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安全 电力 农电 用电 开展 2009 农安 全员

调度基础技术知识

作者:电力资料网     文章来源:本站原创    更新时间:2008年08月16日     
内容预览
基本知识问答
调速器在发电机功率-频率调整中的作用是什么?何谓频率的一次调整,二次调整与三次调整?
 答:调速器在发电机功率-频率调整中的作用是:当系统频率变化时,在发电机组技术条件允许范围内,自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量,从而增减发电机的出力(这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系,叫发电机调速系统的频率静态特性),对系统频率进行有差的自动调整。
 由发电机调速系统频率静态特性而增减发电机的出力所起到的调频作用叫频率的一次调整。在电力系统负荷发生变化时,仅靠一次调整是不能恢复系统原来运行频率的,即一次调整是有差调整。
为了使系统频率维持不变,需要运行人员手动操作或调度自动化系统ADC自动地操作,增减发电机组的发电出力,进而使频率恢复目标值,这种调整叫二次调整。
频率二次调整后,使有功功率负荷按最优分配即经济负荷分配是电力系统频率的三次调整。
什么叫自然功率?
答: 输电线路既能产生无功功率(由于分布电容)又消耗无功功率(由于串联阻抗)。当沿线路传送某一固定有功功率,线路上的这两种无功功率适能相互平衡时,这个有功功率,叫做线路的“自然功率"或“波阻抗功率",因为这种情况相当于在线路末端接入了一个线路波阻抗值的负荷。若传输的有功功率低于此值,线路将向系统送出无功功率;而高于此值时,则将吸收系统的无功功率。
各电压等级线路的自然功率参考值如下表所示:

电压(kV  

分裂数  

自然功率(MW  

220  

1  

130  

220  

2  

157  

330  

2  

350  

500  

3  

925  

500  

4  

1000  

750  

4  

2150  

什么是线路充电功率?
答:由线路的对地电容电流所产生的无功功率称为线路的充电功率。
每百公里线路的充电功率参考值如下表所示:

电压(kV  

分裂数  

充电功率(MVR  

220  

1  

13  

220  

2  

15.7  

330  

2  

38  

500  

3  

90  

500  

4  

100  

750  

4  

208  

电网无功补偿的原则是什么?
答:电网无功补偿的原则是电网无功补偿应基本上按分层分区和就地平衡原则考虑,并应能随负荷或电压进行调整,保证系统各枢纽电的电压在正常和事故后均能满足规定的要求,避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率。
什么叫电力系统的稳定运行?电力系统稳定共分几类?
答:当电力系统受到扰动后,能自动地恢复到原来的运行状态,或者凭借控制设备的作用过渡到新的稳定状态运行,即谓电力系统稳定运行。
电力系统的稳定从广义角度来看,可分为:
(1)、发电机同步运行的稳定性问题(根据电力系统所承受的扰动大小的不同,又可分为静态稳定、暂态稳定、动态稳定三大类);
(2)、电力系统无功不足引起的电压稳定性问题;
(3)、电力系统有功功率不足引起的频率稳定性问题。
各类稳定的具体含义是什么?
答:各类稳定的具体含义是:
(1).电力系统的静态稳定是指电力系统受到小干扰后不发生非周期性失步,自动恢复到起始运行状态。
(2).电力系统的暂态稳定是指系统在某种运行方式下突然受到大的扰动后,经过一个机电暂态过程达到新的稳定运行状态或回到原来的稳定状态。
(3).电力系统的动态稳定是指电力系统受到干扰后不发生振幅不断增大的振荡而失步。主要有:电力系统的低频振荡、机电耦合的次同步振荡、同步电机的自激等。
(4).电力系统的电压稳定是指电力系统维持负荷电压于某一规定的运行极限之内的能力。它与电力系统中的电源配置、网络结构及运行方式、负荷特性等因素有关。当发生电压不稳定时,将导致电压崩溃,造成大面积停电。
(5).频率稳定是指电力系统维持系统频率与某一规定的运行极限内的能力。当频率低于某一临界频率,电源与负荷的平衡将遭到彻底破坏,一些机组相继退出运行,造成大面积停电,也就是频率崩溃。
保证和提高电力系统静态稳定的措施有哪些?
答:电力系统的静态稳定性是电力系统正常运行时的稳定性,电力系统静态稳定性的基本性质说明,静态储备越大则静态稳定性越高。提高静态稳定性的措施很多,但是根本性措施是缩短“电气距离”。主要措施有:
(1)、减少系统各元件的电抗:减小发电机和变压器的电抗,减少线路电抗(采用分裂导线);
(2)、提高系统电压水平;
(3)、改善电力系统的结构;
(4)、采用串联电容器补偿;
(5)、采用自动调节装置;
(6)、采用直流输电。
在电力系统正常运行中,维持和控制母线电压是调度部门保证电力系统稳定运行的主要和日常工作。维持、控制变电站、发电厂高压母线电压恒定,特别是枢纽厂(站)高压母线电压恒定,相当于输电系统等值分割为若干段,这样每段电气距离将远小于整个输电系统的电气距离,从而保证和提高了电力系统的稳定性。
提高电力系统的暂态稳定性的措施有哪些?
答:提高静态稳定性的措施也可以提高暂态稳定性,不过提高暂态稳定性的措施比提高静态稳定性的措施更多。提高暂态稳定性的措施可分成三大类:一是缩短电气距离,使系统在电气结构上更加紧密;二是减小机械与电磁、负荷与电源的功率或能量的差额并使之达到新的平衡;三是稳定破坏时,为了限制事故进一步扩大而必须采取的措施,如系统解列。提高暂态稳定的具体措施有:
(1)、继电保护实现快速切除故障;
(2)、线路采用自动重合闸;
(3)、采用快速励磁系统;
(4)、发电机增加强励倍数;
(5)、汽轮机快速关闭汽门;
(6)、发电机电气制动;
(7)、变压器中性点经小电阻接地;
(8)、长线路中间设置开关站;
(9)、线路采用强行串联电容器补偿;
(10)、采用发电机-线路单元结线方式;
(11)、实现连锁切机;
(12)、采用静止无功补偿装置;
(13)、系统设置解列点;
(14)、系统稳定破坏后,必要且条件许可时,可以让发电机短期异步运行,尽快投入系统备用电源,然后增加励磁,实现机组再同步。
采用单相重合闸为什么可以提高暂态稳定性?
答:采用单相重合闸后,由于故障时切除的是故障相而不是三相,在切除故障相后至重合闸前的一段时间里,送电端和受电端没有完全失去联系(电气距离与切除三相相比,要小得多),如图所示: 这就可以减少加速面积,增加减速面积,提高暂态稳定性。
调度基础技术知识 

图中:Ⅰ为故障前的功角特性曲线;Ⅱ为切除一相后的功角特性曲线;Ⅲ为一相故障后的功角特性曲线。δ0为故障开始时刻的功角;δq为故障切除时刻的功角;δH为单相重合时刻的功角。
什么叫同步发电机的同步振荡和异步振荡?
答:同步振荡:当发电机输入或输出功率变化时,功角δ将随之变化,但由于机组转动部分的惯性,δ不能立即达到新的稳态值,需要经过若干次在新的δ值附近振荡之后,才能稳定在新的δ下运行。这一过程即同步振荡,亦即发电机仍保持在同步运行状态下的振荡。
异步振荡:发电机因某种原因受到较大的扰动,其功角δ在0∽360°之间周期性地变化,发电机与电网失去同步运行的状态。在异步振荡时,发电机一会工作在发电机状态,一会工作在电动机状态。
系统振荡事故与短路事故有什么不同?
答:电力系统振荡和短路的主要区别是:
(1) 振荡时系统各点电压和电流值均作往复性摆动,而短路时电流、电压值是突变的。此外,振荡时电流、电压值的变化速度较慢,而短路时电流、电压值突然变化量很大。
(2) 振荡时系统任何一点电流与电压之间的相位角都随功角的变化而改变;而短路时,电流与电压之间的角度是基本不变的。
(3) 振荡时系统三相是对称的;而短路时系统可能出现三相不对称。
引起电力系统异步振荡的主要原因是什么?系统振荡时一般现象是什么?
答:引起系统振荡的原因为:
1) 输电线路输送功率超过极限值造成静态稳定破坏;
2) 电网发生短路故障,切除大容量的发电、输电或变电设备,负荷瞬间发生较大突变等造成电力系统暂态稳定破坏;
3) 环状系统(或并列双回线)突然开环,使两部分系统联系阻抗突然增大,引起动稳定破坏而失去同步;
4) 大容量机组跳闸或失磁,使系统联络线负荷增大或使系统电压严重下降,造成联络线稳定极限降低,易引起稳定破坏;
5) 电源间非同步合闸未能拖入同步。
系统振荡时一般现象:
1)发电机,变压器,线路的电压表,电流表及功率表周期性的剧烈摆动,发电机和变压器发出有节奏的轰鸣声。
2)连接失去同步的发电机或系统的联络线上的电流表和功率表摆动得最大。电压振荡最激烈的地方是系统振荡中心,每一周期约降低至零值一次。随着离振荡中心距离的增加,电压波动逐渐减少。如果联络线的阻抗较大,两侧电厂的电容也很大,则线路两端的电压振荡是较小的。
3)失去同期的电网,虽有电气联系,但仍有频率差出现,送端频率高,受端频率低并略有摆动。
什么是电压崩溃?对系统与用户有何影响?
答:如图所示:QF和QFH分别为系统内某点的无功电源与无功负荷的电压特性曲线。假设这时所有的无功电源容量都已调至最大。在某一时刻,无功电源和无功负荷在点1达到平衡,运行电压为U1。随着无功负荷的增长(增加值为ΔQFH1),由于无功电源已不能增加,实际运行点不是QFH2上对应U1的点,而是在QFH2与QF的交点2处,运行电压为U2。同理,当无功负荷继续增加ΔQFH2时,实际运行点是QFH3与QF的切点3处,此点dQ/dU=0,运行电压为ULJ。我们称ULJ为临界电压。
电力系统运行电压如果等于(或低于)临界电压,那么,如扰动使负荷点的电压下降,将使无功电源永远小于无功负荷,从而导致电压不断下降最终到零(如果无功负荷增加很多,以致使QFH不能和QF 曲线相交时,电压会迅速下降至零)。这种电压不断下降最终到零的现象称为电压崩溃。或者叫做电力系统电压不稳定。
调度基础技术知识 

电压降落的持续时间一般较长,从几秒到几十分钟不等,电压崩溃会导致系统大量损失负荷,甚至大面积停电或使系统(局部电网)瓦解。
什么叫频率崩溃?
答:如图所示:B和A分别为发电机和负荷的有功频率特性曲线。在某一时刻,发电机和负荷的有功负荷在点0达到平衡,系统频率为f0。随着有功负荷的增长,由于发电机调速器的作用,发电机和负荷的有功负荷在点1达到平衡,系统频率为f1。当有功负荷继续增加时(经过点2后),由于发电厂的汽压、供水量、水头等随频率的变化而下降,所以出力不仅不可能增大,反而是随着频率的下降而下降。即发电机的实际出力特性是沿曲线2-3-4变化的。当有功负荷的增加使发电机和负荷的有功频率特性曲线相切时(对应点3),此点,dP/df=0,运行频率为fLJ。我们称fLJ为临界频率。
电力系统运行频率如果等于(或低于)临界频率,那么,如扰动使系统频率下降,将迫使发电机出力减少,从而使系统频率进一步下降,有功不平衡加剧,形成恶性循环,导致频率不断下降最终到零(如果有功负荷增加很多或大机组低频保护动作掉闸,以致使A不能和B曲线相交时,系统频率会迅速下降至零)。这种频率不断下降最终到零的现象称为频率崩溃。或者叫做电力系统频率不稳定。
调度基础技术知识 

什么叫低频振荡?产生的主要原因是什么?
答:并列运行的发电机间在小干扰下发生的频率为0.2~2.5赫兹范围内的持续振荡现象叫低频振荡。
低频振荡产生的原因是由于电力系统的负阻尼效应,常出现在弱联系、远距离、重负荷输电线路上,在采用快速、高放大倍数励磁系统的条件下更容易发生。
线路纵联保护及特点是什么?
线路纵联保护是当线路发生故障时,使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置,是线路的主保护。它以线路两侧判别量的特定关系作为判据。即两侧均将判别量借助通道传送到对侧,然后,两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。因此,判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。
(1)、方向高频保护是比较线路两端各自看到的故障方向,以判断是线路内部故障还是外部故障。如果以被保护线路内部故障时看到的故障方向为正方向,则当被保护线路外部故障时,总有一侧看到的是反方向。其特点是:
1)要求正向判别启动元件对于线路末端故障有足够的灵敏度;
2)必须采用双频制收发信机
(2)、相差高频保护是比较被保护线路两侧工频电流相位的高频保护。当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁,两侧电流相位相反时保护动作跳闸。其特点是:
1)能反应全相状态下的各种对称和不对称故障,装置比较简单;
2)不反应系统振荡。在非全相运行状态下和单相重合闸过程中保护能继续运行;
3)不受电压回路断线的影响;
4)对收发信机及通道要求较高,在运行中两侧保护需要联调;
5)当通道或收发信机停用时,整个保护要退出运行,因此需要配备单独的后备保护。
(3)、高频闭锁距离保护是以线路上装有方向性的距离保护装置作为基本保护,增加相应的发信与收信设备,通过通道构成纵联距离保护。其特点是:
1)能足够灵敏和快速地反应各种对称与不对称故障;
2)仍保持后备保护的功能;
3)电压二次回路断线时保护将会误动,需采取断线闭锁措施,使保护退出运行。
纵联保护在电网中的重要作用是什么?
答:由于纵联保护在电网中可实现全线速动,因此它可保证电力系统并列运行的稳定性和提高输送功率、缩小故障造成的损坏程度、改善后备保护之间的配合性能。
纵联保护的通道可分为几种类型?
答:它可分为以下几种类型。
(1)电力线载波纵联保护(简称高频保护)。
(2)微波纵联保护(简称微波保护)。
(3)光纤纵联保护(简称光纤保护)。
(4)导引线纵联保护(简称导引线保护)。
纵联保护的信号有哪几种?
答:纵联保护的信号有以下三种。
(1)闭锁信号。顾名思义,它是阻止保护动作于跳闸的信号。换言之,无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件。只有同时满足本端保护元件动作和无闭锁信号两个条件时,保护才作用于跳闸。
(2)允许信号。顾名思义,它是允许保护动作于跳闸的信号。换言之,有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。只有同时满足本端保护元件动作和有允许信号两个条件时,保护才动作于跳闸。
(3)跳闸信号。它是直接引起跳闸的信号。此时与保护元件是否动作无关,只要收到跳闸信号,保护就作用于跳闸,远方跳闸式保护就是利用跳闸信号。
相差高频保护为什么设置定值不同的两个启动元件?
答:启动元件是在电力系统发生故障时起动发信机而实现比相的。为了防止外部故障时由于两侧保护装置的启动元件可能不同时动作,先启动一侧的比相元件,然后动作一侧的发信机还未发信就开放比相将造成保护误动作,因而必须设置定值不同的两个启动元件。高定值启动元件启动比相元件,低定值的启动发信机。由于低定值启动元件先于高定值启动元件动作,这样就可以保证在外部短路时,高定值启动元件启动比相元件时,保护一定能收到闭锁信号,不会发生误动作。
相差高频保护有何优缺点?
答:相差高频保护有如下优点:
(1)能反应全相状态下的各种对称和不对称故障,装置比较简单。
(2)当一相断线接地或非全相运行过程中发生区内故障时,灵敏度变坏,甚至可能拒动。
(3)不反应系统振荡。在非全相运行状态下和单相重合闸过程中,保护能继续运行。
(4)保护的工作情况与是否有串补电容及其保护间隙是否不对称击穿基本无关。
(5)不受电压二次回路断线的影响。
缺点如下:
(1)重负荷线路,负荷电流改变了线路两端电流的相位,对内部故障保护动作不利。
(2)对通道要求较高,占用频带较宽。在运行中,线路两端保护需联调。
(3)线路分布电容严重影响线路两端电流的相位。限制了其使用线路长度。
简述方向比较式高频保护的基本工作原理
答:方向比较式高频保护的基本工作原理是比较线路两侧各自看到的故障方向,以综合判断其为被保护线路内部还是外部故障。如果以被保护线路内部故障时看到的故障方向为正方向,则当被保护线路外部故障时,总有一侧看到的是反方向。因此,方向比较式高频保护中判别元件,是本身具有方向性的元件或是动作值能区别正、反方向故障的电流元件。所谓比较线路的故障方向,就是比较两侧特定判别元件的动作行为。
何谓闭锁式方向高频保护?
答:在方向比较式的高频保护中,收到的信号作闭锁保护用,叫闭锁式方向高频保护。它们的正方向判别元件不动作,不停信,非故障线路两端的收信机收到闭锁信号,相应保护被闭锁。
何谓高频闭锁距离保护,其构成原理如何?
答:控制收发信机发出高频闭锁信号,闭锁两侧距离保护的原理构成的高频保护为高频闭锁距离保护,它能使保护无延时地切除被保护线路任一点的故障。
高频闭锁距离保护有何优缺点?
答:该保护有如下优点:
(1)能足够灵敏和快速地反应各种对称和不对称故障。
(2)仍能保持远后备保护的作用(当有灵敏度时)。
(3)不受线路分布电容的影响。
缺点如下:
(1)串补电容可使高频闭锁距离保护误动或拒动。
(2)电压二次回路断线时将误动。应采取断线闭锁措施,使保护退出运行。
高频闭锁负序方向保护有何优缺点?
答:该保护具有下列优点:
(1)原理比较简单。在全相运行条件下能正确反应各种不对称短路。在三相短路时,只要不对称时间大于5~7ms,保护可以动作。
(2)不反应系统振荡,但也不反应稳定的三相短路。
(3)当负序电压和电流为启动值的三倍时,保护动作时间为10~15ms。
(4)负序方向元件一般有较满意的灵敏度。
(5)对高频收发信机要求较低。
缺点如下:
(1)在两相运行条件下(包括单相重合闸过程中)发生故障,保护可能拒动。
(2)线路分布电容的存在,使线路在空载合闸时,由于三相不同时合闸,保护可能误动。当分布电容足够大时,外部短路时该保护也将误动,应采取补偿措施。
(3)在串补线路上,只要串补电容无不对称击穿,则全相运行条件下的短路保护能正确动作。当串补电容在保护区内时,发生系统振荡或外部三相短路、且电容器保护间隙不对称击穿,保护将误动。当串补电容位于保护区外,区内短路且有电容器的不对称击穿,也可能发生保护拒动。
(4)电压二次回路断线时,保护应退出运行。
非全相运行对高频闭锁负序功率方向保护有什么影响?
答:当被保护线路上出现非全相运行,将在断相处产生一个纵向的负序电压,并由此产生负序电流,在输电线路的A、B两端,负序功率的方向同时为负,这和内部故障时的情况完全一样。因此,在一侧断开的非全相运行状态下,高频闭锁负序功率方向保护将误动作。为了克服上述缺点,如果将保护安装地点移到断相点的里侧,则两端负序功率的方向为一正一负,和外部故障时的情况一样,这时保护将处于启动状态,但由于受到高频信号的闭锁而不会误动作。针对上述两种情况可知,当电压互感器接于线路侧时,保护装置不会误动作,而当电压互感器接于变电所母线侧时,则保护装置将误动作。此时需采取措施将保护闭锁。
线路高频保护停用对重合闸的使用有什么影响?
答:当线路高频保护停用时,可能因以下两点原因影响线路重合闸的使用:
(1) 线路无高频保护运行,需由后备保护(延时段)切除线路故障,即不能快速切除故障,造成系统稳定极限下降,如果使用重合闸重合于永久性故障,对系统稳定运行则更为不利。
(2) 线路重合闸重合时间的整定是与线路高频保护配合的,如果线路高频保护停用,则造成线路后备延时段保护与重合闸重合时间不配,对瞬时故障亦可能重合不成功,对系统增加一次冲击。
高频保护运行时,为什么运行人员每天要交换信号以检查高频通道?
    答:我国常采用电力系统正常时高频通道无高频电流的工作方式。由于高频通道涉及两个厂站的设备,其中输电线路跨越几千米至几百千米的地区,经受着自然界气候的变化和风、霜、雨、雪、雷电的考验,以及高频通道上各加工设备和收发信机元件的老化和故障都会引起衰耗。高频通道上任何一个环节出问题,都会影响高频保护的正常运行。系统正常运行时,高频通道无高频电流,高频通道上的设备有问题也不易发现,因此每日由运行人员用起动按钮起动高频发信机向对侧发送高频信号,通过检测相应的电流、电压和收发信机上相应的指示灯来检查高频通道,以确保故障时保护装置的高频部分能可靠工作。

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