电力系统自动装置

电力系统自动装置综合分析摘要：电力系统安全自动装置是指防止电力系统失去稳定和避免电力系统发生大面积停电的自动保护装置。如输电线路自动重合闸、备用电源和备自投、自动并列装置、同步发电机的励磁调节系统、电力系统自动调频、自动低频（低压）减负荷、事故减功率、自动按频率减负荷，电力系统的稳定控制，故障录波装置等。为了保证电网的安全稳定运行，保证电能质量，提高电网的经济效益，必须借助电力系统自动装置来实现。电力系统自动装置经历了从电磁型到晶体管型、再到现在的数字型的发展过程。随着微处理器的诞生和现代控制技术、信息技术的进展，电力系统自动装置技术指标和功能的提升发生了质的飞跃，由单个装置独立工作到具备接入发电厂分布式控制系统（DCS）和变电所微机监控系统（SNCS）的功能。关键字：电力系统自动重合闸自动并列励磁调节自动调频减负荷一、厂用电快切装置与备自投装置快切和备自投最大的区别就是快切是双向的——具有正常工况下备用电源与工作电源间的双向切换，及事故或非正常工况下工作电源向备用电源的单向切换；而备自投是单向的——只能有工作切至备用。另外有一点就是快切在手动和并联切换是要考虑频率差、电压差、相角差小于一定的值等等。具备正常手动切换功能，该功能由手动起动，在DCS或装置面板上均可操作。本方式是双向的，既可由工作电源切换至备用电源，也可由备用电源切换至工作电源。(1)并联自动手动起动切换，如并联切换条件满足要求，装置先合备用（工作）电源开关，经一定延时后再自动跳开工作（备用）电源开关。如果在该段延时内，刚合上的备用（工作）电源开关被跳开，则装置不再自动跳开工作（备用）电源开关。如果手动起动后并联切换条件不满足，装置将立即闭锁且发闭锁信号，等待复归。(2)并联半自动手动起动切换，如并联切换条件满足要求，装置先合备用（工作）电源开关，而跳开工作（备用）电源开关的操作由人工完成。如果在规定的时间内，操作人员仍未断开工作（备用）电源开关，装置将发告警信号。如果手动起动后并联切换条件不满足，装置将立即闭锁且发闭锁信号，等待复归。注意：a.手动并联切换只有在两电源并联条件满足时才能实现，并联条件可在装置中整定。b.两电源并联条件满足是指：①两电源电压差小于整定值；②两电源频率差小于整定值；③两电源相角差小于整定值；④工作、备用电源开关任意一路在合位，另一路在分位；⑤目标电源电压大于所设定的电压值；⑥6KV母线TV正常。手动串联切换：手动起动切换，先发跳备用（工作）电源开关指令，不等开关辅助接点返回，在切换条件满足时，发合工作（备用）电源开关命令。如开关合闸时间小于开关跳闸时间，自动在发合闸命令前加所整定的延时，以保证开关先分后合。事故切换功能该功能由跳开工作电源开关的保护接点起动。本方式是单向的，只能由工作电源切向备用电源。1.事故串联切换由保护接点起动，先跳开工作电源开关，在确认工作电源开关已跳开且切换条件满足时，合上备用电源开关。切换条件：快速、同期判别、残压及长延时切换。快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。2.事故同时切换由保护接点起动，先发跳工作电源开关指令，在切换条件满足时（或经用户延时）发合备用电源开关指令。切换条件：快速、同期判别、残压及长延时切换。快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。非正常工况切换功能该功能下装置检测到不正常运行情况时自行起动。本方式是单向的，只能由工作电源切向备用电源。1.6KV厂用母线低电压当6KV厂用母线三线电压均低于整定值且时间大于所整定延时定值时，装置根据选定方式进行串联或同时切换。切换条件：快速、同期判别、残压及长延时切换。快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。2.工作电源开关偷跳因各种原因（包括人为误操作）引起工作电源开关误跳开，装置可根据选定方式进行串联或同时切换。切换条件：快速、同期判别、残压及长延时切换。快速切换不成功时自动转入同期判别、残压及长延时切换。备用电源自动投入装置当备用电源联动开关BK投入，若工作电源故障跳闸时；或发-变组故障引起电抗器电源侧开关跳闸并联跳负荷侧开关时；或当厂用母线失去电压（≤1.5KV/25v，PT二次插头插上）、备用电源母线有电压（≥99KV/90v）延时1.5″跳开负荷侧开关、经残压检查（≤0.6KV/10v）后，备用电源自动投入装置应自动地、有选择地迅速投入备用变及备用分支开关，从系统取得高压厂用电源。快切在100ms内切换成功，而备自投的切换时间在700--1000ms左右。快切与BZT有什么区别？.K9S#Y$d0i快切具有双向切换功能：正常情况下可以由工作切至备用，也可由备用切至工作；在事故情况及非正常工况下具有单向切换功能，可以由工作切至备用。BZT只具有单向切换功能，在事故情况及非正常工况下由工作切至备用。二、微机型自动重合闸装置的原理及其应用电力系统中的架空输电线路架设在户外，很容易发生故障，而且绝大多数故障属于瞬时性故障。这些瞬时性故障由继电保护装置动作跳开断路器，故障点电弧熄灭后，介质绝缘强度恢复到正常水平，故障便能够自行消除。此时，运用自动重合闸装置使断路器重合闸成功，线路恢复正常供电，减少了因故障停电的时间，提高了供电的可靠性。如果线路发生永久性故障，重合已经跳开的断路器时，重合闸不能成功，此时便不能恢复正常供电。根据国内外的运行经验证明，输电线路的重合闸重合成功率一般可达60%～90%。具有检无压和检同步功能的三相自动重合闸装置，是指当电力线路的的两侧断路器因故障而跳闸后，先重合检定线路无电压的一侧断路器，后重合检定同步的另一侧断路器。这样的重合闸模式不会对电气设备造成冲击，也不会引起电力系统振荡。其工作原理如下：（1）当电力线路上k点发生瞬时性故障时，线路两侧的继电保护装置动作而跳开断路器DL1、DL2，k点故障消除。母线M侧的低电压元件检测到线路上失去电压后，重合闸发出命令重合上断路器DL1；当DL1合闸后，在母线N侧检测到线路上已带电，N侧同步检测单元开始工作，当断路器两侧满足同步条件时，便合上断路器DL2，该线路恢复正常供电。如果N侧在同步检测时线路上又出现故障，M侧的继电保护动作再次跳开断路器，这种情况下N侧的断路器DL2就不能再合闸。（2）当电力线路上发生永久性故障时，线路两侧断路器均跳闸切除故障后，M侧检测到线路无电压后重合DL1，但由于线路上发生的是永久性故障，立即由M侧的后加速保护动作再次跳开DL1，N侧的DL2始终不能合闸。这样，断路器DL1连续两次切断故障点短路电流，断路器DL2只切断一次短路电流。（3）由于误碰或误动作造成断路器跳闸。当误跳闸发生在N侧（同步侧）时，检测同步条件满足时合上DL2断路器，输电线路恢复正常供电运行。如果误跳闸发生在M侧（无压侧），由于自动重合闸无压侧同时也设有同步检测单元，满足同步条件时便可自动重合上断路器DL1。重合闸的两种起动方式（1）不对应起动方式不对应起动方式是指：断路起的控制开关处于“合闸后”状态、而断路器处于跳闸断开状态，此时两者位置不对应起动重合闸装置。不对应起动重合闸方式，接线简单，使用可靠，可以有效预防各种原因造成的断路器“偷跳”情况，在电网的重合闸运行中具有良好的效果，是各种重合闸的基本方式。（2）保护起动方式输电线路配置的自动重合闸装置，当继电保护装置发出跳闸命令给重合闸时，重合闸装置才能由保护装置起动，这种起动方式即为保护起动重合闸，具体是由线路继电保护跳闸出口接点来起动重合闸的。这样，只要有跳闸命令，就可起动重合闸，从而简化了自动重合闸接线回路。新型微机型自动重合闸装置的主要特点新型微机型自动重合闸装置能准确、可靠、快速地实现故障线路的自动重合闸操作，替代以前老式的继电器式或晶体管式自动重合闸装置，可以说是重合闸装置的“革命”性改变，它运用先进的控制理论及控制算法，克服了以往自动重合闸装置可靠性差、控制精度低、响应速度慢、构成原理相对简单、元器件参数不够稳定、工艺低劣粗糙等缺陷。微机型自动重合闸装置的主要特点如下：（1）高可靠性：装置原理先进、判据正确，采用先进、可靠的微型处理器，在软件及硬件的设计上考虑很大的冗余度，确保不会出现误动作。（2）高精度：装置在检定同步时要确保在相角差非常接近零度时完成重合闸操作。捕捉零相角差采用严格的数学模型和控制算法，同时考虑影响电力系统运行的其他因素，在微型计算机处理器的软硬件上采取了相应的措施。（3）高速度：提高自动重合闸的速度，能使瞬时性故障线路尽快恢复供电，以减少故障停电后造成的损失。主要依靠软件实现精确的预测算法，在确保电压差和频率差满足要求后，能及时捕捉到第一次到来的零相角差时机进行重合闸。（4）智能通信功能：重合闸装置作为计算机监控系统的一个智能终端，具有与上位机系统通信的功能，能满足以太网、RS-485、现场总线等多种型式的通信方式，以满足现代电站自动化监控与通信的要求。三、同步发电机准同步方式解析准同步方式是将待并发电机组在投入系统前通过调速器调节原动机转速，使发电机组转速接近同步转速；通过励磁调整装置调节发电机组励磁电流，使发电机组端电压接近系统电压；在同步条件中的频差及压差满足给定值时，选择在零相角差到来前的合适时刻合上开关，发电机组迅速被拉入同步运行。准同步并联运行的优点是，投入瞬间电网和电机基本没有冲击。根据自动化程度的高低，准同步方式又可分为手动并联运行和自动并联运行。其中，手动并联运行包括灯光熄灭法（直接接法）、灯光旋转法（交叉接法）、粗同步法等；自动并联运行有晶体管自动并联运行、继电器自动并联运行和单片机控制自动并联运行等。随着微机控制技术的发展，单片机自动控制的并联运行技术得到了很大的应用。由单片机控制的自动并联运行装置具有体积小、成本低、控制灵活等显著的优越性。因此，自动并联运行实现单片机控制已是一种趋势。其原理是，根据前面发电机组并网的条件，利用单片机检测发电机组的电压差、频率差和相位差，并根据该差率的大小自动对发电机组进行调整，当差值非常小，认为已满足条件时，发出合闸脉冲，实现同步运行。从上述分析可看出，只要掌握了柴油发电机组并联运行的条件，充分熟悉各种并联的方法，就可根据工程的具体情况，适当地选用某种并联方式。既可做到操作简便、迅速，可靠性高，又可防止并联瞬间出现的冲击电流和电压波动。但是，发电机组同步运行后，还有一个重要的环节，就是对发电机组进行功率分配。同步装置必须严格按准同步的三要素来设计，即应在待并侧与系统侧的电压差及频率差满足要求的情况下，确保相角差为零时将发电机平滑地并入电网。更确切地讲，应在压差及频压满足要求时捕获第一次出现的零相差将发电机并入电网。所有发电机组都配备有调速器和发电机自动励磁调节器，在同步过程中其任务是维持待并发电机的频率和电压在给定水平，创造同步条件。由于各类调速器和励磁调节器的特性各不相同，因此在发电机同步过程中不可避免的会出现频率和电压的波动。一般这些波动较大的成分是频率差和压差及其一阶导数，在有些情况下二阶导数的成分也是不可忽略的。所以作为自动准同步装置不论在精确捕捉同步时机方面，或者是在有效实施均频均压控制方面，都应严格地按计及偏差、偏差一阶导数及偏差二阶导数的运动微分方程求解，确保快速、精确地实现同步操作。快速性和精确性自然是自动准同步装置所追求的主要目标。四、发电机的励磁方法及工作原理同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。一、发电机获得励磁电流的几种方式1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在1