水電站自動化答案華科版

水輪發(fā)電機的自動并列1、簡述同步發(fā)電機兩種同期并列方式的操作步驟，并分析各自的特點和用途。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打開機組導葉到空載位置打開機組導葉到空載位置發(fā)電機投入勵磁調節(jié)機組的電壓和轉速判斷發(fā)電機是否滿足并列條件發(fā)電機接近同步轉速將機組投入系統(tǒng)并列運行滿足不滿足自同期的操作步驟為打開機組導葉到空載位置發(fā)電機斷路器合閘發(fā)電機投入勵磁機組并入系統(tǒng)運行發(fā)電機接近同步轉速打開機組導葉到空載位置發(fā)電機斷路器合閘發(fā)電機投入勵磁機組并入系統(tǒng)運行發(fā)電機接近同步轉速但是，準同期存在著非同期并列操作可能，并使機組嚴重損壞。為了避免非同期并列，在準同期并列時，同期回路帶有非同期閉鎖。另外，當電力系統(tǒng)發(fā)生故障而出現(xiàn)低頻、低壓時，將給準同期操作帶來困難。自同期具有如下特點：不需調整電壓、相位和精確調整轉速，操作簡單；由于并列操作時未投勵，消除了非同期并列的可能；與準同期相比，大大縮短了并列的時間。自同期并列為電力系統(tǒng)發(fā)生故障而出現(xiàn)低頻、低壓時，啟動備用機組創(chuàng)造了很好的條件，對于防止事故擴大，迅速恢復系統(tǒng)起到重要作用。由于發(fā)電機以自同期投入系統(tǒng)時，未勵磁的發(fā)電機相當于異步電動機，因此自同期存在如下缺點：出現(xiàn)短時間的電流沖擊，并使系統(tǒng)電壓下降；沖擊電流引起的電動力可能對定子繞組絕緣和定子繞組端部造成不良影響；沖擊電磁力矩將使機組大軸產(chǎn)生紐矩，并引起振動。但是，沖擊電流和沖擊電磁力矩均比發(fā)電機出口三相短路時小，并且縮減快，通常不會對發(fā)電機造成損害，但沖擊電流產(chǎn)生的電動力可能對定子繞組絕緣和端部造成累計性變形和損害。特別是自同期時發(fā)電機處于冷狀態(tài)，造成的不良影響比熱狀態(tài)下的發(fā)電機出口三相短路更嚴重。因此，在事故時機組采用自動自同期并列。2、簡述準同期并列的條件，并說明可能造成非同期合閘的原因及其危害。答：準同期并列的條件為：發(fā)電機與電力系統(tǒng)的相序相同；發(fā)電機與電力系統(tǒng)的頻率相同；發(fā)電機與電力系統(tǒng)的電壓相同；發(fā)電機與電力系統(tǒng)的相位相同?？赡茉斐煞峭诓⒘械脑驗椋喊l(fā)電機的一次或二次接線不正確；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重損壞：如果相位差為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；如果電壓或頻率不相同，將對機組產(chǎn)生很大的電磁沖擊力，甚至高達額定力矩的8-26倍。3、已知滑差周期為，試確定機組和系統(tǒng)的頻率差。解：式中為待并發(fā)電機的頻率；系統(tǒng)的頻率；為滑差角速度。設：待并發(fā)電機的電壓為；系統(tǒng)電壓為；其頻率差和相位差為0，電壓差為，試計算并列時的最大沖擊電流。解：根據(jù)最大沖擊電流的近似計算式式中：為待并發(fā)電機的縱軸次暫態(tài)電抗。已知電壓差為，則有設：待并發(fā)電機的電壓為；系統(tǒng)電壓為；簡要說明如何根據(jù)脈動電壓分析電壓差和頻率差。答：設待并發(fā)電機和系統(tǒng)電壓的最大值為；脈動電壓是一個電角速度為、幅值（包絡線）為正弦規(guī)律變化的交流電壓。準同期并列時與很接近，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（1）式中：為滑差角速度；為與的相位差。從的時間稱為滑差周期（2）由（1）式可知：在與的幅值相等的條件下：時，脈動電壓的幅值達到最大值；（）時，脈動電壓的幅值達到最小值。如果與的幅值不相等，則脈動電壓最小值為。由（2）式可知：滑差周期與頻率差成反比，因此可用滑差周期的大小來判斷待并發(fā)電機與系統(tǒng)的頻率差，從而確定準同期并列的條件是否滿足。若采用8點采樣的富氏算法計算一個周期函數(shù)的基波和二次諧波的幅值和相位，試寫出相應的計算式。解：根據(jù)離散富氏算法的計算式，的n次諧波分量的幅值和相位為：；；式中：；；N為一個周期中的采樣數(shù)；為第k個采樣值；為周期函數(shù)諧波次數(shù)。已知N=8，當時：；；式中：；；當時：；；式中：；。水輪發(fā)電機勵磁的自動調節(jié)簡述水電機組勵磁控制的任務，以及對自動調節(jié)裝置的要求。答：（1）自動調節(jié)勵磁裝置（AVR）的任務：維持發(fā)電機端電壓水平并且合理分配各機組的無功負荷；提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和輸電線路的傳輸能力；提高帶時限動作繼電保護的靈敏度；加速短路后的電壓恢復過程和改善異步電動機的啟動條件；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升高。（2）對自動調節(jié)勵磁裝置（AVR）的要求：工作可靠AVR裝置本身發(fā)生故障，可能迫使機組停機，甚至可能對電力系統(tǒng)造成嚴重影響。有足夠的輸出容量AVR的容量既要滿足正常運行時調節(jié)的要求，又要滿足發(fā)生短路故障時強勵的要求。動作迅速采用快速動作的AVR對改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和提高輸送能力具有重要意義。無失靈區(qū)沒有失靈區(qū)的AVR有助于提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。當一臺同步發(fā)電機帶孤立網(wǎng)運行時，試分析無功負荷電流的增加是造成發(fā)電機端電壓下降的主要原因。解：當一臺同步發(fā)電機帶孤立網(wǎng)運行時，根據(jù)同步發(fā)電機的等值電路圖可得：式中：為發(fā)電機定子繞組的感應電勢與發(fā)電機端電壓間的相位差；為發(fā)電機的無功負載電流；為發(fā)電機的縱軸同步電抗（且與發(fā)電機的橫軸同步電抗相等）。由于在正常時δ很小，，則有上式表明，無功電流是造成機端電壓下降的主要原因，且機端電壓與無功電流成反比。簡述強行勵磁、強行減磁和自動滅磁的作用。答：（1）強行勵磁的作用發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)和水電站的電壓可能大幅度降低。此時，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行和加快切除故障后的電壓恢復，應使發(fā)電機的勵磁電流迅速加大到頂值，既實行強行勵磁。（2）強行減磁的作用當機組甩負荷時，由于機組轉速的急劇上升，而引起發(fā)電機端電壓的升高，此時為了保證發(fā)電機定子絕緣的安全，應立即減少發(fā)電機轉子回路的勵磁電流，即實行強行減磁。（3）自動滅磁的作用自動滅磁是在發(fā)電機內部或其出口短路時，切斷勵磁電流，并在很短的時間內使轉子磁場中儲存的大量能量迅速消釋，而不至產(chǎn)生危及轉子絕緣的過電壓。4、簡要說明下圖所示勵磁系統(tǒng)的工作原理。KKarccosSCRUffUfUzPTUtUUcαG2G1GS答：如果由于擾動使發(fā)電機機端電壓上升，勵磁調節(jié)裝置通過PT測量發(fā)電機端電壓，并與給定電壓比較后獲得電壓差將減少，經(jīng)綜合放大后得到控制信號也將減少；根據(jù)控制信號和同步信號計算勵磁機G1勵磁回路的可控硅導通角α增大，經(jīng)可控硅整流后，勵磁機的勵磁電壓減少，從而改變了發(fā)電機的勵磁電流，進而使發(fā)電機的電壓下降，以減少電壓差，從而抵消了發(fā)電機機端電壓上升的擾動，由此勵磁反饋控制可以維持發(fā)電機機端電壓的恒定。使發(fā)電機運行在穩(wěn)定狀態(tài)。反之，如果由于擾動使發(fā)電機機端電壓下降，則類似以上分析，可得到相同的結論。可控硅勵磁系統(tǒng)由那些基本單元所組成？其各自的作用又是什么？答：可控硅勵磁系統(tǒng)由測量比較單元、調差單元、移相觸發(fā)單元和手動單元等基本單元所組成，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行比較：調差單元：用于改變調差系數(shù)Kq，以實現(xiàn)合理分配各機組間的無功；綜合放大單元：對所測量的電壓差進行綜合，計算出實現(xiàn)消除電壓差的控制信號Uc，在勵磁控制中通常采用了PID調節(jié)規(guī)律；移相觸發(fā)單元：根據(jù)綜合放大單元PID控制規(guī)律輸出Uc和同步信號，轉變?yōu)槊}沖相位的變化，并以此脈沖觸發(fā)可控硅整流橋（即勵磁系統(tǒng)的功率輸出部分）的可控硅晶閘管，使其導通角α隨Uc的變化而改變，從而達到自動調節(jié)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；手動單元：用于手動調節(jié)勵磁電流，調差單元和綜合放大單元均退出工作，此時調節(jié)器屬于開環(huán)運行情況，一般在裝置故障時采用。寫出位置型離散PID控制算法的表達式，并分別說明比例、積分和微分控制在調節(jié)過程中的作用。答：位置型離散PID控制算法的表達式為式中：為第個采樣周期的控制信號；為第個采樣周期的偏差信號；為比例增益；為積分時間常數(shù)；為微分時間常數(shù)；為采樣周期，若采樣周期足夠小，離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)非常接近。比例控制的作用是按的大小成比例地改變控制信號的強度，使趨于減少，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差的大小與成正比；積分控制的作用為消除穩(wěn)態(tài)偏差；微分控制的作用是按預測的偏差信號變化趨勢進行調節(jié)，可以減少超調量，縮短調整時間，改善調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)品質，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在可控硅勵磁中的“同步”是指什么？為什么同步信號取為同步發(fā)電機的AC相電壓？答：一個可控硅的導通，除了應在其陽極與陰極間加上正向電壓外，還必須同時在控制極上加上正向觸發(fā)脈沖，否則可控硅將處于截止狀態(tài)。對三相可控整流橋而言，就是要求每次加在可控硅控制極上的觸發(fā)脈沖，都應在該相可控硅承受正向電壓的一定時刻發(fā)出。同時，當控制電壓一定時，各相的每個周期送出的觸發(fā)脈沖，對應于該相陽極電壓的時刻都應相同，即控制角α相同。可控硅觸發(fā)脈沖與主回路之間的這種相位配合關系稱為同步。取自主回路的同步信號，就是用于保證主回路與觸發(fā)電路之間的同步。在三相全控橋可控硅勵磁控制中：共陰極組的整流可控硅整流元件應在其陽極電位為最高的一段區(qū)間內，給控制極以觸發(fā)脈沖才能導通。因此，其三相觸發(fā)脈沖按+A，+B，+C相的順序并依次相隔120°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，給控制極以觸發(fā)脈沖才能導通。因此，其三相觸發(fā)脈沖按-C，-A，-B相的順序并也依次相隔120°發(fā)出。這樣，對于整個三相全控橋來說，當同步信號取為同步發(fā)電機的AC相電壓時，其六相觸發(fā)脈沖發(fā)出的順序就成為了+A，-C，+B，-A，+C，-B相，并依次相隔60°發(fā)出。畫出可控硅三相全控橋觸發(fā)脈沖的時序圖。8、當可控硅勵磁調節(jié)器對電壓進行調節(jié)時采用了比例控制規(guī)律。在某采樣周期k,微機調節(jié)器測量到發(fā)電機端電壓的偏差相對值為，比例控制參數(shù)。若:控制信號與導通角α余弦關系中的比例因子K=1，計算機的計數(shù)頻率，同步信號周期T=20ms。試求出：可控硅導通角α(k)以及對應的脈沖數(shù)N(k)。解：由于采用了比例控制規(guī)律，故控制信號為由于觸發(fā)角與控制信號成余弦關系，得（度）將晶閘管觸發(fā)角α折算為計算脈沖個數(shù)，得（個）頻率和有功功率的自動控制1、問答題（1）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：若系統(tǒng)總的發(fā)電功率=用戶總的耗用功率（包括線路耗損），則系統(tǒng)的頻率維持在額定值；若系統(tǒng)總的發(fā)電功率大于（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；并網(wǎng)運行發(fā)電機組的功率控制，就是維持電力系統(tǒng)功率的平衡，使系統(tǒng)的頻率偏差在容許的范圍內。（2）什么是調頻機組和調頻電站？答：由于計劃外負荷是無規(guī)律變化的，因此必須采取必要的技術手段，將電力系統(tǒng)的頻率維持在正常水平。這就要求在系統(tǒng)中劃出一部分機組甚至幾個水電站執(zhí)行調頻任務，是系統(tǒng)的總發(fā)電功率隨時跟蹤用戶的總耗用功率，這些機組或電站稱為調頻機組或調頻電站。（3）什么是電力系統(tǒng)的日負荷曲線和計劃外負荷？答：電力系統(tǒng)的實際負荷是隨機變化的，電力調度中心根據(jù)統(tǒng)計資料來制定系統(tǒng)日負荷曲線，稱之為計劃負荷，它反映了電力系統(tǒng)負荷變化規(guī)律性的部分；計劃負荷與實際負荷的差值為計劃外負荷。（4）什么是一次調頻和二次調頻？答：電力系統(tǒng)的調頻分為一次調頻和二次調頻。一次調頻是在電力系統(tǒng)出現(xiàn)頻率差時，根據(jù)調速器的調差系數(shù)來分配機組間的負荷，由調速器完成功率調節(jié)；二次調頻是在調速器調節(jié)的基礎上，按負荷優(yōu)化分配來重新調整各運行機組的負荷。（5）有調節(jié)能力水電站和徑流式水電站運行機組間負荷優(yōu)化分配的準則各是是什么？答：有調節(jié)能力水電站運行機組間負荷優(yōu)化分配的準則是，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；徑流式水電站運行機組間負荷優(yōu)化分配的準則是，在滿足水電站流量平衡和機組穩(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（1）簡要說明有功功率無差調節(jié)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（臺），而其余機組按有差特性運行，承擔計劃負荷。其調節(jié)方程為：主導調頻機組：，按無差特性運行；其余調頻機組：；計劃外負荷：式中：為第臺調頻機組計劃外負荷分配系數(shù)。（2）簡要說明水電機組的有功功率控制的目的和內容。答：根據(jù)功率偏差（式中：為時刻由負荷分配所得到的機組目標功率；為時刻機組的實際功率），按某種調節(jié)規(guī)律來確定控制信號，并通過調速器調整機組的導葉開度，以改變機組的出力，使機組的實際功率跟蹤目標功率（），并使調節(jié)過程具有穩(wěn)定、快速和平穩(wěn)的控制品質。（3）簡要說明基于李雅普諾夫函數(shù)的開關控制原理。答：已知水電機組功率控制系統(tǒng)的數(shù)學模型：其中，為開關型控制變量，且當時機組功率控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的。設李雅普諾夫函數(shù)為：根據(jù)李雅普諾夫函數(shù)的定義，式中的為正定對稱矩陣；則李雅普諾夫函數(shù)的導數(shù)為：由于系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則有如下等式成立：（式中的為正定對稱矩陣；）為了保證李雅普諾夫函數(shù)的導數(shù)小于零，?。荷鲜奖砻鳎诶钛牌罩Z夫函數(shù)的開關控制是建立在狀態(tài)反饋的基礎上的，其開關極性的切換取決于開關線。在這種開關控制中，需要適當選擇開關線參數(shù)P，才能保證有較好的控制性能。3、寫出離散PID調制控制策略的表達式。答：離散PID調制控制是在等控制周期T內根據(jù)ΔP的符號確定控制極性；根據(jù)對（式中：為機組的目標功率，為機組的實際功率）的PID運算，確定調制控制脈沖寬度Tu。其控制策略為脈沖寬度的計算式為：輔助設備的自動控制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。答：水電機組的轉速測量對于水電機組狀態(tài)檢測和控制是十分重要的，其測量精度及其可靠性直接關系到水輪機調節(jié)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，用于對機組進行自動操作和保護。如：當n≥140%nr時，發(fā)出飛逸信號，命令機組事故緊急停機；當n≥115%nr時，發(fā)出過速信號，命令機組事故停機；當n≥80%nr時，發(fā)出信號，命令同期投入；當n≤35%nr時，發(fā)出制動信號，對機組進行剎車。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)形齒狀設備（齒盤），當機組旋轉時通過接近式或光電式傳感器感應產(chǎn)生反映機組轉速的脈沖信號，由計算機測量脈沖個數(shù)（或寬度）并計算獲取機組轉速。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，通常采用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傳感器，在已知兩個傳感器之間距離的前提下，測量齒盤中各齒通過兩個傳感器的時間，并由此計算機組轉速。這種方法是通過兩個傳感器來消除齒盤加工精度等引起的測量誤差，以滿足水電機組控制對測速精度和實時性方面的要求。在水電機組的停機過程控制時常需要測量機組的蠕動（頻率小于5Hz）。試問：應采取何種測量方法？為什么？答：一般采用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基本原理是：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。當機組旋轉時，各齒邊沿通過傳感器感應產(chǎn)生其周期依據(jù)轉速變化的脈沖信號，信號周期將受機組轉速和齒距D的影響。當通過計算機記錄到第i個齒在第j圈通過傳感器測量點的周期T[k]，則此時機組轉速為。這種測量方式在機組運行在額定轉速附近時有較高的測量精度和反應速度。但在機組的蠕動時的脈沖信號周期將會很長，且測量到的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應速度不能滿足要求；其二會給轉速計算造成困難?；陬l率法的轉速測量的基本原理是：當機組轉速變化時，在單位時間內通過傳感器測量的脈沖個數(shù)也會隨之而變化。設：齒盤的齒數(shù)為N；在單位時間T內測量通過傳感器的脈沖個數(shù)為M，則：機組轉速。其中：K為折算系數(shù)；測量周期T則取決于對測量精度要求和測量速度要求的協(xié)調，T越大，精度越高，但速度則越慢。這種方法簡單、可靠，并且能方便地測量機組的蠕動。簡述熱電偶傳感器的工作原理。答：熱電偶是由兩種成分不同的導體A和B連接在一起構成的感溫元件。當導體A和B的兩個接點存在溫差時，回路中將產(chǎn)生感應電勢，這種效應稱為熱電效應。熱電勢由接觸電勢和溫差電勢組成，其中：接觸電勢是由于A與B的金屬材料不同，使其內部的電子濃度不同，發(fā)生自由電子的遷移而產(chǎn)生的電位差。當溫度不變時，接觸電勢為常數(shù)；溫差電勢是由于金屬兩端的溫度不同而產(chǎn)生的電動勢。當T2>T1時，處于較高溫度區(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。當溫度差一定時，而產(chǎn)生一定值的電位差，即溫差電勢。綜上所述，熱電偶回路中熱電勢的大小只與組成熱電偶的材料和兩端的溫度有關，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，A和B兩種導體稱為熱電極。T2端稱為熱端（或工作端）；T1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基本原理。4、采用霍爾元件式壓力變送器測量某管道流體的壓力。已知：霍爾電勢(其中：)；彈簧管內徑為d，外徑為D；彈簧管自由端位移ΔX與其圓周方向應力和軸向應力之間為線性關系。試求被測流體的壓力P。解：被測流體的壓力即被測流體的壓力P與霍爾電勢成正比。5、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。差壓變壓器有三個繞組（原邊N0，副邊N1，N2）。當鐵芯P在線圈內左右移動時，由于磁通的變化，從而改變了原邊、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)生的感應電動勢也隨鐵芯的位置的不同而相應改變，有一一對應關系。設：原邊受到激磁電壓Ui（交流1—3KHZ等幅）的作用；兩個完全相同的副邊線圈N1和N2（N1=N2）感應出電壓U1，U2；則：差動接線的傳感器輸出電壓U0=U2-U1當鐵芯處于中間位置時，副邊線圈N1和N2通過的磁力線相等，故U10=U20，有U0=U20-U10=0。當鐵芯P向上運動時，N1和N2的磁通均發(fā)生變化。此時，兩個副邊繞組所產(chǎn)生的感應電勢不再相等：偏離鐵芯ΔX位移的N1線圈降低ΔU，即U1=U10-ΔU；靠近鐵芯ΔX位移的N2線圈增加ΔU，即U2=U20+ΔU；則輸出電壓為：U0=U2-U1=（U20+ΔU）-（U10-ΔU）=2ΔU鐵芯P相反運動時有：U0=-2ΔU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位移的大小和方向。雖然單個線圈的感應電勢（U1，U2）與鐵芯P的不具有線性關系，但將兩個線圈差動連接后，其感應電勢的差值與鐵芯位移就成為線性關系：ΔX=KU0。6、下圖是以電極式水位信號器構成的調相壓水控制接線圖，試說明其工作過程。答：相壓水控制裝置由電流繼電器1KA、變壓器T和橋式整流器等組成。當機組由發(fā)電轉調相運行時，該裝置的電源由2KA接點的閉合而自動投入。如果水位高于h2,此時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以下時，IKA斷電而復歸，電磁配壓閥關閉，壓縮空氣停止通入。水位又高于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。答：油混水信號器的工作原理是：在回（漏油）箱的底部裝有一對電極，利用油和水的導電率、比重不同，通過電極發(fā)出信號。在油箱沒有浸入水的情況下，電極間因為油的導電率小，而不足以導通；混入水后，水因比重大而下沉，隨著水量的增加，水將逐漸淹沒電極，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）扇導葉被卡時，用于該導葉傳動的剪斷銷被剪斷，從而不至影響處于聯(lián)動情況的其它導葉的關閉。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，如果有導葉被卡，剪斷銷被剪斷則發(fā)出報警信號。在事故停機過程中，如果發(fā)生剪斷銷被剪斷，則除發(fā)出報警信號外，還應作用緊急停機。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。答：（1）電磁閥將電氣信號轉換為機械動作，用以自動控制油、氣、水管路閥門的開啟和關閉，是自動化系統(tǒng)中的重要執(zhí)行元件之一，常用于機組的制動、調相和冷卻等操作系統(tǒng)的管路中。（2）電磁空氣閥將電氣信號轉換為機械動作，主要用于機組供氣、制動系統(tǒng)和碟閥密封圍帶充氣的低壓系統(tǒng)，實現(xiàn)供氣管道閥門的開啟和關閉的自動控制。（3）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。答：（1）減少停機時的漏水量當機組較長時間停機時，導葉漏水幾乎不可避免，漏水流量可達機組最大流量的2—3%。由于蝴蝶閥關閉較嚴，可大大減少漏水。（2）縮短機組啟動時間機組停機時，一般不希望關閉進水口閘門，因為這樣放掉引水管的水以后，機組啟動時又要重新充水，延長了啟動時間。（3）構成機組檢修的安全工作條件在岔管引水的水電站，當其中一臺機組檢修時，為了不影響其它機組的運行，可關閉蝴蝶閥。由于蝴蝶閥只有全開和全關兩種狀態(tài)，故只能用于切斷水源。11、以下是電磁空氣閥的原理示意圖。試說明其工作過程。12、下圖為油壓裝置的構成圖?，F(xiàn)要求采用以微型計算機（或PLC）構成的控制裝置進行自動控制，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。試設計：（A）控制裝置的硬件原理圖（只需給出微機芯片或ＰＬＣ模塊的名稱）；（B）控制裝置的軟件流程圖。注：要求每５秒顯示一次油壓，并能夠通過運行人員對進行主/備油泵進行選擇和操作。解：（１）控制裝置的硬件設計CPU模塊電源模塊繼電器輸出模塊A/D模塊ＤI模塊通信模塊觸摸式智能顯示屏直流電源交流電源上限油壓下限油壓油壓過低上限油位下限油位油位傳感器通信電纜機架２號油泵電動機啟動／停止接觸器補氣閥啟動／關閉控制電磁閥１號油泵電動機啟動／停止接觸器采用模塊式結構的SIMATICS7—300型可編程控制器?？刂蒲b置的硬件由如下模塊構成：電源模塊；ＣＰＵ模塊；Ｉ／Ｏ模塊（５CPU模塊電源模塊繼電器輸出模塊A/D模塊ＤI模塊通信模塊觸摸式智能顯示屏直流電源交流電源上限油壓下限油壓油壓過低上限油位下限油位油位傳感器通信電纜機架２號油泵電動機啟動／停止接觸器補氣閥啟動／關閉控制電磁閥１號油泵電動機啟動／停止接觸器（２）控制裝置的軟件設計系統(tǒng)初始化讀取顯示屏數(shù)據(jù)系統(tǒng)初始化讀取顯示屏數(shù)據(jù)控制方式？手動上限油泵選擇控制輸出油壓狀態(tài)？下限過低２＃油泵１＃油泵自動停工作／備用泵啟動工作泵啟動備用泵油位狀態(tài)？高低讀油壓值油壓低？否啟動補氣閥是油壓高？是關閉補氣閥顯示時間到？否顯示油壓是否水輪發(fā)電機組的自動程序控制簡述機組自動程序控制的任務和要求。答：（1）機組自動程序控制的任務應用計算機技術、自動控制技術和檢測技術，借助于自動化元件及裝置，組成一個不間斷進行的操作過程，代替生產(chǎn)過程中所有手動操作，即實現(xiàn)機組調速操作系統(tǒng)、勵磁操作系統(tǒng)和油、氣、水輔助設備系統(tǒng)的邏輯控制和監(jiān)視，從而實現(xiàn)單機生產(chǎn)流程的自動化。同時，機組自動化系統(tǒng)（LCU）還應有良好的通信接口與其它系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。因此，機組自動化又是實現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程綜合自動化的基礎。（2）機組自動程序控制的要求根據(jù)一個操作指令，機組能迅速、可靠地完成各種工況的轉換；當機組或輔助設備（如調速器、勵磁調節(jié)器和油、氣、水系統(tǒng)）出現(xiàn)事故或故障時，應能迅速準確地進行診斷，或將機組解列，或用報警系統(tǒng)向運行人員指明事故（或故障）的性質和部位，指導運行人員進行處理；作為全廠綜合自動化的基礎，應能方便地與其他系統(tǒng)進行通信，從而實現(xiàn)對機組的遠方控制和經(jīng)濟運行；根據(jù)全廠自動化系統(tǒng)的指令，完成機組有功和無功功率的調整；系統(tǒng)應簡單、可靠，并方便運行人員進行操作。2、說明下列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—控制開關；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。3、水電機組有那幾種停機方式？分別用于何種情況？簡要說明其操作程序。；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：１、正常停機是在機組正常運行時，按電站運行計劃所進行的停機操作。其操作程序為：接受停機令后，起動停機過程監(jiān)視定時器→機組卸負荷至空載→當導葉關至空載位置時，發(fā)電機斷路器跳閘→跳滅磁開關→導葉關至全關位置→開限至全關位置→當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。２、機組在運行中遇到下列情況之一時，須進行事故停機：軸承過熱、調相運行解列、油壓裝置油壓事故下降、機組過速、機組振動，以及電氣事故。事故停機與正常停機的不同之處在于，事故停機不等機組出力減至零，就作用于跳閘，并同時進行正常停機過程的操作，從而縮短停機時間。３、機組在運行中遇到下列情況之一時，須進行緊急事故停機：機組轉速達到140%nr的飛逸轉速和機組事故停機過程中剪斷銷被剪斷。由于緊急事故停機是在導葉不能關閉的情況下所進行的停機操作，其操作除了按事故停機過程進行外，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；答：為了防止機組在緊急停機過程中由于快速關閉導葉而引起抬機和過水系統(tǒng)中的壓力過高，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下圖所示：Ts2時間tTs2時間t導葉開度y導葉開度yy0y1y2CT1T2Ts10圖中：Ts1為直線關閉時間;Ts2為分段關閉時間;C為兩段關閉的拐點；T1為第一段關閉時間，Y1為對應關閉的開度；T2為第二段關閉時間，Y2為對應關閉的開度。只要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，又可獲得最佳的防抬機效果。６、與普通水輪發(fā)電機組相比，可逆式機組