自动装置原理终极版

第一章第一章 复习题复习题 1 采样 保持器一般由 模拟开关模拟开关 保持电容器保持电容器 和 缓冲缓冲 放放 大器大器 组成 2 影响数据采集速率和精度的最主要因素之一是 C A 模拟多路开关 B 采样保持器 C A D 转换器转换器 D 存储器 3 现场总线系统主要由 现场总线主节点现场总线主节点 现场总线从节现场总线从节 点点 路由器路由器 3 部分构成 4 采样 名词解释 对连续的模拟信号对连续的模拟信号 X t 按一定 按一定 的时间间隔的时间间隔 TS 抽取相应的瞬时值 这个过程称为采样 抽取相应的瞬时值 这个过程称为采样 5 选择采样周期 TS的依据是 香农采样香农采样 原理 它指出采样 频率必须 大于大于 原模拟信号频谱中最高频率的 两倍两倍 6 如果量化器满量程电压值为 10V 量化的有效数字量为 8 位 则量化单位为 0 03906 采用 四舍五入 法时的量 化误差为 0 01953 7 画出理想采样信号的频谱 画出理想采样信号的频谱 8 逐次逼近型 逐次逼近型 A D 转换器工作原理 转换器工作原理 逐次逼近型模数转换器一般由顺序脉冲发生器 逐次逼近寄 存器 数模转换器和电压比较器等几部分组成 其原理框图 如图 11 3 所示 9 利用傅氏采样算法可以对交流信号进行分析得到基频信 号的 幅值幅值 和 初相角初相角 进一步可以得到 有功有功 功率和 无无 功功 功率 10 有的变送器的输出信号与被测参数之间可能呈非线性关 系 为了提高测量精度 可采取 线性拟合线性拟合 措施 11 采用数字滤波可以减少或避免阻容元件滤波引起的 减少 噪声噪声 在信号中的比重 第二章第二章 复习题复习题 一 名词解释一 名词解释 1 准同期并列 准同期并列 准同期并列是将未投入系统的发电机加上 励磁 并调节其电压和频率 在满足并列条件 即电压 频 率 相位相同 时 将发电机投入系统 如果在理想情况下 使发电机的出口开关合闸 则在发电机定子回路中的环流将 为零 这样不会产生电流和电磁力矩的冲击 2 滑差 角频率 滑差 角频率 滑差 角频率 就是发电机电压和系 统电压频率的差 频差 发电机并网时 要求滑差应小于 允许值 3 恒定导前时间 恒定导前时间 在脉动电压 Us 到达两电压向量 Ug Ux 重 合 e 0 之前 tYJ 发出合闸信号 一般取 tYJ 等于并列 装置合闸出口继电器动作时间 tC 和断路合闸时间 tQF 之和 4 线性整步电压 线性整步电压 自动并列装置检测并列条件的电压称为整 步电压 与时间具有线性函数关系的称为线性整步电压 5 静止励磁系统的主要优点有哪些 静止励磁系统的主要优点有哪些 A 励磁系统接线 和设备比较简单 无转动部分 维护 费用省 可靠性高 B 不需要同轴励磁机 可缩短主轴长 度 这样可减少基资建设 C 直接用晶闸管控制转子电压 可获得很快的励磁电压响应速度 可近似认为具有阶跃函数 那样的响应速度 D 有发电机端取得励磁能量 极端电压 与机组转速的一次方成正比 故静止励磁系统输出的励磁电 压与机组转速一次方成正比例 6 励磁控制系统的传递函数包含哪几部分 励磁控制系统的传递函数包含哪几部分 下图为励磁控制系统的传递函数框图包含综合放大单元 限 幅单元 励磁机单元 同步发电机单元 测量比较单元等部 分 7 什么是 什么是 PSS 它的基本功能 它的基本功能 PSS 是励磁系统的一种功能 是抑制有功振荡的 励磁正常 工作是以机端电压为反馈量 PSS 是在这个基础上加入了有 功的反馈 也就是在有功发生振荡是为系统增加一个阻尼 是 振荡尽快平稳 它的基本功能 A 抑制低频振荡 B 提高 静态稳定功率极限 C 有利于暂态稳定 在一定范围内产生 正阻尼转矩 8 一台无差调节特性的发电机和另一台正调差系数的发电 一台无差调节特性的发电机和另一台正调差系数的发电 机能否实现并联运行 为什么机能否实现并联运行 为什么 可画图说明 可画图说明 如图 I 为无差 II 为正调差 发电机 如果电网供电无功 负荷功率改变 则第一台无 功随之改变 第二台无功电 流维持不变 仍为 IQII 移动 第二台发电机特性曲线 II 可 改变 发电机之间无功负荷 分配 如果需要改变母线电 压 可移动第一台发电机组 调节特性曲线 I 故能实现并联运行 具有无差调节特性的 发电机将承担无功功率全部增量 一方面机组容量有限 另 一 方面 机组无功分配不合理 故运行方式实际上很难实 现 二 填空二 填空 1 准同期并列的方法是 发电机并列合闸前 已加励磁已加励磁 当发电机电压与并列点系统侧电压的 幅值幅值 频率频率 相位相位 接近相等时 将发电机合闸 完成并列操作 2 自同期并列操作的合闸条件是 发电机未加励磁发电机未加励磁 接近接近 同步转速同步转速 3 滑差是 发电机电压角频率与系统电压角频率发电机电压角频率与系统电压角频率 之差 4 发电机并列合闸时 如果测得滑差周期为 10s 说明此时 发电机与系统之间的频率差是 0 1 Hz 5 发电机准同期并列后立即带上了无功负荷 说明合闸瞬 间发电机与系统之间存在 电压幅值差电压幅值差 且发电机电压 高高 于于 系统电压 6 发电机并列后立即从系统吸收有功功率 说明合闸瞬间 发电机与系统之间存在 电压相位差电压相位差 且发电机电压 滞后滞后 系统电压 7 发电机并列后经一定时间的振荡后才进入同步状态运行 这是由于合闸瞬间发电机与系统之间存在 频率差频率差 8 正旋整部电压含有 电压差电压差 相角差相角差 和 频率差频率差 信息 9 线性整部电压含有 相角差相角差 频率差频率差 但不含有 电压电压 差差 信息 10 线性整部电压的斜率和发电机和系统之间的频率差成 正比正比 关系 频率差越大 矩形波宽度越宽 滤波后的三 角波斜率越大 11 线性整部电压的 e 0 点 稍滞后稍滞后 于真正的 e 0 因为 滤波引起了相位滞后滤波引起了相位滞后 12 线性整部电压的最大值对应发电机电压与系统电压的相 位差由 接入的发电机电压和系统电压极性接入的发电机电压和系统电压极性 决定 13 因为线性整部电压不含有 电压幅值电压幅值 的信息 所以可以 直接比较发电机电压和系统侧电压 电压幅值电压幅值 完成电压 差检查 14 将发电机并入 电力系统电力系统 参加 并列运行并列运行 的操作称为并 列操作 15 实现发电机并列操作的方法通常有 准同期并列准同期并列 和 自自 同期并列同期并列 16 自同期并列方法是将 未加励磁未加励磁 接近同期转速接近同期转速 的电 机投入系统 随后给发电机加上 励磁励磁 在原动机转矩 同 步 转矩的作用下将发电机 拉入同步拉入同步 完成并列操作 17 滑差周期的大小反映发电机与系统之间 频率差频率差 的 滑 差周期大表示 频率小频率小 滑差周期小表示 频率大频率大 18 发电机并列操作应遵循的原则是 并列瞬间 发电机冲发电机冲 击电流尽可能小过允许值击电流尽可能小过允许值 不应超过允许值 并列后 发发 电机应能迅速进入同步运行电机应能迅速进入同步运行 暂态过程要短 19 为实现合闸部分的功能 合闸部分包括 导前时间脉冲导前时间脉冲 形成形成 频率检查频率检查 压差检查压差检查 以及 合闸逻辑合闸逻辑 20 自动准周期并列装置的合闸信号控制单元 当待并发 电机与系统之间的电压差和频率差都满足准同期并列条件 时 在恒定导前时间发出合闸脉冲在恒定导前时间发出合闸脉冲 当待并发电机与系 统之间 的电压差或频率差不满足准同期并列条件时 闭锁闭锁 合闸合闸 21 线性整部电压与时间具有 线性线性 关系 自动准同期装置 中采用的线性整部电压通常为 三角三角 形 含有 相角差相角差 和 频率差频率差 信息 22 线性整步电压有 全波线性全波线性 和 半波线性半波线性 两种 23 线性整步电压的周期即为 滑差周期滑差周期 线性整步电压的 斜率与 频率差频率差 成正比 24 恒定导前时间是导前 e 0 的时间 此时间与 压差压差 和频率差大小和频率差大小 无关 四 问答题 四 问答题 1 什么是同步发电机自动准同期并列 有什么特点 适合 什么是同步发电机自动准同期并列 有什么特点 适合 于什么场合 为什么 于什么场合 为什么 调节发电机的电压 Ug 使 Ug 与母线电压 Ux 相等 满足条 件后进行合闸的过程 特点 并列时冲击电流小 不会引起 系统电压降低 但并列操作过程中需要对发电机电压 频率 进行调整 并列时间较长且操作复杂 适用场合 由于准同期并列冲击电流小 不会引起系统电压 降低 所以适用于正常情况下的发电机的并列 是发电机的 主要并列方式 但是因为并列时间较长且操作复杂 故不适 用紧急情况的发电机并列 2 断路器合闸脉冲的导前世间应怎么考虑 为什么时恒定 断路器合闸脉冲的导前世间应怎么考虑 为什么时恒定 导前世间 导前世间 断路器合闸脉冲的导前时间是为了使断路器主触头闭合瞬间 发电机电压和系统电压之间的相位差 e 0 所以 合闸 脉冲的导前时间应等于从发出合闸脉冲命令起到合闸断路器 主触头闭合止 中间所有元件动作时间之和 其中主要为断 路器的合闸时间 由于断路器的合闸时间是本身固有的 固 定不变的 所以导前时间也不应随频差 压差变化 应也是 一个固定值 即恒定导前时间 3 利用线性整部电压如何检测发电机是否满足准同期并列 利用线性整部电压如何检测发电机是否满足准同期并列 条件 条件 线性整步电压含有频率差 相位差的信息 但不含有电压差 的信息 线性整步电压的周期是滑差周期 能够反映频率的 大小 线性整步电压随时间变化的过程对应相位差的变化过 程 所以利用其周期可以检测是否满足频率差的调节 利用 电压随时间变化过程确定合闸时刻使相位差满足条件 但需 利用其他方法检测电压差是否满足 4 线性整步电压波形如图所示 写出线性整部电压的表达 线性整步电压波形如图所示 写出线性整部电压的表达 式式 USL USLmax TS Ts 2t TS 2 t 0 USL USLmax TS Ts 2t 0 t TS 2 5 画出数字式并列装置对相角差 画出数字式并列装置对相角差 e 测量的原理框图 并测量的原理框图 并 加以说明 加以说明 相角差 e 测量的方案之一如下图所示 把电压互感器 二次侧ux uG的交流电压信号转换成同频 同相的两个 方波 把这两个方波信号接到异或门 当两个方波输入电平 不同时 异或门的输出为高电平 用于控制可编程定时计数 器的计数时间 其计数值 N 即与两波形间的相角差 e 相对 应 CPU 可读取矩形波的宽度 N 值 求得两电压间相角差 的变化轨迹 e t 第三 四章第三 四章 复习题复习题 一 名词解释一 名词解释 1 励磁系统 励磁系统 供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设 备统称为励磁系统 2 发电机外特性 发电机外特性 一般指在内电势不变的情况下 负载电 流变化时 发电机机端电压变化的曲线 主要是测试发电 机的纵轴同步电抗 也就是发电机的内阻抗 是同步发电 机带负载能力的重要指标 3 无刷励磁系统 无刷励磁系统 励磁系统的整流器为旋转工作状态 取 消了转子滑环后 无滑动接触元件的励磁系统 4 励磁调节器的静态工作特性 励磁调节器的静态工作特性 励磁调节器输出的励磁电 流 电压 与发电机端电压之间的关系特性 5 强励倍数 强励倍数 强行励磁电压与励磁机额定电压 Ue 之比 6 磁电压响应比 磁电压响应比 由励磁系统电压响应曲线确定的励磁系 统输出电压增长率与额定励磁电压的比值 二 填空二 填空 1 对与系统并联运行的同步发电机 励磁调节的作用是 调调 节发电机端电压和发电机发出的无功功率节发电机端电压和发电机发出的无功功率 2 并列运行的发电机装上自动励磁调节器后 能稳定机组 间的 无功负荷无功负荷 3 电力系统发生短路故障时 自动励磁调节器能使短路电 流 增大增大 4 电力系统发生短路故障时 强行励磁装置能 提高提高 带时 限继电保护装置的灵敏度 5 三相全控桥式整流电路 在 90 180 时工作在 逆逆 变变 状态 在 0 90 工作在 整流整流 状态 6 三相全控桥式整流电路 输出电压平均值随控制角 的 增大而 减小减小 7 要实现逆变灭磁 三相桥式全控整流电路的控制角 的 适合范围为 90 150 8 励磁调节器接入正调差单元后 发电机的外特性是 下倾下倾 特性特性 9 增大励磁调节器的基准电压值 同步发电机的外特性 平平 行上移行上移 则发电机承担的无功负荷将 增大增大 10 两台正调差特性的发电机直接并联运行时 调差系数大 的机组承担的无功电流的变化量少少 11 在励磁系统中 强力倍数愈大 励磁效果 越好越好 12 在励磁系统中 励磁电压响应比反映了 励磁响应速度励磁响应速度 的大小的大小 13 对同步发电机灭磁时 可以采用 放电电阻灭磁放电电阻灭磁 或 非非 线性电阻灭磁线性电阻灭磁 的方法 14 同步发电机的外特性是指 发电机端电压发电机端电压 与 无功电流无功电流 之间的关系特性 15 自动励磁调节器能按 机端电压机端电压 的变化自动地改变 励励 磁电流磁电流 从而维持系统或机端电压水平 16 电力系统发生事故 导致电压降低时 励磁系统应有很 快的 响应速度响应速度 和足够大的 强励顶值电压强励顶值电压 以实现强行 励磁的作用 17 同步发电机励磁系统分为 直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统 交交 流励磁机励磁系统流励磁机励磁系统 和 静止励磁系统静止励磁系统 三种 18 直流励磁机供电的励磁方式分为 自励自励 和 他励他励 两种 19 自并励励磁方式的励磁电源通常取自于 同步电机内部同步电机内部 的辅助绕组的辅助绕组 20 三相半控整流桥正常工作室 触发脉冲的间隔为 120 的电角度 而三相全控桥正常工作室 触发脉冲的间隔为 60 电角度 21 半导体励磁调节器的基本控制部分主要包括 调差单元调差单元 测量比较单元测量比较单元 综合放大单元综合放大单元 移相触发单元移相触发单元 和 可控整流单元可控整流单元 五个单元 22 励磁调节器的辅助控制功能是为了满足发电机的不同运 行工况和改善电力系统稳定性而设置的 主要有 励磁系统励磁系统 稳定器稳定器 电力系统稳定器电力系统稳定器 和 励磁限制器励磁限制器 23 移相触发单元一般由 同步同步 移相移相 脉冲形成脉冲形成 和 脉冲放大脉冲放大 等环节组成 24 在励磁调节器的静态工作区内 发电机端电压升高 UAVR 就急剧 减小减小 25 发电机的外特性特性不仅与 曲线形状曲线形状 有关 而且还与 负载的性质负载的性质 有关 26 调差系数表示 无功负荷电流无功负荷电流 从零变化到额定值时 发 电机 电压电压 的相对变化 所以调差系数表示了 励磁系统维励磁系统维 持机端电压持机端电压 的能力 27 励磁调节器静特性的调整包括 调差系数的调整调差系数的调整 和 外外 特性的平移特性的平移 28 强励的基本作用是 有利于 电力系统的稳定运行电力系统的稳定运行 有 利于 继电保护的正确动作继电保护的正确动作 有利于 用户电动机的自用户电动机的自 起动过程起动过程 缩短电力系统短路故障切除后母线电压的恢复 时间 29 强励指标包括 强励顶值强励顶值 和励磁电压响应比 30 对灭磁的基本要求是 灭磁时间要短灭磁时间要短 灭磁过程中转灭磁过程中转 子不应过电压 子不应过电压 4 5 倍额定励磁电压 倍额定励磁电压 和 灭磁后 灭磁后 机组的剩磁电压不应超过机组的剩磁电压不应超过 500V 第五章第五章 复习题复习题 1 发电机组调速系统的静态特性 发电机组调速系统的静态特性 在稳定运行情况下 发 电机组转速 n 与所带有功功率 P 之间的关系称为发电机调速 系统的静态特性 2 频率的一次调整和二次调整 频率的一次调整和二次调整 频率的一次调整频率的一次调整 通过发 电机调速系统实现 反映机组转速变化而相应调整原动力门 开度 完成调节系统频率 频率的二次调整频率的二次调整 通过调频器实 现 反映系统频率变化而相应调整原动力阀门开度 完成调 节系统频率 3 积差调频法 积差调频法 是按照频率偏差对时间的积分值 控制调 频器对机组有功功率进行调整的方法 二 填空二 填空 1 电力系统频率和有功功率自动调节的目的是 在系统正常在系统正常 运行状态时维持频率在额定水平运行状态时维持频率在额定水平 2 由于测量元件的不灵敏性 实际的调速器具有一定的 灵灵 敏区敏区 因而调节特性时具有一定宽度的带子 3 调频器改变发电机组调速系统的给定值 即改变机组的 空载运行频率使静态特性 上下平移上下平移 4 电力系统正常运行状态下 负荷变化将引起 有功功率有功功率 的不平衡 导致 频率频率 偏离额定值 因此需要对 电力系统电力系统 频率及有功功率频率及有功功率 进行调节 5 反映机组转速变化而相应调整原动力阀门开度的调节是 通过 调速系统调速系统 实现的 称为 一次调频一次调频 6 反映系统频率变化而相应调整原动力阀门开度的调节是 通过 调节器调节器 实现的 称为 二次调频二次调频 7 二次调频是通过调频器自动操作发电机组 调速系统调速系统 的 整定机构整定机构 改变调速系的 给定值给定值 即改变机组的空载运 行频率 8 不同性质的符负荷吸收的有功功率与频率的关系有以下 三类 负荷吸收的有功功率与 频率无关频率无关 负荷吸收的有 功功率与 频率的一次方成正比频率的一次方成正比 负荷吸收的有功功率与 频率的二次方或更高次方频率的二次方或更高次方 成正比 三 问答题三 问答题 1 电力系统频率调整有何意义 电力系统频率调整有何意义 电力系统调频的意义 必要性 1 使电力系统总发电 功率随时跟踪负荷的变化 时刻保持电力系统的有功功率平 衡维持系统频率在额定值水平 2 是电力系统经济调动 的重要组成部分 2 电力系统调频为什么分为一次调频和二次调频 有什么 电力系统调频为什么分为一次调频和二次调频 有什么 主要区别 主要区别 电力系统稳态运行时的频率调整可以通过频率的一次调整和 二次调整实现 当系统负荷发生变化时 系统中各发电机组 均按照自身的静态调节特性 不分先后同时通过各自的调速 系统实施调整 这就是频率的一次调整 频率的一次调整是 有差调整 所以 当负荷变动较大时 频率一次调整结束时 稳态频率偏离额定值较大 可能超出允许范围 此时要想使 频率回到额定值附近 必须移动静态调节特性 即改变调速 系统的给定值 这是由频率的二次调整实现的 不论是频率的一次调整还是二次调整 最终都是作用于发电 机组原动力调节阀门的开度 即通过发电机调速系统实现的 但一次调整反映机组的转速变化而动作 调整结果表现为在 某一条静态特性上运行点的移动 调整结束时频率偏离额定 值 二次调整则反应系统频率变化而动作 调整结果表现为 一条静态特性的平移 调整结束时频率偏差很小或趋于零 3 联合电力系统如图 如果按照频率偏差和交换功率偏差 联合电力系统如图 如果按照频率偏差和交换功率偏差 调频 请写出调频准则 调频 请写出调频准则 第六章第六章 复习题复习题 一 名词解释一 名词解释 1 自动低频减载装置自动低频减载装置 AFL 按照频率下降的不同程度自动 断开相应的非重要负荷 阻止频率下降 以便使频率迅速恢 复的一种安全自动装置 2 负荷调节效应 负荷调节效应 系统频率发生变化时 总负荷吸收的有 功功率也随之变化的现象 即当频率下降时 总负荷吸收的 有功功率随之下降 当频率上升时 总负荷吸收的有功功率 随之上升 3 发电机组等微增率法则 发电机组等微增率法则 运行的发电机组按微增率相等 的原则分配负荷 这样可使系统总的燃料消耗或费用为最小 从而达到最经济 二 填空二 填空 1 自动调频自动调频 解决正常情况下负荷变化引起的系统频率波 动 自动低频减载装置自动低频减载装置 用于阻止事故情况下的系统频率异 常下降 2 AFL 是按照频率下降的不同程度自动断开相应的 次要负次要负 荷荷 阻止频率下降 以便使 频率迅速恢复频率迅速恢复 的一种安全自 动装置 3 负荷吸收的有功功率随频率变化的现象称为 负荷调节效负荷调节效 应应 一般可以用负荷调节效应系数来描述 4 由于负荷的调节效应 当系统频率下降时 总负荷吸收 的有功功率 随之下降随之下降 当系统频率上升时 总负荷吸收的 有功功率 随之上升随之上升 5 当电力系统出现功率缺额造成系统频率下降时 系统频 率随时间由额定值变化到稳定频率过程 称为 电力系统动电力系统动 态频率特性态频率特性 这一过程 按照指数按照指数 规律变化的 6 AFL 应 分级分级 动作 即当系统频率下降到一定数值 AFL 相应级动作 如果仍然 不能阻止频率下降不能阻止频率下降 则下一级 再动作 7 AFL 的末级动作频率末级动作频率应由系统所允许的最低频率下限 确定 8 AFL 动作频率级差的确定有两种原则 即 极差强调选择极差强调选择 性性 和 极差强不调选择性极差强不调选择性 9 AFL 动作 如果切除负荷过少 则 不能有效阻止频率下不能有效阻止频率下 降降 如果切除负荷过多 则 恢复频率高于期望值恢复频率高于期望值 三 问答三 问答 1 电力系统为什么装设 电力系统为什么装设 AFL 装置 装置 当事故情况下的电力系统出现有功功率缺额时 将造成系统 频率下降 影响电能质量 使系统中运行的旋转设备受损 严重时可能引起频率崩溃或电压崩溃 为了保证电力系统安 全运行 保证电能质量 电力系统中广泛采用自动低频减速 负荷装置 它是阻止事故情况下频率异常下降的有效措施 2 负荷调节效应和自动按频率减负荷的作用有什么区别 负荷调节效应和自动按频率减负荷的作用有什么区别 为什么 为什么 虽然负荷调节效应和按频率自动减负荷的结果都能使系统频 率稳定 且稳定频率低于额定频率 但两者存在本质区别 负荷调节效应是利用负荷本身具有特性 在电力系统出现功 率缺额 系统频率下降时自动减少吸收的有功功率 当负荷 减少吸收的有功功率与系统的功率缺额相等时 系统频率稳 定不再下降 显然 如果系统功率缺额严重 负荷调节的结 果 系统稳定频率低 往往不能维系系统的安全运行 按频 率自动减负荷是利用一种安全