變電站綜合自動化系統(tǒng)的智能裝置

1、第六章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的智能裝置第一節(jié) 電壓、無功綜合自動控制裝置 一、變電站調(diào)壓的主要手段 電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，保證用戶處的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運行調(diào)整的基本任務(wù)之一。 電壓偏移過大不僅對用戶的正常工作產(chǎn)生不利影響，還可能使網(wǎng)損增大，甚至危害系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 長期的研究結(jié)果表明，造成電壓質(zhì)量下降的主要原因是系統(tǒng)無功功率不足或無功功率分布不合理，所以電壓調(diào)整問題主要是無功功率的補償與分布問題。 作為變電站調(diào)壓的主要手段，一般都采用有載調(diào)壓變壓器和補償電容器。有載調(diào)壓變壓器可以在帶負(fù)荷的條件下切換分接頭，從而改變變壓器的變比，可起到調(diào)整電壓、降低損耗的作用。而合理地配置

2、無功功率補償容量，可改變網(wǎng)絡(luò)中無功功率補償容量，可改變網(wǎng)絡(luò)中的無功潮流，改善功率因數(shù)，減少網(wǎng)損和電壓損耗，從而改善用戶的電壓質(zhì)量。以上兩種措施雖然都有調(diào)整電壓的作用，但其原理、作用和效果是不同的。 在利用有載調(diào)壓變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)壓時，調(diào)壓本身并不產(chǎn)生無功功率，因此在整個系統(tǒng)無功不足的情況下不可用這種方法來提高全系統(tǒng)的電壓水平;而利用補償電容器進(jìn)行調(diào)壓，由于補償裝置本身可產(chǎn)生無功功率。因此這種方式既能彌補系統(tǒng)無功的不足，又可改變網(wǎng)絡(luò)中的無功分布。然而在系統(tǒng)無功充足但由于無功分布不合理而造成電壓質(zhì)量下降時，這種方式卻又是無能為力的。因此只有將兩者有機結(jié)合起來才有可能達(dá)到良好的控制效果。在傳統(tǒng)的控

3、制下，這兩種控制方式使運行人員根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度部門下達(dá)的電壓無功控制計劃，根據(jù)運行情況進(jìn)行調(diào)整。這不僅增加了值班人員的勞動強度，而對雙參數(shù)調(diào)整難以達(dá)到最優(yōu)的控制效果。隨著無人值班變電站的建立和計算機技術(shù)在變電站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，為了提高電壓合格率和降低能耗，目前各種電壓等級的變電站中普遍采用了電壓，無功綜合控制器。就是在變電站中利用有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)電容器組。根據(jù)運行情況進(jìn)行本站的電壓和無功自動調(diào)整，以保證負(fù)荷側(cè)母線電壓在規(guī)定范圍之內(nèi)及進(jìn)線功率因數(shù)盡可能高的一種裝置。 變電站就地電壓、無功綜合自動控制（VQC）調(diào)節(jié)有兩種方法:第一種方法采用硬件裝置，采樣有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補償電容器的數(shù)據(jù)，通過

4、控制和邏輯運算全站的電壓和無功自動調(diào)節(jié)，以保證負(fù)荷側(cè)母線電壓在規(guī)定的范圍之內(nèi)及進(jìn)線功率因數(shù)盡可能高，有功損耗盡可能低的一種裝置。這種裝置具有獨立的硬件，因此它不受其他設(shè)備的運行狀態(tài)影響，可靠性較高。這種裝置適合在電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)尚不太合理、基礎(chǔ)自動化水平不高的電力網(wǎng)的變電站內(nèi)使用。第二種方法是軟件VQC，它是在就地監(jiān)控站利用現(xiàn)成的遙測、遙信信息，通過運行控制算法，用軟件模塊控制方式來實現(xiàn)變電站電壓和無功自動調(diào)節(jié)。用這種方法可以發(fā)展為通過調(diào)度中心實施全系統(tǒng)電壓與無功的綜合在線控制。這是保持系統(tǒng)電壓正常、提高系統(tǒng)運行的可靠性的最佳方案。當(dāng)然這種方法的實施前提條件是電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理、基礎(chǔ)自動化水平高，尤

5、其適用于綜合自動化的變電站中。在這種系統(tǒng)中最明顯的優(yōu)點就是變電站全站硬件資源共享、信息共享，能采集到齊全的信息，不需要為綜合控制電壓和無功專門設(shè)置硬件裝置。 二、對電壓、無功綜合自動控制裝置的基本要求 （1）自動監(jiān)視識別變電站的運行方式和運行狀態(tài)。從而正確地選擇控制對象并確定相應(yīng)的控制方法。 （2）對目標(biāo)電壓、電壓允許偏差范圍和功率因數(shù)上下限等應(yīng)能進(jìn)行靈活整定。 （3）變壓器分接頭控制和電容器組投切應(yīng)能考慮各種條件的限制。 （4）控制命令發(fā)出后應(yīng)能自動進(jìn)行檢驗以確定動作是否成功;若不成功，應(yīng)能做出相應(yīng)的處理;每次動作應(yīng)有打印的記錄。 （5）對變電站的運行情況，如各斷路器狀態(tài)、主接線運行方式、變

6、壓器分接頭位置、母線電壓、主變壓器無功等參數(shù)應(yīng)能清晰地予以顯示，并設(shè)置故障錄波器。 （6）應(yīng)具有自檢、自恢復(fù)功能，做到硬件可靠、軟件合理、維修方便且具有一定的靈活性和活應(yīng)性。三、電壓、無功綜合自動控制策略1.電壓、無功綜合自動控制的原理 如圖61所示，由于負(fù)荷RLjXL的存在，由系統(tǒng)經(jīng)變電站到用戶的線路上均有電流流過，該電流一方面在線路上產(chǎn)生電壓損失，另一方面在線路和變壓器中引起功率損耗，即網(wǎng)損。各段線路和變壓器上的電壓損耗隨著流過電流的變化而變化，也就隨著負(fù)荷RLjXL的變化而不同。 電壓無功綜合控制所要達(dá)到的目的：一是使負(fù)荷端UL電壓與額定電壓ULN的偏差最小即| ULULN |= ULm

7、in;二是使系統(tǒng)的功率損耗最小。要達(dá)到上述調(diào)節(jié)目的，目前常采用以下兩種方法。（1）調(diào)整變壓器的變比KT。當(dāng)負(fù)荷增大，引起線路電壓損失增加，從而導(dǎo)致負(fù)荷端電壓下降時，可減小變比KT以提高變壓器低壓側(cè)電壓UD,，從而提高負(fù)荷端電壓UL;當(dāng)負(fù)荷減小導(dǎo)致負(fù)荷端電壓上升時，可增加變比KT，以降低變壓器低壓側(cè)電壓UD ，從而降低負(fù)荷端電壓UL 。變壓器變比價的變化一般靠調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭來實現(xiàn)。 (2)改變補償電容器組發(fā)出的無功功率QC。當(dāng)無補償電容器組不存在，即QC0時，負(fù)荷所需的無功功率QL均需通過線路傳送。當(dāng)補償電容器組發(fā)出的無功功率為QC 時，則系統(tǒng)只需向負(fù)荷提供QL QC 大小的無功功率

8、即可，即線路上傳送的無功功率為QL QC比無補償電容器組存在時明顯減少，因此沿線路的電壓損失將減小，從而可提高變電站的母線電壓。同時線路上傳送無功功率數(shù)量的減小，將導(dǎo)致線路上電流減小，線路上的功率損耗(網(wǎng)損)將隨之降低，變電站的功率因數(shù)也隨之改善。 2.變電站運行方式的識別 大型變電站中一般擁有多臺有載調(diào)壓變壓器，系統(tǒng)運行過程中這些變壓器可能有多種運行方式。 如在某種運行過程下，某些變壓器可能處于運行狀態(tài)，而另一些變壓器可能處于停運狀態(tài);參加運行的變壓器之間可并列運行，也可獨立運行。 在對變電站的電壓、無功進(jìn)行綜合控制過程中，為了確定控制對象并進(jìn)一步確定控制對策，首先必須對變電站中各變壓器的運

9、行方式進(jìn)行識別。 對于具有兩臺主變壓器的變電站，其運行方式比較簡單。實際上只有四種運行方式:兩臺主變壓器均運行時：兩臺主變壓器并列運行;兩臺主變壓器獨立運行;只有一臺主變壓器運行時：一號主變壓器運行，二號主變壓器停運;二號主變壓器運行。一號主變壓器停運。 但對于主變壓器臺數(shù)較多的大型變電站，其運行方式就比較復(fù)雜。如對于具有三臺主變壓器的變電站，就有14種運行方式。 目前實際采用的識別方式有人工設(shè)置和自動識別兩種。人工設(shè)置就是主站的運行人員根據(jù)上傳至主站的有關(guān)狀態(tài)信息對變電站的運行方式進(jìn)行判斷，然后再通過通信系統(tǒng)將該運行方式通知電壓無功綜合控制系統(tǒng)。自動識別是電壓、無功綜合控制系統(tǒng)根據(jù)主接線的斷

10、路器狀態(tài)，如變壓器的高中低側(cè)斷路器狀態(tài)、母聯(lián)和旁路的斷路器狀態(tài)等，自動進(jìn)行分析判斷，以確定當(dāng)時的運行方式。 3.變電站運行狀態(tài)的檢測和識別 所謂變電站的運行狀態(tài)是指變電站的各種電氣量所處的狀態(tài)。只有正確地掌握變電站的運行狀態(tài)，才能正確地選擇控制對策，從而達(dá)到自動控制的目的。 作為變電站電壓、無功綜合控制裝置，由于其控制對象主要是變壓器分接頭和并聯(lián)電容組， 控制目的是保證主變壓器二次電壓在允許范圍內(nèi)，且盡可能提高進(jìn)線的功率因數(shù)，故一般選擇電壓和進(jìn)線處功率因數(shù)(或無功功率)為狀態(tài)變量。 根據(jù)狀態(tài)變量的大小，可將變電站的運行狀態(tài)劃分為九個區(qū)域，如圖6-2所示，簡稱“九區(qū)圖”。 圖中縱坐標(biāo)為電壓U。，

11、橫坐標(biāo)為功率因數(shù)cos。 電壓、無功綜合控制裝置實質(zhì)上是一個多輸入多輸出的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。從控制理論的角度上來說，它又是一個多限值電壓上下限、功率因數(shù)(無功)上下限、主變分接頭斷路器調(diào)肯次數(shù)、并聯(lián)電容器組日投切次數(shù)及用戶特殊要求等多目標(biāo)(電壓及功率因數(shù)合格)的最優(yōu)控制問題。盡管該控制問題的目標(biāo)函數(shù)是明確的，但實際上其中許多因素是難以解析描述的，因此控制規(guī)律很難用一個統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來表示，目前實際裝置多采用結(jié)合工程的實用控制法。 當(dāng)變電站運行于0區(qū)域時，電壓和功率因數(shù)均合格，此時不需要進(jìn)行調(diào)整； (1)簡單越限情況 當(dāng)變電站運行于1區(qū)域時，電壓超過上限而功率因數(shù)合格，此時應(yīng)調(diào)整變壓器分接頭使電

12、壓降低。如單獨調(diào)整變壓器分接頭無法滿足要求時，可考慮強行切除電容器組。 當(dāng)變電站運行于5區(qū)域時，電壓低于下限而功率因數(shù)合格，此時應(yīng)調(diào)整變壓器分接頭使電壓升高，直至分接頭無法調(diào)整(次數(shù)限制或檔位限制)。當(dāng)變電站運行于3區(qū)域時，功率因數(shù)低于下限而電壓合格，此時應(yīng)投入電容器組直至功率因數(shù)合格。 當(dāng)變電站運行于7區(qū)域時，功率因數(shù)超過上限而電壓合格，此時應(yīng)切除電容器組直至功率因數(shù)合格。 (2)雙參數(shù)越限情況 當(dāng)變電站運行于2區(qū)域時，電壓超過上限而功率因數(shù)低于下限，此時如先投入電容器組，則電壓會進(jìn)一步上升。因此先調(diào)整變壓器分接頭使電壓降低，待電壓合格后若功率因數(shù)仍越限再投入電容器組。 當(dāng)變電站運行于4區(qū)域

13、時，電壓和功率因數(shù)同時低于下限，此時如先調(diào)整變壓器分接頭升壓，則無功會更加缺乏。因此應(yīng)先投人電容器組，待功率因數(shù)合格后若電壓越限再調(diào)整變壓器分接頭使電壓升高。 當(dāng)變電站運行于6區(qū)域時，電壓低于下限而功率因數(shù)超過上限，此時如先切除電容器組，則電壓會進(jìn)一步下降。因此應(yīng)先調(diào)整變壓器分接頭使電壓升高，待電壓合格后若功率因數(shù)仍越限再切除電容器組。 當(dāng)變電站運行于8區(qū)域時，電壓和功率因數(shù)同時超過上限，此時如先調(diào)整變壓器分接頭降壓，則無功會更加過剩。因此應(yīng)先切除電容器組，待功率因數(shù)合格后若電壓仍越限再調(diào)整變壓器分接頭使電壓降低。四、電壓、無功綜合自動控制方式 前面已經(jīng)提到，變電站中對電壓、無功的綜合控制，主

14、要是自動調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置和自動控制無功補償設(shè)備(電容器、電抗器、調(diào)相機等)的投、切或控制其運行工況。在實際應(yīng)用中，其控制方式有如下三種。 (1)集中控制方式。集中控制方式是指在調(diào)度中心對各個變電站的主變壓器的分接頭位置和無功補償設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的控制。 (2)分散控制方式。這是我國當(dāng)前進(jìn)行電壓、無功調(diào)節(jié)控制的主要方式。分散控制是指在各個變電站或發(fā)電廠中，自動調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置或其他調(diào)壓設(shè)備，以控制地區(qū)的電壓和無功功率在規(guī)定的范圍內(nèi)。(3)關(guān)聯(lián)分散控制方式。所謂關(guān)聯(lián)分散控制，是指電力系統(tǒng)正常運行時，由分散安裝在各廠、站的分散控制裝置或控制軟件進(jìn)行自動調(diào)控；而在系統(tǒng)負(fù)荷變化較

15、大或緊急情況或系統(tǒng)運行方式發(fā)生大的變動時，可由調(diào)度中心直接操作控制，或由調(diào)度中心，修改下屬變電站所應(yīng)維持的母線電壓和無功功率的定值，以滿足系統(tǒng)運行方式變化后新的要求。 關(guān)聯(lián)分散控制最大的優(yōu)點是:在系統(tǒng)正常運行時，做到責(zé)任分散、控制分散、危險分散;緊急情況下，執(zhí)行應(yīng)急任務(wù)，因而可以從根本上提高全系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。五、電壓、無功綜合自動控制裝置舉例1.微機型電壓、無功綜合控制裝置的主要特點微機型電壓、無功綜合控制裝置一般可適用于各種電壓等級的變電站，可同時分別控制1 3臺有載調(diào)壓變壓器分接頭位置和1 12組無功補償電容器的投、切。不論變電站采用何種接線方式和運行方式，裝置均能自動判斷，并能執(zhí)行

16、正確的調(diào)控命令。2.微機型電壓、無功綜合控制裝置的硬件原理結(jié)構(gòu)3.微機型電壓、無功綜合控制裝置軟件流程第二節(jié)備用電源自動投人裝置 備用電源自動投人裝置是電力系統(tǒng)故障或其他原因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源或備用設(shè)備或其他正常工作的電源自動投入工作，使原來工作電源被斷開的用戶能迅速恢復(fù)供電的一種自動控制裝置，簡稱AAT裝置。 備用電源自動投入是保證電力系統(tǒng)連續(xù)可靠供電的重要措施。 一、備用電源的配置方式 備用電源的配置一般有明備用和暗備用兩種基本方式。 系統(tǒng)正常時，備用電源不工作，稱為明備用； 系統(tǒng)正常運行時，備用電源也投入運行的，稱為暗備用。 暗備用實際上是兩個工作電源互為備用。 （1）

17、明備用的控制。有一個工作電源和一個備用電源 1L為工作電源， 1QF合上； 2L為備用電源，2QF斷開。 備用電源自動投人裝置控制的是備用電源進(jìn)線的2QF ，即當(dāng)變電站正常運行時，由1L進(jìn)線供電，當(dāng)1L因故障被切除即1QF跳開時，備用進(jìn)行2QF自動合閘，保證變電站的繼續(xù)供電。 (2)暗備用的控制。 有兩個工作電源的變電站，兩回進(jìn)線同時對變電站供電，有兩種正常運行方式。 1）高壓分段斷路器3QF斷開。 備用電源自動投人裝置控制的是高壓母線分段斷路器，稱為暗備。 當(dāng)一個工作電源發(fā)生故障被切除后，例如:進(jìn)線2L故障，2QF跳開后，高壓母線分段斷路器3QF自動合閘，由一個工作電源1L供給變電站的負(fù)荷。

18、 2)正常運行時，低壓母聯(lián)斷開。 變電站正常運行時，其低壓母聯(lián)是分開的。即低壓側(cè)I段和II段母線上的負(fù)荷分別由1號變壓器和2號變壓器供電，兩臺主變壓器中有一臺發(fā)生故障而跳開時，備用電源自動投入裝置則發(fā)出控制指令，使低壓母聯(lián)斷路器5QF合上，保證I, II段母線的負(fù)荷供電。這種備用電源的配置也屬暗備用配置。 二、備用電源自動投入裝置的特點 (1)工作電源確實斷開后，備用電源才投入。 工作電源失壓后，無論其進(jìn)線斷路器是否跳開，既使已測定其進(jìn)線電流為零，但還是要先斷開該斷路器，并確認(rèn)是已跳開后，才能投人備用電源。這是為了防止備用電源投入到故障元件上。 (2)備用電源自動投入切除工作電源斷路器必須經(jīng)延

19、時。 經(jīng)延時切除工作電源進(jìn)線斷路器是為了躲過工作母線引出線故障造成的母線電壓下降，因此延時時限應(yīng)大于最長的外部故隆切除外時間。 但是在有的情況下，可以不經(jīng)延時直接跳開工作電源進(jìn)線斷路器，以加速合上備用電源。例如工作母線進(jìn)線側(cè)的斷路器跳開，且進(jìn)線側(cè)無重合閘功能時，當(dāng)手動合上備用電源時也要求不經(jīng)延時直接跳開工作電源進(jìn)線斷路器。 （3）手動跳開工作電源時，備用電源自動投入裝置不應(yīng)動作。在就地或遙控跳斷路器時，備用電源自投裝置自動退出。 （4）應(yīng)具有閉鎖備用電源自動投入裝置的功能。 每套備用自動投入裝置均應(yīng)設(shè)置有閉鎖備用電源自動投入的邏輯回路，以防止備用電源投到故障的元件上，造成事故擴(kuò)大的嚴(yán)重后果。

20、（5）備用電源不滿足有壓條件，備用電源自動投入裝置不應(yīng)動作。 （6）工作母線失壓時還必須檢查工作電源無流，才能啟動備用電源自動投入，以防止TV二次三相斷線造成誤投。 （7）備用電源自動投入裝置只允許動作一次。 微機型備用電源自動投人裝置可以通過邏輯判斷來實現(xiàn)只動作一次的要求，但為了便于理解，在闡述備用電源自動投入裝置邏輯程序時廣泛用電容器“充放電”來模擬這種功能。 備用電源自動投人裝置滿足啟動的邏輯條件，應(yīng)理解為“充電”條件滿足;延時啟動的時間應(yīng)理解為“充電”時間到后就完成了全部準(zhǔn)備工作; 當(dāng)備用電源自動投入裝置動作后或者任何一個閉鎖及退出備用電源自動投人電源條件存在時，立即瞬時完成“放電”。

21、“放電”就是模擬閉鎖備用電源自動投人裝置，放電后就不會發(fā)生備用電源自動投人裝置第二次動作。這種“充放電”的邏輯模擬與微機自動重合閘的邏輯程序相類似。三、微機型備用電源自動投入裝置舉例(一)備用電源自動投入裝里的硬件結(jié)構(gòu)(二)軟件原理 AAT的每個動作邏輯的控制條件可分為允許條件和閉鎖條件兩類。 當(dāng)允許條件滿足，而閉鎖條件不滿足時，備自投動作出口。為防止AAT重復(fù)動作，借鑒保護(hù)裝置中重合閘邏輯的做法，在每一備用電源自投動作邏輯中設(shè)置一個“充電”計數(shù)器。 計數(shù)器“充電”的條件是:不是所有允許條件都滿足且時間超過10s以上條件同時滿足后為“充電”滿狀態(tài)。 計數(shù)器“放電”的條件是:任一閉鎖條件滿足;備

22、用電源自投動作出口。以上條件滿足任一個，立即對該計數(shù)器“放電”。第三節(jié) 自動按頻率減負(fù)荷裝置 電力系統(tǒng)的頻率是電能質(zhì)量重要的指標(biāo)之一。電力系統(tǒng)正常運行時，必須維持頻率在50 0. 1 -0. 2 Hz的范圍內(nèi)。系統(tǒng)頻率偏移過大時，發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備都會受到不良的影響。輕則影響工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量;重則損壞汽輪機、水輪機等重要設(shè)備，甚至引起系統(tǒng)的“頻率崩潰”，致使大面積停電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 一、頻率偏移對電力系統(tǒng)的影響 1.電流系統(tǒng)頻率偏移的原因 電力系統(tǒng)的頻率是反映系統(tǒng)有功功率是否平衡的質(zhì)量指標(biāo)。 電力系統(tǒng)所有發(fā)電機輸出的有功功率的總和，在任何時刻都將等于此系統(tǒng)各種用電設(shè)備所需的有功功

23、率和網(wǎng)絡(luò)的有功損耗的總和。但由于有功負(fù)荷經(jīng)常變化，其任何變動都將立刻引起發(fā)電機輸出電磁功率的變化，而原動機輸入功率由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的滯后，不能立即隨負(fù)荷波動而作相應(yīng)的變化，此時發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡被打破，發(fā)電機轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，系統(tǒng)的頻率隨之發(fā)生偏移。 2.電力系統(tǒng)頻率偏移的危害 (1)頻率偏移對發(fā)電機和系統(tǒng)安全運行的影響。頻率下降時，汽輪機葉片的振動會變大。頻率下降到47-48Hz時，廠用機械的出力隨之下降，從而使火電廠發(fā)電機發(fā)出的有功功率下降，使電力系統(tǒng)頻率下降到不能允許的程度，嚴(yán)重時出現(xiàn)頻率雪崩會造成大面積停電，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。在核電廠中，反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)泵對供電頻率有嚴(yán)格要求。當(dāng)頻率降到

24、一定數(shù)值時，冷卻介質(zhì)泵自動停運，使反應(yīng)堆停止運行。電力系統(tǒng)頻率下降時，異步電動機和變壓器的勵磁電流增加，使異步電動機和變壓器的無功消耗增加，從而使系統(tǒng)電壓下降。嚴(yán)重時出現(xiàn)電壓雪崩會造成大面積停電，甚至造成系統(tǒng)瓦解。 （2）頻率偏移對電力用戶的不利影響。電力系統(tǒng)頻率變化會引起異步電動機轉(zhuǎn)速變化，這會使得電動機所驅(qū)動的加工工業(yè)產(chǎn)品的機械轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。有些產(chǎn)品(如紡織和造紙行業(yè)的產(chǎn)品)對加工機械的轉(zhuǎn)速要求很高，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定會影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至?xí)霈F(xiàn)次品和廢品。電力系統(tǒng)頻率波動會影響某些測量和控制用的電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性能。電力系統(tǒng)頻率降低使電動機的轉(zhuǎn)速和輸出功率降低，導(dǎo)致所帶動機械的轉(zhuǎn)速和出力降低，影

25、響電力用戶設(shè)備的正常運行。 二、電力系統(tǒng)負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性 電力系統(tǒng)正常運行時，總有功負(fù)荷PL與頻率f的關(guān)系，稱為負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。不同類型負(fù)荷消耗的有功功率，隨頻率變化的敏感程度不一樣，它與負(fù)荷的性質(zhì)有關(guān)。電力系統(tǒng)的負(fù)荷，一般可分為如下三類: 第一類:負(fù)荷消耗的有功功率與頻率無關(guān)，如電熱、照明和整流器負(fù)荷等。 第二類:負(fù)荷消耗的有功功率與頻率的一次方成正比，如碎煤機、金屬切削機等負(fù)荷。 第三類:負(fù)荷消耗的有功功率與頻率二次方、高次方成正比，如通風(fēng)泵、水泵等負(fù)荷。第四節(jié)小電流接地系統(tǒng)單相接地自動選線裝置 我國電力系統(tǒng)中性點的運行方式主要有三種:中性點不接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地和中性點直接接

26、地。 前兩種接地系統(tǒng)統(tǒng)稱為小電流接地系統(tǒng)，后一種接地系統(tǒng)又稱為大電流接地系統(tǒng)，這種區(qū)分方法是根據(jù)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時接地電流的大小劃分的。 美國和加拿大根據(jù)自己國情規(guī)定，單相接地短路電流值處在三相短路電流的025%范圍內(nèi)，為小電流接地系統(tǒng)； 我國早期接地技術(shù)規(guī)程規(guī)定： 不論電力系統(tǒng)中性點的接地方式如何，只要單相接地電流或同點兩相接地時的入地電流小于500A的屬于小電流接地； 后來修訂時刪除；改為凡是單相接地電弧能夠瞬間自行熄滅者屬于小電流接地方式。 小電流接地方式中，主要1、中性點諧振接地方式；2、中性點不接地方式；3中性點經(jīng)高阻接地方式； 我國10-35kV電網(wǎng)中，普遍采用中性點不接地或

27、中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，在這些電網(wǎng)中單相接地故障是最常見的故障之一。 當(dāng)小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，故障電流很小，對供電設(shè)備不致造成很大的危害。 此時，故障相電壓降低(金屬性接地時為零)，非故障相電壓升高(最大為線電壓)，但線電壓仍然保持對稱，此時允許電網(wǎng)繼續(xù)運行一段時間，而不影響正常的供電。 但單相接地故障如果不作及時處理，很有可能發(fā)展成為兩相接地短路故障，因此正確而及時地把單相接地故障檢測出來，對提高供電可靠性具有重要的實際意義。 對于單相接地故障，傳統(tǒng)的檢測方法是利用二次側(cè)接成開口三角形的三相五柱式電壓互感器。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，開口三角形端將出現(xiàn)將近100V的零序電壓，

28、使過電壓繼電器動作，啟動中央信號回路的電鈴和光字牌，即可反映出是哪一級電網(wǎng)上發(fā)生了單相接地故障。 但這種方法并不能確定究竟是哪一條線路發(fā)生了故障，通常還需要通過“順序拉閘法”尋找故障線路，這不僅操作復(fù)雜，對斷路器壽命也有影響，而且會造成不必要的停電損失。 變電站實現(xiàn)無人值班后，上述接地檢查方法就不適用了。需要有一種新的接地檢查方法和達(dá)到下述主要技術(shù)要求的裝置。來完成中性點不接地系統(tǒng)配電線路接地檢查。 （1）裝置的工作不受系統(tǒng)運行方式和接地點過渡電阻的影響。 （2）裝置能用于中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式（小電流）系統(tǒng)。 （3）裝置使用時，調(diào)試應(yīng)簡單，維護(hù)量小，不用進(jìn)行定值整定。 （4）裝置應(yīng)

29、能適應(yīng)長、短不同的線路、架空線路及電纜線路，對線路多少不限。（5）在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，能自動區(qū)分是變電站母線接地還是配電線路接地，自動選擇顯示線路編號、名稱及母線段號。 （6）瞬時接地記憶、存儲。 （7）配有通信接口，能與RTU通信。 目前，在較先進(jìn)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，都配置有單相接地自動選線裝置，用于在不停電的情況下尋找故障線路。 一、小電流接地系統(tǒng)單相接地分析 (一)中性點不接地系統(tǒng)的正常運行狀態(tài) 中性點不接地的三相系統(tǒng)在正常運行時，各線路經(jīng)過完善的換位，三相對地電容是相等的，因此各相對地電壓也是對稱的。 如圖614所示，線路上A相電流等于負(fù)荷電流IAL和對地電容電流IAC 的相量和，當(dāng)

30、三相負(fù)荷電流平衡，對地電容電流對稱時，三相電容電流相量和等于零，所以地中沒有電容電流通過，中性點電位為零。 但是實際上三相對地電容是不可能絕對平衡的，這就引起中性點對地電位偏移，這個偏移的電壓稱為中性點的位移電壓。 當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，為了分析方便，設(shè)線路為空載運行，忽略電源內(nèi)和線路上的壓降，則電容電流的分布如圖所示。(二)單相接地故障時接地電流與零序電壓的特點如A相直接接地UA = 0，非故障相電壓UB和UC均升高3倍，即變?yōu)榫€電壓值，中性 點位移電壓U0 EA 。非故障相電容電流IBC和ICC的相量和就是該線路的電容電流，即IBC十ICC IC3 ，其相量圖如圖6-16( c)所示。

31、因為故障線路的零序電流可用下式所示，其相量圖如圖6 - 16 (b)所示。由以上相量分析，可得出如下幾個結(jié)論:中性點不接地系統(tǒng)，單相接地故障時，中性點位移電壓為EA 。非故障線路電容電流就是該線路的零序電流。故障線路首段的零序電流數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路全部電容電流的總和，其方向為線路指向母線，與非故障線路中零序電流的方向相反。該電流由線路首段的TA反應(yīng)到二次側(cè)。以上三點結(jié)論就是中性點不接地系統(tǒng)基波零序電流方向自動接地選線裝置軟件工作原理。 (三)中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的接地電流特點 中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，當(dāng)在線路XL- 3的A相發(fā)生單相接地時，電容電流的分布如圖所示。 二、小電流接地

32、自動選線裝置的軟件原理 中性點不接地系統(tǒng)單相接地時.產(chǎn)生零序電壓、零序電流的大小及相位，接地過渡電阻的大小與系統(tǒng)運行方式之間的關(guān)系十分復(fù)雜，對小電流接地選線裝置的正確工作影響很大，是研究小電流接地選線裝置的一大難題。 （一）零序功率方向原理 中性點不接地系統(tǒng)在正常運行時，各相對地電壓是對稱的，中性點對地電壓為零，電網(wǎng)中無零序電壓。如果線路各相對地電容量相同，在各相電壓作用下各相電容電流相等并超前于相應(yīng)相電壓900 。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓變?yōu)殡娋W(wǎng)線電壓。這時電網(wǎng)中出現(xiàn)零序電壓，其大小等于電網(wǎng)正常工作時的相電壓。同時，故障線路和非故障線路出現(xiàn)零序電流，非

33、故障線路零序電流大小等于本線路接地電容電流且超前零序電壓900; 故障線路的零序電流大小等于所有非故障線路零序電流之和，且滯后零序電壓900 。所以故障線路與非故障線路出現(xiàn)零序電流相差1800 。零序功率方向原理的小電流接地裝置，就是利用在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障與非故障線路零序電流反相，由零序功率繼電器判別故漳與非故障線路。 在實際應(yīng)用時，由于零序電流互感器(或三相電流互感器構(gòu)成零序電流濾過器)二次側(cè)波形畸變、電流互感器測量誤差、信號干擾、線路長短差別懸殊、接地電阻的影響以及電壓互感器的非線性特性等影響，將造成零序方向繼電器存在死區(qū)。雖然裝置本身都設(shè)置了排序法和采用相對相位法概念，在現(xiàn)行

34、運行方式下取前三個最大的進(jìn)行比較鑒別，但誤判是難免的，對裝有消弧線圈的中性點不接地系統(tǒng)更為明顯。 （二）諧波電流方向原理 當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，在各線路中都會出現(xiàn)零序諧波電流。由于諧波次數(shù)的增加，相對應(yīng)的感抗增加，容抗減小，所以總可以找到一個m次諧波，這時故障線路與非故障線路m次諧波電流方向相反，同時對所有大于二次諧波的電流均滿足這一關(guān)系。 這種判斷諧波電流方向原理構(gòu)成的接地選線裝置不受系統(tǒng)運行方式變化及過渡電阻的影響，諧波電流相位關(guān)系與幅值無關(guān)，只要計算機能識別即可。對相位容差大，即相位大于900即認(rèn)為反相，小于900認(rèn)為同相。 （三）外加高頻信號電流原理 當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)

35、發(fā)生單相接地時，通過電壓互感器二次繞組向母線接地注入一種外加高頻信號電流，該信號電流主要沿故障線路接地相的接地點入地，部分信號電流經(jīng)其他非故障線路接地相對地電容入地。 用一只電磁感應(yīng)及諧波原理制成的信號電流探測器，靠近線路導(dǎo)體接收該線路故障相流過信號電流的大?。ü收暇€路接地相流過的信號電流大，非故障線路接地相流過的信號電流小，它們之間的比值大于10倍）判斷故障線路與非故障線路。 高頻信號電流發(fā)生器由電壓互感器開口三角的電壓起到。選用高頻信號電流的頻率與工頻及各次諧波頻率不同，因此工頻電流、各次諧波電流對信號探測器無感應(yīng)信號。 在單相接地故障時，用信號電流探測器，對注入系統(tǒng)接地相的信號電流進(jìn)行尋

36、蹤，還可以找到接地線路和接地點的確切位置。 (六)利用五次諧波判別的軟件原理 在電力系統(tǒng)中，由于發(fā)電機的電動勢中存在著高次諧波，某些負(fù)荷的非線形也會引起高次諧波，所以系統(tǒng)中的電壓和電流均含有高次諧波分量，其中以五次諧波分量數(shù)值最大。 前邊分析過，中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中，在單相接地時消弧線圈的電感電流補償接地電容電流是指基波零序電流而言的，對于五次諧波來說，情況就大不相同了。對于五次諧波來說，由于消弧線圈的電抗(wL.)增大到原來的5倍，通過消弧線圈的電感電流減小到原來的1/5;而線路容抗減小到1/5，電容電流增大到五倍。所以消弧線圈的五次諧波電流相對于非故障相五次諧波接地電容電流來說是非

37、常小的，即對于五次諧波而言，相當(dāng)于中性點不接地系統(tǒng)，IL5并不起補償作用。 以上表明:中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時，故障線路首端的五次諧波零序電流在數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路五次諧波電流的總和。其方向與非故障線路中五次諧波零序電流方向相反。該結(jié)論與中性點不接地系統(tǒng)中基波零序電流的規(guī)律完全相同。因此，在發(fā)生單相接地時，故障線路的首端五次諧波零序電流方向從線路指向母線，落后于五次諧波零序電壓900，非故障線路首端的零序電流為本線路五次諧波零序電容電流，方向從母線流向線路，超前于五次諧波零序電壓為900 。 以上結(jié)論是中性點經(jīng)消弧線圈接地的單相接地選線的判別依據(jù)，即五次諧波判別法。第

38、五節(jié)故障錄波裝置 故障錄波裝置是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，能迅速直接地記錄下與故障有關(guān)的運行參數(shù)的一種自動記錄裝置。 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，電力系統(tǒng)潮流計算、短路電流計算的理論值與實際值的差距有多大，繼電保護(hù)、自動裝置的實際動作情況如何。電氣設(shè)備受沖擊的程度怎樣，這些在理論上很難模擬，又不能通過實驗獲得的瞬間信息，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義，而利用故障錄波裝置就能獲得這些信息，所以故障錄波裝置就好像是電力系統(tǒng)故障時的“黑匣子”，是電力系統(tǒng)十分重要的安全自動裝置。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程規(guī)定： 在主要發(fā)電廠、220kV及以上變電站和220kV重要變電站，應(yīng)裝設(shè)故障錄波裝置

39、。其記錄的電網(wǎng)參數(shù)除對一般參數(shù)(電壓、電流、開關(guān)量)的記錄外，還對有關(guān)元件的有功、無功、非周期分量的初值電流及其衰減時間常數(shù)、系統(tǒng)頻率變化及各種參數(shù)變化的準(zhǔn)確時間進(jìn)行記錄。分析電網(wǎng)故障主要是指分析系統(tǒng)動態(tài)過程參數(shù)量的變化規(guī)律。故障錄波裝置必須設(shè)置故障錄波的專用傳輸接口，以便遠(yuǎn)傳調(diào)度作進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析處理。 一、故障錄波裝置的作用 （1）正確分析事故原因，為及時處理事故提供重要依據(jù)。根據(jù)所錄故障過程波形圖和有關(guān)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確反映故障類型、相別、故障電流和電壓等數(shù)據(jù)、斷路器調(diào)合閘時間和重合閘動作情況等，從而可以分析和確定事故原因，研究有效的對策，為及時處理事故提供可靠的依據(jù)。 （2）根據(jù)錄取的波形圖

40、和數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確評價繼電保護(hù)和自動裝置工作的正確性，也是十分難得的實驗數(shù)據(jù)，特別是在發(fā)生轉(zhuǎn)換性故障時，更是如此。 （3）根據(jù)錄取的波形圖和數(shù)據(jù)，結(jié)合短路電流計算結(jié)果，較準(zhǔn)確地判斷故障地點范圍，便于尋找故障點。加速處理事故進(jìn)程，減輕巡線人員勞動強度。最新微機型故障錄波裝置，判斷故障準(zhǔn)確度誤差在2%以內(nèi)。（4）分析研究振蕩規(guī)律。從錄波圖可以清楚反映振蕩發(fā)生、失步、同步振蕩、異步振蕩和再同步過程以及振蕩周期、振蕩頻率、振蕩電流和振蕩電壓特性等，為研究防止振蕩對策、改進(jìn)繼電保護(hù)和自動裝置提供依據(jù)。 （5）分析錄波圖，可以發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)和自動裝置的缺陷及一次設(shè)備的缺陷，可及時消除事故隱患;可提供轉(zhuǎn)換性故障和非全相運行再故障的信息;還可反映電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的情況等。 （6）借助錄波裝置的錄波資料提供的波形和數(shù)據(jù)，不僅可反映用于核對系統(tǒng)參數(shù)和短路計算值，而且還可實測系統(tǒng)參數(shù)，對理論上計算的系統(tǒng)參數(shù)作必要修正。 故障錄波裝置的主要部分是錄波器，根據(jù)錄波原理的不同，可分為光線式錄波器和微機型錄波器。 如較早投入運行并被廣泛采用的PGL型故障錄波裝置就是采用光線式記錄原理構(gòu)成的。輸入電信號通過振動子的動圈(吊在張絲上的線圈)，使其在恒定磁場作用下隨電信號的強度和方向偏轉(zhuǎn)，連接在線圈附