即：

这时，并列合闸的冲击电流等于零，并且并列后发电机组与电网立即进入同步运行，不发生任何扰动现象。发电机并列的实际条件：

（1） 电压幅值差不超过额定电压的5％～10％

（2） 频率差不超过额定频率的0.2％～0.5％合闸瞬间相角差不超过±5度(1)电压幅值不等

设发电机并列时频率fG =fX、相角差δe等于零、电压幅值不等(UG≠UX)。冲击电流主要为无功电流分量。

1）UG > UX

冲击电流滞后发电机电压90度，并列后发电机立即带无功负荷； 2）UG < UX

冲击电流超前发电机电压90度，并列后发电机从系统吸收无功负荷； (2)合闸相角差

设并列合闸时电压幅值相等、频率相等，但合闸瞬间存在相角差。

当相角差较小时，冲击电流主要为有功电流分量，说明合闸后发电机与电网间立刻交换有功功率，使机组联轴受到突然冲击

1）发电机电压超前，冲击电流基本与发电机电压同相，并列后发电机立即发出有功功率；

2）发电机电压滞后，冲击电流基本与发电机电压反相，并列后发电机立即从系统吸收有功功率； (3)频率不相等

设并列时电压幅值相等但频率不相等，这时断路器两侧间电压差us为脉动电压。3）δe从0变到2π所需的时间注意：

相角差δe是时间的函数，所以并列时合闸相角差δe与发出合闸信号的时间有关，如果发出合闸信号的时间不恰当，就有可能在相角差较大时合闸，以致引起较大的冲击电流。如果并列时频率差较大，即使合闸时的相角差δe 很小，满足要求，但这时待并发电机需经历一个很长的暂态过程才能进入同步运行状态，严重时甚至失步。

请理解图2-6及图2-7。

8、越前时间：考虑到断路器操作机构和合闸回路控制电器的固有动作时间，必须在两电压相量重合之前发出合闸信号，这一时间的提前量称为越前时间。

准同期并列装置采用的提前量有恒定越前相角和恒定越前时间两种。

（1）在UG与Ux两相量重合之前恒定角度δYJ发出合闸信号的，称为恒定越前相角并列装置。

（2）在UG与Ux两相量重合之前恒定时间tYJ，发出合闸信号的，称为恒定越前时间并列装置。

一般取越前时间tYJ等于并列装置合闸出口继电器动作时间tC和断路器的合闸时间tQF之和。

9、准同期并列装置的控制逻辑

恒定越前时间准同期并列装置中的合闸信号控制单元由滑差角频率检测、电压差检测和越前时间信号等环节组成。它的控制逻辑如图2-12所示，需理解原理。

注：在一个脉动电压周期内，必须在越前时间信号到达之前完成频率差和电压差的检测任务，作出是否允许并列合闸的判断。