水电厂自动化(1)概论

1.水电厂在电力系统中的作用：1担负系统的调频、调峰任务。电能不能大量存储，其生产、输送、分配和消耗必须在同一时间内完成。为了保持系统的频率在规定的范围内，系统中就必须有一部分发电站和发电机组随负荷的变化而改变出力。以维持系统内发出的功率和与消耗的功率平衡。对于变化幅度不大的负荷，频率的调整任务主要是由发电机组的调速装置来完成。对于变化幅度较大、带有冲击性质的负荷，则需要有专门的电站或机组来承担调频的任务。2担负系统的备用容量。具有一定的备用容量，是电力系统进行频率调整和机组间负荷经济分配的前提。由于所有发电机组不可能全部不间断地投入运行，而且投入运行的发电机组也不是都能按额定容量工作，故系统中的电源容量并不一定等于所有发电机组额定容量的总和。为了保证供电可靠性和电能质量，系统的电源容量应大于包括网损和发电站自用电在内的系统总负荷。。。。

2.电力系统备用容量分类：1负荷备用。用于调整系统中短时的负荷波动，并满足计划外负荷增加的需要。这类备用容量应根据系统负荷的大小、运行经验和系统中各类用户的比重来确定，一般为系统最大负荷的2%—5%。2事故备用。用于代替系统中发生事故的发电设备，以便维持系统的正常供电。事故备用容量与系统容量、发电机台数、单机容量、各类型发电站的比重和供电可靠性的要求等因素有关，一般约为系统最大负荷5%—10%，并不应小于系统中最大一台机组的容量。3检修备用。是为定期检修发电设备而设置的，与负荷性质、机组台数、检修时间长短及设备新旧程度有关。。。。

3.水电厂自动运行的内容：1自动控制水轮发电机组的运行，实现开停机和并列、发电转调相和调相转发电等自动控制程序。2自动维持水轮发电机组的经济运行。3完成对水轮发电机组及其辅助设备运行工况的监视和对辅助设备的自动控制。4完成对主要电气设备（如主变压器、母线和输电线路等）的控制、监视和保护。5完成对水工建筑物运行工况的控制和监视，如闸门工作状态的控制和监视，拦污

栅是否堵塞的监视，上下游水位的测量监视、引水压力钢管的保护等。

4.水轮发电机组同期方式及其优缺点：1准同期方式是将发电机组调整到符合并网条件后，再发出断路器的合闸命令。2自同期并列的操作是将未加励磁电流的发电机组的转速升到接近额定转速，再闭合断路器，然后立即合上励磁开关供给励磁电流，在发电机电势逐渐增长的过程中由系统将发电机组拉入同步运行。3两种同期方式具有各自的优缺点。系统在正常运行情况下，一般采用准同期并列方式将发电机组投入运行；自同期并列方式操作简单，速度快，在系统发生故障、频率波动较大时，发电机组仍能并列操作并迅速投入电网运行，可避免故障扩大，有利于处理系统事故，只有当系统发生故障时，为了迅速投入水轮发电机组才采用，应用此方式时要求发电机定子绕组的绝缘及端部固定情况良好，端部接头应无不良现象。。。。

5.允许断路器并列的理想条件：1电压幅值相等，即U G=U S或U Gm=U Sm。2电压角频率相等ωG=ωS或电压频率相等，即f G=f S。3合闸瞬间的相角差为零，即δ=00（δ为发电机侧电压与系统侧电压的相角差）。。。。

6.准同期并列的实际条件：1待并发电机电压和系统电压接近相等，其电压差不超过5%—10%额定电压。2待并发电机电压与系统电压的相角差δ，在并列瞬间应接近于零，不大于100。3待并发电机频率与系统频率接近相等，其频率差不超过0.2%—0.5%额定频率。。。。线性整步电压的获取一般由整形电路、相敏电路及滤波电路组成。具有以下特点：1当U G点与U S点完全反相，即δ=1800时，U SL的最低值为0，当U G点与U S点完全同相，即δ=00（或3600）时，U SL出现最大值U SLm。U SL的最大值保持固定不变。2整步电压的前半部分和后半部分均为直线，其斜率和频差绝对值成正比，反映了频差的大小，如果在一个周期内频差不变，则U SL以通过最高点的垂直线左右对称。3线性整步电压波形，顶值电压与电压U G点、U S点的幅值无关，因而不包含压差信息。。。。同步力矩：是由发电机转子磁场与定子旋转磁场相互作用而

产生的，在发电机加上励磁后才出现，并逐渐上升到稳定值。异步力矩：是指发电机转速不等于同步转速时，转子闭合回路中产生的感应电流将和定子旋转磁场相互作用而产生的力矩，其大小和滑差率、转子结构及转子回路所处的状况等因素有关。

7.同步发电机励磁控制系统的任务：1调节电压。电力系统正常运行时，负荷是随机波动的。随着负荷的波动，需要对励磁电流进行调节，以维持机端或系统中某点电压在给定水平，所以励磁系统担负着维持电压水平的任务。2控制无功功率的合理分配。在实际运行中，与发电机并联运行的母线并不是无限大容量母线，即系统的等值电抗并不等于零，母线的电压将随着负荷波动而变化。发电机输出的无功电流与它的母线电压水平有关，改变其中一台发电机的励磁电流不但影响其本身的电压和无功功率，而且也影响与其并联运行机组的无功功率。3提高电力系统运行稳定性。电力系统在运行中随时都可能受到各种干扰，在这些扰动后，发电机组能够恢复到原来的运行状态，或者过渡到另一个新的稳定运行状态，则系统是稳定的。4改善电力系统运行条件。当电力系统由于种种原因，出现短时低压时，励磁控制系统可以发挥其条件功能，即大幅度地提高励磁电流以提高系统电压。改善异步电动机的自启动条件，为发电机的异步运行创造条件，调高继电保护动作的灵敏度。5根据水轮发电机组要求实行强行减磁。当水轮发电机组发生故障突然跳闸时，由于水轮机调节系统具有较大的惯性，导叶不能迅速关闭，使发电机转速急剧上升。如果不采取措施迅速降低励磁电流，则发电机电压有可能升高到威胁定子绝缘的程度。所以这种情况下要求励磁控制系统能实现强行减磁。。。。

8.励磁控制系统对静态稳定的影响：当功率角δ＜900时，发电机是静态稳定的。当δ＞900时，发电机不能稳定运行。δ=900为稳定的极限情况。实际运行时，为了可靠起见留有一定的裕度，运行点往往比功率极限低一些。如果励磁系统具有按电压偏差调节的励磁调节器，并设发电机开始

运行于在功率曲线的a点。当系统负荷增加时，为保持机端电压不变，励磁调节器必将增加励磁电流，使Eq增加，运行点将过渡到波幅较高的另一功率特性曲线上，以此类推。具有励磁调节器时，由波幅连续增高的一簇功率特性曲线上的各运行点构成了一条新的功率特性曲线。显然具有励磁调节器时发电机功率角δ能在大于900范围的人工稳定区运行，即可提高传输的功率极限或系统的稳定储备。。。。

9.励磁控制系统对暂态稳定的影响：励磁系统对于提高暂态稳定而言，主要表现在快速励磁和强励的作用上。现以单机到无穷大系统为例，设在正常运行情况下，发电机输出功率为Po，在功率特性的a点运行。当突然收到某种扰动后，运行点由曲线Ⅰ上的a点突然变到曲线Ⅱ上的b点。由于原动力部分存在惯性，输入功率仍为Po，而所需功率减小，于是发电机轴上将出现过剩转矩使转子加速，运行点由b沿曲线Ⅱ向F点移动。过了F点后，发电机输出功率大于Po，发电机轴上将出现制动转矩，使转子减速。发电机能否稳定运行取决于曲线Ⅱ与Po直线间所形成的上下两块面积是否相等，即所谓的等面积法则。在上述过程中，发电机如能强行增加励磁，使受到扰动后的发电机组运行点移动到功率特性Ⅲ上运行，这样不仅减小了加速面积，也增大了减速面积，从而使发电机第一摆时功角δ幅值减小，改善了发动机的暂态稳定性。

10.电极式水位信号器：电极式水位信号器主要用于当水轮发电机做调相运行时，监视水轮机转轮室的水位，与SXZ—2型水位信号装置配合给转轮室供压缩空气，使转轮室水位保持在水轮机转轮以下，减少机组有功损耗。有时也用于监视水轮机顶盖和集水井水位。电极式水位信号器DJ 有两个相互绝缘的电极，通常是不接通的，当水位上升把两个电极都浸入水中时，利用水的导电性，使两个电极成为电的通路，发出相应的水位信号。DJ—02型电极式水位信号器由电极、底座和盖组成，共有两个，分别对应上、下限水位。SZX—2型水位信号装置由电流继电器、变