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1、毕 业 论 文（设 计）题目：发电厂的电压检测,控制的原理与实现院 别： 华立科技职业学院 班 级： 电力1班 姓 名： 柯春创 学 号： 73120801 指导教师： 廖恒强 日 期： 2010.3.31 摘要发电厂的电压检测与控制的原理与实现在本文有所论述，在电压检测方面以三相五柱式电压互感器这方面来阐述电压检测原理，重点在于其接地方式的研究以及工作原理的研究，在电压控制方面则以当AVC设置为就地调节方式时，运行人员在DCS上手动输入电压指令值，通过输入输出环节以及电压指令判别环节以及调压指令生成环节还限制及报警环节，再加上与传统模式的比较。透析发电厂电压检测与控制的两种模式。关键词：电压
2、互感器 三相五柱式 DCS 传统AVCAbstract We have referred to the theory and practice of voltage detecting and controlling in the power stations, the voltage inductor with3 phases and5 poles has analyzed the working theory of voltage detecting well, the key point is to study is its Earthing methods and working pr
3、inciple. For the voltage controller, when using the AVC equipment to link to the earth, the operators need to input the voltage value manually. By the step of input and output, the step of judging voltage values, the step of producing voltage regulation instructions, and the alarming system, all of
4、this combine to one system, then compare with the traditional one. Analyze the tow patterns of the voltage detecting and controllingKeyword：voltage transforme DCS traditional AVC摘 要2目 录41 绪 论52第一章 发电厂电压检测的原理与实现62.1发电厂发电时电压变化62.2以电压互感器来实现检测电压72.2.1电压互感器概念 72.22电压互感器工作原理（以三相五柱式为例）81）三相五柱式电压互感器的接地方式92）
5、电压互感器二次侧保险的工作原理103第二章电压控制原理与实现（以DCS模式为例）123.1概述123.2实现方案133.2.1输入输出环节133.2.2电压指令判别环节143.2.3调压指令生成环节143.2.4限制及报警环节143.2.5与传统AVC装置相对比的优势154结束语17参考文献-181.绪论1.1论文背景说明当今世界现代文明的飞速发展离不开能源的利用，特别是电能的利用。我们的生活离不开电能，应运而生有了发电厂，中国南方的发电厂主要以水力发电和核能发电两种方式，其中核能发电发展势头更为猛烈，其中发电厂的安全问题更加惹人关注，日本311地震引发了福岛第一核电厂核泄漏事故，更加为各个国
6、家敲响关注电力安全的警钟，发电厂的安全问题正式摆上桌面。本文的着力点在于关于发电厂的电压检测控制的原理与随着电力系统向大机组、大电网、高电压和远距离输电的发展,电力系统安全运行产生了一些新问题,电压崩溃恶性事故就是其中之一。本文将充分展示发电厂内电压检测与控制的原理与实现。2.第一章 发电厂电压检测的原理与实现21发电厂发电时电压变化原理 大部份的变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性，大部份磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。因此，变压器之匝
7、数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化。2.2以对电压互感器来实现检测电压2.21电压互感器概念电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接
8、在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电子式、光电式。作用：把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。简单的说就是“检测元件”
9、。2.2.2电压互感器工作原理（以三相五柱式为例）1） 三相五柱式电压互感器的接地方式电压互感器二次绕组接地方式与保护、测量表计及同步电压回路有关，有b相接地和中性点接地两种方式，其接线方式见图1、2。图1 电压互感器二次通过b相及JB接地原理图图2 电压互感器二次不接地原理图电压互感器二次绕组两种接地方式的比较：(1) 在同步回路中在b相接地系统中，对中性点非直接接地系统，单相接地时，中性点位移，不能用相电压同步，必须用线电压同步。如同步点两侧均为b相接地，其中一相公用，同步开关档数减少(如采用综保，则接线更为简单)，同步接线简单。对中性点直接接地系统，可用辅助二次绕组的相电压同步。(2)
10、在保护回路中在b相接地系统中，在零线上串接的隔离开关辅助触点G，如不可靠而断开时，会使10kV以上电压距离保护断线闭锁装置失去作用，这时若再发生一相或两相断线，将导致保护误动作。因为辅助绕组的一端与b相接地点相连，由于基本二次侧绕组上有负荷电流流过，在电缆芯出上产生电压降，使正常开口三角形有电压3U0，对零序方向元件不利。若单独从接地点引接零序方向继电器回路，则接线较为复杂。在中性点接地系统中，由于中性点无任何断开触点，可靠性高。因中性点没有电流通过，无电压降，对保护无影响。(3)在测量表计回路中在b相接地系统中，因大多数表计均接线电压，其中b相接地公用，引线方便。对只需接线电压的回路，可用V
11、-V接线电压互感器。在中性点接地系统中，表计均需三相分别接入，引线较为复杂。(4)在电压互感器二次接线上在b相接地系统中，中性点需装设击穿保险器，增加了部件，正常时如击穿保险器击穿接地，将使b相绕组短路。当A、C两相中任一相发生接地时，即构成二次绕组两相短路，两相熔断器熔断。在中性点接地系统中，无b相接地的相应问题，接线较简单。据上分析，对于中性点非直接接地系统，因一般不装设距离和零序方向保护，b相接地对保护影响极小，而对同步回路有利，故电压互感器二次侧采用b相接地方式较为理想。而对于中性点直接接地系统，保护要求严格，中性点接地有利于提高保护的可靠性，同步回路可用辅助绕组的相电压，故电压互感器
12、二次绕组采用中性点接地方式较为优越。2)电压互感器二次侧保险的工作原理(1) 二次侧无保险工作分析在图1中，如果JB在工作状态下因其它原因击穿，则电压互感器b相绕组将被短接，b相绕组将被烧坏。当A、C两相任一相有过载时，将造成电压互感器绕组烧坏。当A、B、C三相绕组内部有故障时，将引起保护误动作。在图2中，当电压互感器二次侧A、B、C三相中的任一相出口处有接地发生时，均会造成电压互感器绕组短路运行而烧坏。当电压互感器二次侧A、B、C三相中的任一相发生过载时，也有可能烧坏绕组，引起保护误动作。在上述工作状态下，电压互感器二次侧A、B、C三相出口处，都需加装二次侧保险。(2) 不加保险(熔断器)的
13、情况在二次侧开口三角的出线上一般不装熔断器。因为在正常运行时开口端无电压，无法监视熔断器的接触情况。一旦熔断器接触不良，则系统接地时不能发出接地信号。但是，供零序过电压保护用的开口三角出线例外。中性线上不装熔断器，目的是因为一旦保险丝熔断或接触不良，就会使绝缘监察电压表失去指示故障的作用。接自动电压调整器的电压互感器二次侧不装熔断器，目的是为了防止熔断器接触不良或熔丝熔断时电压互感器误动作。 3.第二章 电压控制原理与实现（以DCS模式为例）3.1概述电力系统电压调节有多种方式，其中发电厂调节发电机励磁电流以改变机端电压是一项重要手段，也是发电厂实现自动电压控制(AVC)的主要方式。目前大部分
14、电厂采用专用的AVC装置来实现自动电压控制。随着电气量进入DCS，使利用DCS实现发电厂自动电压控制成为可能。株洲华银火力发电有限公司3号机组在现有DCS上进行逻辑组态，实现AVC。电气监控系统(ECS)作为DCS的一个子系统，实现对电气系统中发一变一线路组(包括发电机励磁系统，但发电机的AVR仅接受指令)及厂用电源系统的控制。运行人员在DCS上能根据需要给AVR发增磁、减磁命令，调节AVR的给定值，达到调节发电机机端电压的目的；系统电压(主变高压侧电压)、发电机电流、电压、有功、无功、励磁电流、励磁电压、厂用电压等参数均进入DCS。 3.2实现方案当AVC设置为就地调节方式时，运行人员在DC
15、S上手动输入电压指令值，AVC设置为远方调节方式时，DCS接收省中调AVC主站经RTU下发的电压指令值(，i( 一1，2，3， 表示每隔3 rain采样到的电压指令值)；DCS对电压指令值进行判断，如为有效指令，则与当前系统电压实测值U (主进行比较，并发出增磁或减磁命令，调整发电机机端电压，使系统电压值U 与电压指令值，i之差u lU 一Ui I小于02 kV，如为无效电压指令则自动退出AVC方式，如图1所示。3.21输入输出环节(1)电厂上发给省中调AVC的信号有：请求AVC远方控制(D0)；限制加无功(D0)；限制减无功(DO)。(2)电厂接受省中调AVC的指令信息有：远方AVC投入(D
16、I)；远方AVC退出(DI)；中调电压指令值U，(4 20mA)(AI)。(3)电厂AVC与省中调的信息交换利用RTU进行。(4)电厂与AVC有关的其余电气量均已进入DCS，不需重复接人。3.2.2电压指令判别环节为保持系统电压稳定，防止AVC投人时电压波动，在AVC由退出状态改为投入时，DCS自动将系统电压实测值作为第1个电压指令值U 一U ，此时， 一IU 一U I一0，DCS不作任何调整；3 min后DCS将采集到的远动RTU发来的中调电压指令值Uz(AVC投就地时该指令值由运行人员手动输人)与 一进行比较，如 一IU。一U I 2 kV，且U (电压控制下限) U U 一 (电压控制上
17、限)，则Uz是有效的电压指令，否则U 是无效的电压指令，AVC 自动退出；再过3 min后DCS将采集到的远动RTU发来的中调电压指令值U。与U 进行比较，如U 一IU。一U2 I 2 kV，且U i U。 (， 则 。是有效的新电压指令，否则U是无效的电压指令；如此循环进行。3.2.3调压指令生成环节DCS将系统电压实测值U 与有效的ogw,指令值U 进行比较：若U Ui，则DCS发减磁命令；若U Q (最大无功限制)；机端电压 (最高机端电压限制)；定子电流， ， (最大定子电流限制)；励磁电流，f ， (最大励磁电流限制)；厂用电压 U (最高厂用母线电压限制)。上述任一条件满足，闭锁增
18、磁，并向中调发出限制增无功信号，同时发出光字报警；上述参数小于限制值时，报警自动消失，DCS可以继续调压。(2)减磁限制及报警：无功功率QQ (最低无功限制)；机端电压U U i (最低机端电压限制)；定子电流， ， i (最小定子电流限制)；励磁电流，f ，fmi (最小励磁电流限制)；厂用电压 U i (最低厂用母线电压限制)。 上述任一条件满足，闭锁减磁，并向中调发出限制减无功信号，同时发出光字报警；上述参数大于限制值时，报警自动消失，DCS可以继续调压。(3)电压越限及报警如【， 2 kV，或U i 或U Ui，AVC自动退出并发出电压指令越限报警。3.2.5与传统AVC装置相对比的优
19、势与传统AVC装置比，利用DCS实现AVC具有如下优点：(1)节省费用。采用传统AVC装置，需要采购专用AVC装置，还要将发电机、励磁系统、RTU、系统电压、厂用电压、告警信号等众多电气量接到AVC 装置，需要大量的电缆，而利用DCS实现AVC， 只需在RTU 与DCS间安装3根控制电缆(DI，DO，AI各1根)，不要另外增加任何硬件设备。(2)便于监控。现代电厂基本取消了常规仪表及控制按钮，多采用CRT 监控，利用DCS实现AVC，AVC的监视、控制均可在原有CRT上完成，运行人员监视、控制非常方便；而传统的AVC装置多安装在保护室或励磁室，不便于监视、控制。(3)维护简单。传统的AVC装置
20、多采用PLC或工控机控制，程序采用专用的软件编写，用户不易掌握，如出现问题，用户处理比较困难；而利用DCS实现AVC，逻辑组态由电厂维护人员在DCS工程师站自己完成，对维护人员来说是一个开放的系统，维护非常方便，甚至在调试时还可以进行仿真模拟运行；需要增加某些功能，也非常方便，如要增加无功变化率dQdt、电压变化率d dt的限制，只需在限制环节增加2个微分计算功能块即可达到目的。(4)运行可靠。DCS作为火电厂的计算机监控系统，系统可靠性很高，尽管扫描周期比部分电气保护和自动装置长，但完全能满足AVC的要求。 4.结束语本文以两种方式阐述了发电厂的电压监测与控制的原理与实现，其中必然有一定的技
21、术要求，本文以三相五柱式电压互感器为阐述例检测电压的原理与工作，以新型的DCS模式为例表达出电压控制的原理。总的来说，该研究为我以后的学习与工作提供了宝贵的经验。 参考文献1变电设备合理选择与运行检修 机械工业出版社 狄富清编著2低压电工技术问答 中国电力出版社 郭仲礼编著3利用DCS实现发电厂自动电压控制方案 （湖南电力2006 26（4） 汤灿杰致 谢在论文完成之际，真诚地感谢我的两位导师：广州华立科技职业学院廖恒强老师和黄兵老师。在实习期间，从最初的收集资料，理论学习到最后的具体工程设计完成，黄兵老师从百忙之中抽出时间来，对我们课题研究给予了很大的帮助。而在论文完成阶段，黄兵老师秉着严谨的态度，对论文的出发点以及结构等都给出了宝贵的意见。在此，对廖恒强和黄兵老师在我的毕业设计中给予我的帮助再次表示十分的感谢。此外还要感谢毕业设计规约组的成员,感谢他们在毕业设计中对我的鼓励和帮助。最后，向所有支持和帮助我的同学、朋友致以最真诚的谢意！
