水電站自動化答案華科版

第一章 水輪發(fā)電機的自動并列答：同步發(fā)電機具有準同期和自同期兩種同期并列方式。其中：準同期的操作步驟為翻開機組導葉到空載位置發(fā)電機接近同步轉速翻開機組導葉到空載位置發(fā)電機接近同步轉速發(fā)電機投入勵磁調整機組的電壓和轉速推斷發(fā)電機是否滿足并列條件滿足將機組投入系統(tǒng)并列運行自同期的操作步驟為翻開機組導葉到空載位置翻開機組導葉到空載位置發(fā)電機接近同步轉速發(fā)電機斷路器合閘發(fā)電機投入勵磁機組并入系統(tǒng)運行電站在同期操作中，承受了以自動準同期作為機組正常時的并列方式。并列，在準同期并列時，同期回路帶有非同期閉鎖。自同期具有如下特點：不需調整電壓、相位和準確調整轉速，操作簡潔；與準同期相比，大大縮短了并列的時間。的條件，對于防止事故擴大，快速恢復系統(tǒng)起到重要作用。期存在如下缺點：消滅短時間的電流沖擊，并使系統(tǒng)電壓下降；沖擊電磁力矩將使機組大軸產(chǎn)生紐矩，并引起振動。的發(fā)電機出口三相短路更嚴峻。因此，在事故時機組承受自動自同期并列。答：準同期并列的條件為：發(fā)電機與電力系統(tǒng)的相序一樣；發(fā)電機與電力系統(tǒng)的頻率一樣；發(fā)電機與電力系統(tǒng)的電壓一樣；發(fā)電機與電力系統(tǒng)的相位一樣。可能造成非同期并列的緣由為：同期裝置工作不正確；運行人員誤操作。非同期并列操作可能使機組嚴峻損壞：180°時非同期合閘，則發(fā)電機定子繞組的沖擊電流將比發(fā)電機出口的三相短路電流大一倍；假設電壓或頻率不一樣，將對機組產(chǎn)生很大的電磁沖擊力，甚至高達額定力矩8-263、滑差周期為T，試確定機組和系統(tǒng)的頻率差f。s1解： f fg

f ssys 2 TS式中fg

為待并發(fā)電機的頻率；fsysf 1T

系統(tǒng)的頻率；

為滑差角速度。sS4、設：待并發(fā)電機的電壓為ug

sin(t )；g g g系統(tǒng)電壓為u

sys

sys

sin(

tsys

)；sys

Usys

，試計算并列時的最大沖g擊電流I 。su.max解：依據(jù)最大沖擊電流的近似計算式Isu.max

1.9 U2X”2d

為待并發(fā)電機的縱軸次暫態(tài)電抗。d電壓差為U U U sys g g1.9

2.42U2I g g2su.max X” X”d d5ug

sint；g g系統(tǒng)電壓為u

sys

sys

sin

t；sys簡要說明如何依據(jù)脈動電壓us

(t)ug

(t)分析電壓差U Usys

Usys

和頻率差f f f。g sys答：設待并發(fā)電機和系統(tǒng)電壓的最大值為U；ms

sys

(sin

)tg sys2

(cos

)tg sys2( )us

g sys、幅值〔包絡線〕為正弦規(guī)律2(Usinm

)tg sys2

與g

很接近，故脈動電壓頻率仍接近于50Hz，在脈動電壓中，其幅值的變化規(guī)律為u 2Usm

(sin

)tg sys2

t2Usin sm 2

2Usinm

〔1〕

為滑差角速度；s g sys

t為us

sys從0 2的時間T稱為滑差周期ST 2Ss由〔1〕式可知：

〔2〕在ut)與ug

(t)的幅值相等的條件下： 時，脈動電壓的幅值到達最大值sysu sm

； 2k〔k〕時，脈動電壓的幅值到達最小值u 0。m sm假設ug

(t)的幅值不相等，則脈動電壓最小值為2usys

2u 。sys由〔2〕式可知：滑差周期TS周期T

與頻率差f fg

fsys

s成反比，因此可用滑差2的大小來推斷待并發(fā)電機與系統(tǒng)的頻率差，從而確定準同期并列的條件是S否滿足。位，試寫出相應的計算式。F2RnF2InF2RnF2Inn n FRn

2Nfcosnk2；F

2Nf

Rn Nk1k

N

Nk1k Nfkn諧波次數(shù)。kN=8n1時：FF2 F2R1 I11

F； arctg1 F

I1；R1FR1

18f

cosk；F4

18f

sink；4n2時：F2

FF2F2R2F2I22 F

I2；R2FR2

18f

cosk；F2 I2

18f

sink。2其次章 水輪發(fā)電機勵磁的自動調整1〕自動調整勵磁裝置〔AVR〕的任務：維持發(fā)電機端電壓水平并且合理安排各機組的無功負荷；提高帶時限動作繼電保護的靈敏度；改善自同期或發(fā)電機失磁運行時電力系統(tǒng)的工作條件；防止水輪發(fā)電機突然甩負荷時電壓過度上升?！睞VR〕的要求：工作牢靠有足夠的輸出容量AVR求。動作快速無失靈區(qū)AVR2壓下降的主要緣由。解：當一臺同步發(fā)電機帶孤立網(wǎng)運行時，依據(jù)同步發(fā)電機的等值電路圖可得：Ecos U IXd g rd式中：為發(fā)電機定子繞組的感應電勢

與發(fā)電機端電壓Ud

Ig

為發(fā)電

〔且與發(fā)電機的橫軸同步電抗相等。d由于在正常時δ很小，cos 1，則有E U IXd g rd上式說明，無功電流是造成機端電壓下降的主要緣由，且機端電壓與無功電流成反比。1〕強行勵磁的作用運行和加快切除故障后的電壓恢復，應使發(fā)電機的勵磁電流快速加大到頂值，既實行強行勵磁。強行減磁的作用行減磁。自動滅磁的作用轉子磁場中儲存的大量能量快速消釋，而不至產(chǎn)生危及轉子絕緣的過電壓。4、簡要說明以下圖所示勵磁系統(tǒng)的工作原理。SCRUSCRUffUfG2UG1GSzPTUcαUtarccosKUr機機端電壓U

上升，勵磁g調整裝置通過PT測量發(fā)電機端電壓U壓

，并與給定電gU 比較后獲得電壓差rU U U將削減，經(jīng)g r g綜合放大后得到掌握信號U KUc

g掌握信號和同步信號計算G1αU減f少，從而轉變了發(fā)電機的勵磁電流，進而使發(fā)電機的電壓下降，以削減電壓差U，g從而抵消了發(fā)電機機端電壓U

g壓U的恒定。使發(fā)電機運行在穩(wěn)定狀態(tài)。g結論。

下降，則類似以上分析，可得到一樣的g4、可控硅勵磁系統(tǒng)由那些根本單元所組成？其各自的作用又是什么？元所組成，其中：測量比較單元：用于測量機端電壓的變化，并將測量值與給定值進展比較：調差單元：用于轉變調差系數(shù)Kq，以實現(xiàn)合理安排各機組間的無功；PIDPIDUc相位的變化，并以此脈沖觸發(fā)可控硅整流橋〔即勵磁系統(tǒng)的功率輸出局部〕的可控硅的變化而轉變，從而到達自動調整勵磁的目的。移相觸發(fā)單元由同步、移相、脈沖形成和脈沖放大等環(huán)節(jié)組成；調整器屬于開環(huán)運行狀況，一般在裝置故障時承受。過程中的作用。答：位置型離散PID掌握算法的表達式為u K[e

TTD(eT

e)]Tk p kT

i k k1Ii0式中：uk

為第k個采樣周期的掌握信號；ek

為第k個采樣周期的偏差信號；K

為比例p

為積分時間常數(shù)；TI

為微分時間常數(shù)；TT足夠小，離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)格外接近。

e的作用是按epk

ek

趨于減少，比例掌握不能消退穩(wěn)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差的大小與K

成正比；pTT

的作用為消退穩(wěn)態(tài)偏差；iIi0T微分掌握D(e e)的作用是按推測的偏差信號變化趨勢進展調整，可以削減T k k1超調量，縮短調整時間，改善調整系統(tǒng)的動態(tài)品質，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AC壓？α一樣?？煽毓栌|發(fā)脈沖與主回路之間的這種相的同步。在三相全控橋可控硅勵磁掌握中：共陰極組的整流可控硅整流元件應在其陽極電+A，發(fā)出；共陽極組的整流可控硅整流元件應在其陰極電位為最低的一段區(qū)間內，給掌握極以觸發(fā)脈沖才能導通。因此，其三相觸發(fā)脈沖按120°發(fā)出。AC其六相觸發(fā)脈沖發(fā)出的挨次就成為了60°出。7、畫出可控硅三相全控橋觸發(fā)脈沖的時序圖。8、當可控硅勵磁調整器對電壓進展調整時承受了比例掌握規(guī)律。在某采樣周期k,微機調整器測量到發(fā)電機端電壓的偏差相對值為U

1。g pU

與導通角α余弦關系中的比例因子 K=1，計算機的計數(shù)頻率cf1MHzT=20ms。N(k)。解：由于承受了比例掌握規(guī)律，故掌握信號為U(k)Kc p

U(k)10.150.15g由于觸發(fā)角與掌握信號成余弦關系，得arccoU

c

)將晶閘管觸發(fā)角α折算為計算脈沖個數(shù)，得

0.02106 4521〔個〕360 360第三章頻率和有功功率的自動掌握1、問答題維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的條件是什么？答：電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定與否，取決于系統(tǒng)的有功功率是否平衡：假設系統(tǒng)總的發(fā)電功率=用戶總的耗用功率〔包括線路耗損在額定值；〔或小于〕用戶總耗用功率，則系統(tǒng)的頻率大于〔或小于〕額定值；差在容許的范圍內。什么是調頻機組和調頻電站？或調頻電站。什么是電力系統(tǒng)的日負荷曲線和打算外負荷？際負荷的差值為打算外負荷。什么是一次調頻和二次調頻？依據(jù)調速器的調差系數(shù)來安排機組間的負荷，由調速器完成功率調整；二次調頻是在調速器調整的根底上，按負荷優(yōu)化安排來重調整各運行機組的負荷。有調整力量水電站和徑流式水電站運行機組間負荷優(yōu)化安排的準則各是是什么？答：有調整力量水電站運行機組間負荷優(yōu)化安排的準則是，在滿足電力系統(tǒng)功率平衡和機組穩(wěn)定性約束的條件下，使水電站的總發(fā)電引用水量最小；穩(wěn)定性約束的條件下，使水電站的總發(fā)電量最大。2、簡答題簡要說明有功功率無差調整的原理。答：讓電力系統(tǒng)中一個甚至幾個電站的機組作為調頻機組n臺特性運行，擔當打算負荷。其調整方程為：主導調頻機組：f0P1

P按無差特性運行；m其余調頻機組：P CP；i打算外負荷：P

C)Pi m

為第ii2i簡要說明水電機組的有功功率掌握的目的和內容。答：依據(jù)功率偏差)r

)PPr

)為時刻由負荷安排所得到的機組P為時刻機組的實際功率，按某種調整規(guī)律來確定掌握信號，并通過調速器調整機組的導葉開度，以轉變機組的出力，使機組的實際功率跟蹤目標功率〔P0，并使調整過程具有穩(wěn)定、快速和平穩(wěn)的掌握品質。簡要說明基于李雅普諾夫函數(shù)的開關掌握原理。答：水電機組功率掌握系統(tǒng)的數(shù)學模型：.XAXBu)()0時機組功率掌握系統(tǒng)是穩(wěn)定的。.設李雅普諾夫函數(shù)為：VXXTPX依據(jù)李雅普諾夫函數(shù)的定義，式中的P為正定對稱矩陣；V(X)XTPX XTPX(XTAT Bu)XT(ATPPA)X2BTPXu由于系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則有如下等式成立：XTATPPAX Q 〔式中的Q為了保證李雅普諾夫函數(shù)的導數(shù)小于零，?。簎(t) 上式說明，基于李雅普諾夫函數(shù)的開關掌握是建立在狀態(tài)反響的根底上的，其開關極性的切換取決于開關線BTPX0P，才能保證有較好的掌握性能。3PIDPID調制掌握是在等掌握周期T內依據(jù)ΔP的符號確定掌握極性；依據(jù)對PP P〔式中：Pr

P為機組的實際功率〕的PID調制掌握脈沖寬度Tu。其掌握策略為u(k)

1; P(k)Pr1; P(k)Pr

(k)(k)0;脈沖寬度T的計算式為：u

P(k)P(k)rT K PKu p

PdtKdPd dt第四章關心設備的自動掌握1、簡述水電機組轉速測量的目的以及基于雙傳感器測量的齒盤測速原理。其牢靠性直接關系到水輪機調整的性能和水電機組運行的安全性。轉速信號器是用于測量反映機組運行狀態(tài)的一個重要參數(shù)—轉速n，并能夠在機組轉速到達所設置的轉速值發(fā)出相應的信號，用于對機組進展自動操作和保護。如：n≥140%nrn≥115%nrn≥80%nrn≤35%nr

時，發(fā)出過速信號，命令機組事故停機；時，發(fā)出信號，命令同期投入；時，發(fā)出制動信號，對機組進展剎車。齒盤測速是一種常用的水電機組測速方法，其原理是在水電機組的轉軸上安裝環(huán)〔齒盤的脈沖信號，由計算機測量脈沖個數(shù)〔或寬度〕并計算獵取機組轉速。由于存在著齒盤的加工精度很難保證水電機組轉速測量的精度要求的困難。為了解決這一困難，通常承受齒盤測速的雙傳感器策略，即沿齒盤圓周不同位置設置兩個y的前提下，測量齒盤中各齒通過兩個傳感器的時間Tn

nKyTn度等引起的測量誤差，以滿足水電機組掌握對測速精度和實時性方面的要求。2、在水電機組的停機過程掌握時常需要測量機組的蠕動〔頻率小于5Hz實行何種測量方法？為什么？答：一般承受的齒盤測速原理為頻率法和周期法兩種。其中：基于周期法的轉速測量的根本原理是：當水電機組的極對數(shù)為p時，將外徑為d的齒盤加工成N個齒，其標準齒加工間距為D Tp

。當機組旋轉時，各齒邊沿通過傳D響。當通過計算機記錄到第ijT[k]，則此時機組轉速為n(k) D。這種測量方式在機組運行在額定轉速四周時有較高的測量精度T(k)T[k]數(shù)值很大。因此，會帶來兩個方面的問題：其一會使轉速測量的反響速度不能滿足要求；其二會給轉速計算造成困難?；陬l率法的轉速測量的根本原理是：當機組轉速變化時，在單位時間內通過傳N；TM，則：機組轉速n

KM。T其中：KTT蠕動。3、簡述熱電偶傳感器的工作原理。ABAB由接觸電勢和溫差電勢組成，其中：子的遷移而產(chǎn)生的電位差。當溫度不變時，接觸電勢為常數(shù)；T2>T1度區(qū)〔T2〕的電子能量就大，因此也就會向較低溫度的低能量區(qū)〔T1〕運動。當溫度差肯定時，而產(chǎn)生肯定值的電位差，即溫差電勢。與熱電偶的尺寸無關。當構成熱電偶的材料確定后，熱電勢的大小僅與熱電偶兩端的溫度有關。這就是熱電偶的熱電特性。在熱電偶回路中，ABT2〔或工作端端成為冷端〔或自由端。當自由端的溫度為常數(shù)時，則熱電勢就與工作端的溫度T2建立起相互對應的關系。有了這種關系，只要測得兩端的電勢，就可得被測介質的溫度了。這就是熱電偶測溫的根本原理。4、承受霍爾元件式壓力變送器測量某管道流體的壓力。：霍爾電勢EH

(其中：E KH

X)；彈簧管內徑為d，外徑為D；

1

之間為線性關系2X K( )。X 1 2試求被測流體的壓力P。解： E K X K K( )H H H X 1 2K K[2P P ]H X D()2

D1()2 1d dKKP H X D()2 d

DdE[()2 1]dH被測流體的壓力PKKH XP與霍爾電勢E成正比。H5、簡述差壓變壓器式位移傳感器的工作原理。答：差壓變壓器式位移傳感器是一種利用互感原理制成的位移傳感器，即是一種利用線圈的互感作用將位移轉換成感應電勢的裝置，主要由線圈和鐵芯構成。差壓變壓器〔NNP0 1 2從而轉變了原邊、副邊線圈之間的互感量，原邊線圈受到激磁后，副邊線圈所產(chǎn)生的Ui〔1—3KHZ〕的作用；NN〔N=N〕U，U1 2 1 2 1 2則：差動接線的傳感器輸出電壓U=U-U0 2 1當鐵芯處于中間位置時，副邊線圈N和N

通過的磁力線相等，故U

=U，有

=0。

1 2 10 200 20 10PNN1 2

感應電勢不再相等：

-ΔU；1 1 10

+ΔU；2則輸出電壓為：

2 20

-ΔU〕=2ΔU0 2 1 20 10P相反運動時有：U=-2ΔU0通過上述分析可知：差動變壓器輸出電壓U0

的大小和方向反映了鐵芯P位移的大1 2線圈差動連接后，其感應電勢的差值與鐵芯位移就成為線性關系：ΔX=KU06、以下圖是以電極式水位信號器構成的調相壓水掌握接線圖，試說明其工作過程。T2KAh2兩對電極都浸入水中，那么靠水的導電性，電流繼電器1KA動作，其接點閉合使調相供氣管路上的電磁配壓閥開啟，并使1KA1

閉合而自保持。在壓縮空氣的作用下，當水位降到下限水位h1

h2

時，則重復上述動作。7、簡述油混水信號器的作用及其工作原理?！猜┯汀诚涞牡撞垦b有一對電極，利用油和水將漸漸漂浮電極，從而導致兩個電極導通，形成電流回路。8、簡述剪斷銷信號器的作用。答：水輪機調速器通過主接力器及傳動機構來操作導葉，當其中某〔幾〕扇導葉被卡剪斷銷信號器用于反映水輪機導葉連桿的剪斷銷事故：在正常停機過程中，假設有導葉被卡，剪斷銷被剪斷則發(fā)出報警信號。緊急停機。9、簡述電磁閥、電磁空氣閥和電磁配壓閥在水電站自動化中的作用。1〕電磁閥管路中。電磁空氣閥的低壓系統(tǒng)，實現(xiàn)供氣管道閥門的開啟和關閉的自動掌握。電磁配壓閥是一種液壓中間放大的變換元件，一般與液壓操作閥、油閥等組合使用。10、簡述蝴蝶閥的作用。1〕削減停機時的漏水量2—3%。由于蝴蝶閥關閉較嚴，可大大削減漏水。縮短機組啟動時間啟動時又要重充水，延長了啟動時間。構成機組檢修的安全工作條件關閉蝴蝶閥。11、以下是電磁空氣閥的原理示意圖。試說明其工作過程。12、以下圖為油壓裝置的構成圖?，F(xiàn)要求承受以微型計算機〔或PLC〕構成的掌握裝置進展自動掌握，使油壓裝置的油壓維持在上、下限壓力之間，并且當油壓低于過低油壓時，起動備用油泵。A〕掌握裝置的硬件原理圖〔只需給出微機芯片或ＰＬＣ模塊的名稱；〔B〕掌握裝置的軟件流程圖。/備油泵進展選擇和操作?！玻薄痴莆昭b置的硬件設計SIMATICS7—300塊構成：電源模塊；ＣＰＵ模塊；Ｉ／Ｏ模塊〔５點信號器輸入：上限油壓、下限油壓、油壓過低，以及上限油位和下限油位；繼電器輸出模塊〔３〔１點油壓傳感器測量；通信模塊〔用于ＣＰＵ與觸摸式智能顯示屏間的通信；觸摸式智能顯示屏〔人／機接口；機架〔８槽框架。掌握裝置的硬件原理圖如以下圖所示：機架交直上下油上交直上下油上下油流流限限壓限限位電電油油過油油傳源源壓壓低位位感器

ＤI模塊 A/D模塊 繼電器

通信模塊１２１２號號油油補泵泵氣電電閥動動啟機機動啟啟／動動關／／閉停?？刂怪怪平咏与娪|觸磁器器閥〔２〕掌握裝置的軟件設計系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化讀取顯示屏數(shù)據(jù)手動掌握方式？油泵選擇自動１＃油泵２＃油泵上限油壓狀態(tài)？過低掌握輸出停工作／備用泵下限啟動備用泵啟開工作泵讀油壓值高油位狀態(tài)？是油壓低？低啟動補氣閥否是否關閉補氣閥否顯示時間到？是顯示油壓1、簡述機組自動程序掌握的任務和要求。1〕機組自動程序掌握的任務勵磁操作系統(tǒng)和油、氣、水關心設備系統(tǒng)的規(guī)律掌握和監(jiān)視，從而實現(xiàn)單機生產(chǎn)流程〔LCU〕還應有良好的通信接口與其它系統(tǒng)進展數(shù)據(jù)交換。因此，機組自動化又是實現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程綜合自動化的根底?！?〕機組自動程序掌握的要求依據(jù)一個操作指令，機組能快速、牢靠地完成各種工況的轉換；〔如調速器、勵磁調整器和油、氣、水系統(tǒng)〕消滅事故或故明事故〔或故障〕的性質和部位，指導運行人員進展處理；作為全廠綜合自動化的根底，應能便利地與其他系統(tǒng)進展通信，從而實現(xiàn)對機組的遠方掌握和經(jīng)濟運行；系統(tǒng)應簡潔、牢靠，并便利運行人員進展操作。2、說明以下文字符號所表示的電氣設備名稱：TV、QF、SA、KT、BV、BP、BS、YF答：TV—電壓互感器；QF—斷路器；SA—掌握開關；KT—時間繼電器；BV—轉速信號器、BP—壓力信號器；BS—示流信號器；YF—電磁閥。答：水電機組有正常停機、事故停機和緊急事故停機三種停機方式，其中：程序為：n=35nr%時，投入機組制動→機組轉速為零時解除制動→關閉總冷卻水→停機完成。解列、油壓裝置油壓事故下降、機組過速、機組振動，以及電氣事故。跳閘，并同時進展正常停機過程的操作，從而縮短停機時間。140%nr事故停機過程進展外，還作用于關閉蝴蝶閥或快速閘門。4、簡述水電機組的兩段開機特性及其作用；力過高，自動化系統(tǒng)可設置分段關閉裝置。機組的兩段關閉特性如以下圖所示：yy1y C0y20 T T 時間t1 2Ts1Ts2Ts1

為直線關閉時間;Ts2

為分段關閉時間;CT1

為第一段關Y1

為對應關閉的開度；T2

為其次段關閉時間，Y2

C點和選擇得當，就既可以保證過水系統(tǒng)中的壓力與機組轉速上升在設計范圍內，又可