(完整版)电力系统自动装置原理思考题及答案

复习思考题第二章同步发电机的自动并列一、基本概念1、并列操作：电力系统中的负荷随机变化，为保证电能质量，并满足安全和经济运行的要求，需经常将发电机投入和退出运行，把一台待投入系统的空载发电机经过必要的调节，在满足并列运行的条件下经开关操作与系统并列，这样的操作过程称为并列操作。

2、准同期并列：发电机在并列合闸前已加励磁，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。

3、自同期并列：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，在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步，完成并列操作。

4、并列同期点：是发电机发电并网的条件。

同期并列点是表示相序相同、电源频率同步、电压相同。

5、滑差、滑差频率、滑差周期：滑差：并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差；滑差频率：并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差，用fs 表示；滑差周期：并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化360°所用的时间。

6、恒定越前相角准同期并列：在Ug和Ux两个相量重合之前恒定角度发出合闸信号的叫恒定越前相角并列装置。

7、恒定越前时间准同期并列：在Ug和Ux两个相量重合之前恒定时间发出合闸信号的叫恒定越前时间并列装置。

8、整步电压、正弦整步电压、线性整步电压：包含同步条件信息的电压；正弦整步电压：与时间具有正弦函数关系的整步电压；线性整步电压：与时间具有线性函数关系的整步电压。

二、思考题1、同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？答：同步发电机并列操作应满足的要求：（1）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1~2倍的额定电流。

（2）发电机并网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。

因为：(1)并列瞬间，如果发电机的冲击电流大，甚至超过允许值，所产生的电动力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气设备，还合使其他电气设备受损；(2)并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处于振荡状态，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。

2、同步发电机并列操可以采用什么方法？答：可分为准同期并列和自同期并列。

3、什么是同步发电机自动准同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？答：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：由于准同步并列冲击电流小，不会引起系统电压降低，所以适用于正常情况下发电机的并列，是发电机的主要并列方式，但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。

4、为什么准同期并列产生的冲击电流小？答：当电网参数一定时，冲击电流决定于相量差Us，由于准同期并列操作是并列断路器QF在满足频率相等幅值相等相角差为零的理想条件下合闸的，虽然不能达到理想的条件，但是实际合闸时相量差Us的值很小，因此计算出的冲击电流很小。

5、什么是同步发电机自同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？答：是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近电网频率，滑差角频率不超过允许值，且在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上断路器QF，接着合上励磁开关开关SE，给转子加励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，又电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。

特点：并列过程中不存在调整发电机电压、频率问题，并列时间短且操作简单，在系统频率和电压降低的情况下，仍有可能实现发电机的并列；容易实现自动化；但并列发电机未经励磁，并列时会从系统吸收无功，造成系统电压下降，同时产生很大的冲击电流。

适用场合：由于自同步并列的并列时间短且操作简单，在系统频率和电压降低的情况下，仍有可能实现发电机的并列，并容易实现自动化，所以适用于在电力系统故障情况下，有些发电机的紧急并列。

6、为什么自同期并列产生很大的冲击电流？答：自同步并列，在发电机断路器合闸前，发电机未加励磁，因此合闸瞬间相当于系统电压经发电机次暂态电抗短路，必然产生很大的冲击电流，此冲击电流随着发电机加上励磁，在发电机电压建立以后消失。

7、滑差、滑差频率、滑差周期有什么关系？答：滑差角频率s ω与滑差频率s f 的关系：2s s f ωπ=滑差频率s f 与滑差周期s T 的关系：1/2/s s s T f πω==8、同步发电机自动准同期并列的理想条件是什么？实际条件是什么？答：理想条件：频率相等，电压幅值相等，相角差为零。

实际条件：①电压差不应超过额定电压的5％～10％；②频率差不应超过额定频率的0.2％～0.5％；③在断路器合闸瞬间，待并发电机电压与系统电压的相位差应接近零，误差不应大于5°。

9、同步发电机自动准同期并列时，不满足并列条件会产生什么后果？为什么？答：发电机准同步并列，如果不满足并列条件，将产生冲击电流，并引起发电机振荡，严重时，冲击电流产生的电动力会损坏发电机，振荡使发电机失步，甚至并列失败。

原因：通过相量图分析可知，并列瞬间存在电压差，将产生无功冲击电流，引起发电机定子绕组发热，或定子绕组端部在电动力作用下受损；并列瞬间存在相位差，将产生有功冲击电流，在发电机轴上产生冲击力矩，严重时损坏发电机；并列瞬间存在频率差。

将产生振荡的冲击电流，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。

10、说明同步发电机采用自动准同期方式并列时，产生冲击电流的原因，为什么要检查并列合闸时的滑差？答：答：产生冲击电流的原因：并列瞬间存在电压差、频率差、相位差，检查滑差的原因：如果发电机在滑差不为0 的情况下并入系统，立即周期性地带上正的、负的有功功率，对转子产生制动、加速的力矩，使发电机产生振动，遭受振荡冲击。

如果滑差较大，则振荡周期较短，振荡强烈，严重时导致发电机失步，造成并列不成功。

同时，如果断路器合闸存在动作时间误差，较大的滑差还会造成较大的合闸相角误差，相应产生冲击电流。

11、为什么频率差过大时发电机可能并列不成功？答：发电机并列合闸时存在频率差，将产生振荡的冲击电流，振荡周期就是滑差周期，即频率差的大小，决定着冲击电流的振荡周期。

如果频率差较小，滑差周期长，则经过一定的振荡过程，发电机进入同步运行，并列成功；如果频差过大，滑差周期短，可能导致发电机失步，造成并列失败。

12、合闸脉冲为什么需要导前时间？答：发电机准同步并列要求，并列合闸瞬间发电机电压和系统电压之间的相位差δ 应等于零，考虑到并列断路器都有一个合闸时间，所以自动准同步装置发出合闸脉冲命令，应该相对于δ=0°有一个提前量，即合闸脉冲需要导前时间。

13、断路器合闸脉冲的导前时间应怎么考虑？为什么是恒定导前时间？答：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δ=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。

14、利用正弦整步电压如何检测发电机是否满足准同期并列条件？答：正弦整步电压含有电压差、频率差、相位差的信息。

正弦整步电压的最小值是电压差；正弦整步电压的周期是滑差周期，能够反映频差的大小，正弦整步电压随时间变化过程对应相位差的变化过程。

所以，利用正弦整步电压的最小值检测是否满足电压差条件，利用正弦整步电压的周期检测是否满足频率差的条件，利用正弦整步电压随时间变化过程确定合闸时刻，使相位差满足条件。

15、利用线性整步电压如何检测发电机是否满足准同期并列条件？答：线性整步电压含有频率差、相位差的信息，但不还有电压差的信息。

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。

16、如何利用线性整步电压来实现对频差大小的检查？说明工作原理。

答：压差检查方法：直接比较发电机电压与系统电压幅值。

原理：将发电机电压和系统电压分别通过整流、滤波电路变换成直流，即对应发电机电压和系统电压幅值，再通过比较电路得到两者差值，即幅值差，与允许压差整定值比较判断是否满足并列条件。

17、为什么说实际线性整步电压的最大值、最小值不与相角的零度、180度对应？ 答：实际中，滤波器的时间常数将会影响其相移，滑差角频率s ω的变化也会对其产生影响，使实际情况偏离理想化直线。

18、在数字式自动并列装置中，可采用哪几种方法检测频率差？说明各种检测方法的工作原理。

答：(1)频率差检测在恒定越前时间之前完成检测。

在数字式自动并列装置中，相角差()e t δ的轨迹中含有滑差角频率s ω的信息可以利用；19、在数字式自动并列装置中，可采用哪几种方法检测电压差？说明各种检测方法的工作原理。

答：直接读入U G 和U X 值，然后作计算比较：采用传感器把交流电压方均根值转换成低电平直流电压，然后计算两电压间的差值，判断其是否超过该定限值，并获得待并发电机组电压高于或低于电网电压的信息；直接比较U G 和U X 的幅值大小，然后读入比较结果。

待并发电机电压U G 和电网电压U X 分别经变压器和整流桥后，在两电阻上得到与U G 、U X 幅值成比例的电压值U ‘G 和U ’X ，取U AB =U’X -U ‘G ，用整流桥得检测电压差的绝对值∣△U AB ∣，电压差测量输出端的电位为U D =∣△U AB ∣-U set ，其中U set 为允许电压差的整定电压值，当U D 为正时，表明电压差超过并列条件的允许值。

20、在数字式自动并列装置中，如何进行相角差的实时检测？说明其工作原理。

答：把电压互感器二次侧U X 、U G 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 δ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*()[()/]/0.52(1/)e R c b a bc t R U U U U s δ=-=∆。

21、在自动准同期并列的过程中，（1）滑差角频率为常数，（2）滑差角频率等速变化，（3）滑差角频率的一阶导数等加速变化。

分别代表并列过程中的什么现象？实时相角差又分别如何计算？写出其各种情况下的计算公式。