电力系统自动装置课程作业解答

第二章同步发电机的自动并列
1．同步发电机并列时应满足的基本要求。

答：同步发电机并列时应满足两个要求：
⑴．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，以避免对系统的冲击。

⑵．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．同步发电机准同步并列的理想条件和实际条件是什么?
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：
⑴．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%。

⑵．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。

⑶．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%。

3．准同期并列装置由哪3个单元构成，并简述各单元的功能。

答：由频率差控制单元、电压差控制单元、合闸信号控制单元3个单元构成；
频率差控制单元的任务是检测滑差角频率，调节待并发电机的转速，使发电机的频率接近电网频率；
电压差控制单元的任务是检测电压差，调节待并发电机的电压，使发电机的电压与电网电压小于规定值；
合闸信号控制单元的任务是检测并列条件，但电压、频率满足并列条件时，选择合适的时间发出合闸信号，使断路器主触头接通时，相角差接近零或在控制范围之内。

4．自同步并列的定义、特点及应用范围。

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。

5．准同步并列的定义、特点及应用范围。

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。

第三章同步发电机的励磁自动控制系统
1、同步发电机自动励磁调节装置的作用。

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：
⑴．电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点的电压水平。

⑵．合理分配发电机间的无功功率。

⑶．在电力系统发生短路故障时，按规定的要求强行励磁。

⑷．提高电力系统静稳定极限。

⑸．加快系统电压的恢复，改善系统工作条件。

⑹．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。

⑺．抑制水轮机发电机因突然甩负荷时的电压上升。

2、同步发电机的励磁方式及特点。

答：根据供电电源的不同，同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。

⑴．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。

⑵．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。

⑶．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、发电机采用静止励磁系统有哪些优点。

答：（1）接线和设备简单、可靠性高；
（2）不需同轴励磁机，减小投资；
（3）很快的励磁电压响应速度；
（4）由发电机机端取得励磁能量。

第四章电力系统的自动低频减载及其他安全自动控制装置
1、什么是电力系统的动态频率特性。

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。

2、电力频率会下降有什么危害。

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：
⑴．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。

⑵．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。

⑶．系统频率长期运行在49.5-49H z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，甚至破坏。

⑷．系统频率降低将会影响某些测量仪表的准确性。

3、AFL如何确定最大功率缺额及动作频率级差。

答：AFL的切除负荷总量P cnt.Σ根据系统的最大功率缺额P la.max确定，并注意P cnt.Σ＜P la.max。

P la.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的首级动作频率一般以不超过49.1H z为宜。

AFL的末级动作频率由系统所允许的最低频率下限确定。

一般为45-46.5Hz。

AFL动作频率级差的确定有两个原则：
⑴.级差强调选择性时，要求AFL前一级动作之后，若不能制止频率的继续下降，后
一级才能动作，这时，须考虑动作误差、断路器的动作时间、功率缺额等问题，整定复杂，动作频率级差较大，级数较小。

⑵.级差不强调选择性时，分级切除少量负荷，级差较小，AFL动作级数增加，实际减
负荷量与系统实际功劳缺额接近，可达到最佳负荷切除量。

⑶.由首级动作频率f1和末级动作频率f m以及动作频率级差ΔF AFL可以计算出AFL的动
作级数N。

N=(f1-f m)/ΔF AFL+1
第五章电力系统的自动低频减载及其他安全自动控制装置
1、自动重合闸与继电保护的配合方式。

答：自动重合闸与继电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L1、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L1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L1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。

a
下图中，在线路L1、L2、L3上装设具有阶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。

b
2、简要说明三相一次重合闸各部分的功能。