109--电力系统自动装置习题答案

1、第一章 备用电源和备用设备的自动投入一、 名词解释1、 备用电源和备用设备自动投入装置是当工作电源或工作设备因故障被断开以 后，能迅速自动地将备用电源或备用设备投入工作，使用户不致于停电的一种 装置，简称 AAT 装置。2、 明备用指正常情况下有明显断开的备用电源或备用设备或备用线路的备用方 式。3、 暗备用指正常情况下没有明显断开的备用电源或备用设备，而是工作在分段母 线状态，靠分段断路器取得相互备用的备用方式。4、 用于发电厂厂用电源的 AAT 装置在切换时，若母线失电时间在 0.3 秒以内称为“快速切换”。5、 用于发电厂厂用电源的 AAT 装置在切换时，若母线矢电时间在 1 八 1.5

2、 秒以内 称为“慢速切换”。二、 问答题1、 答：AAT 装置的作用是当工作电源或工作设备因故障被断开后，能自动迅速地将备用电源或备用设备投入工作，或将负荷切换到备用电源上。AAT 装置可提高供电可靠性，节省建设投资，简化继电保护，限制短路电流，提高母线残余电压，是 一种提高对拥护不间断供电的经济且有效的技术措施，因此作为电力系统的一种安 全自动装置，得到广泛应用。2、 答：AAT 装置应满足如下基本要求：(1)应保证在工作电源或工作设备彻底断开以后，才投入备用电源或备用设备。(2)工作母线无论任何原因失去电压时，AAT 装置均应动作。(3)AAT 装置应保证只动作一次(4)发电厂厂用电源的

3、AAT 装置，应同时满足几个工作电源的备用要求。即一个备用电源能够同时替代几个工作电源或当两个/(5)发电厂厂用电源的 AAT 装置，应满足切换方式的要求。即在条件可能时，可采用带有同步检定的快速切换方式；也可采用带有母线残压闭锁的快速切换方式。(6)应校验备用电源或备用设备自动投入时过负荷和电动机自起动情况，如果负荷超过允许限度或不能保证电动机自起动时，应有AAT 装置动作于自动减负荷。(7)如果 AAT 装置将备用电源或备用设备投于故障，应使其保护加速动作。(8)AAT 装置的动作时间以使负荷的停电时间尽可能短为原则，以减少电动机的自起动时间。但故障点应有一定的去游离时间，以保证装置动作成

4、功。(9)当备用电源无电压时，AAT 装置不应动作。3、 答：主要是为了提高 AAT 装置动作的成功率，即防止将备用电源或备用设备投 于故障元件上，造成 AAT 装置投入失败，甚至扩大故障，加重设备的损坏。4、 答：首先，AAT 动作时间应尽可能使负荷停电时间短为原则，这对电动机自起动是有利的。其次，停电时间过短，电动机残压可能较高，AAT 装置动作时会产生过大的电力和冲击力矩，导致电动机损伤，一般，装有高压大容量惦记的厂用电母 线，中断电源的时间应在 1S 以上，对于低压电机，因转子电力衰减极快，这个问题 不太突出。第三，为使 AAT 装置动作成功，其动作时间应大于故障点电弧熄灭去游离时间。

5、运行经验表明，AAT 装置的动作时间以 1-1.5S 为宜。5、 答：当工作母线发生持续性短路故障或引出线上发生未被断路器断开的持续性 短路故障时，AAT 第一次投入后，由于故障依然存在，继电保护装置动作，又将备 用断开，若再次将备用投入，不但不会成功，还会扩大事故，对系统造成不必要的 冲击。为此，要求控制 AAT 的合闸脉冲，使它只能动作一次。6、 答：低压起动部分，当工作母线因某种原因失去电源时，将工作电源断开。自动合闸部分，动工作电源断开后，将备用电源或备用设备断路器自动合闸。7、 答：手动操作 S1 将 I 段母线的 AAT 装置投入运行（S2 投入 U 段母线的 AAT 装 置），即

6、给 AAT 装置接通直流操作电源。在正常情况下，变压器T1、T2 运行状态，工作母线和备用母线都有电压，变压器 T0 为备用状态。工作母线有电压，KVU1、KVU2 不动作（励磁状态），常闭触点 KVU1-2、KVU2-2 断开。备用母线有电压，KVO 和 KMV 处于励磁状态，KMV 常开触点 KMV-1闭合（低电压跳闸回路），允许低电压起动跳闸。同时，QF2 在合 闸状态，辅助常闭触点 QF2-2打开（AAT 出口回路），断开 AAT 出口回路；辅助常 开触点 QF2-3 闭合（低电压起动回路、AAT 闭锁回路），为低电压起动回路做好准备，并且使 KCB1 励磁，准备好联动跳闸回路和AAT

7、 装置动作出口回路。当变压器 T1 的继电保护（主保护和后备保护）动作时，YT2 通电使 QF2 跳闸，QF2 的辅助常开触点 QF2-3 断开使 KCB1 矢电，但其触点 KCB1-3 并不立即打开（延 时打开），同时 QF2 辅助常闭触点 QF2-2 闭合（AAT 出口回路），KM1 得电动作， 常开触点 KM1-1、KM1-3闭合，使 KM3、KM4 带电，合闸 QF3、QF4,投入备用 变压器 T0。合闸后，KCB1 延时打开的常开触点 KCB1-3 打开，使 KM1 矢磁，保证 AAT 装置只合闸一次。当 QF1 误跳闸时，辅助常闭触点 QF1-2 闭合，通过闭合的 KCB1 触点

8、KCB1-1 使 YT2 带电（联动跳闸回路），QF2 跳闸（QF1 联动跳闸），以后的动作情况如上述， 将备用变压器 T0投入。依此类推，QF2 误跳闸时，也能投入备用变压器T0o当某种原因使 I 段母线矢去电压时，KVU1 和 KVU2 动作，常闭触点 KVU1-2、KVU2-2 闭合，起动KT1 （低电压起动回路），如果备用母线有电压，则 KMV 常开 触点 KMV-1闭合，当达到预定延时，KT1 触点 KT1-1 闭合，接通低电压跳闸回路， YT2 带电使 QF2 跳闸，备用变压器 T0 可以自动投入；备用母线没有电压，不能经 过低电压起动跳闸，备用变压器不投入。当备用变压器投于持续性

9、故障时，断路器 QF4 上的电流保护加速切除 （AAT 后加速回路：KT- I 为后加速电流保护的时间元件、 KS- I 为后加速电流保护的信号继 电器），此后备用变压器不再投入。8、 ?第二章 输电线路自动重合闸一、名词解释1、 答：线路上发生任何类型故障，三相断路器均跳闸，进行三相重合闸，当重合 于永久性故障时，再次三相断路器均跳闸，不再进行重合。2、 答：线路上发生单相故障时，故障相断路器单相跳闸，进行单相重合闸，当重 合于永久性故障时，若系统不容许长期非全相运行，则三相断路器均跳闸，不 再进行重合；线路上发生相间故障时，三相断路器跳闸，不再进行重合。3、 答：线路上发生单相故障时，实行

10、单相自动重合闸，线路上发生相间故障时， 实行三相自动重合闸。4、 答：重合闸前加速保护简称“前加速”，是指当线路上（包括本线路、相邻线路 和以后几段线路）发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性瞬时动作跳闸， 而后借助自动重合闸来纠正这种非选择性动作。5、 答：重合闸后加速保护简称“后加速”，是在线路各段上都装设有选择性的保护 和自动重合闸装置。当线路上发生故障时，保护首先按有选择性的方式动作跳闸，然后进行自动重合闸。如果是永久性故障，则加速保护动作，瞬时切除鼓 掌。6、 答：线路上发生单相接地故障时，继电保护通过选相元件只将故障相自线路两 端断开，非故障相仍然继续运行，这时非故障相与断开的故

11、障相之间存在静电（通过相间电容）和电磁（通过相间互感）的联系，使故障点弧光通道中仍有一定数值的电流通过，此电流称为潜供电流。7、 答：当控制开关在合闸后位置而断路器实际在断开位置是起动自动重合闸，这 种按控制开关位置与断路器位置不对应起动的方式，称不对称起动。二、问答题1、 答：第一，提高输电线路供电的可靠性，减少因瞬时性故障造成的停电。第二， 对双端供电的输电线路，提高并列运行的稳定性，从而提高线路的输送容量。第三，可以补救由于人为误碰、断路器机构不良或继电保护误动引起的断路器 误跳闸。第四，与继电保护配合，在很多情况下能够加速切除故障。2、 答：自动重合闸装置应满足下列基本要求：.采用控制

12、开关位置与断路器位置不对应原理起动自动重合闸装置。.用控制开关手动操作或通过遥控装置将断路器断开，或将断路器投于故障 线路后随即由继电保护装置动作将其断开时，自动重合闸装置都不应该动 作。.在任何情况下，自动重合闸的动作次数应符合事先的规定。.自动重合闸装置在动作以后应能自动复归，准备好下次再动作。 但 10kV 及以下线路也可采用手动复归的方式。（5）.自动重合闸装置应能在重合闸后加速继电保护动作，必要时，可在重合闸前加速继电保护动作。.当断路器处于不容许实现自动重合闸的不正常状态（如气压、液压降低）时，或系统频率降低到按频率自动减负荷装置动作将断路器跳闸时，能自 动地将自动重合闸装置闭锁。

13、（7）.在两侧电源供电线路上采用自动重合闸时，硬考虑合闸的同步问题。3、 答：.当电容 C 的绝缘电阻下降至 R4 数值以下时，断路器不能实现重合闸。因为这种情况下充电电源电势大部分降在电阻R4 上，所以此时电容 C 上电压很低，远远达不到中间继电器 1KM 的动作电压，故 1KM 不会起动，所以无法实 现重合闸。.4、 答：线路上发生永久性故障时，继电保护将再次动作将断路器跳开，重合闸装置将再次起动。由于继电保护动作切除故障时间加上KT 延时时间远小于装置中电容器充电到使中间继电器动作电压的时间，因此装置不会再次发出合闸脉冲， 即保证重合闸装置只合闸一次。5、 答：1KM 电流自保持线圈接在

14、断路器合闸回路中目的是保证断路器可靠合闸，因为只有当断路器可靠合闸后其常闭辅助触点QF-2 打开，重合闸装置才返回，故合闸非常可靠。6、 答： 双侧电源线路采用自动重合闸装置时因考虑两个特殊问题， 第一， 故障点 的断电问题。当线路上发生故障，两侧继电器以不同时限跳闸时，只有后跳闸 侧的断路器跳开，故障点才真正断电。为了使重合闸动作成功，要保证两侧断 路器确已跳开，并给故障点足够的熄弧时间，再进行两侧断路器的重合。第二， 同步问题。当线路故障断路器跳开时，系统被分为两部分时，后重合一次应考 虑两侧电源是否处于同步状态或是否允许非同步合闸问题。7、 答：双侧电源线路上采用的自动重合闸主要有以下几

15、种形式：三相快速自动重合闸这种重合闸方式适用于满足如下条件的线路：.线路两侧装有能够瞬时切除全线故障的继电保护装置，如高频保护；.线路两侧采用了可以进行快速重合闸的断路器，如快速空气断路器；.线路两侧断路器重合瞬间，通过设备的冲击电流不能超过规定的允许值。非同步自动重合闸这种重合闸方式适用于满足如下条件的线路：.在两侧电源电动势之间夹角可能的最大值1800瞬间重合闸时，流过发电机、同步调相机或电力变压器的冲击电流，未超过规定的允许值；.非同步重合闸所产生的振荡过程中，对重要负荷的影响较小；.重合后电力系统可以很快恢复同步运行。无电压检定和同步检定自动重合闸这种重合闸方式在高压电网中应用最广泛，

16、在没有条件或不允许采用咱相快速自动重合闸和非同步自动重合闸，可以考虑 采用这种重合闸。其它自动重合闸这种重合闸方式适用于满足如下条件的线路：.在没有其它旁路联系的双回线路上，当不能采用非同步重合闸时，可采用检定另一回线路上有电流的重合闸。.自动解列重合闸适用于正常运行时由系统向小电源侧输送功率的情况。采 用这种重合闸要求小电源解列后其容量基本与本地区重要负荷平衡，以保证对重要 负荷供电的可靠性和电能质量。.当水电厂条件允许时，可采用自同步重合闸。图 2-18 中（a）图的线路 Li和 L2装设检查平行线路电流的自动重合闸，L3 装设无电压检定和同步检定自动重合闸；（b）图的线路中，条件允许的话

17、，装设三相快速自动重合闸，否则装设无电压检定和同步检定自动重合闸。8、 答：如果由于误碰或继电保护误动作使某一侧的断路器误跳闸，在使用检查线路无电压方式重合闸的一侧可以通过同步检定继电器KY 检查两侧电源同步进行重合闸，因此检查无电压侧也要投入同步检定继电器。如果线路上发生永久性故 障，无压侧要连续两次切断短路电流，使断路器的工作条件比另一侧恶化。为使两侧断路器的工作条件趋于平衡，两侧的投入方式要定期轮换。如果两侧的无压连接片都投入，则两侧无压检测会同时起动，造成非同期合闸，对系统产生冲击。如果两侧的无压连接片都不投入，则两侧的同步检定急电器无法起动，重合闸装置不动作。9、答：自动重合闸与继电

18、保护的配合方式有自动重合闸前加速保护和自动重合闸 后加速保护两种。下图中，在线路 Li、L2、L3上装设具有阶梯时限的定时限过电流保护，同时在 线路 Li上还装设保护范围包括线路 L3的无时限电流速断保护，动作于断路器 QF1 , 并且 QF1 处装有自动重合闸装置。当线路 L3发生故障时，首先由线路 Li上的无时限电流速断保护动作瞬时跳开QF1，然后自动重合闸装置动作重合 QF1，同时闭锁无时限电流速断保护。由于 a 点发生的是永久性故障，这时无时限电流速断保护已被闭锁，所以线路L3上的定时限过电流保护跳开线路 L3上的断路器，故障切除，不再重合。下图中，在线路 L1、L2、L3上装设具有阶

19、梯时限的定时限过电流保护和自动重合闸装置。当线路发生故障时，首先由线路L2上的继电保护按照选择性规定的时限动作于断路器 QF2 跳闸，然后由线路 L2的自动重合闸起动进行重合。由于是永久性故障，重合后线路 L2上的继电保护无延时动作跳闸，起到加速切除故障的作用。10、答：在装有综合重合闸的线路上，继电保护动作信号一般经综合重合闸发出 跳闸脉冲。为了实现单相重合闸，综合重合闸或单相重合闸中必须有故障相选择元 件，简称选相元件。选相元件应满足以下基本条件：.在保护范围内发生单相接地或两相接地故障时，故障选相元件必须可靠动 作，并应有足够的灵敏度。.在保护范围内发生单相接地故障，以及单相重合闸过程中

20、的非全相运行状态，非故障相的选相元件应可靠不动作，保证选择性。.选相元件的灵敏度、动作时间、返回时间应与主保护配合（选相元件的灵敏度要高、动作要快、返回要慢），保证综合重合闸功能的实现。.当选相元件拒动时应能保证跳开三相断路器，不允许因选相元件拒动造成扩大事故。11、 答：输电线路装有综合自动重合闸时，不但要求具有现汇间故障时三相跳闸和 三相重合的功能，而且具有发生单相故障时单相跳闸和单相重合的功能。所以，当 线路上发生故障时，需要判断是相间故障还是单相故障，即判断故障类型，因此， 重合闸装置中应有接地故障判别元件，以决定三相跳闸还是单相跳闸，以及单相跳 闸是哪一相跳闸。12、 答：综合自动重

21、合闸可以采用以下四种元件：.电流选相元件。这种选相元件受系统运行方式的影响较大，一般不单独使用，通常作为消除阻抗选相元件出口短路死区的辅助选相元件。.低电压选相元件。这种选相元件同样受系统运行方式的影响，且经常处于 全电压下工作，运行时间长，触点经常出现抖动，可靠性比较差，很少单独使用， 通常也只作为辅助选相元件。.阻抗选相元件。这种选相元件对故障相与非故障相的测量阻抗差别大，能 够正确选择故障相，且不受系统运行方式变化的影响，比前两种选相元件具有更高 的选择性和灵敏性。但其测量阻抗易受故障点过渡阻抗的影响在重负荷线路上可能 发生不正确动作；在有些情况下，线路两侧的阻抗选相元件可能发生相继动作

22、和一 侧两个阻抗选相元件相继动作的现象；在两相短路时阻抗选相元件动作不确切，必 须装设零序元件才能明确判别接地故障，增加了装置的复杂性。.相电流差突变量选相元件。具有不受系统振荡、非全相运行和负荷电流的 影响，不受系统频率变化的影响，允许故障点过渡电阻大的特点，获得了广泛的应 用。13、 答：相电流突变量选相元件是利用线路上发生短路故障时，电气量发生突变的 特点选出故障相别的，三个元件分别反应以下三个突变量：d|AE=d(|A-|B)d|BC=d(|E-|C)d|CA=d(|C-|A)发生单相接地故障时，与故障相有关的两个元件测得的电流突变量为：Cid( 土 3 康)其中 Cl为保护安装处正序

23、电流分配系数，|kA1为故障点短路电流正序分量。而与故障相无关的元件测得的电流突变量为0,因此，与故障相相关的两个元件动作，与故障相无关的另一个元件不动作。据此，可选出故障相。14、 答：N 端子：非全相运行不误动保护的接入端子。接在此端子上的保护在单相重合闸出现非全相运行期间不退出运行，对健全相的故障仍有保护作用。接在N 端子上的保护有高频相差保护、零序方向不灵敏I段及距离I段和n段保护。M 端子：本线路非全相运行会误动、相邻线路非全相运行不误动保护的接入端 子。接于此端子的保护在本线路单相跳闸后被解除，当线路恢复全相运行是被重新 投入。接在 M 端子上的保护有零序方向电流灵敏I段、零序或负

24、序构成的方向高频 保护。P 端子：相邻线路非全相运行时会误动保护的接入端子。接入此端子的保护在 相邻线路非全相运行时被解除，但本线路发生单相接地故障时能够发挥作用。接在 P 端子上的保护有零序方向电流n段保护。Q 端子：任何故障三相跳闸后进行三相重合闸保护的接入端子。接于此端子的保护动作时，直接起动三相跳闸回路，然后进行三相重合闸。接在Q 端子上的保护有零序方向电流m段、使用母线重合闸的母线保护15、 答：选相元件独立工作是指在非全相运行或重合闸后的短时间内，选相元件不 经过继电保护控制独立实现三相跳闸，或选相元件闭锁非全相运行时会误动作的保 护。如果选相元件能够在非全相运行期间不误动，可以在

25、非全相运行期间作为健全 相再发生故障的基本保护。即通过选相元件独立工作回路切除健全相的短路故障。16、答：与三相重合闸相比，在单相重合闸期间，由于潜供电流的影响，故障点的 消弧时间加长，所以单相重合闸时间应该比三相重合闸时间长。运行经验表明，在单相故障单相跳闸后的非全相运行期间，给故障相断路器发 出合闸脉冲(对三相发出)前，存在健全相又发生故障跳闸的情况，有可能使第二 次跳闸的那相断路器刚一跳闸就立即合闸，故障点没有充分去游离，导致重合闸失 败；甚至第二次跳闸的那相断路器在接到跳闸命令的同时又接到合闸命令，容易引 起事故。因此，综合重合闸的动作时间应从最后一次时间算起。第三章 同步发电机准同步

26、自动并列一、名词解释1 .将发电机并入电力系统参加并列运行的操作称为并列操作。2 .给发电机加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统侧 电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作，此即 准同步并列。3.将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁， 在原动机转矩、同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列操作，此即自同步 并列。4.在发电厂内，可以进行并列操作的断路器称为同步点。5 .发电机电压角频率3 G与系统电压角频率3 sys之差称为滑差角频率3 s，简称 滑差。COs= 3G CO sys=2Tt(fbfsys )=fs。上式中

27、fs称为滑差频率。Ts=1/| fs|称为滑差周期。6.发电机准同步并列时，并列合闸瞬间发电机电压和系统电压之间的相位差a应等于零。考虑到并列断路器都有一个合闸时间，自动准同步装置应该在a=00前一段时间发出合闸脉冲，这个提前时间称为导前时间tad。由于一个断路器的合闸时间是恒定不变的，所以导前时间也不应随频差、压差 改变，是一个固定的值，称之为恒定导前时间。装有恒定导前时间电路，自动产生与当前的频差、压差无关的恒定导前时间的 装置称为恒定导前时间式自动准同步装置。7.发电机准同步并列时，并列合闸瞬间发电机电压和系统电压之间的相位差a应等于零。考虑到并列断路器都有一个合闸时间，自动准同步装置应

28、该在a=00前一个相角发出合闸脉冲，这个提前相角称为导前相角6 ad。由于一个断路器的合闸时间是恒定不变的，所以导前时间也不应随频差、压差 改变，是一个固定的值，称之为恒定导前时间。装有恒定导前相角电路，自动产生与当前的频差、压差无关的恒定导前相角的 装置称为恒定导前相角式自动准同步装置。8.整步电压是指包含同步条件信息量的电压，分为正弦整步电压和线性整步 电压。通过对滑差电压进行整流得到的包络线电压即为正弦整步电压。滑差电压等于 并列断路器两侧电压瞬时值之差。线性整步电压与横坐标时间有着线性关系，自动准同步装置中采用的线性整步电压通常呈三角形，该三角形的最低值为零，最大值固定，不随滑差而变，

29、周期为Ts。9.答：电气零点即与a=00或 1800对应的点，用以测量导前时间之用。二、问答题1.答：同步发电机并列时应满足两个要求：.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1一 2 倍的额定电流，以避免对系统的冲击。.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，以较少对系统的扰动。2 .答：电力系统中，同步发电机并列操作可以采用准同步并列操作和自同步并列 操作两种方法。3. 答：将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁， 在原动机转矩、同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列操作，此即自同步 并列。其最大优点是并列过程中不存在调

30、整发电机电压、频率的问题，并列时间短且操作简单，在系统电压和频率降低的情况下，仍有可能将发电机并入系统，容易实 现自动化。不足是并列发电机未经励磁，并列是会从系统中吸收无功而造成系统电 压下降，同时产生很大的冲击电流。在电力系统故障情况下，有些水轮发电机可以采用自同步方式并列。4. 答：给发电机加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统 侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作，此 即准同步并列。准同步并列的最大优点是并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低， 不足是并列操作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，另外， 如果合闸时间不准

31、确，可能造成非同步合闸。准同步并列是发电机主要的并列方式。5. 答：同步发电机准同步并列的理想条件是发电机电压和系统电压幅值相等、频率相等、相位相等，不产生冲击电流。实际条件是：.待并发电机与系统电压幅值接近相等，电压差不应超过额定电压的5% 10%。.在断路器合闸瞬间， 待并发电机电压与系统电压相位差应接近零，误差不大于 50。.待并发电机与系统电压的频率应接近相等，频率差不超过额定频率的0.2% 0.5%。6. 答：设发电机为隐极机。若发电机电压与系统电压相位相等，频率相等，但存在电压差，则在并列瞬间产生冲击电流，如果电压差很大，则过大的冲击电流将会引起发电机定子绕组发热， 或定子绕组端部

32、在电动力的作用下受损。若发电机电压与系统电压大小相等，频率相等，但存在相位差，则在并列瞬间产生冲击电流，如果相位差很大，则冲击电流有功分量会在发电机轴上产生冲击力 矩，严重时会损坏发电机。若发电机电压与系统电压大小相等，相位相等，但存在频率差，如果频差较大，则并列合闸后发电机立即带上较多的有功功率，对转子产生制动或加速的力矩，使 发电机产生振动，严重时导致发电机失步，造成并列不成功。7. 答：同步发电机采用自动准同步方式并列时，由于发电机电压与系统电压的 大小和频率不相等，会产生冲击电流。通过检查滑差，可以检测待并发电机是否满 足并列条件。8.答：正弦整步电压 Uzb=2Um|sin( 3st

33、/2)|，式中w st=a ,uzb=0 时刻对应a=0。 可见，通过测量 Uzb的最小值可以判断电压差是否满足要求，通过测量Uzb的频率或周期可以判断频率是否满足条件，并根据Uzb随时间变化波形选择合适时刻发出合闸脉冲。所以，利用正弦整步电压可以检测发电机是否满足准同步条件。9. 答：通过测量整步电压的最小值，可以判断电压差是否满足要求，通过测量 整步电压的频率或者周期，可以判断频率差是否满足条件，并可以根据整步电压随 时间变化的波形选择合适时刻发出合闸脉冲。10 .答：半波线性整步电压具有以下特点：#.整步电压的最大值为A=EC/2,最小值为 0，且都不随UG和USYS的大小和频 差变化，

34、是恒定的数值；.整步电压的周期即为滑差周期TS；.方波形成电路输入电压为-UG和USYS时，整步电压的最大值对应S=1800,整步电压的最小值对应a=00或 3600；方波形成电路输入电压为UG和USYS时，整步 电压的最大值对应a=00或 3600，整步电压的最小值对应a=1800；(4).整步电压波形的斜率和频差成正比。在相同条件下，全波线性整步电压的最大值是半波线性整步电压最大值的两倍， 并且具有更好的线性工作特性。全波线性整步电压的其它特点与半波线性整步电压 类似。11.答：利用线性整步电压通过比例 -微分电路来获得恒定导前时间脉冲时，比例 部分形成的电压或电流分量与整步电压是同相位的

35、。若整步电压的最小值不是0V,则相当于比例部分形成的电压中叠加上一个直流分量，对导前时间tdq必将产生影响。因此，在调整试验中必须注意整步电压的最小值应保持为0V。12 .答：自动准同步装置一般由合闸部分、调频部分、调压部分和电源部分组成。合闸部分要实现发电机电压和系统电压之间的压差检查和频差检查，当满足条件时在恒定导前时间发出合闸命令。调频部分要实现对发电机频率的调整，即按照频差方向发出相应的调速命令。调压部分应具有两个功能：鉴别电压方向，当发电机电压高于系统电压时发降 压脉冲，当发电机电压低于系统电压时发升压脉冲；当压差不满足并列条件时发压 差闭锁信号，当压差满足并列条件时解除压差闭锁信号

36、。电源部分保证装置正常工作。13 .答：同步发电机准同步并列，检查频差是否满足条件有两钟方法： .比较导前时间脉冲和导前相角脉冲次序。由于有18 /tad=| 3s.set|/|3s|所以，通过比较 Uad与 Us.ad出现的先后次序，可以检查频差是否满足要求。.检测线性整步电压斜率判别频差大小。由于线性整步电压的上升和下降斜 率与频差成正比，所以，通过检测线性整步电压的斜率可以检查频差是否满足要求。14 .答：发电机自动准同步并列，一般压差检查可以通过直接比较发电机电压和 系统侧电压的幅值完成。15 .答：发电机自动准同步并列，鉴别频差方向常见的方法有两种：.利用发电机电压和系统电压方波电压

37、鉴别频差方向。发电机电压 UG和系统电压 Usys通过整形电路可以得到相应的方波电压UG和Usys，利用UG和usys后沿 与Usys和UG高低电位相对关系鉴别频差方向，或者，利用UG和Usys后沿对应 关系鉴别频差方向。（2）.直接比较 Usys和 UG周期鉴别频差方向。微机应用于发电机自动准同步并列， 可以实现对 Usys和 UG周期直接记数测量比较，同时完成频差大小检查和方向鉴别。16 .答：发电机自动准同步并列，压差鉴别一般采用直接比较法，即将发电机电 压和系统电压直接进行大小比较。17 .答：恒定导前相角获得电路用以检定频差大小是否满足条件。18. 答：19.第四章 同步发电机励磁自

38、动调节一、 名词解释1 .答：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有 关部门设备和电路总称为励磁系统。2 .答：若将发电机定子电流整流后供给发电机励磁，则可以补偿定子电流对 端电压的影响，这种调节方式称为复式励磁。3.答：若将发电机端电压和定子电流的相量和整流后供给发电机励磁，则可 以补偿定子电流和功率因数（无功电流）对端电压的影响，这种调节方式称为相位 复式励磁。4.答：调差系数表示发电机无功电流从零增加到额定值（或无功电流从额定 值降到零）时发电机机端电压的相对下降（或升高）值，它表示了励磁系统维持发 电机电压的能力。5.答：电力系统短路时，母线电压降低，为提高系统的

39、稳定性，应迅速将发 电机励磁增加到最大值，称为强行励磁，简称强励。6.答：使发电机励磁绕组的磁场尽快消失的过程称为灭磁。二、 问答题1 .答：同步发电机装上自动励磁调节装置后，励磁电流将按预定要求调节， 起到如下作用：.电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点的电压水平。.合理分配发电机间的无功功率。.在电力系统发生短路故障时，按规定的要求强行励磁。.提高电力系统静稳定极限。.加快系统电压的恢复，改善系统工作条件。（6）.对 200MW 及以上的发电机，自动励磁调节装置还可具有过励限制、低励限制和功角限制等功能。（7）.抑制水轮机发电机因突然甩负荷时的电压上升。2 .答：根据供电电源的不同，同

40、步发电机的励磁方式可分为直流励磁机（发 电机）供电、交流励磁机（发电机）经半导体整流器供电和静止电源供电三种励磁 方式。.直流励磁机供电的励磁方式，其系统简单，应用广泛，但运行维护复杂， 可靠性低，另外，当发电机容量增大时，会在换相时出现拉弧。因此，直流励磁机 供电的励磁方式主要应用于 50MW 及以下的发电机。.交流励磁机经半导体整流器供电的励磁方式下，经静止二级管整流时，装 置的可靠性高，但响应速度较慢，造价较高，有一定的维护工作量；经静止晶闸管 整流时，有较快的励磁响应速度，但励磁容量相对要求大一些；经旋转二级管整流 时，制造、使用和维护简单，工作较可靠，电机绝缘的寿命较长，适用于较恶劣

41、的 工作环境；经旋转晶闸管整流时，其响应速度快，无电刷，但其存在励磁电压和电 流检测、励磁绕组绝缘、旋转整流设备保护等问题。.静止电源供电的励磁方式下， 对自并励励磁方式， 其接线和设备比较简单, 无转动部分，维护费用低，可靠性高，造价较低，有很快的励磁电压响应速度，发 电机甩负荷时机组的过电压相对较低，但当机端三相短路时，会影响强励效果，影 响带时限保护的正确动作。3.答：励磁调节器按其构成分为机电型、电磁型、半导体型和微机型调节器； 按其控制量分为模拟式、数字式调节器；按其调节原理，可分为按电压偏差的比例调节（比例型）和按定子电流、功率因数的补偿调节（补偿型）两种。4.答：若将发电机定子电

42、流整流后供给发电机励磁，则可以补偿定子电流对 端电压的影响，这种调节方式称为复式励磁。若将发电机端电压和定子电流的相量 和整流后供给发电机励磁，贝 U 可以补偿定子电流和功率因数（无功电流）对端电压 的影响，这种调节方式称为相位复式励磁。5.答：在半导体励磁系统中，可控整流电路的主要作用是将交流电压变换为 直流电压，供给发电机励磁绕组或励磁机的励磁绕组。6.答：？ ？7 .答：所谓逆变工作状态就是在控制角a 900 时，输出电压平均值为负值，其作用是将三相全控整流桥在整流工作状态时，所输出的直流电压再转换为交流电压。实现逆变的条件是：负载必须是电感性负载，且原来储存能量，即三相全控桥 原来工作

43、在整流工作状态；控制角a 应大于 900 小于 1800,三相全控桥的输出电压平均值为负值；逆变时，交流侧电源不能消失。8 .答：在全控桥中，常将 6 称为逆变角（3 =1800- a）。若逆变角过小，贝 U 会 产生逆变颠覆（或逆变失败）现象。9.答：半导体励磁调节器有基本控制和辅助控制两大部分组成。基本控制部 分是调节器的主体，主要包括调差单元、测量比较单元、综合放大单元、移相触发 单元和可控整流单元。辅助控制部分主要包括励磁系统稳定器、电力系统稳定器和 励磁限制器等。其中，调差单元的作用是调整同步发电机的外特性，保证发电机在投入和退出 运行时能平稳地改变无功负荷，不发生无功功率的冲击。测

44、量比较单元的作用是测量发电机电压并变换为直流电压，再与给定的基准电压相比较，得出发电机电压偏差信号。综合放大单元的作用是将电压偏差信号和其它辅助信号、为改善励磁系统动态 信号的微分反馈信号及提高电力系统稳定的稳定信号等进行综合放大，提高调节装 置的灵敏度，以满足励磁调节的要求。移相触发单元的作用是将控制信号(即综合放大单元的输出电压)按照励磁调 节器的要求转换成移相触发脉冲，使控制角随控制电压的大小而变，并触发晶闸管 元件，从而达到调节励磁电流的目的。可控整流单元的作用是将交流电压变换为直流电压供给发电机励次绕组或励次 机的励磁绕组。10 .答：？ ？11 .答：对称比较整定电路具有电压比较和

45、电压整定的功能。其电路如图所示。？ ？当输入电压KUGUVS(稳压管的击穿电压值)时，稳压管 VS1、VS2 均被击穿，且维持其端电压不变，根据回路定理可得：KUG-I RP=UVS- UG+ UVS所以，当KUGUVS时， UG=2 UVS-(KUG-I RP)令 R1= R2= R,并计及 1=(KUG-UVS)/ ( Rp+0.5 R)，上式可简化为：UG=Uset-k1UG可以看出，输出电压UG与UG呈线性关系。令= Rp/ R,作出不同E值(即不同的 Rp值)时测量比较单元的工作特性 UG= f(UG)。如图所示，当 Rp增大时，E增大，特性曲线右移，基准电压整定值 Uset增大。反

46、之，减小 Rp,基准电压整定值 Uset减小，起到整定电压的作用。其中，粗 线段为正常工作段。12 .答：对励磁调节器静特性调整的基本要求是：保证发电机在投入和退出运 行时能平稳的改变无功负荷，不致发生无功功率的冲击。保证并联运行的发电机组 间无功功率的合理分配。13 .答：不计调差环节作用时的调差系数为自然调差系数。其固有的外特性是 下倾的。14 .答：自然调差系数是不可调的固定值，不能满足发电机的运行要求。，所以在自动励磁调节器中设置了调差单元，实现对调差系数的调整。15 .答：平移发电机的外特性可以改变某台发电机所承担的无功负荷。这样一 来，该发电机投入或退出运行时不会造成对系统五功功率

47、的冲击。16 .答：励磁调节器加入调差单元之后其维持机端电压水平的能力不是差了而 是更加灵活了。因为励磁调节器如果没有调差单元，其调差系数固定不变，发电机 外特性斜率将不能改变，显然不能满足发电机的运行要求。当励磁调节器加入调差 单元之后，其作用是调整调差系数使其可以为正、为负、为零，这样发电机外特性 斜率可以调节，就使得发电机机端电压的调节更加灵活，保证了发电机机端电压的 稳定。17 .答：负调差特性发电机经变压器后，能够补偿变压器阻抗上的压降，在并 联点仍具有正调差特性，能够稳定运行，提高并联点的电压水平。18 .答：电力系统短路时，母线电压降低，为提高系统的稳定性，应迅速将发电机励磁增加

48、到最大值，称为强行励磁，简称强励。按电压偏差比例进行调节(比例型)的励磁调节器其强励作用是当电力系统发生故障，机端电压降低到约(80-85) %额定值以下时，移相触发脉冲将可控硅的触发角推到最小，可控硅整流电路输出最大直流量，达到强励目的。按定子电流、功率因数的补偿调节(补偿型)的励磁调节器其强励作用是当系统发生故障时，机端电压降低，定子电流升高，故障越严重，电压越低，电流越高， 利用升高的定子电流作为励磁电流，从而达到强励的目的。比例型励磁调节器是通过调节励磁电压实现强励的，而补偿型励磁调节器是通过调节励磁电流实现强励的，其响应速度较快。#19 .答：强励的基本作用是：有利于电力系统的稳定运

49、行，有助于继电保护的 正确动作，有助于用户电动机的自起动过程，缩短电力系统短路故障切除后母线电 压的恢复时间。衡量强励性能的指标是强励倍数和励磁电压响应比。强励倍数是强励时实际能达到的励磁最高电压与额定励磁电压的比值。励磁电压响应比是励磁电压在最初0.5秒内上升的平均速率。20 .答：继电强行励磁装置在实施接线时应注意：.并列运行个机组的继电强行励磁装置应分别接入不同名的相间电压上，以 保证发生任何类型的相间故障时，均有一定数量的机组能进行强行励磁。.在某些类型的相间短路情况下，若自动励磁调节装置不能保证强行励磁，则继电强行励磁装置所接相别，应优先选择这些失灵故障形式，以便有自动励磁调 节装置

50、不能反映时，继电强行励磁装置能够动作。.为避免继电强行励磁装置与自动调节励磁装置电压相别相互配合上的复杂性，以及提高继电强行励磁装置的灵敏性，也可采用正序电压或复合电压起动的继 电强行励磁装置。.电压互感器一次或二次侧发生断线故障时，继电强行励磁装置不应误操作。(5).当备用励磁机代替工作励磁机时，继电强行励磁装置应切换到备用励磁机上。21 .答：使发电机励磁绕组的磁场尽快消失的过程称为灭磁。常见的三种灭磁 方式是励磁绕组对常数电阻放电的灭磁方式、励磁绕组对非线性电阻放电的灭磁方 式、全控整流桥的逆变灭磁。对恒定电阻放电的灭磁方案，其灭磁速度在整个灭磁过程中是不同的，起始灭磁速度最快，以后越来

51、越慢，以致整个灭次过程拖的较长。另一方面，在整个灭磁过程中转子滑环间的电压愈来愈低，与转子绕组最大允许电压的差值愈来愈大。对非线性电阻放电的灭磁方案，在灭磁过程中，转子绕组两端电压始终保持最大允许电压，灭磁过程接近于理想情况。所谓理想情况是指若在整个灭磁过程中一 直保持起始时的灭磁速度，而转子滑环间的电压不超过允许值，则灭磁时间可以大 大缩短。全控整流桥的逆变灭磁方案灭磁方式简单、经济，且无触点，值得推广使用。发电机灭磁实际上是将励磁绕组储存的能量消耗掉。采用常数电阻灭磁时，储 能消耗在该电阻上；采用非线性电阻灭磁时，储能转变为电弧消耗在灭弧栅中；采 用整流桥逆变灭磁时，储能馈给励磁绕组（励磁

52、机）。22 .答：微机型励磁调节器由专用的计算机控制系统构成，按计算机控制系统 来划分，其由硬件（即电气元件）和软件（即程序）两部分组成。硬件的主要功能是输入发电机的参数如电压、电流、励磁电压、励磁电流等， 输出各种控制、报警信号及触发脉冲。具体有：主机的作用是对发电机运行状态变 量进行调节计算和逻辑判断，进行信息处理求得控制量，发出脉冲信号，实现对励 磁电力的控制。模拟量输入通道的作用是将发电机运行电压、无功功率、有功功率 和励磁电流等物理量送入 A/D 接口电路。开关量输入通道的作用是将断路器、灭磁 开关的状态信息送入数字量输入接口电路，开关量输出通道的作用是将励次系统中 的异常情况信号和

53、保护动作信号从接口电路输出到相应设备。脉冲输出电路的作用 是将输出的控制脉冲信号经中间放大、末级放大后，触发大功率晶渣管控制其输出 电流。接口电路是输入、输出通道与主机之间的中间设备，用于完成两者间信息传 递的任务。运行操作设备是供运行人员操作的控制设备，用于增、减励磁和监视调 节器的运行，还有供程序员使用的操作键盘，以调试程序、设定参数等。微机型励磁调节器的调节和限制及控制等功能，都是通过软件实现的，其一般 有主程序和中断服务程序两部分组成。主程序控制微机型励磁调节器的主要工作流 程，完成数据处理、控制规律的计算、控制命令的发出及限制、保护等功能；中断 服务程序则用于实现交流信号的采样及数据

54、处理、触发脉冲的软件分相和机端电压 的频率测量等功能。23 .答：由于采用了微处理器，以往调节器中的操作回路、部分可控整流触发 回路、各种保护功能、机械或电子的电压整定机构都可以简化或省取，采用软件来 完成，这样就大大减少印刷电路板的数量，电路元件少、焊点少、接插件少，使装 置可靠性提高。微机型励磁调节器的最优控制、自适应控制、人工智能等往往需要大量的计算 和判断，这对模拟式的励磁调节器几乎是不可能实现的。对于不同容量、不同型号的发电机，微机型励磁调节器只要改变软件及输出功 率部分就可以了，这样就便于标准化生产，便于产品升级换代，硬件的调试工作量 也大大减少。微机型励磁调节器中发电机的各种运行

55、状态、运行参数、保护定值、各种故障 信号等都可以通过显示面板的数码管显示出来，为运行人员提供了极大的方便。微机型励磁调节器便于实现全厂自动化。第五章自动低频减负荷一、名词解释1 .答：AFL 即按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 .答：负荷的静态频率特性是指电力系统的总有功功率与系统频率的关系。3.答：系统频率发生变化时，总负荷吸收的有功功率也随之变化。当频率下 降时，总负荷吸收的有功功率随之下降；频率上升时，总负荷吸收的有功功率随之 上升。这种总负荷吸收的有功功率随频率变化的现象，称为负荷调节效应。当频率偏离额定频率不大时，

56、定义负荷调节效应系数为：K= PL.M/Af4.答：电力系统的动态频率特性是指当电力系统出现功率缺额造成频率下降 时，系统频率随时间有额定值变化到稳定频率的过程。由于电力系统是一个惯性系 统，所以频率随时间按指数规律变化。5.答：自动按频率减负荷装置 AFL 按照事故时有功功率缺额的多少动作，切 除一定数量的负荷。AFL 每切除一部分负荷，系统频率都要恢复到某一希望的数值 附近。一般，AFL 的频率动作范围为 2-3Hz,将之分为 5-7 级动作，此为 AFL 的基 本级。在 AFL 的动作过程中可能出现这样的情况：第 i 级动作后，系统稳定频率在希 望的恢复频率低限之下，但又不足以使第 i+

57、1 级动作，因此 AFL 中设置附加级，其动作频率是每级希望恢复频率的低限值，并有 10-20S 的延时(约为系统频率变化时间常数的 2-3 倍)。 二、问答题1 .答：系统的有功功率平衡被破坏时，系统频率要发生变化。当有功功率不足时，频率会下降，系统出现低频运行，其危害性如下：.由于频率降低，火电厂厂用机械生产率下降，因而必然导致发电厂有功出 力的降低，进一步使系统频率降低，严重时将引起系统频率崩溃。.系统频率的降低引起发电机转速降低，导致系统电压水平下降，严重时将 引起系统电压崩溃。.系统频率长期运行在 49.5-49HZ 以下时，不仅影响电厂和系统运行的经济 性，而且会致使某些汽轮机损坏

58、，甚至破坏。(4).系统频率降低将会影响某些测量仪表的准确性。2 .答：为了保证电力系统安全运行，保证电能质量，在电力系统中广泛采用自动低频减负荷装置，即 AFL,也称自动低频减载装置。3.答：负荷的静态频率特性是指电力系统的总有功功率与系统频率的关系。电力系统的动态频率特性是指当电力系统出现功率缺额造成频率下降时，系统频率随时间由额定值变化到稳定频率的过程。静态频率特性的特点是：频率变化时系统总负荷也做相应的变化，当频率下降 时，负荷消耗的有功功率随着下降；当频率升高时，负荷消耗的有功功率随着增大。 其对电力系统频率有一定的稳定作用。动态频率特性的特点是：由于电力系统是一个惯性系统，所以频率

59、随时间按指 数规律变化。4.答：负荷调节效应和自动按频率减负荷的作用是不相同的。负荷调节效应是指如果发电机出力减少，则系统频率必然降低，这时负荷消耗 的功率相应减少，于是可以重新达到功率平衡，这样，系统频率可以稳定在一个低 于额定值的频率运行。而自动按频率减负荷是指当电力系统发生事故，出现大量有 功缺额时，自动逐级切除相应负荷，以维持系统频率稳定的一种安全自动装置。在正常运行中，只靠负荷调节效应即可维持系统频率稳定，无须自动按频率减 负荷装置动作；而在故障情况下，若仅靠负荷调节效应补偿有功的不足，则系统频 率将会降低到不允许的程度，从而破坏系统的稳定运行，只能依靠自动按频率减负 荷装置的动作保

60、证系统频率的稳定。5.答：在两种情况下，系统的稳定频率是不同的，如下式计算所示：f=501-0.3%PLEN/K- (1+0.3)PLENf-2=50(1-0.3%PLEN/K -REN)6 .答：AFL 的切除负荷总量 Pent.W 根据系统的最大功率缺额Pla.max确定，并注意 Pent.S P.max。P.max根据最不利的运行方式下发生故障，整个电力系统或其各部 分实际可能发生的最大功率缺额来确定。较高的首级动作频率，有利于抑制系统频率下降的深度，有效恢复系统频率， 但为了充分利用系统的旋转备用容量，防止频率短时拨动引起AFL 误动作，首级动作频率又不宜过高。兼顾这两方面的因素，AFL 的首