项目四电力系统自动装置

263项目四 电力系统自动装置【学习项目描述】：该学习项目包括五个工作任务：备用电源自动投入装置、自动按频率减负荷、故障录波装置、发电机自动调节励磁装置、准同期自动并列装置的原理及性能检验与运行维护。【教学目标】知识目标：通过该项目的学习，使学生理解掌握备用电源自动投入装置、自动按频率减负荷、故障录波装置、发电机自动调节励磁装置、准同期自动并列装置的原理、作用及构成，具有电力系统安全自动装置动作原理的分析能力。能力目标：能看懂电力系统安全自动装置的说明书、调试大纲、作业指导书、屏柜的接线图。能对电力系统安全自动装置进行性能检验与运行维护。【教学环境】1.场地及设备的要求：具备电力系统安全自动装置教学实训一体化教室，配置微机备用电源自动投入装置、自动按频率减负荷、故障录波装置、发电机自动调节励磁装置、准同期自动并列装置各 10套，继电保护测试仪 10 套，计算机多媒体教学设备一套，有理论教学区和实训教学区。2.对师资的要求：（1）具备高校教师资格的讲师（或培训师）及以上职称。（2）具有电力系统安全自动装置专业知识。（3）具有发电厂及变电站二次回路的理论知识和分析能力。（7）具备微机电力系统安全自动装置的调试能力。（8）具有良好的职业道德和责任心。任务十四：备用电源自动投入装置的原理及性能分析与运行维护【教学目标】知识目标：1.能够正确表述备用电源自动投入装置的基本概念；2.能够说出备用电源自动投入装置的作用及对备用电源自动投入装置的基本要求；3.能够正确表述备用电源自动投入装置的两种备用方式及其特点；4.能够表述备用电源自动投入装置的几种接线方式；能力目标：1.能够对备用电源自动投入装置进行分类和识别；2.能够读懂备用电源自动投入装置的接线图；3.分析不同接线方式备用电源自动投入装置的动作性能；4.具有分析微机备用电源自动投入装置装置的动作行为的能力；5.具有完成备用电源自动投入装置动作性能检验和运行维护的能力。素质目标：敬业精神、严谨的工作作风、安全意识、团队协作精神。【任务描述】某发电厂厂用电一部分接线如图 4-14-1 所示，T0 为厂用备用变压器， T1、T2 为工作264变压器，正常运行情况下由 T1 给 I 母供电，T2 给 II 母供电。如果 I 母工作电源因故不能继续供电，则由备用变压器 T0 给 I 母供电；如果 II 母工作电源不能供电，则由备用变压器 T0 给 II 母供电。1）请阐述此厂用电接线的备用方式并阐明理由。2）画出厂用电模拟式备自投装置的原理接线图，并说明其工作原理。3）对照对备自投装置的基本要求，阐明其是如何满足这些要求的。4）说出微机型备自投装置的基本工作情况。4）完成对备自投装置的运行与典型的异常处理。图 4-14-1 某发电厂厂用电一次接线图某变电所 10kV 侧采用单母线分段接线方式，接线图如图 4-14-2 所示，为了限制短路电流，正常运行时两段母线分裂运行，为提高供电可靠性想要变压器 T1 在做 I 母的工作电源同时，还可以作为 II 母的备用电源，T2 在做 II 母的工作电源同时，还可以作为 I 母的备用电源。1）请阐述此变电站 10kV 接线的备用方式并阐明理由。2）画出模拟式备自投装置的原理接线图，并说明其工作原理。3）说出数字式备自投装置的基本工作情况。4）完成对备自投装置的运行与典型的异常处理。图 4-14-2 某变电站 10kV 一次接线图【任务准备】备用电源自动投入装置的基本作用是什么？对备自投有哪些基本要求？为什么要提这些要求？一般装置中怎么满足这些要求？比较备自投的两种备用方式及其特点。画出备自投的接线方式并分析其动作原理。【相关知识】 一、备用电源自动投入装置的作用备用电源自动投入装置是指当工作电源（或工作设备）因故障被断开后，能自动而迅速的将备用电源（或备用设备）投入工作，保证用户连续供电的一种装置。简称为 AAT 装置。备用电源自动投入装置动作时，通过合备用线路断路器或备用变压器断路器实现备用电源的投入。在变电站，备用电源自动投入装置保证在工作电源故障退出后能够继续获得电源，使变电站的所用电正常供电，有效地提高了供电的可能性。2651备用电源自动投入装置的作用1）提高供电的可靠性，节省投资。采用备用电源自动投入装置自动投入，中断供电时间只是自动装置的动作时间，时间很短，对生产无明显影响，可以提高供电可靠性，同时结构简单，造价便宜。2）简化继电保护。因为采用了备用电源自动投入装置后，环形网络可以开环运行，变压器可以分列运行等，因此，可以采用方案相对简单的继电保护装置。3）限制短路电流，提高母线残余电压。在受端变电所，如果采用开环运行和变压器分裂运行，将使短路电流受到一定限制，不需要再装出线电抗器，这样，既节省了投资，又使运行维护方便。 2一般在下列情况下应装设备用电源自动投入装置：）具有备用电源的发电厂的厂用电和变电所的所用电；）由双电源供电的变电所，其中一个电源经常断开作为备用；）降压变电所内有备用变压器或有互为备用的母线段；）生产过程中某些重要机组有备用设备（属备用设备自动投入） ，如给水泵、循环水泵等。 二、备用电源自动投入装置分类1备用电源自动投入装置按其备用方式可以分成两大类：明备用方式和暗备用方式。1）若备用电源在正常情况下不运行，只有在工作电源不能正常工作，备用电源才投入运行的备用方式，称为：“明备用”。如图 4-14-3（a）图所示，正常运行情况下，变压器T0 处于备用状态，断路器 3QF、4QF、5QF 断开运行，断路器 1QF、2QF、6QF、7QF 闭合运行，变压器 T1 给母线 I 供电，变压器 T2 给母线 II 供电。当 T1（或 T2）故障时，1QF、2QF(或 6QF、7QF)由变压器继电保护动作跳开，备自投动作将 3QF、4QF（或3QF、5QF）合上，母线 I（或 II）由变压器 T0 供电。2） “暗备用”是指两个电源平时都作为工作电源各带一部分自用负荷且均保留有一定的备用容量，当一个电源发生故障时，另一个电源承担全部负荷的运行方式。如图 4-14-3（b）图所示，正常运行情况下，断路器 5QF 断开运行，断路器 1QF、2QF、3QF、4QF 闭合运行，变压器 T1 给母线 I 供电，变压器 T2 给母线 II 供电。当 T1 故障时，1QF、2QF 由变压器 T1 继电保护动作跳开，备自投动作将 5QF 合上，母线 I 由变压器 T2 供电。T2 故障时， 3QF、4QF 由变压器 T2 继电保护动作跳开，备自投动作将 5QF 合上，母线 II 由变压器 T1 供电。( a ) 明备用 ( b ) 暗备用266图 4-14-3 备自投一次接线方式三、备用电源自动投入装置的基本要求针对一次系统的接线，备自投的一次接线方案不同，但都必须满足一些基本要求。参照有关规程，对备用电源自动投入装置的基本要求如下：1工作电源断开后，备用电源才能投入这是为了防止：将备用电源投入到故障元件上（如内部故障的工作变压器） ，而造成事故扩大；工作电源发生故障，工作断路器尚未断开时，就投入备用电源，也就是将备用电源投入到故障元件上，造成事故扩大；母线虽非永久性故障，但电弧尚未熄灭而造成备用电源自动投入失败； 防止某些情况下可能出现的非同期合闸。备用电源与工作电源往往存在电压差或相位差，工作电源未断开就投入备用电源，可能导致非同期并列。 为了实现这一要求，使备用电源断路的合闸部分由供电元件受电侧断路器的动断辅助触点来启动2工作母线突然失压时备用电源自动投入装置应能动作工作母线突然失去电压，主要有：工作变压器发生故障，继电保护动作；工作母线本身故障，继电保护使断路器跳闸；工作母线上的出线发生故障，而该出线断路器或继电保护拒绝动作，引起变压器断路器跳闸；变压器断路器误跳闸（人为误操作或保护误动作） ；系统故障，高压工作电源电压消失。这时，备用电源自动投入装置都应起动，使备用电源自动投入，以确保不停电地对负荷供电。为了实现这一要求，AAT 装置在工作母线上应设置独立的低压启动部分，以保证在工作母线失压时，AAT 装置可靠启动3备用电源自动投入装置只应动作一次当工作母线发生永久性故障，备用电源第一次投入后，由于故障仍然存在，继电保护装置动作，将备用电源跳开，此时工作母线又失压，若再次将备用电源投入，就会扩大事故，对系统造成不必要的冲击。为了实现这一要求，故要是控制备用电源断路器的合闸脉冲，使之只能合闸一次。4 备用电源自动投入装置动作过程应使负荷中断供电的时间尽可能短从工作电源失去电压到备用电源投入恢复供电，中间有一段停电时间，为保证电动机自起动成功，这段时间越短越好，一般不应超过 0.51.5s；另外还须考虑故障点的去游离时间，以确保备用电源自动投入装置动作成功，因此，备用电源自动投入装置的动作速度应保证在躲过电弧去游离时间的前提下，尽可能快地投入备用电源。另外，当工作母线上装有高压大容量电动机时，工作母线停电后因电动机反送电，若备自投动作时间太短，工作母线上残压较高，此时，若备用电源电压和电动机残压之间的相位差较大，会产生较大的冲击电流和冲击力矩，损坏电气设备。运行经验证明，装置的动作时间以 11.5s 为宜。5工作母线电压互感器二次侧熔断器熔断时备用电源自动投入装置不应误动作运行中电压互感器二次侧断线是常见的，但此时一次侧工作母线仍然正常工作，并未失去电压，所以此时不应使备用电源自动投入装置动作。6备用电源无电压时，装置不应动作备用母线无电压时，备用电源自动投入装置应退出工作，以避免不必要的动作，因为267在这种情况下，即使动作也没有意义。当供电电源消失或系统发生故障造成工作母线与备用母线同时失去电压时，备用电源自动投入装置也不应动作，以便当电源恢复时仍由工作电源供电。为此，备用电源必须具有有压鉴定功能。7正常停电操作时备用电源自动投入装置不应起动因为此时工作电源不是因故障而退出运行，备用电源自动投入装置应予闭锁。8备用电源投于故障时应使其保护加速动作因为此时仍由继电保护的固有动作时间动作去跳闸，则不能达到快速切除故障的目的。备用电源自动投入装置运行方式应灵活在一个备用电源同时作为几个工作电源的备用电源情况下，备用电源已代替某一工作电源后，若其它工作电源又被断开，必要时装置仍应动作；当备用电源自动投入装置不应动作时，如备用电源检修，手动断开工作电源或备用电源已带满负荷，备用电源自动投入装置也应该能相应地作退出切换。 四、备用电源自动投入装置的一次接线方案根据我国变电站的一次主接线情况，备用电源自动投入装置主要接线方案有以下几种：1、 低压母线分段备自投接线图 4-14-4 低压母线备自投一次接线低压母线分段备自投接线如图 4-14-4，正常运行时，母联断路器 3QF 断开，断路器1QF、2QF 闭合，母线分段运行，1 号电源和 2 号电源互为备用，是暗备用方式。可以称 1号电源为段母线的主供电源、段母线的备用电源；2 号电源为段母线的主供电源、段母线的备用电源。因此，备自投装置的动作过程可以描述为：主供电源失电或供电变压器故障跳闸时，跳开主供电源断路器。在确认断路器跳开后，判断备用电源正常运行，闭合分段断路器，具体可分为以下两种情况：段母线任何原因失电（如 1 号电源失电或变压器 T1 故障）时，跳开 1QF，确认进线无电流，再判断段母线正常运行时闭合 3QF。段母线任何原因失电（如 2 号电源失电或变压器 T2 故障）时，跳开 2QF，确认进线无电流，再判断段母线正常运行时闭合 3QF。2.变压器备自投接线变压器备自投一次接线如图 4-14-5 所示。268（a） (b)图 4-14-5 变压器备自投一次接线(a 图中 T0 为 T1 和 T2 的备用，b 图中 T2 为 T1 的备用)a 图中，T1 和 T2 为工作变压器、TO 为备用变压器，是明备用方式。正常运行时，段母线和段母线分别通过变压器 T1 和 T2 获得电源，即 1QF 和 2QF 合闸，3QF 和 4QF 合闸，5QF、6QF 和 7QF 断开；当段（或段）母线任何原因失电时，断路器 2QF 和 1QF（或4QF 和 3QF）跳闸，若母线进线无流、备用母线有电压，5QF、6QF（或 5QF、7QF）合闸，投入备用变压器 T0，恢复对段母线（或段母线）负荷的供电。b 图中 T1 为工作变压器、T2 为备用变压器，是明备用方式。正常运行时，通过工作变压器 T1 给负荷母线供电；当 T1 故障退出后，投入备用变压器 T2.3.进线备自投（a）单母线不分段 (b) 单母线分段图 4-14-6 进线备自投一次接线图 a 为单母线不分段接线，断路器 1QF 和 2QF 一个合闸（作为工作线路） ，另一个断开（作为备用线路） ，显然是明备用方式。图 b 为单母线分段接线，有三种运行方式。方式一，线路 1 工作带 I 段和 II 段母线负荷，1QF 和 3QF 合闸状态，线路 2 备用，2QF 断开状态，是明备用方式；方式二，线路 2工作带 I 段和 II 段母线负荷，2QF 和 3QF 合闸状态，线路 1 备用，1QF 断开状态，是明备用方式；方式三，线路 1 和线路 2 都工作，分别带 I 段和 II 段母线负荷，1QF 和 2QF 合闸状态，3QF 断开状态，即母线工作在分段状态，是暗备用方式，当任一母线失去电源时通过分段断路器合闸从另一供电线路取得电源。五、典型明备用方式接线分析：1接线269图 4-14-7 变压器备自投明备用接线图 4-14-7 示出发电厂或变电所的变压器自动投入装置的原理接线图。图中的各元件说明如下：T1工作变压器；T0备用变压器，对工作母线起备用作用；KV1、KV2反应段母线电压降低的低电压继电器；KT低电压启动 AAT 装置的时间继电器；KL控制 AAT 装置发出合闸脉冲时间的闭锁继电器；KM1低压启动出口继电器；KM2AAT 装置的出口继电器；KV3对备用电源进行电压监视的过电压继电器；KM3备用电源电压监视中间继电器。AAT 装置由两部分组成：低电压启动部分，当工作电源失压时，断开工作电源。图中由 KV1，KV2，KT,KM1，KM3 等组成；自动合闸部分：工作电源断开后，将备用电源断路器合闸，图中由 KL,KM 等组成。动作性能分析：正常工作情况下，因段母线和备用电源均有电压，故 KV1，KV2 动断触点打开，KV3动合触点闭合，同时，因 KV3 触点闭合故 KM3 带电，其动合触点闭合，为 AAT 启动做好准备。与此同时，因断路器 2QF 处于合闸状态，其动合触点使 KL 带电，KL 触点闭合，也为AAT 装置的出口动作做好了准备。当 T1 的保护动作使 KM1 得电动作，其动合触点闭合使 YT1、YT2 跳闸线圈通电，断路器 1QF 跳闸，2QF 也跳闸，2QF 的动断触点 3-3 合，通过 KL 触点使 KM2 立即得电动作，KM2动作后，其两个动合触点闭合分别使 YC3 和 YC4 合闸线圈带电动作，于是 3QF 和 4QF 合闸。3QF 和 4QF 合闸将备用变压器投入运行，与此同时，通过 2QF 动合触点 2-2 断开使继电器KL 失电，其延时返回触点经延时后打开，于是 KM2 失电，从而保证了 AAT 装置只动作一次。当 1QF 误跳闸，1QF 跳闸后其动断触点 2-2 闭合，使 YT2 通电，于是 2QF 跳闸。2QF 跳闸以后的动作情况同上； 2QF 误跳闸以后的动作情况与 1QF 误跳闸动作行为相同。270当电力系统事故使段母线失去电压，这时 T1 的继电保护不动作，由于段母线失去电压，则 KV1，KV2 动作，它们相串联的触点闭合又启动了时间继电器 KT(如果备用电源有电压，则 KV3 的触点闭合使 KM3 处于动作状态，KM3 触点闭合 )，其动合触点将延时闭合，使 KM1 得电动作，其动合触点闭合使 YT1、YT2 跳闸线圈通电，断路器 1QF 跳闸，2QF 也跳闸，然后就是前述的动作过程使备用变压器投入运行。如果备用电源也没有电压，则 KV3触点不闭合，KM3 不带电，则 KT 不启动，备用变压器也不投入运行。如果备用电源自动投于永久性短路故障上，则应由设置在 4QF 上的过流保护加速将 4QF跳闸。如果永久性短路故障发生在分支线上，而其保护又发生拒动，则 4QF 过流保护的时间继电器延时闭合触点可作为后备，使 4QF 经延时后跳闸。综上所述，图 4-14-7 所示的 AAT 装置的接线能够满足对 AAT 的基本要求。2.接线特点1）保证 AAT 装置动作的可靠性。AAT 装置自动合闸部分由供电元件受电侧断路器（如2QF）的辅助触点启动，满足了工作电源断开后备用电源才投入的要求。同时，启动合闸部分的回路还经由闭锁继电器 KL 的延时断开触点，控制了合闸脉冲长短，可保证 AAT 装置只动作一次。2）低电压启动部分的工作十分可靠。在一般情况下，AAT 装置设有独立的低电压启动部分。为了防止电压互感器二次侧任一相熔断器造成的误启动，将 KV1，KV2 接在不同的相别上，并且将其触点相互串联。此外，在低电压启动回路中还串有一个一次侧隔离开关辅助触点，以防止因检修电压互感器等原因引起失压造成误启动。3）监视备用电源电压的继电器 KM3 的触点直接串接在“低电压跳闸”回路了，这样连接的优点是快速，当工作电源和备用电源分别接在发电机电压的不同母线段时，如果接有工作电源的母线段发生故障，低电压启动回路使时间继电器 KT 立即启动，而不必等到故障切除后才启动，可以缩短 AAT 装置的动作时间。3.参数整定1）低电压继电器 KV1、KV2 的动作电压整定一般要考虑两方面：接在工作电压器高、低母线上的出线电抗器之后，或者变压器之后发生短路故障时，低电压继电器不应动作。当在母线的引出线上发生短路故障时，低电压继电器动作。当故障切除后，在电动机自启动过程中，低电压继电器应可靠返回。根据运行经验，低电压继电器的动作电压一般取工作母线额定工作电压的 20%30%。2）时间继电器 KT 动作时限值应保证 AAT 的选择性。当电网内发生使低电压继电器动作的短路故障时，应由电网保护切除故障而不应使 AAT 装置动作，为此 KT 的动作时间 tKT应满足tKT=td.max+t (4-14-1)式中 td.max系统切除故障的最大动作时限；t时间级差，取 0.50.7s。根据运行经验，一般取 11.5s。3）闭合继电器 KL 触点延时返回时间值的确定，既要保证断路器可靠合闸，又要保证AAT 只动作一次。为此按下式计算271tKL = tYC +t (4-14-2)式中t 时间裕度，取为 0.20.3s。4）过电压继电器 KV3 的动作电压值在整定时应考虑按备用电源母线最低运行电压和保证电动机启动两个条件整定。故 KV3 继电器的动作电压 Uact为Uact= (4-14-3)minTVrelK式中 nTV 电压互感器的变比；Krel可靠系数，取 1.11.2；Kre返回系数，一般为 0.850.9。一般 Uact值不应低于额定工作电压的 70%。六、典型暗备用接线分析原理接线图如图 4-14-8 所示，T1 和 T2 互为暗备用。图中只画出 T2 故障后自动投入母线分段断路器的接线图。图中的各元件说明如下：KV1、KV2反应 II 段母线电压降低的低电压继电器； 图 4-14-8 分段备自投暗备用接线KL控制 AAT 装置发出合闸脉冲时间的闭锁继电器；KV3对 I 段工作母线监视的过电压继电器；KMC55QF 的合闸接触器。工作特性分析： 正常运行时，A 电源通过工作变压器 T1 给工作母线 I 段供电，B 电源通过工作变压器 T2 给工作母线 II 段供电，母线分段断路器 5QF 断开。变压器 T2 故障，T2 保护使 3QF、4QF 跳闸，工作母线 II 段失去电压，工作母线 I有电压，KV3 动合触点闭合，KV1、KV2 动断触点闭合，经由 4QF 的 3-3 触点，KL 的延时触点接同 KMC5,KMC5 励磁 5QF 合闸，工作母线 II 段恢复供电。5QF 合闸后，KL 触点延时断开，保证 5QF 只合闸一次。【任务实施】： 第一步：根据备用电源自动投入装置的备用方式概念及特点完成第一步；第二步：根据备自投接线的基本构成及一次接线的特点完成其原理接线图；第三步：根据对备自投的基本要求，分析原理接线图是否能满足要求；第四步：给出性能检验的方案；第五步：简述微机型备自投的基本工作方式；第六步：给出备自投日常巡视的要求及典型异常的处理方法。一、微机型备用电源自动投入装置实例分析以 RCS9651CS 型备用电源自动投入装置为例学习微机型备用电源自动投入装置的自投逻辑，软件原理及备用方式充放电及动作过程。RCS9651CS型备用电源自投保护测控装置可实现各电压等级、不同主接线方式（内桥、单母线、单母线分段及其他扩展方式）的备用电源自投逻辑和分段（桥）开关的过流保护和测控功能。可组屏安装，也可在开关柜就地安装。备用电源自投逻辑：分段(或桥)断路器和进线(或双绕组/三绕组变压器)两种电气元件272的备用电源自投功能，包括四种备自投方式。方式1和2：对应1#和2#进线(或变压器)互为明备用的两种动作方式。方式3和4：对应通过分段(或桥)断路器实现母和母互为暗备用的两种动作方式。如图4-14-9。图 4-14-9 RCS9651CS 备自投一次接线图2.软件工作原理：装置引入两段母线电压（Uab1、Ubc1、Uca1、Uab2、Ubc2、Uca2） ，用于有压、无压判别。引入两段进线电压（Ux1、Ux2）作为自投准备及动作的辅助判据，可经控制字选择是否使用。每个进线开关各引入一相电流（I1、I2） ，是为了防止 TV 三相断线后造成自投装置误投，也是为了更好的确认进线开关已跳开。装置引入电源 1、电源2 和分段开关的位置接点（TWJ）或断路器的辅助接点（常开） ，用于系统运行方式判别，自投准备及自投动作。如果是电源进线，直接引 1QF、2QF 的位置即可；如果是主变电源，将 1QF 和 1HQF（1变压器高压侧开关）的 TWJ 并联引入，2QF 和 2HQF（2变压器高压侧开关）的 TWJ 并联引入。将母需要联跳的开关位置接点（TWJ）串联引入 1QFA，将母需要联跳的开关位置接点（TWJ）串联引入 2QFA。引入了电源 1、电源 2 和分段开关的合后位置信号（从开关操作回路引来） ，作为各种运行情况下自投的手跳闭锁。如果是电源进线，直接引 1QF、2QF 的合后接点 KKJ 即可；如果是主变电源，将 1QF 和 1HQF 的 KKJ 串联引入，2QF 和 2HQF 的 KKJ 串联引入。分段开关的 TWJ 和 KKJ 可以从装置自身操作回路引入，也可以通过辅助参数整定从外部引入。另外还分别引入了闭锁方式 1 自投，闭锁方式 2 自投，闭锁方式 3 自投、闭锁方式 4 自投和自投总闭锁 5 个闭锁输入。 装置输出接点有跳电源 1、电源 2 各两付同时动作的接点。用于跳开 1QF（或母需要联跳的开关） 、2QF（或母需要联跳的开关） 。输出合电源 1、电源 2 各两付独立动作的接点，用于 1QF、1HQF 和 2QF、2HQF 分时合闸。输出跳、合 3QF 的动作接点，可接装置自身操作回路，也可以用外部的操作回路。输出三轮过负荷减载各两付接点。还有三付备用出口接点，可以整定输出。信号输出分别为：装置闭锁（可监视直流失电，常闭接点） ，装置报警，保护跳闸，保护合闸各一付接点。3.线路/ 变压器备投方式 1 工作原理（方式 2 #2 线路/变压器运行，1#线路/变压器备用，充放电及动作过程同方式 1。 ）#1 进线/变压器运行，#2 进线/变压器备用，即 1QF、3QF 在合位，2QF 在分位。当#1进线/变压器电源因故障或其他原因被断开后，#2 进线/变压器备用电源应能自动投入，且只允许动作一次。为了满足这个要求，设计了类似于线路备用电源自动投入装置的充电过程，只有在充电完成后才允许自投。充电条件：2731)母、母均三相有压，当#2 线路电压检查控制字投入时，#2 线路有压（Ux2） ；2) 1QF、3QF 在合位, 2QF 在分位。经备自投充电时间后充电完成。备自投充电时间可在“装置整定-辅助参数”菜单中整定。放电条件：1) 当#2 线路电压检查控制字投入时，#2 线路无压（Ux2） ，经 15S 延时放电。无压门槛是：当线路额定电压二次值为 100V 时为 Uyy；当线路额定电压二次值为 57.7V 时为Uyy*0.577；2) 2QF 合上经短延时；3) 本装置没有跳闸出口时，手跳 1QF 或 3QF（即 KKJ1 或 KKJ3 变为 0） （本条件可由用户退出，即“手跳不闭锁备自投”控制字整为 1） ；4) 引至闭锁方式 1 自投和自投总闭锁开入的外部闭锁信号；5) 1QF，2QF，3QF 的 TWJ 异常；6) 1QF、1QFF、2QFF 开关拒跳；7) 整定控制字或软压板不允许#2 进线/变压器自投；动作过程：当充电完成后,母、母均无压（三线电压均小于无压起动定值)，Ux2有压（JXY2 投入时） ，I1 无流起动，经延时 Tt1，两对电源 1 跳闸接点动作跳开电源 1 开关（1QF） 、母需要联切的开关，电源 2 跳闸接点动作跳开母需要联切的开关（JLT2 投入时） 。确认 1QF 跳开、1QFA 跳开（JLT1 投入时）和 2QFA 跳开（JLT2 投入时）后，且母、母均无压（三线电压均小于无压合闸定值)或满足同期条件 2（检同期 2 投入时） ，分别经 Th1、Th2 延时合电源 2 的两对合闸接点。若“加速备自投 12”控制字投入，当备自投起动后，若 1QF 主动跳开（TWJ1 为 1） ，则不经延时空跳 1QF 和需要联切的开关，其后逻辑同上。同期条件 2：线路电压 Ux2 大于有压定值，母 Uab2 大于无压合闸定值 Uwy，且两者的相角差小于合闸同期角整定值 DGhz。分段（桥）开关自投（方式 3、方式 4 ）当两段母线分列运行时，装置选择分段(桥)开关自投方案。充电条件：1) 母、母均三相有压；2) 1QF、2QF 在合位,3QF 在分位。经备自投充电时间后充电完成。方式 3-母失压工作原理（方式 4-母失压工作原理与方式 3 同）放电条件：1) 3QF 在合位经短延时；2) 、母均无压（三线电压均小于 Uwyqd） ，延时 15S；3) 本装置没有跳闸出口时，手跳 1QF 或 2QF（KKJ1 或 KKJ2 变为 0） （本条件可由用户退出，即“手跳不闭锁备自投”控制字整为 1） ；2744) 引至闭锁方式 3 自投和自投总闭锁开入的外部闭锁信号；5) 1QF，2QF，3QF 的 TWJ 异常；使用本装置的分段操作回路时，控制回路断线，弹簧未储能（合闸压力异常） ；6) 1QF、1QFA 开关拒跳；7）整定控制字或软压板不允许母失压分段自投；动作过程：当充电完成后,母无压（三线电压均小于无压起动定值） 、I1 无流，母有压起动，经 Tt3 延时后，两对电源 1 跳闸接点动作跳开 1QF、母需要联切的开关。确认 1QF 跳开和 1QFA 跳开（JLT1 投入时）后，且母无压（三线电压均小于无压合闸定值）或满足同期条件 3（检同期 3 投入时）经 Th34 延时合上 3QF。说明：JXY1线路电压 1 检查控制字（“1”投入，“0”退出）JLT1 /JLT2联跳I/II 母开关控制字Uyy 有压定值Uwyqd 无压起动定值Uwy无压合闸定值Th34方式 34 合闸时限二、备用电源自动投入装置的运行维护及异常处理1.备自投装置日常巡视要求1）运行正常，无告警信息与告警灯亮，所报信息均以确认复归。2）各交直流断路器均投入正常。3）二次连接片投、退位置与当前运行方式相符，压接牢固，标示清晰准确，连接片上无明显积尘和蜘蛛网。4）转换开关投退位置与当前运行方式相符，表示清晰准确。5）液晶屏开入量显示正常，无异常告警信号。6）装置的各个运行指示灯指示是否正常7）二次接线无松脱、发热变色现象，电缆孔洞封堵严密。8）屏内外整洁干净，屏内无杂物、蜘蛛网。2.相关运行要求及注意事项1）除了短时转电操作，备自投装置的投退应跟随一次设备运行方式的变化而随时投退当一次设备的运行方式与备自投方式不符时，应及时将备自投装置退出；在恢复与备自投方式相符的运行方式前，应及时将备自投装置投入。2)小电阻接地系统，备自投装置与接地变压器保护之间存在配合关系。当接地变压器保护动作时会闭锁备自投，当备自投动作时将联跳相应母线的接地变压器（小电阻系统） 。所以，当接地变压器单元检修或备自投单元检修时，应解除接地变压器保护“闭锁备自投”连接片和备自投“跳接地变压器”连接片。3）对于无过载联切功能的备自投，应确保备自投动作后相应设备不过载，否则，应控制负荷或退出备自投。同样道理，备自投动作后应检查变压器等电源的负载情况，监视负载变化情况，如负载联切动作，应检查被联切的线路，不得重合。3.装置的异常处理1）如果装置在母线失压后不动作或断路器合不上，应汇报调度，安排处理。2752）若运行中出线“交流电压断线”或“直流电源消失”信号，应停用本装置，并查出原因，予以消除。4告警处理备自投装置告警分为硬件故障和检测出错两种。电源故障、定值出错等属于硬件故障，将闭锁备自投并告警；TV 断线、断路器电流与断路器位置不对应等属于检测出错，将延时告警。当备自投装置发出“告警”信号时，运行人员应及时检查备自投装置告警原因，确认后通知检修人员处理，必要时应向调度申请退出备自投。备自投装置是公共设备，它与主变压器保护、接地变保护、馈线断路器等有跳闸、闭锁等功能，备自投投退应特别注意这些接口的安全性。【复习思考】： 4-14-1 什么是备用电源自动投入装置？备用电源自动投入装置有哪些作用？4-14-2 什么是明备用？什么是暗备用？各有什么特点？4-14-3 对备用电源自动投入装置有哪些基本要求？为满足这些基本要求，分别采取哪些措施？4-14-4 备用电源自动投入装置的典型接线方式有哪些？试画出其典型接线图。4-14-5 备用电源自动投入装置由那两部分构成？各部分的作用是什么？4-14-6 备用电源自动投入装置的日常巡视要求有哪些？任务十五：自动按频率减负荷装置的原理及性能检验【教学目标】：通过学习和查阅资料，学生能掌握自动按频率减负荷的概念及作用，对自动按频率减负荷装置的基本要求，自动按频率减负荷装置构成、接线、动作分析，并能进行对自动按频率减负荷装置动作性能的检验与运行维护。树立正确的学习态度，学会查阅资料，养成自觉学习的好习惯，具备团队协作能力。【任务描述】：该任务采用任务驱动的教学模式，引导学生从电力系统质量标准之一频率入手，先分析低频运行的危害，分析引起低频运行的原因引出按频率自动减负荷装置；然后，具体分析电力系统的静态频率特性和动态频率特性，通过定量的计算，分析按频率自动减负荷装置的工作原理；最后，介绍实际的按频率自动减负荷装置，熟悉 AFL 装置的接线及配置，认清防 AFL 装置误动的措施。【任务准备】：1电力系统低频运行的危害2电力系统的静态频率特性及负荷调节效应3电力系统的动态频率特性4按频率自动减负荷的概念及作用5按频率自动减负荷的基本工作原理：系统中最大可能功率缺额及 AFL 装置最大断开功率的确定；AFL 的基本级和附加级；每级切除负荷的限值；AFL 装置的动作时限。6按频率自动减负荷装置：AFL 的接线；AFL 的配置；低频继电器工作原理；微机276继电保护与按频率自动减负荷一体化装置；AFL 装置误动作的原因及采取的措施。【相关知识】：一、概述电力系统的频率反映了发电机组所发有功功率与负荷所需有功功率之间的平衡状况。当电厂发出的有功功率不能满足用户要求而出现缺额时，系统频率就会下降。但是，电力系统分析中所讨论的系统频率和有功功率自动调节的有关内容，是指系统在正常运行时，由于计划外负荷所引起的频率波动。这时，系统动用发电厂的热备用容量，即系统运行中的发电机容量就足以满足用户的需要。而当系统中发生较大事故时，系统出现较严重的功率缺额，其数值超出了正常热备用可以调节的能力，这时即使令系统运行中的的所有发电机组都发出其可能胜任的最大功率，仍然不能满足负荷的功率需要。在这种情况下，由于功率缺额所引起的系统频率下降，将远远超出系统安全运行所允许的范围。这时，从保证系统安全运行的观点出发，为了保证对重要用户的供电，不得不采取应急措施，切除部分负荷，以使系统频率恢复到可以安全运行的水平以内。当电力系统因事故而出现较严重的有功功率缺额时，系统频率将随之大幅度降低，其下降的数值与功率缺额有关，根据前述的负荷频率特性曲线，不难求出系统频率下降的稳态值。系统频率的大幅度下降，对系统的运行极为不利，甚至会造成严重的后果，主要表现在以下几个方面：运行经验表明，某些汽轮机在频率低于 4949.5Hz 以下长期运行时，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。当频率下降到 4748Hz 时，火电厂的厂用机械（例如给水泵等）的出力将显著降低，使得锅炉的出力减少，导致电厂发出的功率减少，因此系统的功率缺额更为严重。于是系统频率进一步下降，这样形成了连锁反应将使发电厂的运行受到破坏，可能造成电力系统中所谓的“频率崩溃”现象。当频率降低时，在系统中运行的发电机、励磁机等的转速相应降低，造成发电机的空载电势下降，使系统的电压水平下降。运行经验表明，当频率降低到 4546Hz 时，系统的电压水平将受到严重影响，系统运行的稳定性可能遭到破坏。这时，如果在电力系统中的其它因素（例如发生短路故障，或者无功负荷增大等）作用下，可能再现所谓的“电压崩溃”现象，导致电力系统瓦解。频率是电能质量的重要指标之一，频率降低会对所有用户产生影响，例如影响某些测量仪表的准确性，使企业生产率下降，产品的次品率上升等等。一旦电力系统发生上述的恶性事故，将会引起大面积停电，而且需要较长时间才能恢复系统的正常供电，对国民经济和人民生活造成极为严重的影响。前述国内外发生过的这种不幸事故，应引起高度的重视。综上所述，在电力系统运行中，系统频率不能长期低于 4949.5Hz，事故情况下不能较长时间停留在 47Hz 以下，绝对不允许低于 45Hz。因此，当电力系统中发生事故造成有较大的有功功率缺额时，应当迅速地断开一些不重要的用户以制止频率下降，保证系统安全稳定运行和电能质量，防止事故扩大，保证重要负荷的供电。在电力系统中广泛采用自动按频率减负荷装置（简称 AFL 装置）：即按照系统频率下降的不同程度，有计划地自动277地断开相应的不重要负荷，以阻止频率的下降，使频率迅速恢复。二、电力系统频率静态特性电力系统正常运行时，当系统频率变化时，整个系统的负荷功率 也要随之改变，即LP4-15-1)(fPL这种负荷功率随频率而改变的特性称为负荷的功率频率特性，它是负荷的静态频率特性。不同类型负荷消耗的有功功率，随频率变化的敏感程度不一样，它与负荷的性质有关。电力系统中，各种负荷的功率与频率的关系，可以归纳为以下几类：（1）与频率变化无关的负荷。例如照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等。（2）与频率成正比的负荷。例如切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等。（3）与频率的二次方成比例的负荷。例如变压器中的涡流损耗，但这种损耗在电网有功损耗中所占比重较小。（4）与频率的三次方成比例的负荷。例如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。（5）与频率的更高次方成比例的负荷。例如静水头阻力很大的给水泵等。因此，负荷的功率频率特性一般可表示为4-15-2nNLnNLNLL fPafPafaP )()()(2210 式中 额定频率；f系统频率为 f 时，整个系统的有功负荷；系统频率为 时，整个系统的有功负荷；LN, , 上述各类负荷占 中的比例系数。0a1nLNP将式（4-15-2）除以 ，可得标幺值形式的负荷功率特性4-15-3nLfafa*2*10*在一般情况下，上面的计算通常取到三次方项即可，因此系统中与频率更高次方成比例的负荷很少，一般可以忽略。式（4-15-2）或式（4-15-3 ）称为电力系统中负荷的静态功率频率特性方程。当系统中负荷的组成及性质确定之后，方程也就唯一地确定了，这时也可以用特性曲线来表示，如图 4-15-1 所示。图 4-15-1 负荷的静态功率频率特性（a ）一般特性曲线；（b）在较小的频率变化范围内由图 4-15-1（a）可知，在额定频率 时，系统的负荷功率为 ；当频率下降时，Nf LNP系统负荷功率就下降，如果系统频率升高，则负荷功率将增大。也就是说，当电力系统中278机组的输入功率和负荷功率之间失去平衡时，系统负荷也参与了调节作用，它的功频特性有利于系统中有功功率在另一功率值下重新获得平衡。三、电力系统频率动态特性当系统中出现功率缺额或功率过剩时，系统频率 的动态特性可用指数曲线来描述：f4-15-4xfTtNeff /)(其时间常数 与系统的机械惯性时间常数并不相等。 值与 PGN、P LN、T x 和负荷调xfT xf节效应 等数值有关，一般 的值大约在 4l0s 之间。*LKxfT四、自动按频率减负荷的工作原理当电力系统中出现严重的功率缺额时，AFL 装置的任务是迅速断开相应数量的用户，恢复有功功率的平衡，使系统频率不低于某一允许值，确保电力系统安全运行，防止事故的扩大。正常运行的电力系统，频率为额定频率 fN，总负荷 PLN 为。当出现有功缺额 P L 将引起系统频率下降。切除不重要的负荷抑制频率的下降或使频率上升到恢复频率。五、AFL 装置的动作顺序在电力系统发生事故、出现严重功率缺额的情况下，被迫采取断开部分负荷的方法，以确保系统的安全运行，这对于被切除的用户来说，无疑会造成不少困难，因此，应力求尽可能少地断开负荷。如前所述，接于 AFL 装置的负荷总功率是按系统最严重事故的情况来考虑的。然而，系统的运行方式很多，而且事故的严重程度也有很大差别，对于各种可能发生的事故，要求 AFL 装置都能作出恰当的反应，切除相应数量的负荷功率，即不过多又不要不足。由于系统的实际功率缺额决定了频率下降的幅值及频率下降初期的下降速度，如能采用按 df/dt来切除相应的负荷，可以较好地解决这个问题，但其装置构成较为复杂，尚未得到推广应用。目前普遍采用的分批断开负荷功率以逐步修正（逼近）恢复频率的方法，能够取得较为满意的结果，并且装置的构成简单，下面将详细讨论。AFL 装置是在电力系统发生事故时，在系统频率下降过程中，按照频率的不同数值顺序切除负荷。也就是将接至 AFL 装置的总负荷功率 Pcut，max 分配在不同起动频率值分批地切除，以适应不同功率缺额的需要。根据起动频率的不同，自动按频率减负荷可分为若干级，也称为若干轮，顺序地动作。为了确定 AFL 装置的级数，首先要定出装置的动作频率范围，即选定第一级起动频率和最末一级起起频率 。1f nf（1）第一级起动频率 的选择1由图 4-15-3 所示系统频率动态特性曲线显示的规律可知，在事故初期如能及早切除部分负荷功率，这对于延缓频率下降过程是有利的。因此，第一级的起动频率值宜选择得高一些，但是，又必须计及电力系统动用旋转备用容量所需的时间延迟，以及避免因暂性频率下降而不必要地断开负荷功率的情况。所以，一般第一级的起动频率整定为4848.5Hz。在以水电厂为主的电力系统中，由于水轮机调速系统动作较慢，因而第一级279起动频率宜取低值。（2）末级起动频率 的选择nf电力系统允许的最低频率受安全运行的限制，以及可能发生“频率崩溃”或“电压崩溃”的限制。对于高温高压参数的火电厂，在频率低于 4646.5Hz 时，厂用设备已不能正常工作，在频率低于 45Hz 时，就有“频率崩溃”或“电压崩溃 ”的危险。因此，末级的起动频率以不低于 4646.5Hz 为宜。（3）频率级差问题当 和 确定之后，就可在这个频率范围内，按频率级差 f 分成 n 级断开负荷，即1fn4-15-51fnn级数 n 越大，每级断开的负荷功率就越少，这样，装置所切除的负荷量就越有可能接近于实际功率缺额，具有较好的效果及适应性。现在的问题是怎样选择频率级差 f，对此当前有两种截然不同的原则：1）根据 AFL 的选择性确定级差 f。该原则强调各级动作的次序，要在前一级动作之后还不能制止频率下降的情况下，后一级才动作。假设频率测量元件的测量误差为fs，最严重的情况是前一级起动频率具有最大负误差，而本级的测量元件却为最大正误差，如图 4-15-2 所示。设第 i 级在频率为（fifs ）时起动，经过 t 时间后断开用户，这时频率已下降至（fi fsft） 。第 i级断开负荷之后，如果频率不再下降（如图中虚线） ，则第 i1 级就不切负荷，这才算是具有选择性。因此，考虑选择性的最小频率级差为4-15-6ytsff2式中 fs频率测量元件的最大误差频率；ft对应于每级切除负荷所需时间 t 的频率变化，因系统功率缺额不同其值亦不同，一般可取为 0.15Hz；fy频差裕度，一般可取为 0.05Hz图 4-15-2 频率选择性级差的确定按照各级有选择性地顺序切除部分负荷功率，级差 f 的值主要决定于频率测量元件的最大误差 f s 和 t 时间内频率的下降数值 f t。当频率测量元件本身的最大误差为0.15Hz 时，选择性级差 f 一般取为 0.5Hz，这样，整个 AFL 装置只可分成五至六级。2）增加级数 n，而级差不强调选择性。由于电力系统运行方式不固定和负荷水平多变，并针对电力系统发生事故时功率缺额有很大分散性的特点，AFL 装置应当遵循逐步试探求解的原则，分多级切除少量负荷，以求达到较佳的控制效果。这就要求减小级差 f，增加280总的频率动作级数 n，同时也相应减少每级切除的负荷功率，这样，即使是两轮无选择性起动，切除的负荷功率不会过多，系统的恢复频率也不致过高。在电力系统中，AFL 装置总是分设在各个地区变电所中。前面已讲到，在系统频率下降的动态过程中，如果计及暂态频率修正项 f i(t)，各节点电压的频率并不一致，所以分散在各地的同一级 AFL 装置，事实上也有可能不同时起动。但是，如果增加级数 n 而减少各级切除的负荷功率，则两级之间的选择性问题就不突出。基于这些原因，近年来的趋势是采用增加级数 n 的方法。例如，对于容量大于 3000MW 的系统，AFL 装置的第一级动作频率不宜低于 49Hz，频率级差不大于 0.3Hz，这样，整个 AFL 装置可以分成 10 级，并且级差还有减小的趋势。六、关于附加级（或称