水电站自动化答案华科版.docx

第一章 水轮发电机的自动并列1、简述同步发电机两种同期并列方式的操作步骤，并分析各自的特点和用途答：同步发电机具有准同期和自同期两种同期并列方式其中：准同期的操作步骤为翻开机组导叶到空载位置发电机接近同步转速发电机投入励磁调整机组的电压和转速推断发电机是否满足并列条件满足将机组投入系统并列运行不满足自同期的操作步骤为翻开机组导叶到空载位置发电机接近同步转速发电机断路器合闸发电机投入励磁机组并入系统运行由于在准同期操作中满足了发电机与电力系统的频率、电压和相位一样的条件发电机定子回路的电流将为零，对机组将不会产生电流或电磁力矩的冲击因此，水电站在同期操作中，承受了以自动准同期作为机组正常时的并列方式但是，准同期存在着非同期并列操作可能，并使机组严峻损坏为了避开非同期并列，在准同期并列时，同期回路带有非同期闭锁另外，当电力系统发生故障而消灭低频、低压时，将给准同期操作带来困难自同期具有如下特点：不需调整电压、相位和准确调整转速，操作简洁； 由于并列操作时未投励，消退了非同期并列的可能； 与准同期相比，大大缩短了并列的时间自同期并列为电力系统发生故障而消灭低频、低压时，启动备用机组制造了很好的条件，对于防止事故扩大，快速恢复系统起到重要作用。

由于发电机以自同期投入系统时，未励磁的发电机相当于异步电动机，因此自同期存在如下缺点：消灭短时间的电流冲击，并使系统电压下降；冲击电流引起的电动力可能对定子绕组绝缘和定子绕组端部造成不良影响； 冲击电磁力矩将使机组大轴产生纽矩，并引起振动但是，冲击电流和冲击电磁力矩均比发电机出口三相短路时小，并且缩减快，通常不会对发电机造成损害，但冲击电流产生的电动力可能对定子绕组绝缘和端部造成累计性变形和损害特别是自同期时发电机处于冷状态，造成的不良影响比热状态下的发电机出口三相短路更严峻因此，在事故时机组承受自动自同期并列2、简述准同期并列的条件，并说明可能造成非同期合闸的缘由及其危害答：准同期并列的条件为：发电机与电力系统的相序一样； 发电机与电力系统的频率一样； 发电机与电力系统的电压一样； 发电机与电力系统的相位一样 可能造成非同期并列的缘由为： 发电机的一次或二次接线不正确； 同期装置工作不正确；运行人员误操作非同期并列操作可能使机组严峻损坏：假设相位差为 180°时非同期合闸，则发电机定子绕组的冲击电流将比发电机出口的三相短路电流大一倍；假设电压或频率不一样，将对机组产生很大的电磁冲击力，甚至高达额定力矩的 8-26 倍。

3、滑差周期为T ，试确定机组和系统的频率差 f s1解： f fgf ssys 2 TS式中 fg为待并发电机的频率； fsysf 1T系统的频率；为滑差角速度sS4、设：待并发电机的电压为ug(t) Usin( t )；g g g系统电压为u(t) Usyssyssin(tsys)；sys其频率差和相位差为 0，电压差为 U UUsys g0.9U，试计算并列时的最大冲g击电流I su.max解：依据最大冲击电流的近似计算式Isu.max1.9 U2X ”d式中： X” 为待并发电机的纵轴次暂态电抗d电压差为 U U U 0.9U ，则有sys g g1.90.9U2.42 U2I g gsu.max X ” X ”d d5、 设：待并发电机的电压为ug(t) Usin t；g g系统电压为 u(t) Usyssyssint；sys简要说明如何依据脉动电压us(t) ug(t) u(t)分析电压差 U Usys gUsys和频率差 f f f g sys答：设待并发电机和系统电压的最大值为U ；mu (t) us g(t) u(t) Usys m(sin)tg sys2(cos)tg sys2( )脉动电压 us(t)是一个电角速度为 g sys 、幅值〔包络线〕为正弦规律2(U sinm)tg sys2变化的沟通电压。

准同期并列时与g sys很接近，故脉动电压频率仍接近于 50Hz ， 在脉动电压中，其幅值的变化规律为u 2Usm m(sin)tg sys2t2U sin s m 22U sinm 2〔1〕式中 ：为滑差角速度；s g syst为us g(t)与u(t)的相位差sys从0 2 的时间T 称为滑差周期ST 2Ss由〔1〕式可知：〔2〕在u (t)与ug(t)的幅值相等的条件下： 时，脉动电压的幅值到达最大值sysu 2Usm； 2k 〔 k 0,1,2 〕时，脉动电压的幅值到达最小值u 0 m sm假设ug(t)与u(t)的幅值不相等，则脉动电压最小值为 2usys g2u sys由〔2〕式可知：滑差周期TS周期T与频率差 f fgfsys s 成反比，因此可用滑差2的大小来推断待并发电机与系统的频率差，从而确定准同期并列的条件是S否满足6、假设承受 8 点采样的富氏算法计算一个周期函数 f(t)的基波和二次谐波的幅值和相位，试写出相应的计算式解：依据离散富氏算法的计算式， f(t)的 n 次谐波重量的幅值和相位为：F 2RnF 2InF ； arctgFIn ；n n FRn式中：F2 N f cosnk 2 ；F2 N fsinnk 2；N 为一个周期中的采样数；Rn N k 1 kN InN k 1 k Nf 为 f(t)第 k 个采样值； n 为周期函数 f(t)谐波次数。

k N=8 ， 当 n 1 时：F 2 F 2R 1 I1F1F； arctg1 FI1 ；R 1式中： FR 11 8 f4 k 1 kcosk ； F 4 I11 8 f4 k 1 ksink ；4当 n 2 时：F2FF 2R 2F 2 I2； arctg2 FI2 ；R 2式中： FR 21 8 f4 k 1 kcosk ； F 2 I21 8 f4 k 1 ksink 2其次章 水轮发电机励磁的自动调整1、简述水电机组励磁掌握的任务，以及对自动调整装置的要求答：〔1〕自动调整励磁装置〔AVR〕的任务：维持发电机端电压水平并且合理安排各机组的无功负荷；提高电力系统运行的稳定性和输电线路的传输力量； 提高带时限动作继电保护的灵敏度；加速短路后的电压恢复过程和改善异步电动机的启动条件； 改善自同期或发电机失磁运行时电力系统的工作条件；防止水轮发电机突然甩负荷时电压过度上升〔2〕对自动调整励磁装置〔AVR〕的要求： 工作牢靠AVR 装置本身发生故障，可能迫使机组停机，甚至可能对电力系统造成严峻影响有足够的输出容量AVR 的容量既要满足正常运行时调整的要求，又要满足发生短路故障时强励的要求。

动作快速承受快速动作的 AVR 对改善系统的稳定性和提高输送力量具有重要意义无失灵区没有失灵区的 AVR 有助于提高系统的静态稳定性2、当一台同步发电机带孤立网运行时，试分析无功负荷电流的增加是造成发电机端电压下降的主要缘由解：当一台同步发电机带孤立网运行时，依据同步发电机的等值电路图可得：E cos U I Xd g r d式中： 为发电机定子绕组的感应电势 E与发电机端电压Ud间的相位差； Ig r为发电机的无功负载电流；X为发电机的纵轴同步电抗〔且与发电机的横轴同步电抗相等〕d由于在正常时δ很小， cos 1，则有E U I Xd g r d上式说明，无功电流是造成机端电压下降的主要缘由，且机端电压与无功电流成反比3、简述强行励磁、强行减磁和自动灭磁的作用答：〔1〕强行励磁的作用发生短路时，电力系统和水电站的电压可能大幅度降低此时，为保证系统稳定运行和加快切除故障后的电压恢复，应使发电机的励磁电流快速加大到顶值，既实行强行励磁2） 强行减磁的作用当机组甩负荷时，由于机组转速的急剧上升，而引起发电机端电压的上升，此时为了保证发电机定子绝缘的安全，应马上削减发电机转子回路的励磁电流，即实行强行减磁。

3） 自动灭磁的作用自动灭磁是在发电机内部或其出口短路时，切断励磁电流，并在很短的时间内使转子磁场中储存的大量能量快速消释，而不至产生危及转子绝缘的过电压4、简要说明以下图所示励磁系统的工作原理SCRUffUfG2UG1GSzPTUcαUtarccosKUr答：假设由于扰动使发电机机端电压U上升，励磁g调整装置通过 PT 测量发电机端电压U压，并与给定电gU 比较后获得电压差rU U U 将削减，经g r g综合放大后得到掌握信号U K Uc也将削减；依据g掌握信号和同步信号计算励磁机 G1 励磁回路的可控硅导通角α增大，经可控硅整流后，励磁机的励磁电压U 减f少，从而转变了发电机的励磁电流，进而使发电机的电压下降，以削减电压差 U ，g从而抵消了发电机机端电压U上升的扰动，由此励磁反响掌握可以维持发电机机端电g压U 的恒定使发电机运行在稳定状态g反之，假设由于扰动使发电机机端电压U结论下降，则类似以上分析，可得到一样的g4、可控硅励磁系统由那些根本单元所组成？其各自的作用又是什么？答：可控硅励磁系统由测量比较单元、调差单元、移相触发单元和手动单元等根本单元所组成，其中：测量比较单元：用于测量机端电压的变化，并将测量值与给定值进展比较：调差单元：用于转变调差系数 Kq，以实现合理安排各机组间的无功；综合放大单元：对所测量的电压差进展综合，计算出实现消退电压差的掌握信号Uc，在励磁掌握中通常承受了 PID 调整规律；移相触发单元：依据综合放大单元 PID。