水輪發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列1、簡(jiǎn)述同步發(fā)電機(jī)兩種同期并列方式的操作步驟，并分析各自的特點(diǎn)和用途。答：同步發(fā)電機(jī)具有準(zhǔn)同期和自同期兩種同期并列方式。其中：準(zhǔn)同期的操作步驟為打開(kāi)機(jī)組導(dǎo)葉到空載位置打開(kāi)機(jī)組導(dǎo)葉到空載位置發(fā)電機(jī)投入勵(lì)磁調(diào)節(jié)機(jī)組的電壓和轉(zhuǎn)速判斷發(fā)電機(jī)是否滿足并列條件發(fā)電機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速將機(jī)組投入系統(tǒng)并列運(yùn)行滿足不滿足自同期的操作步驟為打開(kāi)機(jī)組導(dǎo)葉到空載位置發(fā)電機(jī)斷路器合閘發(fā)電機(jī)投入勵(lì)磁機(jī)組并入系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)電機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速打開(kāi)機(jī)組導(dǎo)葉到空載位置發(fā)電機(jī)斷路器合閘發(fā)電機(jī)投入勵(lì)磁機(jī)組并入系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)電機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速但是，準(zhǔn)同期存在著非同期并列操作可能，并使機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞。為了避免非同期并列，在準(zhǔn)同期并列時(shí)，同期回路帶有非同期閉鎖。另外，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障而出現(xiàn)低頻、低壓時(shí)，將給準(zhǔn)同期操作帶來(lái)困難。自同期具有如下特點(diǎn)：不需調(diào)整電壓、相位和精確調(diào)整轉(zhuǎn)速，操作簡(jiǎn)單；由于并列操作時(shí)未投勵(lì)，消除了非同期并列的可能；與準(zhǔn)同期相比，大大縮短了并列的時(shí)間。自同期并列為電力系統(tǒng)發(fā)生故障而出現(xiàn)低頻、低壓時(shí)，啟動(dòng)備用機(jī)組創(chuàng)造了很好的條件，對(duì)于防止事故擴(kuò)大，迅速恢復(fù)系統(tǒng)起到重要作用。由于發(fā)電機(jī)以自同期投入系統(tǒng)時(shí)，未勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)相當(dāng)于異步電動(dòng)機(jī)，因此自同期存在如下缺點(diǎn)：出現(xiàn)短時(shí)間的電流沖擊，并使系統(tǒng)電壓下降；沖擊電流引起的電動(dòng)力可能對(duì)定子繞組絕緣和定子繞組端部造成不良影響；沖擊電磁力矩將使機(jī)組大軸產(chǎn)生紐矩，并引起振動(dòng)。但是，沖擊電流和沖擊電磁力矩均比發(fā)電機(jī)出口三相短路時(shí)小，并且縮減快，通常不會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)造成損害，但沖擊電流產(chǎn)生的電動(dòng)力可能對(duì)定子繞組絕緣和端部造成累計(jì)性變形和損害。特別是自同期時(shí)發(fā)電機(jī)處于冷狀態(tài)，造成的不良影響比熱狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)出口三相短路更嚴(yán)重。因此，在事故時(shí)機(jī)組采用自動(dòng)自同期并列。2、簡(jiǎn)述準(zhǔn)同期并列的條件，并說(shuō)明可能造成非同期合閘的原因及其危害。答：準(zhǔn)同期并列的條件為：發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的相序相同；發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的頻率相同；發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的電壓相同；發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的相位相同?？赡茉斐煞峭诓⒘械脑?yàn)椋喊l(fā)電機(jī)的一次或二次接線不正確；同期裝置工作不正確；運(yùn)行人員誤操作。非同期并列操作可能使機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞：如果相位差為180°時(shí)非同期合閘，則發(fā)電機(jī)定子繞組的沖擊電流將比發(fā)電機(jī)出口的三相短路電流大一倍；如果電壓或頻率不相同，將對(duì)機(jī)組產(chǎn)生很大的電磁沖擊力，甚至高達(dá)額定力矩的8-26倍。3、已知滑差周期為，試確定機(jī)組和系統(tǒng)的頻率差。解：式中為待并發(fā)電機(jī)的頻率；系統(tǒng)的頻率；為滑差角速度。設(shè)：待并發(fā)電機(jī)的電壓為；系統(tǒng)電壓為；其頻率差和相位差為0，電壓差為，試計(jì)算并列時(shí)的最大沖擊電流。解：根據(jù)最大沖擊電流的近似計(jì)算式式中：為待并發(fā)電機(jī)的縱軸次暫態(tài)電抗。已知電壓差為，則有設(shè)：待并發(fā)電機(jī)的電壓為；系統(tǒng)電壓為；簡(jiǎn)要說(shuō)明如何根據(jù)脈動(dòng)電壓分析電壓差和頻率差。答：設(shè)待并發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電壓的最大值為；脈動(dòng)電壓是一個(gè)電角速度為、幅值（包絡(luò)線）為正弦規(guī)律變化的交流電壓。準(zhǔn)同期并列時(shí)與很接近，故脈動(dòng)電壓頻率仍接近于50Hz，在脈動(dòng)電壓中，其幅值的變化規(guī)律為（1）式中：為滑差角速度；為與的相位差。從的時(shí)間稱為滑差周期（2）由（1）式可知：在與的幅值相等的條件下：時(shí)，脈動(dòng)電壓的幅值達(dá)到最大值；（）時(shí)，脈動(dòng)電壓的幅值達(dá)到最小值。如果與的幅值不相等，則脈動(dòng)電壓最小值為。由（2）式可知：滑差周期與頻率差成反比，因此可用滑差周期的大小來(lái)判斷待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的頻率差，從而確定準(zhǔn)同期并列的條件是否滿足。若采用8點(diǎn)采樣的富氏算法計(jì)算一個(gè)周期函數(shù)的基波和二次諧波的幅值和相位，試寫出相應(yīng)的計(jì)算式。解：根據(jù)離散富氏算法的計(jì)算式，的n次諧波分量的幅值和相位為：；；式中：；；N為一個(gè)周期中的采樣數(shù)；為第k個(gè)采樣值；為周期函數(shù)諧波次數(shù)。已知N=8，當(dāng)時(shí)：；；式中：；；當(dāng)時(shí)：；；式中：；。水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的自動(dòng)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)述水電機(jī)組勵(lì)磁控制的任務(wù)，以及對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的要求。答：（1）自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置（AVR）的任務(wù)：維持發(fā)電機(jī)端電壓水平并且合理分配各機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷；提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和輸電線路的傳輸能力；提高帶時(shí)限動(dòng)作繼電保護(hù)的靈敏度；加速短路后的電壓恢復(fù)過(guò)程和改善異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件；改善自同期或發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行時(shí)電力系統(tǒng)的工作條件；防止水輪發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)電壓過(guò)度升高。（2）對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置（AVR）的要求：工作可靠AVR裝置本身發(fā)生故障，可能迫使機(jī)組停機(jī)，甚至可能對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。有足夠的輸出容量AVR的容量既要滿足正常運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)的要求，又要滿足發(fā)生短路故障時(shí)強(qiáng)勵(lì)的要求。動(dòng)作迅速采用快速動(dòng)作的AVR對(duì)改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和提高輸送能力具有重要意義。無(wú)失靈區(qū)沒(méi)有失靈區(qū)的AVR有助于提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。當(dāng)一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)帶孤立網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，試分析無(wú)功負(fù)荷電流的增加是造成發(fā)電機(jī)端電壓下降的主要原因。解：當(dāng)一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)帶孤立網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的等值電路圖可得：式中：為發(fā)電機(jī)定子繞組的感應(yīng)電勢(shì)與發(fā)電機(jī)端電壓間的相位差；為發(fā)電機(jī)的無(wú)功負(fù)載電流；為發(fā)電機(jī)的縱軸同步電抗（且與發(fā)電機(jī)的橫軸同步電抗相等）。由于在正常時(shí)δ很小，，則有上式表明，無(wú)功電流是造成機(jī)端電壓下降的主要原因，且機(jī)端電壓與無(wú)功電流成反比。簡(jiǎn)述強(qiáng)行勵(lì)磁、強(qiáng)行減磁和自動(dòng)滅磁的作用。答：（1）強(qiáng)行勵(lì)磁的作用發(fā)生短路時(shí)，電力系統(tǒng)和水電站的電壓可能大幅度降低。此時(shí)，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和加快切除故障后的電壓恢復(fù)，應(yīng)使發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流迅速加大到頂值，既實(shí)行強(qiáng)行勵(lì)磁。（2）強(qiáng)行減磁的作用當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，由于機(jī)組轉(zhuǎn)速的急劇上升，而引起發(fā)電機(jī)端電壓的升高，此時(shí)為了保證發(fā)電機(jī)定子絕緣的安全，應(yīng)立即減少發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的勵(lì)磁電流，即實(shí)行強(qiáng)行減磁。（3）自動(dòng)滅磁的作用自動(dòng)滅磁是在發(fā)電機(jī)內(nèi)部或其出口短路時(shí)，切斷勵(lì)磁電流，并在很短的時(shí)間內(nèi)使轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的大量能量迅速消釋，而不至產(chǎn)生危及轉(zhuǎn)子絕緣的過(guò)電壓。4、簡(jiǎn)要說(shuō)明下圖所示勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理。KKarccosSCRUffUfUzPTUtUUcαG2G1GS答：如果由于擾動(dòng)使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓上升，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置通過(guò)PT測(cè)量發(fā)電機(jī)端電壓，并與給定電壓比較后獲得電壓差將減少，經(jīng)綜合放大后得到控制信號(hào)也將減少；根據(jù)控制信號(hào)和同步信號(hào)計(jì)算勵(lì)磁機(jī)G1勵(lì)磁回路的可控硅導(dǎo)通角α增大，經(jīng)可控硅整流后，勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電壓減少，從而改變了發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，進(jìn)而使發(fā)電機(jī)的電壓下降，以減少電壓差，從而抵消了發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓上升的擾動(dòng)，由此勵(lì)磁反饋控制可以維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的恒定。使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定狀態(tài)。反之，如果由于擾動(dòng)使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓下降，則類似以上分析，可得到相同的結(jié)論?？煽毓鑴?lì)磁系統(tǒng)由那些基本單元所組成？其各自的作用又是什么？答：可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)由測(cè)量比較單元、調(diào)差單元、移相觸發(fā)單元和手動(dòng)單元等基本單元所組成，其中：測(cè)量比較單元：用于測(cè)量機(jī)端電壓的變化，并將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較：調(diào)差單元：用于改變調(diào)差系數(shù)Kq，以實(shí)現(xiàn)合理分配各機(jī)組間的無(wú)功；綜合放大單元：對(duì)所測(cè)量的電壓差進(jìn)行綜合，計(jì)算出實(shí)現(xiàn)消除電壓差的控制信號(hào)Uc，在勵(lì)磁控制中通常采用了PID調(diào)節(jié)規(guī)律；移相觸發(fā)單元：根據(jù)綜合放大單元PID控制規(guī)律輸出Uc和同步信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖相位的變化，并以此脈沖觸發(fā)可控硅整流橋（即勵(lì)磁系統(tǒng)的功率輸出部分）的可控硅晶閘管，使其導(dǎo)通角α隨Uc的變化而改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁的目的。移相觸發(fā)單元由同步、移相、脈沖形成和脈沖放大等環(huán)節(jié)組成；手動(dòng)單元：用于手動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，調(diào)差單元和綜合放大單元均退出工作，此時(shí)調(diào)節(jié)器屬于開(kāi)環(huán)運(yùn)行情況，一般在裝置故障時(shí)采用。寫出位置型離散PID控制算法的表達(dá)式，并分別說(shuō)明比例、積分和微分控制在調(diào)節(jié)過(guò)程中的作用。答：位置型離散PID控制算法的表達(dá)式為式中：為第個(gè)采樣周期的控制信號(hào)；為第個(gè)采樣周期的偏差信號(hào)；為比例增益；為積分時(shí)間常數(shù)；為微分時(shí)間常數(shù)；為采樣周期，若采樣周期足夠小，離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)非常接近。比例控制的作用是按的大小成比例地改變控制信號(hào)的強(qiáng)度，使趨于減少，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差的大小與成正比；積分控制的作用為消除穩(wěn)態(tài)偏差；微分控制的作用是按預(yù)測(cè)的偏差信號(hào)變化趨勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以減少超調(diào)量，縮短調(diào)整時(shí)間，改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在可控硅勵(lì)磁中的“同步”是指什么？為什么同步信號(hào)取為同步發(fā)電機(jī)的AC相電壓？答：一個(gè)可控硅的導(dǎo)通，除了應(yīng)在其陽(yáng)極與陰極間加上正向電壓外，還必須同時(shí)在控制極上加上正向觸發(fā)脈沖，否則可控硅將處于截止?fàn)顟B(tài)。對(duì)三相可控整流橋而言，就是要求每次加在可控硅控制極上的觸發(fā)脈沖，都應(yīng)在該相可控硅承受正向電壓的一定時(shí)刻發(fā)出。同時(shí)，當(dāng)控制電壓一定時(shí)，各相的每個(gè)周期送出的觸發(fā)脈沖，對(duì)應(yīng)于該相陽(yáng)極電壓的時(shí)刻都應(yīng)相同，即控制角α相同?？煽毓栌|發(fā)脈沖與主回路之間的這種相位配合關(guān)系稱為同步。取自主回路的同步信號(hào)，就是用于保證主回路與觸發(fā)電路之間的同步。在三相全控橋可控硅勵(lì)磁控制中：共陰極組的整流可控硅整流元件應(yīng)在其陽(yáng)極電位為最高的一段區(qū)間內(nèi)，給控制極以觸發(fā)脈沖才能導(dǎo)通。因此，其三相觸發(fā)脈沖按+A，+B，+C相的順序并依次相隔120°發(fā)出；共陽(yáng)極組的整流可控硅整流元件應(yīng)在其陰極電位為最低的一段區(qū)間內(nèi)，給控制極以觸發(fā)脈沖才能導(dǎo)通。因此，其三相觸發(fā)脈沖按-C，-A，-B相的順序并也依次相隔120°發(fā)出。這樣，對(duì)于整個(gè)三相全控橋來(lái)說(shuō)，當(dāng)同步信號(hào)取為同步發(fā)電機(jī)的AC相電壓時(shí)，其六相觸發(fā)脈沖發(fā)出的順序就成為了+A，-C，+B，-A，+C，-B相，并依次相隔60°發(fā)出。畫出可控硅三相全控橋觸發(fā)脈沖的時(shí)序圖。8、當(dāng)可控硅勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)采用了比例控制規(guī)律。在某采樣周期k,微機(jī)調(diào)節(jié)器測(cè)量到發(fā)電機(jī)端電壓的偏差相對(duì)值為，比例控制參數(shù)。若:控制信號(hào)與導(dǎo)通角α余弦關(guān)系中的比例因子K=1，計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)頻率，同步信號(hào)周期T=20ms。試求出：可控硅導(dǎo)通角α(k)以及對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)N(k)。解：由于采用了比例控制規(guī)律，故控制信號(hào)為由于觸發(fā)角與控制信號(hào)成余弦關(guān)系，得（度）將晶閘管觸發(fā)角α折算為計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)，得（個(gè)）頻率和有功功率的自動(dòng)控制1、問(wèn)答題（1）維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的條件是什么？答：電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定與否，取決于系統(tǒng)的有功功率是否平衡：若系統(tǒng)總的發(fā)電功率=用戶總的耗用功率（包括線路耗損），則系統(tǒng)的頻率維持在額定值；若系統(tǒng)總的發(fā)電功率大于（或小于）用戶總耗用功率，則系統(tǒng)的頻率大于（或小于）額定值；并網(wǎng)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的功率控制，就是維持電力系統(tǒng)功率的平衡，使系統(tǒng)的頻率偏差在容許的范圍內(nèi)。（2）什么是調(diào)頻機(jī)組和調(diào)頻電站？答：由于計(jì)劃外負(fù)荷是無(wú)規(guī)律變化的，因此必須采取必要的技術(shù)手段，將電力系統(tǒng)的頻率維持在正常水平。這就要求在系統(tǒng)中劃出一部分機(jī)組甚至幾個(gè)水電站執(zhí)行調(diào)頻任務(wù)，是系統(tǒng)的總發(fā)電功率隨時(shí)跟蹤用戶的總耗用功率，這些機(jī)組或電站稱為調(diào)頻機(jī)組或調(diào)頻電站。（3）什么是電力系統(tǒng)的日負(fù)荷曲線和計(jì)劃外負(fù)荷？答：電力系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷是隨機(jī)變化的，電力調(diào)度中心根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)制定系統(tǒng)日負(fù)荷曲線，稱之為計(jì)劃負(fù)荷，它反映了電力系統(tǒng)負(fù)荷變化規(guī)律性的部分；計(jì)劃負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷的差值為計(jì)劃外負(fù)荷。（4）什么是一次調(diào)頻和二次調(diào)頻？答：電力系統(tǒng)的調(diào)頻分為一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。一次調(diào)頻是在電力系統(tǒng)出現(xiàn)頻率差時(shí)，根據(jù)調(diào)速器的調(diào)差系數(shù)來(lái)分配機(jī)組間的負(fù)荷，由調(diào)速器完成功率調(diào)節(jié)；二次調(diào)頻是在調(diào)速器調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，按負(fù)荷優(yōu)化分配來(lái)重新調(diào)整各運(yùn)行機(jī)組的負(fù)荷。（5）有調(diào)節(jié)能力水電站和徑流式水電站運(yùn)行機(jī)組間負(fù)荷優(yōu)化分配的準(zhǔn)則各是是什么？答：有調(diào)節(jié)能力水電站運(yùn)行機(jī)組間負(fù)荷優(yōu)化分配的準(zhǔn)則是，在滿足電力系統(tǒng)功率平衡和機(jī)組穩(wěn)定性約束的條件下，使水電站的總發(fā)電引用水量最??；徑流式水電站運(yùn)行機(jī)組間負(fù)荷優(yōu)化分配的準(zhǔn)則是，在滿足水電站流量平衡和機(jī)組穩(wěn)定性約束的條件下，使水電站的總發(fā)電量最大。2、簡(jiǎn)答題（1）簡(jiǎn)要說(shuō)明有功功率無(wú)差調(diào)節(jié)的原理。答：讓電力系統(tǒng)中一個(gè)甚至幾個(gè)電站的機(jī)組作為調(diào)頻機(jī)組（臺(tái)），而其余機(jī)組按有差特性運(yùn)行，承擔(dān)計(jì)劃負(fù)荷。其調(diào)節(jié)方程為：主導(dǎo)調(diào)頻機(jī)組：，按無(wú)差特性運(yùn)行；其余調(diào)頻機(jī)組：；計(jì)劃外負(fù)荷：式中：為第臺(tái)調(diào)頻機(jī)組計(jì)劃外負(fù)荷分配系數(shù)。（2）簡(jiǎn)要說(shuō)明水電機(jī)組的有功功率控制的目的和內(nèi)容。答：根據(jù)功率偏差（式中：為時(shí)刻由負(fù)荷分配所得到的機(jī)組目標(biāo)功率；為時(shí)刻機(jī)組的實(shí)際功率），按某種調(diào)節(jié)規(guī)律來(lái)確定控制信號(hào)，并通過(guò)調(diào)速器調(diào)整機(jī)組的導(dǎo)葉開(kāi)度，以改變機(jī)組的出力，使機(jī)組的實(shí)際功率跟蹤目標(biāo)功率（），并使調(diào)節(jié)過(guò)程具有穩(wěn)定、快速和平穩(wěn)的控制品質(zhì)。（3）簡(jiǎn)要說(shuō)明基于李雅普諾夫函數(shù)的開(kāi)關(guān)控制原理。答：已知水電機(jī)組功率控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：其中，為開(kāi)關(guān)型控制變量，且當(dāng)時(shí)機(jī)組功率控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的。設(shè)李雅普諾夫函數(shù)為：根據(jù)李雅普諾夫函數(shù)的定義，式中的為正定對(duì)稱矩陣；則李雅普諾夫函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為：由于系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則有如下等式成立：（式中的為正定對(duì)稱矩陣；）為了保證李雅普諾夫函數(shù)的導(dǎo)數(shù)小于零，?。荷鲜奖砻鳎诶钛牌罩Z夫函數(shù)的開(kāi)關(guān)控制是建立在狀態(tài)反饋的基礎(chǔ)上的，其開(kāi)關(guān)極性的切換取決于開(kāi)關(guān)線。在這種開(kāi)關(guān)控制中，需要適當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)線參數(shù)P，才能保證有較好的控制性能。3、寫出離散PID調(diào)制控制策略的表達(dá)式。答：離散PID調(diào)制控制是在等控制周期T內(nèi)根據(jù)ΔP的符號(hào)確定控制極性；根據(jù)對(duì)（式中：為機(jī)組的目標(biāo)功率，為機(jī)組的實(shí)際功率）的PID運(yùn)算，確定調(diào)制控制脈沖寬度Tu。其控制策略為脈沖寬度的計(jì)算式為：輔助設(shè)備的自動(dòng)控制簡(jiǎn)述水電機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量的目的以及基于雙傳感器測(cè)量的齒盤測(cè)速原理。答：水電機(jī)組的轉(zhuǎn)速測(cè)量對(duì)于水電機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)和控制是十分重要的，其測(cè)量精度及其可靠性直接關(guān)系到水輪機(jī)調(diào)節(jié)的性能和水電機(jī)組運(yùn)行的安全性。轉(zhuǎn)速信號(hào)器是用于測(cè)量反映機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)—轉(zhuǎn)速n，并能夠在機(jī)組轉(zhuǎn)速到達(dá)所設(shè)置的轉(zhuǎn)速值發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，用于對(duì)機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)操作和保護(hù)。如：當(dāng)n≥140%nr時(shí)，發(fā)出飛逸信號(hào)，命令機(jī)組事故緊急停機(jī)；當(dāng)n≥115%nr時(shí)，發(fā)出過(guò)速信號(hào)，命令機(jī)組事故停機(jī)；當(dāng)n≥80%nr時(shí)，發(fā)出信號(hào)，命令同期投入；當(dāng)n≤35%nr時(shí)，發(fā)出制動(dòng)信號(hào)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行剎車。齒盤測(cè)速是一種常用的水電機(jī)組測(cè)速方法，其原理是在水電機(jī)組的轉(zhuǎn)軸上安裝環(huán)形齒狀設(shè)備（齒盤），當(dāng)機(jī)組旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)接近式或光電式傳感器感應(yīng)產(chǎn)生反映機(jī)組轉(zhuǎn)速的脈沖信號(hào)，由計(jì)算機(jī)測(cè)量脈沖個(gè)數(shù)（或?qū)挾龋┎⒂?jì)算獲取機(jī)組轉(zhuǎn)速。由于存在著齒盤的加工精度很難保證水電機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度要求的困難。為了解決這一困難，通常采用齒盤測(cè)速的雙傳感器策略，即沿齒盤圓周不同位置設(shè)置兩個(gè)傳感器，在已知兩個(gè)傳感器之間距離的前提下，測(cè)量齒盤中各齒通過(guò)兩個(gè)傳感器的時(shí)間，并由此計(jì)算機(jī)組轉(zhuǎn)速。這種方法是通過(guò)兩個(gè)傳感器來(lái)消除齒盤加工精度等引起的測(cè)量誤差，以滿足水電機(jī)組控制對(duì)測(cè)速精度和實(shí)時(shí)性方面的要求。在水電機(jī)組的停機(jī)過(guò)程控制時(shí)常需要測(cè)量機(jī)組的蠕動(dòng)（頻率小于5Hz）。試問(wèn)：應(yīng)采取何種測(cè)量方法？為什么？答：一般采用的齒盤測(cè)速原理為頻率法和周期法兩種。其中：基于周期法的轉(zhuǎn)速測(cè)量的基本原理是：當(dāng)水電機(jī)組的極對(duì)數(shù)為p時(shí)，將外徑為d的齒盤加工成N個(gè)齒，其標(biāo)準(zhǔn)齒加工間距為。當(dāng)機(jī)組旋轉(zhuǎn)時(shí)，各齒邊沿通過(guò)傳感器感應(yīng)產(chǎn)生其周期依據(jù)轉(zhuǎn)速變化的脈沖信號(hào)，信號(hào)周期將受機(jī)組轉(zhuǎn)速和齒距D的影響。當(dāng)通過(guò)計(jì)算機(jī)記錄到第i個(gè)齒在第j圈通過(guò)傳感器測(cè)量點(diǎn)的周期T[k]，則此時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速為。這種測(cè)量方式在機(jī)組運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速附近時(shí)有較高的測(cè)量精度和反應(yīng)速度。但在機(jī)組的蠕動(dòng)時(shí)的脈沖信號(hào)周期將會(huì)很長(zhǎng)，且測(cè)量到的T[k]數(shù)值很大。因此，會(huì)帶來(lái)兩個(gè)方面的問(wèn)題：其一會(huì)使轉(zhuǎn)速測(cè)量的反應(yīng)速度不能滿足要求；其二會(huì)給轉(zhuǎn)速計(jì)算造成困難?；陬l率法的轉(zhuǎn)速測(cè)量的基本原理是：當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速變化時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)傳感器測(cè)量的脈沖個(gè)數(shù)也會(huì)隨之而變化。設(shè)：齒盤的齒數(shù)為N；在單位時(shí)間T內(nèi)測(cè)量通過(guò)傳感器的脈沖個(gè)數(shù)為M，則：機(jī)組轉(zhuǎn)速。其中：K為折算系數(shù)；測(cè)量周期T則取決于對(duì)測(cè)量精度要求和測(cè)量速度要求的協(xié)調(diào)，T越大，精度越高，但速度則越慢。這種方法簡(jiǎn)單、可靠，并且能方便地測(cè)量機(jī)組的蠕動(dòng)。簡(jiǎn)述熱電偶傳感器的工作原理。答：熱電偶是由兩種成分不同的導(dǎo)體A和B連接在一起構(gòu)成的感溫元件。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)接點(diǎn)存在溫差時(shí)，回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，這種效應(yīng)稱為熱電效應(yīng)。熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)組成，其中：接觸電勢(shì)是由于A與B的金屬材料不同，使其內(nèi)部的電子濃度不同，發(fā)生自由電子的遷移而產(chǎn)生的電位差。當(dāng)溫度不變時(shí)，接觸電勢(shì)為常數(shù)；溫差電勢(shì)是由于金屬兩端的溫度不同而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)T2>T1時(shí)，處于較高溫度區(qū)（T2）的電子能量就大，因此也就會(huì)向較低溫度的低能量區(qū)（T1）運(yùn)動(dòng)。當(dāng)溫度差一定時(shí)，而產(chǎn)生一定值的電位差，即溫差電勢(shì)。綜上所述，熱電偶回路中熱電勢(shì)的大小只與組成熱電偶的材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸無(wú)關(guān)。當(dāng)構(gòu)成熱電偶的材料確定后，熱電勢(shì)的大小僅與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。這就是熱電偶的熱電特性。在熱電偶回路中，A和B兩種導(dǎo)體稱為熱電極。T2端稱為熱端（或工作端）；T1端成為冷端（或自由端）。當(dāng)自由端的溫度為常數(shù)時(shí)，則熱電勢(shì)就與工作端的溫度T2建立起相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系。有了這種關(guān)系，只要測(cè)得兩端的電勢(shì)，就可得被測(cè)介質(zhì)的溫度了。這就是熱電偶測(cè)溫的基本原理。4、采用霍爾元件式壓力變送器測(cè)量某管道流體的壓力。已知：霍爾電勢(shì)(其中：)；彈簧管內(nèi)徑為d，外徑為D；彈簧管自由端位移ΔX與其圓周方向應(yīng)力和軸向應(yīng)力之間為線性關(guān)系。試求被測(cè)流體的壓力P。解：被測(cè)流體的壓力即被測(cè)流體的壓力P與霍爾電勢(shì)成正比。5、簡(jiǎn)述差壓變壓器式位移傳感器的工作原理。答：差壓變壓器式位移傳感器是一種利用互感原理制成的位移傳感器，即是一種利用線圈的互感作用將位移轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電勢(shì)的裝置，主要由線圈和鐵芯構(gòu)成。差壓變壓器有三個(gè)繞組（原邊N0，副邊N1，N2）。當(dāng)鐵芯P在線圈內(nèi)左右移動(dòng)時(shí)，由于磁通的變化，從而改變了原邊、副邊線圈之間的互感量，原邊線圈受到激磁后，副邊線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也隨鐵芯的位置的不同而相應(yīng)改變，有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。設(shè)：原邊受到激磁電壓Ui（交流1—3KHZ等幅）的作用；兩個(gè)完全相同的副邊線圈N1和N2（N1=N2）感應(yīng)出電壓U1，U2；則：差動(dòng)接線的傳感器輸出電壓U0=U2-U1當(dāng)鐵芯處于中間位置時(shí)，副邊線圈N1和N2通過(guò)的磁力線相等，故U10=U20，有U0=U20-U10=0。當(dāng)鐵芯P向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，N1和N2的磁通均發(fā)生變化。此時(shí)，兩個(gè)副邊繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)不再相等：偏離鐵芯ΔX位移的N1線圈降低ΔU，即U1=U10-ΔU；靠近鐵芯ΔX位移的N2線圈增加ΔU，即U2=U20+ΔU；則輸出電壓為：U0=U2-U1=（U20+ΔU）-（U10-ΔU）=2ΔU鐵芯P相反運(yùn)動(dòng)時(shí)有：U0=-2ΔU通過(guò)上述分析可知：差動(dòng)變壓器輸出電壓U0的大小和方向反映了鐵芯P位移的大小和方向。雖然單個(gè)線圈的感應(yīng)電勢(shì)（U1，U2）與鐵芯P的不具有線性關(guān)系，但將兩個(gè)線圈差動(dòng)連接后，其感應(yīng)電勢(shì)的差值與鐵芯位移就成為線性關(guān)系：ΔX=KU0。6、下圖是以電極式水位信號(hào)器構(gòu)成的調(diào)相壓水控制接線圖，試說(shuō)明其工作過(guò)程。答：相壓水控制裝置由電流繼電器1KA、變壓器T和橋式整流器等組成。當(dāng)機(jī)組由發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相運(yùn)行時(shí)，該裝置的電源由2KA接點(diǎn)的閉合而自動(dòng)投入。如果水位高于h2,此時(shí)兩對(duì)電極都浸入水中，那么靠水的導(dǎo)電性，電流繼電器1KA動(dòng)作，其接點(diǎn)閉合使調(diào)相供氣管路上的電磁配壓閥開(kāi)啟，并使1KA1閉合而自保持。在壓縮空氣的作用下，當(dāng)水位降到下限水位h1以下時(shí)，IKA斷電而復(fù)歸，電磁配壓閥關(guān)閉，壓縮空氣停止通入。水位又高于h2時(shí)，則重復(fù)上述動(dòng)作。7、簡(jiǎn)述油混水信號(hào)器的作用及其工作原理。答：油混水信號(hào)器的工作原理是：在回（漏油）箱的底部裝有一對(duì)電極，利用油和水的導(dǎo)電率、比重不同，通過(guò)電極發(fā)出信號(hào)。在油箱沒(méi)有浸入水的情況下，電極間因?yàn)橛偷膶?dǎo)電率小，而不足以導(dǎo)通；混入水后，水因比重大而下沉，隨著水量的增加，水將逐漸淹沒(méi)電極，從而導(dǎo)致兩個(gè)電極導(dǎo)通，形成電流回路。8、簡(jiǎn)述剪斷銷信號(hào)器的作用。答：水輪機(jī)調(diào)速器通過(guò)主接力器及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)操作導(dǎo)葉，當(dāng)其中某（幾）扇導(dǎo)葉被卡時(shí)，用于該導(dǎo)葉傳動(dòng)的剪斷銷被剪斷，從而不至影響處于聯(lián)動(dòng)情況的其它導(dǎo)葉的關(guān)閉。剪斷銷信號(hào)器用于反映水輪機(jī)導(dǎo)葉連桿的剪斷銷事故：在正常停機(jī)過(guò)程中，如果有導(dǎo)葉被卡，剪斷銷被剪斷則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在事故停機(jī)過(guò)程中，如果發(fā)生剪斷銷被剪斷，則除發(fā)出報(bào)警信號(hào)外，還應(yīng)作用緊急停機(jī)。9、簡(jiǎn)述電磁閥、電磁空氣閥和電磁配壓閥在水電站自動(dòng)化中的作用。答：（1）電磁閥將電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作，用以自動(dòng)控制油、氣、水管路閥門的開(kāi)啟和關(guān)閉，是自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要執(zhí)行元件之一，常用于機(jī)組的制動(dòng)、調(diào)相和冷卻等操作系統(tǒng)的管路中。（2）電磁空氣閥將電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作，主要用于機(jī)組供氣、制動(dòng)系統(tǒng)和碟閥密封圍帶充氣的低壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供氣管道閥門的開(kāi)啟和關(guān)閉的自動(dòng)控制。（3）電磁配壓閥是一種液壓中間放大的變換元件，一般與液壓操作閥、油閥等組合使用。10、簡(jiǎn)述蝴蝶閥的作用。答：（1）減少停機(jī)時(shí)的漏水量當(dāng)機(jī)組較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)，導(dǎo)葉漏水幾乎不可避免，漏水流量可達(dá)機(jī)組最大流量的2—3%。由于蝴蝶閥關(guān)閉較嚴(yán)，可大大減少漏水。（2）縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間機(jī)組停機(jī)時(shí)，一般不希望關(guān)閉進(jìn)水口閘門，因?yàn)檫@樣放掉引水管的水以后，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)又要重新充水，延長(zhǎng)了啟動(dòng)時(shí)間。（3）構(gòu)成機(jī)組檢修的安全工作條件在岔管引水的水電站，當(dāng)其中一臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)，為了不影響其它機(jī)組的運(yùn)行，可關(guān)閉蝴蝶閥。由于蝴蝶閥只有全開(kāi)和全關(guān)兩種狀態(tài)，故只能用于切斷水源。11、以下是電磁空氣閥的原理示意圖。試說(shuō)明其工作過(guò)程。12、下圖為油壓裝置的構(gòu)成圖?，F(xiàn)要求采用以微型計(jì)算機(jī)（或PLC）構(gòu)成的控制裝置進(jìn)行自動(dòng)控制，使油壓裝置的油壓維持在上、下限壓力之間，并且當(dāng)油壓低于過(guò)低油壓時(shí)，起動(dòng)備用油泵。試設(shè)計(jì)：（A）控制裝置的硬件原理圖（只需給出微機(jī)芯片或ＰＬＣ模塊的名稱）；（B）控制裝置的軟件流程圖。注：要求每５秒顯示一次油壓，并能夠通過(guò)運(yùn)行人員對(duì)進(jìn)行主/備油泵進(jìn)行選擇和操作。解：（１）控制裝置的硬件設(shè)計(jì)CPU模塊電源模塊繼電器輸出模塊A/D模塊ＤI模塊通信模塊觸摸式智能顯示屏直流電源交流電源上限油壓下限油壓油壓過(guò)低上限油位下限油位油位傳感器通信電纜機(jī)架２號(hào)油泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)／停止接觸器補(bǔ)氣閥啟動(dòng)／關(guān)閉控制電磁閥１號(hào)油泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)／停止接觸器采用模塊式結(jié)構(gòu)的SIMATICS7—300型可編程控制器。控制裝置的硬件由如下模塊構(gòu)成：電源模塊；ＣＰＵ模塊；Ｉ／Ｏ模塊（５CPU模塊電源模塊繼電器輸出模塊A/D模塊ＤI模塊通信模塊觸摸式智能顯示屏直流電源交流電源上限油壓下限油壓油壓過(guò)低上限油位下限油位油位傳感器通信電纜機(jī)架２號(hào)油泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)／停止接觸器補(bǔ)氣閥啟動(dòng)／關(guān)閉控制電磁閥１號(hào)油泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)／停止接觸器（２）控制裝置的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)初始化讀取顯示屏數(shù)據(jù)系統(tǒng)初始化讀取顯示屏數(shù)據(jù)控制方式？手動(dòng)上限油泵選擇控制輸出油壓狀態(tài)？下限過(guò)低２＃油泵１＃油泵自動(dòng)停工作／備用泵啟動(dòng)工作泵啟動(dòng)備用泵油位狀態(tài)？高低讀油壓值油壓低？否啟動(dòng)補(bǔ)氣閥是油壓高？是關(guān)閉補(bǔ)氣閥顯示時(shí)間到？否顯示油壓是否水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)程序控制簡(jiǎn)述機(jī)組自動(dòng)程序控制的任務(wù)和要求。答：（1）機(jī)組自動(dòng)程序控制的任務(wù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)，借助于自動(dòng)化元件及裝置，組成一個(gè)不間斷進(jìn)行的操作過(guò)程，代替生產(chǎn)過(guò)程中所有手動(dòng)操作，即實(shí)現(xiàn)機(jī)組調(diào)速操作系統(tǒng)、勵(lì)磁操作系統(tǒng)和油、氣、水輔助設(shè)備系統(tǒng)的邏輯控制和監(jiān)視，從而實(shí)現(xiàn)單機(jī)生產(chǎn)流程的自動(dòng)化。同時(shí)，機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)（LCU）還應(yīng)有良好的通信接口與其它系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此，機(jī)組自動(dòng)化又是實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過(guò)程綜合自動(dòng)化的基礎(chǔ)。（2）機(jī)組自動(dòng)程序控制的要求根據(jù)一個(gè)操作指令，機(jī)組能迅速、可靠地完成各種工況的轉(zhuǎn)換；當(dāng)機(jī)組或輔助設(shè)備（如調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和油、氣、水系統(tǒng)）出現(xiàn)事故或故障時(shí)，應(yīng)能迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行診斷，或?qū)C(jī)組解列，或用報(bào)警系統(tǒng)向運(yùn)行人員指明事故（或故障）的性質(zhì)和部位，指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行處理；作為全廠綜合自動(dòng)化的基礎(chǔ)，應(yīng)能方便地與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的遠(yuǎn)方控制和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；根據(jù)全廠自動(dòng)化系統(tǒng)的指令，完成機(jī)組有功和無(wú)功功率的調(diào)整；系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單、可靠，并方便運(yùn)行人員進(jìn)行操作。2、說(shuō)明下列文字符號(hào)所表示的電氣設(shè)備名稱：TV、QF、SA、KT、BV、BP、BS、YF答：TV—電壓互感器；QF—斷路器；SA—控制開(kāi)關(guān)；KT—時(shí)間繼電器；BV—轉(zhuǎn)速信號(hào)器、BP—壓力信號(hào)器；BS—示流信號(hào)器；YF—電磁閥。3、水電機(jī)組有那幾種停機(jī)方式？分別用于何種情況？簡(jiǎn)要說(shuō)明其操作程序。；答：水電機(jī)組有正常停機(jī)、事故停機(jī)和緊急事故停機(jī)三種停機(jī)方式，其中：１、正常停機(jī)是在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，按電站運(yùn)行計(jì)劃所進(jìn)行的停機(jī)操作。其操作程序?yàn)椋航邮芡C(jī)令后，起動(dòng)停機(jī)過(guò)程監(jiān)視定時(shí)器→機(jī)組卸負(fù)荷至空載→當(dāng)導(dǎo)葉關(guān)至空載位置時(shí)，發(fā)電機(jī)斷路器跳閘→跳滅磁開(kāi)關(guān)→導(dǎo)葉關(guān)至全關(guān)位置→開(kāi)限至全關(guān)位置→當(dāng)n=35nr%時(shí)，投入機(jī)組制動(dòng)→機(jī)組轉(zhuǎn)速為零時(shí)解除制動(dòng)→關(guān)閉總冷卻水→停機(jī)完成。２、機(jī)組在運(yùn)行中遇到下列情況之一時(shí)，須進(jìn)行事故停機(jī)：軸承過(guò)熱、調(diào)相運(yùn)行解列、油壓裝置油壓事故下降、機(jī)組過(guò)速、機(jī)組振動(dòng)，以及電氣事故。事故停機(jī)與正常停機(jī)的不同之處在于，事故停機(jī)不等機(jī)組出力減至零，就作用于跳閘，并同時(shí)進(jìn)行正常停機(jī)過(guò)程的操作，從而縮短停機(jī)時(shí)間。３、機(jī)組在運(yùn)行中遇到下列情況之一時(shí)，須進(jìn)行緊急事故停機(jī)：機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到140%nr的飛逸轉(zhuǎn)速和機(jī)組事故停機(jī)過(guò)程中剪斷銷被剪斷。由于緊急事故停機(jī)是在導(dǎo)葉不能關(guān)閉的情況下所進(jìn)行的停機(jī)操作，其操作除了按事故停機(jī)過(guò)程進(jìn)行外，還作用于關(guān)閉蝴蝶閥或快速閘門。4、簡(jiǎn)述水電機(jī)組的兩段開(kāi)機(jī)特性及其作用；答：為了防止機(jī)組在緊急停機(jī)過(guò)程中由于快速關(guān)閉導(dǎo)葉而引起抬機(jī)和過(guò)水系統(tǒng)中的壓力過(guò)高，自動(dòng)化系統(tǒng)可設(shè)置分段關(guān)閉裝置。機(jī)組的兩段關(guān)閉特性如下圖所示：Ts2時(shí)間tTs2時(shí)間t導(dǎo)葉開(kāi)度y導(dǎo)葉開(kāi)度yy0y1y2CT1T2Ts10圖中：Ts1為直線關(guān)閉時(shí)間;Ts2為分段關(guān)閉時(shí)間;C為兩段關(guān)閉的拐點(diǎn)；T1為第一段關(guān)閉時(shí)間，Y1為對(duì)應(yīng)關(guān)閉的開(kāi)度；T2為第二段關(guān)閉時(shí)間，Y2為對(duì)應(yīng)關(guān)閉的開(kāi)度。只要C點(diǎn)和選擇得當(dāng)，就既可以保證過(guò)水系統(tǒng)中的壓力與機(jī)組轉(zhuǎn)速上升在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，又可獲得最佳的防抬機(jī)效果。６、與普通水輪發(fā)電機(jī)組相比，可逆式機(jī)組