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1、第5章自动控制装置,第一节电压、无功综合自动控制装置,电压是衡量电能质量的一个重要指标。发、变电设备和各种用电设备都是按额定电压设计的，电压过高或过低.偏离了合格范围，都会影响这些设备的寿命和效率，还可能使网损增大，甚至危及系统运行的稳定性。,一、变电站调压的主要手段 变电站调压的主要手段，一般都采用有载调压变压器和补偿电容器。有载调压变压器可以在带负荷的条件下切换分接头，从而改变变压器的变比，可起到调整电压、降低损耗的作用。而合理地配置无功功率补偿容量，可改变网络中无功功率补偿容量，可改变网络中的无功潮流，改善功率因数，减少网损和电压损耗，从而改善用户的电压质量。,以上两种措施虽然都有调整电
2、压的作用，但其原理、作用和效果是不同的。在利用有载调压变压器分接头进行调压时。调压本身并不产生无功功率，因此在整个系统无功不足的情况下不可能用这种方法来提高全系统的电压水平;而利用补偿电容器进行调压.然而在系统无功充足，由于系统电压波动、负荷功率变化引起变压器电压损耗变化时，宜采用有载调压变压器分接头进行调压。因此只有将两者有机结合起来才有可能达到良好的控制效果.,变电站就地电压、无功综合自动控制(VQC)调节有两种方法:第一种方法采用硬件装置。这种装置具有独立的硬件，可靠性较高。这种装置适合基础自动化水平不高的电力网的变电站内使用。第二种方法是软件VQC，它是在就地监控站利用现成的遥测、遥信
3、信息，通过运行控制算法，用软件模块控制方式来实现变电站电压和无功自动调节。当然这种方法适用于自动化水平较高的变电站中。,2.后台软件VQC 软件VQC依附于变电站自动化系统的后台计算机.是后台监控系统的一个子模块。,二、电压、无功综合调控的目标(1)维持供电电压在规定的范围内。,(2)保持电力系统稳定和合适的无功平衡。对于主输电网络，应实现无功分层平衡，地区供电网络应实现无功分区就地平衡的原则，才能保护各级供电母线电压在导则规定的范围内。(3)保证在电压合格的前提下使电能损耗为最小。,四、电压、无功综合自动控制策略 1.电压、无功综合自动控制的原理 由于负荷功率的存在，由系统经变电站到用户的线
4、路上均有电流流过，该电流一方面在线路上产生电压损失，另一方面在线路和变压器中引起功率损耗.即网损.各段线路和变压器上的电压损耗随着流过电流的变化而变化，也就随着负荷功率的变化而不同。,电压无功综合控制所要达到的目的.一是使负荷端Ul电压与额定电压偏差最小，二是使系统的功率损耗最小.常采用以下两种方法。(1)调整变压器的变比KT.当负荷增大.引起线路电压损失增加.从而导致负荷端电压UL下降时,可减小变比KT以提高变压器低压侧电压UD从而提高负荷端电压UL;当负荷减小。导致负荷端电压上升时，可增加变比KT,以降低变压器低压侧电压UD，从而降低负荷端电压UL。变压器变比KT的变化一般靠调节有载调压变
5、压器的分接头来实现。,3.变电站运行方式的识别 大型变电站中一般拥有多台有载调压变压器,系统运行过程中这些变压器可能有多种运行方式。某些变压器可能处于运行状态.而另一些变压器可能处于停运状态;参加运行的变压器之间可并列运行，也可独立运行。在对变电站的电压、无功进行综合控制过程中，为了确定控制对象并进一步确定控制对策，首先必须对变电站中各变压器的运行方式进行识别。,目前实际采用的识别方式有人工设置和自动识别两种。人工设置就是主站的运行人员根据上传至主站的有关状态信息对变电站的运行方式进行判断.然后再通过通信系统将该运行方式通知电压无功综合控制系统。自动识别是电压、无功综合控制系统根据主接线的断路
6、器状态，如变压器的高低侧断路器状态、母联和旁路的断路器状态等，自动进行分析判断，以确定当时的运行方式。,4 变电站运行状态的检测和识别 所谓变电站的运行状态是指变电站的各种电气量所处的状态。只有正确地掌握了变电站的运行状态。才能正确地选择控制对策，从而达到自动控制的目的。一般选择电压和进线处功率因数(或无功功率)为状态变量。根据状态变量的大小，可将变电站的运行状态划分为九个区域，如图5-2所示，简称“九区图”。,U0为运行中要求保持的目标电压，为了避免频繁调节，规定了一个控制死区士U，死区内不进行调压，超出这个范围时才进行调压。同样对进线处的功率因数也规定了一个上下限，当实际的功率因数处于上下
7、限之间时，不进行调节，只有当功率因数超出这个范围时，才进行调节。,如上所述，在这个九区域的运行状态中，0区为电压和功率因数均合格区，其余八个区均为不合格区。电压无功综合控制装置利用检测到的电压和功率因数(或无功功率)，结合当时的运行方式即可确定运行点在运行图中所处的位置，从而确定相应的控制对策。当变电站运行于0区域时.电压和功率因数均合格，此时不需要进行调整。,(1)简单越限情况.1）当变电站运行于1区域时，电压超过上限而功率因数合格，此时应调整变压器分接头使电压降低。2)当变电站运行于5区域时。电压低于下限而功率因数合格，此时应调整变器分接头使电压升高，直至分接头无法调整(次数限制或档位限制
8、)。3)当变电站运行于3区域时，功率因数低于下限而电压合格，此时应投人电容器组直至功率因数合格.4)当变电站运行于7区域时，功率因数超过上限而电压合格，此时应切除电容器组直至功率因数合格。,(2)双参数越限情况.1)当变电站运行于2区域时，电压超过上限而功率因数低于下限，此时如先投人电容器组，则电压会进一步上升。因此先调整变压器分接头使电压降低，待电压合格后若功率因数仍越限再投入电容器组。2)当变电站运行于4区域时，电压和功率因数同时低于下限，此时如先调整变压器分接头升压，则无功会更加缺乏。因此应先投人电容器组、待功率因数合格后若电压越限再调整变压器分接头使电压升高。,3)当变电站运行于6区域
9、时.电压低于下限而功率因数超过上限，此时如先切除电容器组，则电压会进一步下降。因此应先调整变压器分接头使电压升高，待电压合格后若功率因数仍越限再切除电容器组，.4)当变电站运行于8区域时，电压和功率因数同时超过上限，此时如先调整变压器分接头降压，则无功会更加过剩。因此应先切除电容器组.待功率因数合格后若电压仍越限再调整变压器分接头使电压降低。,五、电压、无功综合自动控制方式,（1）集中控制方式。集中控制方式是指在调度中心对各个变电站的主变压器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的控制。它要求调度中心必须具有符合实际的电压和无功实时优化控制软件，而且对各变电站要有可靠性高的通道;在各变电站，最好要
10、具有智能执行单元。在我国目前各变电站的基础自动化水平层次不一的情况下，实现全系统的集中优化控制有较大的难度。,(2)分散控制方式。这是我国当前进行电压、无功调节控制的主要方式。分散控制是指在各个变电站或发电厂中，自动调节有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备，以控制地区的电压和无功功率在规定的范围内。对提高变电站供电范围内的电压质量和降低局部网络和变压器的电能损耗，减少值班员的操作是很有意义的。,(3)关联分散控制方式。它是指电力系统正常运行时，由分散安装在各厂、站的分散控制装置或控制软件进行自动调控，调控范围和定值是从整个系统的安全、稳定和经济运行出发，事先由电压、无功优化程序计算好的。而
11、在系统负荷变化较大或紧急情况或系统运行方式发生大的变动时.可由调度中心直接操作控制，或由调度中心修改下属变电站所应维持的母线电压和无功功率的定值.以满足系统运行方式变化后新的要求，提高全系统的可靠性和经济性。,六、电压、无功综合自动控制装置的闭锁 为了使电压、无功综合控制装置能够做到安全、可靠地运行，即在某种条件下，应闭锁，电压、无功综合控制装置，使其不致动作。主要包括:(1)系统发生故障。(2)变电站母线发生故障.(3)主变压器发生故障或事故。(4)电压、无功综合控制装置的电压互感器发生故障(5)主变压器异常运行.,(6)补偿电容器本身或回路装置发生故障或事故，则应闭锁相应电容器组的控制回路
12、。(7)主变压器控制器发生异常.(8)主变压器或电力电容器正常退出操作时，闭锁该台主变压器或电容器控制装置。(9)每次发出动作命令后进行校验.若装置拒动则应闭锁.(10)母线电压太低时应闭锁调压功能。(11)变压器档位已到达上下限、主变压器分接头日调节次数已达上限、电容器日投切次数已达上限、上一次动作后延时未达到时均应将均应将装置自动闭锁。,第二节 备用电源和备用设备自动投入装置,一、备用电源的备用方式 备用电源自动投人装置是电力系统故障或其他原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源或备用设备或其他正常工作的电源自动投人工作，使原来工作电源被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装臂，简称AA
13、T装置。备用电源自动投人是保证电力系统连续可靠供电的重要措施。,备用电源的配置一般有明备用和暗备用两种基本方式。系统正常时，备用电源或备用设备不工作，处于备用状态的，称为明备用;系统正常运行时，备用电源也投入运行的，称为暗备用。暗备用实际上是两个工作电源互为备用。,1.明备用的控制 有一个工作电源和一个备用电源的接线，即为明备用的配置。2.暗备用的控制 有两个工作电源互为备用的接线，两回进线或电源同时供电。,采用AAT装置后有以下优点:（1）提高用户供电可靠性。(2)简化继电保护。采用AAT装置后，环形电网可以开环运行，变压器可以解列运行.见图5-9(a).继电保护的方向性等问题可不考虑.(3
14、)限制了短路电流。如在图5-9(b)中母线和母线的出线上发生短路故障，因分列运行.所以短路电流受到限制,二、对备用电源和备用设备自动投入装置的基本要求,(1)工作电源确实断开后，备用电源才投人。(2)手动跳开工作电源时，备自动投入装置不应动作。(3)备用电源白动投人装置只允许动作一次。以免发生永久性短路故障时，使备用电源造成不必要的冲击。为此，AAT在动作前应有足够的充电时间，通常为10-15s。,(4)工作母线上的电压不论因任何原因消失时，AAT均应动作。工作变压器TI故障;工作母线上发生短路故障;工作母线的出线上发生短路故障.而故障没有被该出线断路器断开;QFI或QF2因控制回路、保护回路
15、或操动机构等问题发生误跳闸;运行人员误操作导致QFl或QF2跳闸;电力系统内的故障使母线失电。所有这些情况.AAT均应动作。为此AAT应设有反应工作母线电压消失的低电压部分。,为防止TV断线造成假失压误启动AAT。工作母线失压时还必须检查工作电源无流，才能启动备自动投入，为此可引入受电侧TA二次电流消失的辅助判据;同时该电流消失可作受电侧断路器已跳开的判据。,(5)AAT的动作时间以尽可能短为原则。从工作母线失去电压到备用电源投人，中间有一段停电时间。对用户来说，停电时间越短越好。(6)备用电源不满足有压条件，备用电源自动投人装置不应动作。(7)应具有闭锁备自动投人装置的功能。,第三节 故障录
16、波装置,一、故障录波器的基本概念,故障录波器是电力系统发生故障或振荡时能自动记录电力系统中有关电气参数变化过程，以便分析和研究的一种装置。微机式的故障录波器带有数据记忆功能，能记录在故障前和故障后系统的电压、电流、功率、频率等变化的全过程以及继电保护与安全自动装置的动作行为.从而为分析系统事故提供详尽的科学依据。,二、故障录波器的主要作用,(一)找出事故原因.制定反事故措施 电网越大，发生的事故往往越复杂。实践证明，如果不使用故障录波器，事故就难以分析清楚。原因是:(1)故障情况的复杂性(包括故障的连续性、转换性、多重性)。(2)保护装置动作不正常(包括误动、拒动)。(3)事故过程中，现场人员
17、忙于处理事故，记录不全等。因此，无故障录彼器时，对事故真相分析非常困难。装上故障录波器后，分析事故准确及时，根据分析结果能找到事故真正原因，并制定相应对策。,(二)为查找故障点提供依据 由故障录波图可判断故障性质(相间故障、接地及故障相别)，并根据电流、电压等录波量大小推算故障点位置，微机故障录波可直接测算故障点位置，使巡线工作缩小到某重点区段。省时、省力，对迅速恢复供电有重要作用。,(三)积累运行经验，提高运行水平,(1)根据故障录波情况的统计分析，对故障性质的判定和故障概率统计有了科学数据，便于制订某些技术政策和措施。(2)通过故障录波，对继电保护误动、拒动的原因及保护原理或逻辑回路上存在
18、的缺陷问题.能及时发现，以便改进。(3)对断路器存在的问题给以真实记录，如断路器的拒动、跳跃、断相和切断空载电流的能力等，均可从故障录波图上分析出来，以便改进。,(4)为检修工作提供依据。例如断路器检修工作，应根据录波实际情况而定，可减少检修次数。(5)通过对已查证落实故障点的录波，可核对系统参数的准确性，改进计算工作或修正系统使用参数。(6)统计分析系统振荡时有关参数。故障录波器对系统振荡全过程的录波，可以分析振荡性质(同期或非同期)、振荡周期、振荡中心、振荡电流等，以提供振荡计算中有关的实际参数。,五、故障录波器结构模式,专用的故障录波器一般包括数据采集单元和分析管理单元两部分.根据数据采
19、集单元和分析管理单元在装置中不同安排方式，故障录波器主要分为两种结构模式:分散式和集中式。,(一)分散式结构的故障录波器,分散式结构是指数据采集单元和分析管理单元为独立的装置。各个数据采集单元通过专用的录波数据传输网(以太网或者现场总线)联到主控制室一台分析管理单元(专用计算机.也可以是变电站综合自动化系统中的工程师站)上或远传到调度中心。每个数据采集单元工作独立，互相之间没有联系，但均与分析管理单元相联系。,(二)集中式结构的故障录波器,集中式结构是指数据采集和分析管理在一个装置内实现。在这种故障录波器中，模拟量和开关量的信号调理全部置于机箱外部专门的变送器箱中。,六、故障录波器的结构及工作
20、原理,(一)数据采集单元 1.数据采集单元的功能(1)连续不断地对电网的基本参数交流电压和交流电流进行快速采样.对继电保护和安全自动装置的开关量进行扫描，与此l司时对本装置硬件进行自检。(2)正常运行时接收并执行分析管理层下传的参数设置、启动录波、时间同步和复位等命令。(3)采样、扫描的同时,执行必要的计算和分析，当电网发生故障或扰动时触发故阵录波器。将故障前、故障时和故障后的数据存储于专门的数据区中。(4)将记录的故障数据通过以太网送至分析管理层。,2.数据采集单元的结构 数据采集单元一般由信号输入电路、主处理器电路、GPS电路、电源电路等组成.(二)分折管理单元 分析管理单元可以是工业级P
21、C机也可以是一台嵌入式系统装置，主要实现以下功能:,(1)设置系统运行方式，整定系统起动参数和通信参数，命今下传。(2)数据的接收与管理(3)进行故障分析.显示和打印故阶分析报告。(4)数据远传。无论是集中式故阵录波器还是分散式故障录波器.分析管理单元都是一个完整的一计算机系统，接有大容量硬盘、鼠标、键盘、显示屏、网卡等.,七、典型录波图分析,由于故障录波图中反映了故降前及故障时的全过程，所以，读懂录波图也就了解了故障的全过程，在录波图中可以看到故障过程中电流、电压幅值和相位，故障性质、故障的持续时间，以及保护、断路器的动作时间等信息。故障录波器的生产厂家不同，录波器的录波图结构不尽相同，标注信息的方式不同，但归结起来可以分为三类，第一类是简单故障分析报告，第二类为故障录波图的基本信息，第三类为各通道录波图。,本章结束,
