第八讲自动装置一课件.ppt

第八讲 电力系统自动装置（一）一、电力系统自动化技术概述： 电力系统自动化技术分为电力系统自动装置和电力系统调度自动化。（一）电力系统自动装置1、自动操作装置： （1）、备用电源和备用设备自动投入 （2）、自动重合闸 （3）、同步发电机的自动并列 （4）、自动按频率减负荷 （5）、同步发电机的继电强励 （6）、水轮发电机的低频自启动 （7）、自动解列 （8）、电气制动 （9）、事故切机2、自动调节装置 （1）、发电机自动调节励磁装置 （2）、发电机自动调频,（二）电力系统调度自动化 1、自动监视功能：借组远动装置将电力系统运行状态的实时信息传送到调度中心的计算机系统，通过人机联系显示出来，提供给调度人员以便分析判断。2、远方控制：3、实时调度：根据负荷的变化，实现经济调度，使总损耗最小。4、电力系统的安全分析。,二、备用电源和备用设备自动投入装置（AAT）（一）概述1、AAT：当工作电源因故障被断开，能迅速自动地将备用电源或备用设备投入工作，使用户不致于停电的一种装置。2、明备用和暗备用明备用:装设专用的备用电源或设备;暗备用:没有装设专用的备用电源或设备,互为备用。3、AAT自动投入装置的工作原理：利用工作断路器与AAT投入开关非对应启动AAT ，自动将备用电源（或备用设备）合上。,（二）对备用电源自动投入的基本要求(1)只有当工作电源断开后,备用电源才投入;(2)工作母线不论任何原因失去电压,AAT应动作;(3)AAT只允许投一次;(4)一个备用电源同时作为几个工作电源的备用;(5)备用电源自动投入的时间以对电动机不造成大的冲击电流的情况下越快越好,考虑到停电时间短电动机的残压高反应残压的备自投用时间为11.5S(6)备用电源无电压,AAT不动作;(7)应校验过负荷 和电动机的自启动;(8)备用设备投入故障应加速保护动作;,（三） 备用电源自动投入装置的典型接线 备用电源自动投入装置分为电磁型和微机型。不同场合的AAT装置接线有所不同，但其基本组成原理是相同的。为满足上述基本要求，AAT装置应由以下两部分组成：（1）低电压起动部分。当母线因各种原因失去电压时，断开工作电源。（2）自动合闸部分。在工作电源的断路器断开后，将备用电源的断路器投入。 目前大型发电厂多采用厂用电快速切换装置来保证供电的连续性。,（四）厂用电切换简述1、快速切换的方式 快速切换的方式可按开关动作顺序、起动原因和切换速度进行分类。（1）按开关动作顺序分类有：（以工作电源切向备用电源为例）1）并联切换 先合上备用电源，两电源短时并联，再跳开工作电源。这种方式多用于正常切换，如起、停机。并联方式另分为并联自动和并联半自动两种。2）串联切换 先跳开工作电源，在确认工作开关跳开后，再合上备用电源。母线断电时间至少为备用开关合闸时间。此种方式多用于事故切换。3）同时切换 这种方式介于并联切换和串联切换之间。合备用命令在跳开工作命令发出之后、工作开关跳开之前发出。母线断电时间大于0ms而小于备用开关合闸时间，可设置延时来调整。这种方式既可用于正常切换，以可用于事故切换。,（2）按起动原因分类有：1）正常手动切换 由运行人员手动操作起动，快切装置按事先设定的手动切换方式（并联、同时）进行分合闸操作。2）事故自动切换 由保护接点起动。发变组、厂变和其它保护出口跳工作电源开关的同时，起动快切装置进行切换，快切装置按事先设定的自动切换方式（串联、同时）进行分合闸操作。3）不正常情况自动切换 有两种不正常情况，一是母线失压。母线电压低于整定电压达整定延时后，装置自行起动，并按自动方式进行切换。二是工作电源开关误跳，由工作开关辅助接点起动装置，在切换条件满足时合上备用电源。,（3）按切换速度分类有：1）快速切换在工作母线失去电压后的瞬间即进行切换。快速切换的整定值有两个，即频差和相角差，在装置发出合闸命令前瞬间将实测值与整定值进行比较，判断是否满足合闸条件。2）短延时切换 在工作母线失去电压后经过一短的延时后进行切换。 3）同期捕捉切换 实时跟踪残压的频差和角差变化，尽量做到在反馈电压与备用电源电压向量第一次相位重合时合闸。（当采用发一变一线路组接线方式，而起动(备用)电源则由附近220或110KV变电站） 4）残压切换当残压衰减到20%40%额定电压后实现的切换。残压切换虽能保证电动机安全，但由于停电时间过长，电动机自起动成功与否、自起动时间等都将受到较大限制。5）长延时切换在以上切换方式均无法实现时或由于系统或辅机原因而不能采用以上方式时进行的切换，即在跳开工作电源开关足够长的时间后再合上备用电源。,2、MFC2000-2型快切装置简介 （1）硬件组成目前广泛采用的MFC2000-2型快切装置硬件系统构成如下图所示。采用双CPU系统，其中主CPU完成测量、逻辑和切换等主要功能；从CPU完成显示、通信、打印等辅助功能；主从CPU间通过双口RAM进行数据交换。,1）MFC-2000型微机厂用电快速切换装置，模拟量为工作电源单相电压，备用电源单相电压，厂用母线三相电压。2）外部电流和电压输入经变换器隔离变换后，由低通滤波器输入至AD模数转换器，经过CPU采样和数据处理后，由逻辑程序完成各种预定的功能。3）由于厂用母线在失压后其电压幅值、频率都将下降，本装置采用了频率跟踪技术，保证了计算精度。开关量输入输出仍要求经光隔处理，以提高抗干扰能力。,图1-2 微机备用电源自投装置的硬件结构图,4）MFC-2000型同步捕捉切换同时采用恒定导前角和恒定导前时间的方法，且合闸脉冲以两者中的优先时刻。 5）300MW机组试验表明，若工作电源断开前厂用母线电压与备用电源电压同相，则断开后经045065s，残压与备用电源电压再次同相，这意味着若实现同步捕捉切换，厂用电断电时间为045065s，比快速切换(0.1s)要长，但比残压切换(0.62s)要短。,（2）备用电源快速自投的基本要求1)备用电源断路器必须为快速合闸断路器，其合闸时间一般应lOOms。2)工作电源和备用电源为两个独立电源。正常时，两电源同步，平时由一个电源(工作电源)供电。在起动、停机或发生故障时，需要从一个电源切换至另一个电源。3)电动机性能适用于电源需进行切换的场合，如鼠笼电机或绕线转子电机。4)电源切换不能造成运行中断、设备损坏。,5)高压厂用变压器故障，或因某种原因使高压厂用变压器保护或发电机变压器组保护动作跳开高压厂用变压器分支断路器时，若工作电源和备用电源电压之间相角差(或电压差)小于整定值，应不经延时合备用电源断路器。6)不论什么原因，工作电源分支断路器偷跳时，只要相角差(或电压差)小于整定值，应不经延时合备用电源断路器。7)工作电源分支断路器不论什么原因跳闸，只要相角差(或电压差)大于整定值时，快速切换应闭锁；转入同步捕捉和残压自投，合备用电源断路器。,8)厂用工作母线故障时，即当因厂用分支过流保护动作断开工作电源断路器时，应闭锁快速切换装置。9)当某种原因工作母线电压消失，而备用电源电压正常时，应延时自动断开工作电源分支断路器，然后由工作分支断路器辅助触点起动快切装置合备用电源断路器。 10)电压互感器二次回路故障时，不应起动备用电源自动投人装置。 11)备用电源自动投入装置只允许发出一个延时合闸脉冲，保证只合闸一次(防止多次合闸)。,12)当备用电源断路器合闸时间lOOms，或工作母线电压和备用电源电压之间相差(或电压差)大于整定值时，备用电源自动投入装置应进入捕同期或残压闭锁自动投入。,（3）软件组成 快切装置软件有两大部分，分别由主CPU和从CPU完成。如下图所示。主CPU的软件包括开关量输入检测、电流电压计算、切换动作、试验、信号、自检等模块，以及采样、频率相角计算的中断服务程序。从CPU软件包括液晶显示、打印、通信、GPS对时等模块。,MFC-2000备用电源自投装置的程序逻辑框图如下图所示。,（4）主要功能1）监测、显示功能 2）切换功能 3）低压减载功能 4）闭锁报警、故障处理功能 5）起动后加速保护功能 6）事件追忆、录波、打印、通信、GPS对时功能,三、输电线路三相自动重合闸（ ARC）1、自动重合闸的作用 电力系统的运行经验证明，架空线路的故障大都是暂性的，约占总故障次数的80%90%以上。当故障线路被继电保护动作迅速断开之后，故障即自行消除。这时，如果把断开的线路再重新投入，就能够恢复正常的供电，从而减少停电时间，提高供电可靠性。在电力系统中广泛采用了自动重合闸装置，即当线路断路器跳闸之后，它能够自动地将断路器重新合上。,2、对自动重合闸装置的基本要求 自动重合闸装置应满足下列基本要求： (1)用控制开关手动操作或通过遥控装置将断路器断开，或将断路器投于故障线路后随即由继电保护装置动作将其断开时， 自动重合闸装置都不应该动作。 (2)当断路器处于不允许实现自动重合闸的不正常状态(例如气压、液压降低)时，或当系统频率降低到按频率自动减负：荷装置动作将断路器跳闸时， 能自动地将ARC闭锁。（3）采用控制开关位置与断路器不对应原理起动自动重合闸。 (4)在任何情况下， 自动重合闸的动作次数应符合预先的规定。如一次重合闸只应该动作一次，当重合于，永久性故障而再次跳闸后，不允许再自动重合闸。,(5)自动重合闸装置在动作以后应能自动复归， 准备好下次再动作，但对10kV及以下的线路，如经常有人值班时，也可采用手动复归的方式。 (6)自动重合闸装置应与继电保护配合，以实现在重合闸之前或重合闸之后加速保护的动作回路。当用控制开关手动合闸时，也应采用加速继电保护动作的措施。当采用后加速保护时，如果冲击电流或断路器三相不同步合闸所产生的零序电流有可能引起继电保护误动作时，则应采取防止误动的措施。 (7)在两侧电源供电线路上采用自动重合闸，应考虑合闸时的同步问题。,3、自动重合闸 装置的基本类型（1）单电源线路： 一般采用三相一次自动重合闸。接线的特点： 1）三相重合闸采用控制开关KK与被控断路器非对应方式起动； 2）合闸脉冲采用电容放电原理； 3）合闸可靠； 4）手动合闸或重合闸动作均起动后加速继电器JSJ； 5）重合闸回路接线考虑了断路器气（液）压降低的闭锁问题；,（2）双电源线路三相自动重合闸 在两侧电源供电线路上采用自动重合闸，应考虑断电时间及合闸时的同步问题。为此，根据具体情况有以下类型：1）三相快速自动重合闸；2）三相非同期自动重合闸；3）无压检定和同步鉴定三相自动重合闸；4）检测另一回线路电流的三相自动重合闸；5）解列三相自动重合闸；6）自同期三相自动重合闸。,4、无压检定和同步鉴定自动重合闸基本原理（1）检无压侧投入检无压和检同期；（2）检同期侧只投入检同期。,5、综合重合闸 自动重合闸按动作性能可分为单相重合闸，三相重合闸、综合重合闸及停用重合闸。 1）单相重合闸：单相故障跳单相合单相；相间故障跳三相不重合；永久性故障，跳三相不重合。 2）三相重合闸：在线路上发生任何类型的故障时，均跳三相合三相；永久性故障，跳三相不重合。 3）综合重合闸：单相故障跳单相合单相；相间故障跳三相合三相；永久性故障，跳三相不重合。 4）停用重合闸方式：即线路上发生任何类型的故障时，均断开三相不再进行重合。,6、微机自动重合闸 在PSL 602G 系列数字式超高压线路保护装置中，对于单断路器接线的线路，专门增加了实现重合闸功能的CPU3 模件，可根据需要实现单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸或者退出。 本装置重合闸为一次重合闸方式。重合闸起动方式由本保护及其它保护跳闸起动或断路器位置不对应起动方式，当与本公司其它产品一起使用有二套重合闸时，二套装置的重合闸可以同时投入，不会出现二次重合。 重合闸方式可以由开入量中的“重合闸方式1”和“重合闸方式2”选择 。 为了避免多次重合，必须在“充电”准备完成后才能起动合闸回路。本装置重合闸逻辑中设有一软件计数器，模拟重合闸的充放电功能。 本装置重合闸同期/无压鉴定有以下四种方式：检无压、检同期、检无压方式在有压时自动转检同期、非同期(不检同期也不检无压)。以上四种方式通过控制字的第1 位和第2 位选择。,四、同步发电机自动并列1、含义 将同步电机投入电力系统并列运行的操作称为并列操作或称同期操作，进行并列操作所需要的装置称为同期装置。2、对同步发电机并列操作的基本要求（1）并列瞬间，发电机的冲击电流不应超过规定的允许值。（2）并列后，发电机应能迅速进入同步运行。,3、同步发电机并列操作的方法（1）并列方法1）准同步方法：当发电机的频率、电压、相位分别与并列点处的频率、电压、 相位接近时将发电机断路器合闸，完成并列操作。 特点：并列时产生的冲击电流较小，不会使系统电压降低，并列后容易拉入同步，在电力系统中广泛采用。2）自同步方法：将未加励磁接近同步速的发电机投入系统并同时给发电机加上励磁，在原动力矩、同步力矩的作用下拖入同步。 特点：并列速度快，并列时产生的冲击电流较大，同时发电机要从系统中吸收无功，会引起系统电压下降。,（2）并列操作方法（以准同步为例）1）手动操作：电压、频率调整、合闸均手动；2）自动操作：电压、频率调整、合闸均自动；3）半自动操作：电压、频率调整自动、合闸自动。4、同步点：可进行并列操作的断路器为同步点。如下图所示。,5、准同步并列装置（1）准同步并列的理想条件 同步发电机准同期并列时，即触头闭合瞬间必须满足以下三个条件： 1) 发电机电压和系统电压相等。 2) 发电机频率和系统频率相等。 3) 发电机电压和系统电压相角应相同。 （2）准同步并列的实际条件： 1）压差限制在（510）%额定电压； 2）频差整定在（0.10.25)HZ； 3）合闸后相角差接近0（一般不应超过10 ）,（3）准同步并列装置的基本构成原理 根据准同期并列的条件可见，任何自动准同期装置都应完成两个基本任务： 一是自动检测待并发电机与系统间电压幅值差和频率差是否满足并列条件，若满足条件则自动控制发出合闸脉冲，保证合闸相角差在允许范围之内。 二是当电压幅值差和频率差不满足要求时，闭锁合闸控制回路，并迅速对待并发电机发出调节电压和频率的控制脉冲信号。 为完成基本任务，自动准同期并列装置一般由四个单元构成：整步电压信号发生器单元，电压差控制单元，频率差控制单元以及合闸相角差控制单元。如下图所示。,1) 整步电压信号发生器单元 其任务是为并列条件的分析、判断和控制提供检测信息。（整步电压：包含有并列条件信息，便于准同期并列分析用的信号电压 ）,2) 电压差控制单元 其功能是检查发电机电压与系统侧电压的幅值差，若超出允许偏差时，闭锁合闸脉冲输出，判别压差方向，调节待并发电机励磁控制系统的给定值，升压或降压，使发电机和系统电压的幅值差在允许范围之内。 3) 频率差控制单元 其功能是检测滑差角频率(两个电压相量相对旋转角速度),，若超出允许偏差时，闭锁合闸脉冲输出，判别频差方向，调节待并发电机组转速控制系统的给定值，升速或减速，使滑差角频率在允许偏差范围内。 4) 合闸相角差控制单元 其任务是当电压差和频率差符合允许偏差时，允许输出恒定导前时间的合闸脉冲。它不仅控制发出合闸脉冲的导前时间(以断路器主触头接通=0时作为时间参考点，合闸脉冲须提前于它发出，所提前的时间称为导前时间)，而且控制合闸脉冲是否发出。,(4)自动准同期并列装置的类型1）恒定越前时间自动准同期并列 准同期并列时，调节发电机电压与系统电压的频率基本相等(注意，不能完全相等)，在发电机电压与系统电压的相角差为零之前一个恒定时间向发电机断路器发出闭合信号，将发电机并入电力系统。 下图是恒定越前时间自动准同期并列的基本构成图。,2）自动跟踪同期并列 下图是跟踪同期并列原理框图，分为跟踪同期控制和断路器合闸控制两部分。, 跟踪同期控制 跟踪同期控制是一个闭环自动控制系统。调速同期装置的输入为发电机电压和系统电压。它自动检测U、f和的大小，实时控制输入原动机的动力元素(汽轮机的进汽量或水轮机的进水量)和发电机的励磁电流，使发电机电压的幅值、频率和相角分别跟踪电力系统电压的幅值、频率和相角，控制目标是使U、f和三者同时为零。 断路器合闸控制 理论分析和实践都表明，选择合理的控制系统结构和控制准则，跟踪同期控制可以实现U、f和三者同时为零，且能持续较长时间。显然，在上述三者同时为零时无论手动还是自动并列机组，都不再需要通过“恒定越前时间”来捕捉使并列相角差为零的合闸时机，这就可使发电机在理想准同期并列条件下并入电力系统。,（5）微机自动同期装置 微机自动准同期装置作为一种计算机自动控制装置由硬件和软件两部分组成。硬件包括基于微处理器(CPU)构成的主机、输入和输出通道及其接口电路和人机联系设备等。这些与一般的计算机控制装置大同小异。微机自动同期装置的功能主要通过软件实现。各种不同形式的微机自动同期装置的不同之处往往也表现在软件上。微机自动同期装置的研究主要集中在减少并列冲击和提高并列速度两个方面。 下图是发电机微机跟踪同期控制框图。图中上半部分为频率和相角跟踪控制框图。图中的中间部分是电压跟踪控制框图，由电压测量、电压差方向检测及电压控制脉冲形成环节组成。其中，电压测量采用模拟电路，将交流电压变成于幅值成正比的直流电压，电压差方向检测及电压控制脉冲形成由软件完成。,(6)SID-2CM微机自动同期装置该装置的主要功能如下： 1）SID-2CM有8个通道可供18台发电机或线路并网复用，或多台同期装置互为备用，具备自动识别并网对象类别及并网性质的功能。 2）设置参数有：断路器合闸时间、允许压差、过电压保护值、允许频差、均频控制系数、均压控制系数、允许功角、并列点两侧PT二次电压实际额定值、系统侧PT转角、同频调速脉宽、并列点两侧低压闭锁值、单侧无压合闸、同步表、开入确认单侧无压操作等。 3）控制器在进行线路同频并网（合环）时，如并列点两侧功角及压差小于整定值将立即实施并网操作，否则就进入等待状态，并发出信号。控制器具备自动识别差频或同频并网功能。 4）控制器运行过程中定时自检，如出错，将报警，并文字提示。 5）在并列点两侧PT信号接入后而控制器失去电源时将报警。三相PT二次断线时也报警，并闭锁同期操作及无压合闸。 6）发电机并网过程中出现同频时，控制器将自动给出加速控制命令，消除同频状态。控制器可确保在需要时不出现逆功率并网。,复习思考题：1、何谓自动重合闸装置？对其有哪些基本要求？2、P109 4-4 3、 P109 4-54、 P109 4-7 5、 P110 4-156、 P110 4-16 7、 P110 4-178、 P110 4-19 9、 P110 4-2010、 P110 4-21 11、 P110 4-2312、什么叫位置不对应原则？,