电气运行讲座1

电气运行讲座第一讲：勿在浮砂筑高台——谈用电气基本理论理解实际问题第二讲：深入浅出话二次——分析电气控制、信号和保护接线第三讲：诸葛一生唯谨慎---电气操作的顺序性及原则第四讲：功夫在诗外---电气异常及故障的处理方法第一讲：谈用电气基本理论理解实际问题•问题一：什么是线路的充电功率？•问题二：电抗器的作用是什么？•问题三：什么是变压器的励磁涌流？•问题四：什么是发电机的功角特性？•问题五：什么是发电机进相运行？•问题六：发电机失磁对系统有何影响？•问题七：负序电流对发电机有何危害？•问题八：什么叫谐振？如何防范？•。。。。。。第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容一、电阻元件：1、有电流的地方就存在电阻。2、集肤效应：交流电流的传送集中在导体的表面。而且电流的频率越高，集肤效应越强。3、电阻发热：无处不在的发热——严重后果是设备损坏。4、线性电阻和非线性电阻。第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容二、电容元件：1、基本特性：电容元件是储存电荷（电场）的元件。通常的电容元件是线性时不变元件。即：C=2、电容的端电压与电流有如下关系：i(t)=C3、电容储存电场能，是储能元件。电容储能不足，电容的电压就不能维持。4、电容是交流元件，在直流电路中，电容相当于开路。)()(tutqdttdu)(第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容（1）电容送电：一阶电路零状态响应：原未充电的RC电路接通直流电压源的电路，开关K在t=0接通电源，形成电容的充电过程。Vc(t)=VS(1-e)Ic(t)=e一阶电路零状态响应式中：τ=RC；-t/τ-t/τRVs-+VsCR+_VcicK第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容由上述计算可以看出：①电容由零状态充电时，电容将储存电能，电容电压t=0时刻为零，逐步充电到电源电压；②电容充电是一个动态过程，充电时间的长短决定于τ，而τ的大小由回路的R、C决定。③在电网中，存在分布电容的输电线路、电容补偿装置在充电过程中表现上述回路相同的特点。在电网中，当电源电压突然升高时，电容将逐步充电，电压将有渐变的动态过程。电容补偿器在系统电压升高时从系统吸收无功，起到维持电压的作用。第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容（2）电容停电：一阶电路零输入响应：原开关在1端，在t=0时刻，瞬时接至2端，形成电容的放电过渡过程。Vc(t)=V0eIc(t)=e式中：τ=RC；一阶电路零输入响应-t/τ-t/τRVs12-+V0CR+_VcicK第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容由上述计算可以看出：①电容瞬时断电后，电容内仍然储存电能，电容电压必须通过放电回路放电；②电容放电是一个动态过程，放电时间的长短决定于τ，而τ的大小由回路的R、C决定。③在电网中，存在分布电容的输电线路、电容补偿装置在断电后同样表现上述回路的特点。在电网中，当电源电压突然降低时，电容将逐步放电，电压将有渐变的动态过程。电容补偿器在系统电压降低时向系统补充无功，起到维持电压的作用。第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容5、电容元件交流特性：波形和相量表示：Xc=1/ωC称之为电容的容抗，简称容抗。从容抗的频率特性可看出：电容元件的相量表示电容元件的容抗随频率的增加而减小。电源的频率越高，电容对其阻抗越小。电容频率特性v(t)tαθTT/2i(t)VcIc=jωCVcθXcωoXc第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容6、在纯电容电路中，只存在电源的电能与电容的电场能之间的转换，不存在能量消耗，或者说电容在一个周期内接受的能量与放出的能量相等，平均有功为零。而交换的功率的最大值称为无功功率。7、从另一个角度讲，在交流电路中，若存在电容元件，电源与电容元件之间必须存在无功功率的交换。这种交换是在电源变化的一个周期内完成的一进一出。第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容三、电感元件：1、基本特性：电感是线圈或导体中流过交变电流产生的一种特有现象，它体现了此类元件对交变电流的一种阻碍作用。电感的大小为线圈或导线的自感磁链ψ和所通过电流i之比：L=2、电感的端电压与电流有如下关系：u(t)=L3、电感元件是一种储能元件，它储存磁通（磁场），并且电感元件所放出的能量只能等于初充电时储存的能量，因此是无源元件。idttdi)(第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容（1）电感送电：一阶电路零状态响应：原未充电的RL电路接通直流电压源的电路，开关K在t=0接通电源，形成电感的充电过程。VL(t)=VSeIL(t)=（1-e）一阶电路零状态响应式中：τ=L/R；-t/τ-t/τRVs-+VsCR+_VcicK第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容结论：①电感由零状态充电时，电感将储存电能，电感电流t=0时刻为零，逐步充电到最大值；②电感充电是一个动态过程，充电时间的长短决定于τ，而τ的大小由回路的R、L决定。③在电网中，存在电感的电感线圈在充电过程中表现上述回路相同的特点。在电网中，当电流突然升高时，电感将逐步充电，电流将有渐变的动态过程。电抗器在电流突然升高时，起到限流的作用。第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容（2）电感停电：一阶电路零状态响应：在t=0时刻，瞬时接至2端，形成电容的放电过渡过程。VL(t)=-I0ReIL(t)=I0e一阶电路零输入响应式中：τ=L/R；-t/τ-t/τ12-+V0CR+_VcicK第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容结论：①电感瞬时断电后，电感内仍然储存电能，电感电流必须通过放电回路放电；②电感放电是一个动态过程，放电时间的长短决定于τ，而τ的大小由回路的R、L决定。②存在电感的电感线圈在充电过程中表现上述回路相同的特点。在电网中，当电源电压突然降低时，电感将逐步放电，电流将有渐变的动态过程。第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容5、电感元件的交流特性：波形和相量表示：电感元件的相量表示XL=ωL称之为电感的电抗，简称感抗。从感抗的频率特性可看出：电感元件的感抗随频率的增加而增大。电感频率特性v(t)tαθTT/2i(t)IVL=jωLIθXLωoXL第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容6、在纯电感电路中，只存在电源的电能与电感的磁场能之间的转换，不存在能量消耗，或者说电感在一个周期内接受的能量与放出的能量相等，平均有功为零。而其交换的功率的最大值称为无功功率。7、在交流电路中，若存在电感元件，电源与电感元件之间必须存在无功功率的交换。这种交换是在电源变化的一个周期内完成的一进一出。第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容四、电容和电感的混合：在电力系统中，我们大多遇到的是电容、电感和电阻连接在一起的混合电路，混合电路具有上述各电路的合成特性。（1）功率因数：在纯电容电感电路中，电压与电流的夹角均为90º，混合电路中，夹可能变为小于90º，功率因数就是表征这种角度关系的参数，纯电容电路中，功率因数为0，纯电感电路中，功率因数也为0，而纯电阻电路的功率因数为1，混合电路的功率因数在0-1之间。功率因数越大，表示电流中无功分量越小，并且将感性无功规定为正。第一节：电气三大元件：电阻、电感和电容（2）电感和电容的功率交换：混合电路中，电容、电感元件虽然不消耗能量，但它们的存在，它们维持正常工作就必须要和电源交换功率，电感和电容元件之间交换功率。①对电容的交换功率是由电源和电感内储存的感性功率所提供的，当感性功率不足时，电容充电不足，将导致电压降低；②当系统电压下降时，感性功率不足，会影响电感元件的正常工作，导致系统稳定破坏。（3）电容电感的谐振：当电路中容抗与感抗相等时，其总阻抗表现为纯电阻性，低于正常阻抗，谐振时的产生电压通常高于电源电压。谐振的条件：ωL=1/ωC第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行一、发电机的基本特性同步发电机原理发电机的简化等效电路第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行二、同步发电机的有功功率同步发电机能流图同步发电机转子磁场与气隙磁场第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行发电机气隙磁场和相量图：同步发电机转子磁场拖动气隙磁场发电机运行相量图第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行三、同步发电机的功角特性：Pem=3UIcon=3sinδ同步发电机的功角特性四、同步发电机的有功调节与电网频率控制负荷的频率特性发电频率特性电力系统的二次调频dqXUE第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行五、自动发电控制自动发电控制AGC(AutomaticGenerationControl)是电力系统频率和有功功率自动控制系统的统称，是电网运行中一个重要的计算机实时控制功能。其目的是使系统出力和系统负荷相适应，保持额定频率和通过联络线的交换功率等于计划值，并尽可能实现机组间负荷的经济分配。具体地说，自动发电控制有四个基本目标：(1)使全系统的发电出力和负荷功率相匹配；(2)将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为额定值；(3)控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡；(4)在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配。第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行自动发电控制系统示意图第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行六、同步发电机运行的稳定性1、发电机的静态稳定2、发电机的动态稳定发电机的稳定特性第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行3、提高发电机运行稳定性的措施①选择合适的工作点，使发电机保持静态稳定，并留有一定余地。②维持发电机动态稳定的一个可能方案是在故障情况下，尽可能提高发电机励磁电势Eq。③维持发电机动态稳定的另一个可能方案是在故障情况下，尽可能及时减少汽轮机的输出功率。在汽轮机的数字电液调节系统中，设置中压调门快关功能。在发电机部分甩负荷后，瞬时关闭中压调门、减少汽轮机输出功率，以利于发电机重新回到同步运行的稳定状态。第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行七、发电机电压与无功调整1、电力系统无功与电压的关系电力系统的无功负荷主要用于建立变压器、电动机和电磁元件的磁场，是用电负荷正常运行必须的，所以必须保证有功、无功的同时供给。2．发电机无功功率与电压的关系发电厂是系统中唯一的有功电源，又是最基本的无功电源。当发电机有功功率容量有余，而电力系统无功功率电源容量不足时，可降低发电机功率因数运行。3、自动励磁参与电压调节第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行八、发电机的励磁调节：1．励磁自动调节的作用:发电机励磁自动调节装置的作用如下：①电力系统正常运行时，维持发电机或系统某点电压水平。②合理分配发电机间的无功负荷。③在电力系统发生短路故障时，按规定的要求强行励磁。④能够显著改善电力系统的运行条件。⑤对于200MW及以上发电机组，励磁自动调节装置还具有过励限制、低励限制等功能，使机组安全性得以提高。第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行2．对励磁自动调节装置的基本要求励磁调节装置除了在正常情况下起着自动调压的作用外，还在事故和异常运行情况下，担负着更多的任务。为使励磁自动调节装置能充分发挥上述作用，装置应满足如下几点要求。①在正常情况下，能按机端电压的变化自动地改变励磁电流，维持发电机电压值在给定水平。因此，要求励磁自动调节器有足够的调节容量，发电机励磁系统有足够的励磁容量，以满足系统无功调节的需要。②根据运行的需要，应有足够的电压调节范围，装置的调差率能随系统要求而改变，稳定地分配机组之间无功功率。③电力系统发生事故导致电压降低时，励磁系统应有很快的响应速度和足够大的强励顶值电压，以实现强行励磁的作用。④装置要简单可靠，动作要迅速，调节过程要稳定第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行3．它励静止半导体励磁系统及其自动励磁调节副励磁机JFL采用永磁式发电机，它经过一组可控硅整流装置KGZ向主励磁机供给励磁电流，可控硅整流器由磁励自动调节装置中的移相触发电路来控制。当励磁自动调节装置退出工作时，交流励磁机的励磁由永磁机经感应调压器GTY，整流变ZB，硅整流器GZ2来供给。第二节：电感的实际应用之一：发电机及运行4．励磁调