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电力系统自动化第一章概述第二章同步发电机的同步并列第三章同步发动机励磁自动控制系统,第一章概 述,电力系统运行与调度自动化,1、电力系统的构成由发电厂、输电线路、配电系统及符合组成，并由调度中心对全系统运行进行统一管理。2、电力系统调度的基本任务为保证供电质量和电力系统的可靠性和经济性，系统的调度控制中心必须及时而准确地掌握全面的运行情况，随时进行分析，做出正确的判断和决策，必要时采取相应的措施，及时处理事故和运行情况，以保证电力系统安全、经济、可靠运行。,3、对电力系统运行的基本要求（1）保证安全可靠地供电；（2）要有合格的电能质量；（3）要有良好的经济性。4、保证电力系统运行基本要求的措施（1）提高设备运行的可靠水平（2）配备足够的备用容量（3）提高运行人员素质（4）采用继电保护和自动装置（5）采用电网调度自动化系统5、电力系统自动化系统组成（1）信息就地处理的自动化系统（2）信息集中处理的自动化系统,6、信息就地处理的自动化系统的特点对电力系统运行的情况作出快速反应，但由于信息的有限性，不能以全局的角度处理问题。一般只能作“事后”处理，而不能做“事先”处理。7、信息集中处理的自动化系统（即电网调度自动化系统）的作用（2）可以通过设在发电厂、变电站的远方终端采集电网运行的实时信息，通过信道传输到设置在调度中心的主站，主站根据收到的全网信息，对电网的状态进行安全分析、,负荷预测、自动发电控制及经济调度控制。（2）系统故障时，继电保护动作切出故障线路后，调度自动化系统便可将继电保护和断路器的动作状态采集送到调度员的监视屏幕和调度模拟显示屏上，调度员根据这些信息可分析故障原因，并采取相应的的措施使电网恢复供电。两个系统各有其优缺点，相互补充个不能替代。,电网的分层调度和管理,一、电力系统的分级、分层调度1、为什么要进行电力系统的分级、分层调度（1）电力系统分部面广、设备量大、信息参数多；（2）电能的生产、输送、分配和消费均在一个系统中进行；（3）电力系统的管理是分层次的，各自有自己的管辖范围，它受上级电力部门管理，又管理这下以及电力部门。,2、电力系统调度的分级和作用（1）分级采用五级分层调度分层管理方法：国家调度控制中心大区域电网调度控制中心省电网调度中心地市调度所县级调度室（2）分级调度的作用简化网络的拓扑结构、信息传送合理、节省通信设备、提高系统运行可靠性。,二、各级调度的职责1、国家调度中心（1）大地区电网联络线调度管理（2）掌握、监管和分析全国电网运行状况（3）审查、协调各电网的月发电、用电计划，监督其执行情况；（4）监督各电网的计划用电、水电厂水库水位计划和执行情况（5）配合有关部门制定年度发用电计划、煤耗、厂用电、线损等技术指标（6）全国电网发展规划、系统设计和工程设计的审查。,2、大区电网调度中心（1）辖区电网安全稳定运行；（2）制定大区主电网运行方式或核准与主网相关部分的运行方式；（3）编制全网月发电计划、省间送电计划、直调电厂的月发电计划，编制下达日调度计划；（4）核准省外计划外送电、做好安全调度工作；（5）指挥管辖设备的运行操作、系统事故处理；,（6）领导全网频率调整和主电网电压调整，并考核（7）监督省网送受电力、电能计划、省网发用电计划、并指挥省网调整计划；（8）参加年度发用电计划和各县有关技术经济指标，批准管辖区内的各设备的检修（9）负责全网计划用电和负荷管理（10）按要求向国调、省调、地调传送实时信息。,3、省网调度中心（1）本电网安全稳定运行；（2）参加全网运行方式计算分析，编制本网运行方式；（3）编制本网发、供电设备检修计划；（4）根据上级调度下达的联络线出力、电量计划、和直调厂发电计划或本网发点调度计划，编制本网和调度管辖的独立核算发电厂的发电计划；（5）负责管辖设备的运行、操作、事故处理和无功、电压调整,（6）监督本网计划用电执行情况（7）按规定向国调、地调传送实时信息。4、地网调度中心（1）负责管辖范围内的运行操作和事故处理（2）负责管辖范围内的设备检修计划（3）负责管辖范围内的无功、电压调整（4）监督本地区和用户的计划用电执行情况（5）按规定向省调、县调传送实时信息。,5、县网调度中心（1）负责管辖范围内的运行操作和和计划管理（2）负责管辖范围内的设备检修计划（3）监督本地区和用户的计划用电执行情况（4）按规定向省地调传送实时信息。,三、各级调度自动化系统的职责1、国家调度中心（1）通过计算机数据通信收集各大区电网和独立省网的重要信息，监视全国电网的运行工况；（2）进行大区互联系统的运行方式及经济调度计算，下达有关信息；（3）统计、分析全国电网运行情况；（4）负责或组织网、省级以上调度人员和负责任岗位培训。,2、大区电网调度中心（1）实现电网的数据收集，监控，经济调度以及有实用效益的安全分析；（2）实现自动控制发电功能；（3）进行运行方式和经济调度计算，并上报下传。,3、省网调度中心独立网或独立控制区（1）实现电网的数据收集，监控，经济调度以及有实用效益的安全分析；（2）实现自动控制发电功能；（3）进行运行方式和经济调度计算，并上报下传；（4）监视同级有关联络线的电力、电量；（5）独立省调应与国家调度，地区调度间的计算机数据通信。,统一调度的省级调度中心（1）实现电网的数据收集，监控，经济调度以及有实用效益的安全分析；（2）进行运行方式和经济调度计算，并上报下传；（3）监视、统计有关联络线的电力、电量；（4）省调应与大区网调，地区调度间的计算机数据通信。,4、地网调度中心（1）实现电网的数据收集和安全监控职责；（2）负责断路器的遥控操作，变压器分接头的调整电力电容的投切；（3）负责用电负荷管理；（4）实现与省调和县调之间的数据通信。,5、县网调度中心（1）实现数据收集和安全监控职责；（2）负责断路器的遥控操作及电力电容的投切；（3）实现负荷控制；（4）向地调传送必要的实时信息。,电网调度控制的发展与趋势,调度自动化的发展阶段1、20世纪40年代：数据采集与监控系统，实施电网上的数据变为可视。2、20世纪50年代：自动发电控制系统AGC和经济调度EDC，将调度员从繁忙的操作中解放出来。3、20世纪6070年代：数字技术的出现使数据收集、发电控制和电网分析由计算机完成。,4、20世纪80年代：能量管理系统ENS的出现使发电和输电系统用于省一级的调度中心。5、20世纪90年代：通信技术、计算机及计算机网络的发展是电力调度高速发展，电力调度进入网络控制时代。发展的方向：（1）微机远动：从芯片级向扳级、系统机级、网络级的方向发展；（2）远动终端：单CPU到多CPU方向发展，取代模拟变送器、直接交流采样。,思考题1、电力系统调度自动化的任务是什么？必须及时而准确地掌握全面的运行情况，随时进行分析，做出正确的判断和决策，必要时采取相应的措施，及时处理事故和运行情况，以保证电力系统安全、经济、可靠运行。2、简述我国调度管理的结构五级调度管理结构：国家调度控制中心、大区域电网调度控制中心、省电网调度中心、地市调度所、县级调度室。,3、简述电网调度自动化的功能？数据采集和监控系统的功能就是电网调度的基本功能，具体如下：（1）数据采集；（2）信息的显示和记录；（3）命令和控制；（4）越限警告；（5）实时数据库和历史数据库的建立；（6）数据预处理；（7）事故追忆。,第二章,同步发电机的自动并列,一、发电机 将其它形式的能源转换成电能的机械设备。由水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。分类：直流发电机、交流发电机、同步发电机、异步发电机。,同步发电机：是一种最常用的交流发电机。在现代电力工业中，它广泛用于水力发电、火力发电、核能发电以及柴油机发电。1、工作原理：由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。,主磁场的建立 载流导体 切割运动交变电势的产生,感应电动势的频率：,并列的基本概念：把同步发电机并联至电网的过程。并网运行的条件:待并发电机与电网电压应有一致的相序待并发电机与电网电压的大小应相等待并发电机与电网电压应有相同的频率待并发电机与电网电压应有相同的相位方法：准同期并列自同期并列,准同步并列：将已加励磁的待投运发电机通过调节其原动机的转速和改变该发电机的励磁，使其和运行中的发电机的频率差不超过0.10.5%。在两机电压相位差不超过10的瞬间进行合闸并联，两者即可自动牵入同步运行。准同步并列的操作可以手动，也可以借自动装置完成。,优点：是冲击电流小；不足：并列时间较长且操作复杂,发电机准同步并列的实际条件：(1)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%。(2)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。(3)待并发电机电压与系统电压的频率应接近相等，频率差不应超过额定频率的0.2%0.5%,自同步并列：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。,优点：并列时间短且操作简单不足：从系统中吸收无功而造成系统电压下降，产生冲击电流。,作业,1.并列的方法有哪两种？如何定义？各有何特点？2.准同步并列的条件有哪些？如果不满足这些条件，会有什么后果？3.自动准同步装置的任务是什么？,主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。,载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。,切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）,交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。,第三章同步发动机励磁自动控制系统,第一节 励磁自动控制系统,=基本知识点=一、同步发电机励磁自动控制系统的组成二、励磁控制系统的基本任务 三、励磁系统的任务与要求,一、同步发电机励磁自动控制系统的组成,第一节 励磁自动控制系统,二、励磁控制系统的基本任务,电压调节：维持发电机端电压在给定值一定时，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱来恒定机端电压提高发电机运行稳定性提高电力系统运行性能在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制,三、励磁系统的任务与要求,1、励磁调节器：根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。,2、励磁功率单元：向同步发电机转子提供励磁电流。,第二节 同步发电机励磁系统,=基本知识点=直流励磁机励磁系统（旋转励磁）交流励磁机励磁系统（旋转励磁）发电机自并励系统（静止励磁系统）,第二节 同步发电机励磁系统,一、直流励磁机励磁系统,1、励磁：发电机主磁场产生的方式（获得的励磁电流的方法）。2、按励磁方式可分为：他励和自励,他励：由独立的电源为电机励磁绕组提供所需的励磁电流。（用独立的直流电源为直流发电机的励磁绕组供电；由交流电源对异步电机的电枢绕组供电产生旋转磁场等等。前者为直流励磁，后者为交流励磁。）,他励 副励主励发电机,自励：利用电机自身所发电功率的一部分供应本身的励磁需要。电机采用自励时，不需要外界单独的励磁电源,设备比较简单。,自励：励磁机发电机,3、特点,优点：控制方便缺点：易产生火花，可靠性不高结构复杂，不易维护,4、应用中小容量机组（100MW）旧型机组,二、交流励磁机励磁系统,1、他励交流励磁机励磁系统（1）原理,（2）特点优点：响应速度快（相对DC）；容量较大（相对DC）缺点：易产生火花，可靠性不高 结构复杂，不易维护,（3）应用中等容量机组（100MW 300MW）我国旧型机组,2、旋转整流器励磁,（1）原理,（2）特点优点：维护工作量少；可靠性高 无接触磨损，电机绝缘寿命长缺点：响应速度慢 不能直接灭磁 对机械性能要求高,（3）应用大容量机组（600MW）,第三节 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁,=基本知识点=强励、灭磁的定义及作用；强励接线及工作原理；灭磁的方法,一、磁场建立,1、主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。2、强励：就是强行励磁，当系统发生短路故障时发电机机端电压下降较为严重，强励动作，把机端电压顶起来。当故障被切除后，强励退出。,二、同步发电机灭磁,1概念：将励磁绕组的磁场尽快减小到最小程度同步发电机组或变压器发生内部故障时，虽然发电机与系统断开，但磁场电流产生的感应电势将维持故障电流，对电机绝缘造成损坏，甚至烧坏铁芯。为了尽可能地缩短故障点电弧燃烧时间，防止事故扩大，要求在转子绝缘允许的情况下，尽快地将转子磁能衰灭到零。,3灭磁方法（1）直流励磁机放电灭磁 在励磁绕组中接入一常数电阻Rm，将励磁绕组所储存的能量转变为热能而消耗掉。,2要求：1）灭磁时间要短 2）励磁绕组的电压不应超过允许值,（2）交流励磁机逆变灭磁 控制角在90150范围内整流桥处于逆变运行状态。转子储存的磁场能量就以续流形式经全控桥的逆变状态反送到交流电源，使转子磁场能量不断减少，这样就达到了灭磁.,励磁：根据电磁感应原理使发电机转子形成旋转磁场的过程。为发电机等“利用电磁感应原理工作的电气设备”提供工作磁场也叫励磁。向发电机转子提供转子电源的装置也叫励磁,励磁的主要作用：1、维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱来恒定机端电压。2、提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性。3、直流电机的转动过程中，励磁就是控制定子的电压使其产生的磁场变化，改变直流电机的转速，改变励磁同样起到改变转速的作用。,第四章 变压器一、变压器：利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。,感应电动势的计算公式：,变压比：一次侧绕组相电动势 与二次侧相电动势 之比,变压比：,变压比：,箱式电力变压器,电力变压器检查规定1 日常巡视每天应至少一次，夜间巡视每周应至少一次。2 下列情况应增加巡视检查次数：1)首次投运或检修、改造后投运72h内。2)气象突变（如雷雨、大风、大雾、大雪、冰雹、寒潮等）时。3)高温季节、高峰负载期间。4)变压器过载运行时。3 变压器日常巡视检查应包括以下内容：1)油温应正常，应无渗油、漏油，储油柜油位应与温度相对应。2)套管油位应正常，套管外部应无破损裂纹、无严重油污、无放电痕迹及其它异常现象。3)变压器音响应正常。4)散热器各部位手感温度应相近，散热附件工作应正常。5)吸湿器应完好，吸附剂应干燥。6)引线接头、电缆、母线应无发热迹象。7)压力释放器、安全气道及防爆膜应完好无损。8)分接开关的分接位置及电源指示应正常。9)气体继电器内应无气体。10)各控制箱和二次端子箱应关严，无受潮。11)干式变压器的外表应无积污。12)变压器室不漏水，门、窗、照明应完好，通风良好，温度正常。13)变压器外壳及各部件应保持清洁,变压器运行维护主要内容1防止变压器过载运行。如果长期过载运行，会引起线圈发热，使绝缘逐渐老化，造成匣间短路、相间短路或对地短路及油的分解。2保证绝缘油质量。变压器绝缘油在贮存、运输或运行维护中，若油质量差或杂质、水分过多，会降低绝缘强度。当绝缘强度降低到一定值时，变压器就会短路而引起电火花、电弧或出现危险温度。因此，运行中变压器应定期化验油质，不合格的油应及时更换。,3防止变压器铁芯绝缘老化损坏。铁芯绝缘老化或夹紧螺栓套管损坏，会使铁芯产生很大的涡流，引起铁芯长期发热造成绝缘老化。4防止检修不慎破坏绝缘。变压器检修吊芯时，应注意保护线圈或绝缘套管，如果发现有擦破损伤，应及时处理。,5保证导线接触良好。线圈内部接头接触不良，线圈之间的连接点、引至高、低压侧套管的接点、以及分接开关上各支点接触不良，会产生局部过热，破坏绝缘，发生短路或断路。此时所产生的高温电弧会使绝缘油分解，产生大量气体，变压器内压力加。当压力超过瓦斯断电器保护定值而不跳闸时，会发生爆炸。,6防止电击。电力变压器的电源一般通过架空线而来，而架空线很容易遭受雷击，变压器会因击穿绝缘而烧毁。7短路保护要可靠。变压器线圈或负载发生短路，变压器将承受相当大的短路电流，如果保护系统失灵或保护定值过大，就有可能烧毁变压器。为此，必须安装可靠的短路保护装置。8保持良好的接地。对于采用保护接零的低压系统变压器低压侧中性点要直接接地。9防止超温。变压器运行时应监视温度的变化。如果变压器线圈导线是A级绝缘，其绝缘体以纸和棉纱为主，温度的高低对绝缘和使用寿命的影响很大，温度每升高8，绝缘寿命要减少50%左右。变压器在正常温度(90)下运行，（考试大）寿命约20年；若温度升至105，则寿命为7年5温度升至120，寿命仅为两年。所以变压器运行时，一定要保持良好的通风和冷却，必要时可采取强制通风，以达到降低变压器温升的目的,作业：1、某晶体管收音机的输出变压器的一次侧匝数 匝；二次侧匝数 匝，原来配接阻抗为 的扬声器，现要改用同样功率而阻抗为 的扬声器，则二次侧匝数应改绕为多少？2、变压器中感应电动势的大小与哪些因素有关？如何计算？,负载系数：负载电流与额定电流之比。,则,效率:输出的有功功率与输入的有功功率之比,而,则,