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电力系统自动装置原理附录思考题电力系统自动装置原理附录思考题参考参考答案答案 第二部分 自动并列 2 1 发电机并列的电流允许值如何考虑 答 冲击电流的电动力对发电机产生影响 发电机定子端部绕组的机械强度最弱 发电机并列的电流 允许值以不对其产生有害影响而作为制定的依据 2 2 发电机并列条件已满足要求 设滑差角频率 s 分别为 0 42 10 2 2 10 6 允许滑差角频率 s 为 0 42 10 2 若错过了合闸时机 下次合闸还要等多久 自动装置如何解决久等问题 答 1 滑差角频率 s 为 0 42 10 2 滑差角频率有名值为 50 0 42 10 2 0 21rad 电压矢量旋转一周需要的时间为 2 0 21 29 9s 2 滑差角频率 s 为 2 10 6 滑差角频率有名值为 50 2 10 6 10 4rad 电压矢量旋转一周需要的时间为 2 10 4 62832s 可见 需非常长的时间才能再次进行合闸 3 解决久等问题 适当增大滑差角频率 使其少小于允许的滑差角频率 电压矢量旋转一周需要的时间将大为降低 从 而解决了久等问题 2 3 电网等值机组的额定容量为 10000MVA 并列点的等值电抗为 0 5pu 待并机组额定容量为 100MVA 次暂态电抗为 0 15 断路器合闸时间为 0 4s 自动装置出口时间为 0 1s 它们的动作时间误差 为 20 待并机组的最大允许冲击电流为2 GN I 1 请设定并列装置的越前时间和允许滑差角频率 2 若 需快速投入机组时 s ddt 可能等加速增大 试问教材中的式 2 23 如何改进 答 1 首先进行电抗折算 即将以 10000MVA 为基准的标么值折算为以 100MVA 为基准的标么值 100 0 50 005 10000 s X pu 设发电机电势标么值为 1 05pu 则允许滑差角频率为 2 1 0 150 005 2arcsin2arcsin0 082 2 1 8 22 1 82 1 05 hmqs ey q iXX E rad 自动装置和断路器的总合闸延迟为 0 1 0 4 0 5s 所以越前时间应为 0 5s 其动作时间误差为 0 2 0 50 1t s 允许的最大滑差角频率为 0 082 0 82rad s 0 1 ey sy t 2 式 2 23 为下式 2 1 2 s YJs ttt t 其中 se ddt s t 为角频率的加速度 当需快速投入机组时 s ddt 可能等加速增大 设 t ws t1t2 ws t s d ddta dt 由图可见 其中的红线为 0 s d ddt dt 时 s 随时间的变化 其对时间的积分即为在该段时间内转 过的相位差 该部分以由上述公式表达 当 s ddt 等加速变化时 s 对时间的积分比 0 s d ddt dt 多了一个阴影部分的面积 也即 在 t1 t2时间内的相位角的变化多了一项 该项可用 2 1 1 111 1 2 1 11 11 1 2 1 111 11 1 2 2 1 121211 11 1 1 2 tt st YJst ttt t t tt st st tt t t tt st st tt t t tt st st tt t t d adx ddt dt d atddt dt d ttatddt dt d ttttatddt dt 2 22 1 121211 1 1 23 1 1212121 1 11 22 1 26 t st st t t t st st t t d ttttatdt dt da tttttt dt 可见 相比 0 s d ddt dt 多了最后一项 2 4 已知 两个区域电网的等值机系统如附图 1 1 所示 其电压幅值相等 频率分别为 tfcos1 050 1 Hz tf2sin1 050 2 Hz 现准备进行恒定越前时间准同期互联操作 设远程通讯 继电器和断路器动作时间之和为 0 14 秒 求调度中心发出合闸信号的时刻 答 合闸相角差表达式为 12 01020 22 0 2 cos0 2 sin2 0 1 es e ffftt 先不考虑提前量求出合闸时刻 合闸时刻即为相角差为零的时刻 01 02cos1 0sin2 0 2sin2 0cos2 0 0 ttdttt ee 2 51 sin01sinsin1sin21sin212cossin2 22 ttttttt 8078 32 kt或6662 02 kt 8078 3 1 t 5 6169 2 t 考虑时间提前量 0 14 秒 则调度中心发出合闸信号的时刻可为 3 6678 秒 5 4769 秒 等等 第三部分 励磁控制 3 1 某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行 1 号机的额定功率为 25MW 2 号机的额定功率为 50MW 两台机组的额定功率因数都是 0 85 2 号机励磁调节器调差系数为 0 05 1 号机为无差调节特性 若系统无功负荷波动使电厂无功增量为它们总无功容量的 20 问各机组承担的无功负荷增量是多少 母 线上的电压波动是多少 若电厂无功增量为它们总无功容量的 60 情况又如何 答 1 号机额定无功功率 111 tan25tan arccos0 8515 49 G NG N QP Mvar 1 号机额定视在功率 111 cos25 0 8529 41 G NG N SP MVA 2 号机额定无功功率 222 tan50tan arccos0 8530 99 G NG N QP Mvar 因为 1 号机为无差调节特性 所以 1 号机将尽其所能承担无功功率的增量 如果 1 号机能承担无功功 率的全部增量 即其值小于额定视在功率 则母线电压保持不变 当电厂无功增量为总无功容量的 20 时 题目隐含 1 号机组承担全部无功增量 121 0 20 215 4930 999 3 GG NG NG e QQQS 1 号机承担无功功率的全部增量 9 3Mvar 母线电压保持不变 即0 U 当电厂无功增量为总无功容量的 60 时 题目隐含 1 号机组不能承担全部无功增量 2 号机组承担部分 无功增量 12 0 60 615 4930 9927 89 GG NG N QQQ Mvar 设 1 号机组的初始输出无功功率为 x Mvar 还可以输出 15 49 x Mvar 剩余的无功由 2 号机组承担 27 89 15 49 x 12 4 x Mvar 2 号机组的调差系数均为 0 05 故母线电压波动量为 2 12 4 0 050 03870 0016 30 99 L x UQx pu 即母线电压下降了 0 03870 0016x pu 3 4 如何避免发电机推出运行时的无功电流冲击 答 当发电机输出无功功率时 将发电机的励磁电流逐步减小 发电机输出的无功电流也将逐步减小 当其降到零时 断开并列断路 器即可避免无功电流冲击 当发电机吸收无功功率时 将发电机的励磁电流逐步增大 发电 机吸收的无功电流也将逐步减小 当其降到零时 断开并列断路器即 UI U a b UG1总无功负荷总无功负荷UGII 可避免无功电流冲击 3 6 设 4 台发电机在同一母线并列运行 如果改变发电机母线电压而不改变其无功负荷的分配 试问 如何操作 答 先从 2 台机组的并列运行开始讨论 当需改变发电机母线电压而不改变 2 台机组间无功负荷的分 配的比例时 设其所承担的无功负荷总量不变 则由图可见 仅需将 2 台机组的电压 无功特性上移 则其 工作点将从 a 点变化到 b 点 对 4 台机组可同理操作 第四部分 调频与低频减载 4 1 已知 两机组并联在一条母线上 4 1 R 5 2 R 且调速系统保证了两台机完全同步 若 1 号机组额定功率为 60MW 两机均以额定功率运行 试求当系统要求增加 20MW 的输出时 母线的 频率是多少 答 题目缺少条件 2 号机组的额定功率 补充条件 2 号机组的额定功率为 100MW 则有 1 12 11 2 60 100 0 0457 60100 0 040 05 n GNi iGN1GN2 n GNGN GNi i i P PP R PPP RRR pu 0 0457 20 1200 0076 LGN1GN2 fRPPP pu 其有名值为 0 0076 500 38f Hz 母线频率降为 50 0 38 49 6 Hz 4 2 已知某电力系统 1 5 L K 20 G K 当3000 L PMW 时 50 N fHz 求负荷增加 120MW 时 系统调速后的运行点 答 由图可知 当负荷功率增加时 系统频率下降 发电机增加发电功率 负荷吸收的功率较额定频 率时少 两者之和等于负荷功率增量 故有 LGL PKKff 从而有 120 3000 0 0019pu 1 520 L P f 其有名值为 0 0019 50 0 093Hzf 稳定后的系统频率为 50 0 093 49 907Hz 发电机增加的发电功率 20 0 00190 038 GG PKf pu 其有名值为 P f o PLN1 fN a b c d 1 PLN F1 f P L F2 f PL3PLN2 f2 f3 P f o PLN1 fN a b c d 1 PLN F1 f P L F2 f PL3PLN2 f2 f3 0 038 3000 114 G P MW 负荷减少的功率为 120 114 6MW 4 3 已知 某发电厂有 3 台发电机组在公共母线上并联运行 1 号机组额定功率 100MW 2 号机组 额定功率 300MW 3 号机组额定功率 600MW 三台机组的额定功率因数85 0 cos N 假设 85 0 0cos 1 若 1 号机组励磁调节器的调差系数为 0 2 3 号机组励磁调节器的调差系数都为 0 05 当系统无 功负荷波动使电厂无功增量为它们总额定无功容量的 20 时 问各机组承担的无功负荷增量是多少 母线 上的电压波动是多少 2 此时若 1 号机组燃料耗量特性为 2 111 0007 03 04 GG PPF t h 2 号机组燃料耗量特性为 2 222 00045 03 05 3 GG PPF t h 3 号机组燃料耗量特性为 2 333 0004 032 03 GG PPF t h 系统 总有功负荷为 800MW 试分析 3 台机组之间负荷的经济分配 计算 3 台机组的燃料耗量 答 1 各机组的额定无功功率为 111 tan100 tan arccos0 8561 7 G NG N QQ Mvar 222 tan300 tan arccos0 85185 1 G NG N QQ Mvar 333 tan600 tan arccos0 85370 2 G NG N QQ Mvar 负荷无功增量增加的总量为 3 3 1 0 2tan600tan arccos0 85123 4 LGiN i QQ Mvar 题目中系统的初始运行状态未给定 这里设1 号机组的初始输出无功功率为 x Mvar 还可以输出 61 7 x Mvar 剩余的无功由 2 3 号机组共同承担 123 4 61 7 x 61 7 x Mvar 2 3 号机组的调差系数均为 0 05 故其等值调差系数也为 0 05 故母线电压波动量为 23 23 61 7 0 050 00560 00009 L G NG N x UQx QQ pu 即母线电压下降了 0 00560 00009x pu 2 各机组的耗量微增率为 1 11 1 0 30 0014 G G F P P 2 22 2 0 30 0009 G G F P P 3 33 3 0 320 0008 G G F P P 经济分配时各机组耗量微增率相等 由 12 得 12 9 14 GG PP 由 23 得 32 9 2 5 8 GG PP 再由 123 800 GGG PPP MW 得 222 99 2 58