1、電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理附錄思考題電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理附錄思考題參考參考答案答案 第二部分 自動(dòng)并列 2-1發(fā)電機(jī)并列的電流允許值如何考慮? 答：沖擊電流的電動(dòng)力對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生影響，發(fā)電機(jī)定子端部繞組的機(jī)械強(qiáng)度最弱，發(fā)電機(jī)并列的電流 允許值以不對(duì)其產(chǎn)生有害影響而作為制定的依據(jù)。 2-2發(fā)電機(jī)并列條件已滿足要求，設(shè)滑差角頻率 s*分別為 0.4210-2，210-6，允許滑差角頻率 s* 為 0.4210-2，若錯(cuò)過了合閘時(shí)機(jī)，下次合閘還要等多久？自動(dòng)裝置如何解決久等問題？ 答：1) 滑差角頻率 s*為 0.4210-2 滑差角頻率有名值為 500.4210-2=0.21rad，電壓矢量旋轉(zhuǎn)一周需要的

2、時(shí)間為 2/0.21=29.9s 2) 滑差角頻率 s*為 210-6 滑差角頻率有名值為 50210-6=10-4rad，電壓矢量旋轉(zhuǎn)一周需要的時(shí)間為 2/10-4=62832s 可見，需非常長的時(shí)間才能再次進(jìn)行合閘。 3) 解決久等問題 適當(dāng)增大滑差角頻率，使其少小于允許的滑差角頻率，電壓矢量旋轉(zhuǎn)一周需要的時(shí)間將大為降低，從 而解決了久等問題。 2-3電網(wǎng)等值機(jī)組的額定容量為 10000MVA，并列點(diǎn)的等值電抗為 0.5pu，待并機(jī)組額定容量為 100MVA，次暫態(tài)電抗為 0.15，斷路器合閘時(shí)間為 0.4s，自動(dòng)裝置出口時(shí)間為 0.1s，它們的動(dòng)作時(shí)間誤差 為20%， 待并機(jī)組的最大允許

3、沖擊電流為2 GN I。 1)請(qǐng)?jiān)O(shè)定并列裝置的越前時(shí)間和允許滑差角頻率； 2) 若 需快速投入機(jī)組時(shí)，/ s ddt可能等加速增大，試問教材中的式(2-23)如何改進(jìn)？ 答：1) 首先進(jìn)行電抗折算，即將以 10000MVA 為基準(zhǔn)的標(biāo)么值折算為以 100MVA 為基準(zhǔn)的標(biāo)么值 100 0.50.005 10000 s X pu 設(shè)發(fā)電機(jī)電勢(shì)標(biāo)么值為 1.05pu，則允許滑差角頻率為 () 2 1 (0.150.005) 2arcsin2arcsin0.082 2 1.8 22 1.82 1.05 hmqs ey q iXX E rad 自動(dòng)裝置和斷路器的總合閘延遲為 0.1+0.4=0.5s，

4、所以越前時(shí)間應(yīng)為 0.5s。 其動(dòng)作時(shí)間誤差為 0.2 0.50.1t s 允許的最大滑差角頻率為 0.082 0.82rad/s 0.1 ey sy t 2) 式(2-23)為下式 2 1 2 s YJs ttt t 其中，/ se ddt，/ s t為角頻率的加速度 當(dāng)需快速投入機(jī)組時(shí)，/ s ddt可能等加速增大，設(shè) t ws t1t2 ws(t) / s d ddta dt 由圖可見，其中的紅線為/0 s d ddt dt 時(shí) s 隨時(shí)間的變化，其對(duì)時(shí)間的積分即為在該段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn) 過的相位差。該部分以由上述公式表達(dá)。 當(dāng)/ s ddt等加速變化時(shí)， s 對(duì)時(shí)間的積分比/0 s d ddt

5、 dt 多了一個(gè)陰影部分的面積。也即，在 t1、t2時(shí)間內(nèi)的相位角的變化多了一項(xiàng)。該項(xiàng)可用 2 1 1 111 1 2 1 11 11 1 2 1 111 11 1 2 2 1 121211 11 1 1 2 tt st YJst ttt t t tt st st tt t t tt st st tt t t tt st st tt t t d adx ddt dt d atddt dt d ttatddt dt d ttttatddt dt 2 22 1 121211 1 1 23 1 1212121 1 11 22 1 26 t st st t t t st st t t d ttttat

6、dt dt da tttttt dt 可見，相比/0 s d ddt dt ，多了最后一項(xiàng)。 2-4已知：兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的等值機(jī)系統(tǒng)如附圖 1-1 所示，其電壓幅值相等，頻率分別為： tfcos1 . 050 1 Hz，tf2sin1 . 050 2 Hz，現(xiàn)準(zhǔn)備進(jìn)行恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期互聯(lián)操作，設(shè)遠(yuǎn)程通訊、 繼電器和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和為 0.14 秒，求調(diào)度中心發(fā)出合閘信號(hào)的時(shí)刻。 答：合閘相角差表達(dá)式為： 12 01020 22 ()0.2 cos0.2 sin2 0.1 es e ffftt 先不考慮提前量求出合閘時(shí)刻，合閘時(shí)刻即為相角差為零的時(shí)刻 01 . 02cos1 . 0sin2 .

7、 02sin2 . 0cos2 . 0 0 ttdttt ee 2 51 sin01sinsin1sin21sin212cossin2 22 ttttttt 8078. 32kt或6662. 02kt 8078. 3 1 t，5.6169 2 t， 考慮時(shí)間提前量 0.14 秒，則調(diào)度中心發(fā)出合閘信號(hào)的時(shí)刻可為：3.6678 秒，5.4769 秒，等等。 第三部分 勵(lì)磁控制 3-1某電廠有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)在公共母線上并聯(lián)運(yùn)行，1 號(hào)機(jī)的額定功率為 25MW，2 號(hào)機(jī)的額定功率為 50MW。兩臺(tái)機(jī)組的額定功率因數(shù)都是 0.85。2 號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)差系數(shù)為 0.05，1 號(hào)機(jī)為無差調(diào)節(jié)特性。 若系統(tǒng)無

8、功負(fù)荷波動(dòng)使電廠無功增量為它們總無功容量的 20， 問各機(jī)組承擔(dān)的無功負(fù)荷增量是多少？母 線上的電壓波動(dòng)是多少？若電廠無功增量為它們總無功容量的 60，情況又如何？ 答： 1 號(hào)機(jī)額定無功功率： 111 tan25tan arccos0.8515.49 G NG N QPMvar 1 號(hào)機(jī)額定視在功率： 111 /cos25/0.8529.41 G NG N SPMVA 2 號(hào)機(jī)額定無功功率： 222 tan50tan arccos0.8530.99 G NG N QPMvar 因?yàn)?1 號(hào)機(jī)為無差調(diào)節(jié)特性，所以 1 號(hào)機(jī)將盡其所能承擔(dān)無功功率的增量，如果 1 號(hào)機(jī)能承擔(dān)無功功 率的全部增量（

9、即其值小于額定視在功率） ，則母線電壓保持不變。 當(dāng)電廠無功增量為總無功容量的 20時(shí)(題目隱含 1 號(hào)機(jī)組承擔(dān)全部無功增量)： 121 0.20.215.4930.999.3 GG NG NG e QQQS 1 號(hào)機(jī)承擔(dān)無功功率的全部增量 9.3Mvar，母線電壓保持不變，即0 U。 當(dāng)電廠無功增量為總無功容量的 60時(shí)(題目隱含 1 號(hào)機(jī)組不能承擔(dān)全部無功增量， 2 號(hào)機(jī)組承擔(dān)部分 無功增量)： 12 0.60.615.4930.9927.89 GG NG N QQQMvar 設(shè) 1 號(hào)機(jī)組的初始輸出無功功率為 x Mvar，還可以輸出(15.49-x) Mvar，剩余的無功由 2 號(hào)機(jī)組

10、承擔(dān) 27.89-(15.49-x)=(12.4+x) Mvar。2 號(hào)機(jī)組的調(diào)差系數(shù)均為 0.05 故母線電壓波動(dòng)量為 2 12.4 0.050.03870.0016 30.99 L x UQx pu 即母線電壓下降了0.03870.0016xpu。 3-4如何避免發(fā)電機(jī)推出運(yùn)行時(shí)的無功電流沖擊？ 答：當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出無功功率時(shí)，將發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流逐步減小， 發(fā)電機(jī)輸出的無功電流也將逐步減小，當(dāng)其降到零時(shí)，斷開并列斷路 器即可避免無功電流沖擊。 當(dāng)發(fā)電機(jī)吸收無功功率時(shí)，將發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流逐步增大，發(fā)電 機(jī)吸收的無功電流也將逐步減小，當(dāng)其降到零時(shí)，斷開并列斷路器即 UI U a b UG1總無功負(fù)

11、荷總無功負(fù)荷UGII 可避免無功電流沖擊。 3-6設(shè) 4 臺(tái)發(fā)電機(jī)在同一母線并列運(yùn)行，如果改變發(fā)電機(jī)母線電壓而不改變其無功負(fù)荷的分配，試問 如何操作？ 答：先從 2 臺(tái)機(jī)組的并列運(yùn)行開始討論：當(dāng)需改變發(fā)電機(jī)母線電壓而不改變 2 臺(tái)機(jī)組間無功負(fù)荷的分 配的比例時(shí)，設(shè)其所承擔(dān)的無功負(fù)荷總量不變，則由圖可見，僅需將 2 臺(tái)機(jī)組的電壓-無功特性上移，則其 工作點(diǎn)將從 a 點(diǎn)變化到 b 點(diǎn)。對(duì) 4 臺(tái)機(jī)組可同理操作。 第四部分 調(diào)頻與低頻減載 4-1已知：兩機(jī)組并聯(lián)在一條母線上，%4 *1 R，%5 *2 R，且調(diào)速系統(tǒng)保證了兩臺(tái)機(jī)完全同步， 若 1 號(hào)機(jī)組額定功率為 60MW，兩機(jī)均以額定功率運(yùn)行，試

12、求當(dāng)系統(tǒng)要求增加 20MW 的輸出時(shí)，母線的 頻率是多少？ 答：題目缺少條件：2 號(hào)機(jī)組的額定功率。 補(bǔ)充條件：2 號(hào)機(jī)組的額定功率為 100MW。則有 1 12 11*2* * 60 100 0.0457 60100 0.040.05 n GNi iGN1GN2 n GNGN GNi i i P PP R PPP RRR pu /0.0457 20/1200.0076 LGN1GN2 fRPPP pu 其有名值為 0.0076*500.38f Hz 母線頻率降為 50-0.38=49.6 Hz 4-2 已知某電力系統(tǒng)， * 1.5 L K， * 20 G K， 當(dāng)3000 L PMW 時(shí)，5

13、0 N fHz， 求負(fù)荷增加 120MW 時(shí)，系統(tǒng)調(diào)速后的運(yùn)行點(diǎn)。 答：由圖可知，當(dāng)負(fù)荷功率增加時(shí)，系統(tǒng)頻率下降，發(fā)電機(jī)增加發(fā)電功率，負(fù)荷吸收的功率較額定頻 率時(shí)少，兩者之和等于負(fù)荷功率增量，故有 LGL PKKff =-=- 從而有 120/3000 0.0019pu 1.520 L P f 其有名值為 0.0019 50=-0.093Hzf 穩(wěn)定后的系統(tǒng)頻率為 50-0.093=49.907Hz 發(fā)電機(jī)增加的發(fā)電功率 20 0.00190.038 GG PKf =-=pu 其有名值為 P f o PLN1 fN a b c d 1 PLN=F1 (f) P L=F2 (f) PL3PLN2

14、 f2 f3 P f o PLN1 fN a b c d 1 PLN=F1 (f) P L=F2 (f) PL3PLN2 f2 f3 0.038 3000 114 G P=MW 負(fù)荷減少的功率為 120-114=6MW。 4-3已知：某發(fā)電廠有 3 臺(tái)發(fā)電機(jī)組在公共母線上并聯(lián)運(yùn)行，1 號(hào)機(jī)組額定功率 100MW，2 號(hào)機(jī)組 額定功率 300MW，3 號(hào)機(jī)組額定功率 600MW。三臺(tái)機(jī)組的額定功率因數(shù)85 . 0 cos N ，假設(shè) 85. 0, 0cos。 (1) 若 1 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差系數(shù)為 0，2、3 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差系數(shù)都為 0.05，當(dāng)系統(tǒng)無 功負(fù)荷波動(dòng)使電廠無功增量為它

15、們總額定無功容量的 20時(shí)， 問各機(jī)組承擔(dān)的無功負(fù)荷增量是多少？母線 上的電壓波動(dòng)是多少？ (2) 此時(shí)若 1 號(hào)機(jī)組燃料耗量特性為 2 111 0007. 03 . 04 GG PPF t/h，2 號(hào)機(jī)組燃料耗量特性為 2 222 00045. 03 . 05 . 3 GG PPF t/h，3 號(hào)機(jī)組燃料耗量特性為 2 333 0004. 032. 03 GG PPF t/h，系統(tǒng) 總有功負(fù)荷為 800MW，試分析 3 臺(tái)機(jī)組之間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，計(jì)算 3 臺(tái)機(jī)組的燃料耗量。 答：(1)各機(jī)組的額定無功功率為 111 tan100 tan arccos0.8561.7 G NG N QQMva

16、r 222 tan300 tan arccos0.85185.1 G NG N QQMvar 333 tan600 tan arccos0.85370.2 G NG N QQMvar 負(fù)荷無功增量增加的總量為 3 3 1 0.2tan600tan arccos0.85123.4 LGiN i QQ Mvar 題目中系統(tǒng)的初始運(yùn)行狀態(tài)未給定， 這里設(shè)1 號(hào)機(jī)組的初始輸出無功功率為 x Mvar， 還可以輸出(61.7-x) Mvar， 剩余的無功由 2、 3 號(hào)機(jī)組共同承擔(dān) 123.4-(61.7-x)=(61.7+x) Mvar。 2、 3 號(hào)機(jī)組的調(diào)差系數(shù)均為 0.05， 故其等值調(diào)差系數(shù)也為 0.05。 故母線電壓波動(dòng)量為 23 23 61.7 0.050.00560.00009 L G NG N x UQx QQ pu 即母線電壓下降了0.00560.00009xpu。 (2)各機(jī)組的耗量微增率為 1 11 1 0.30.0014 G G F P P 2 22 2 0.30.0009 G G F P P 3 33 3 0.320.0008 G G F P P 經(jīng)濟(jì)分配時(shí)各機(jī)組耗量微增率相等 由 12 ，得 12 9 14 GG PP 由 23 ，得 32 9 2.5 8 GG PP 再由 123 800 GGG PPPMW，得 222 99 2.5800 148