项目四 电力系统自动装置 - 图文

项目四 电力系统自动装置

【学习项目描述】：该学习项目包括五个工作任务：备用电源自动投入装置、自动按频率减负荷、故障录波装置、发电机自动调节励磁装置、准同期自动并列装置的原理及性能检验与运行维护。

【教学目标】

知识目标：通过该项目的学习，使学生理解掌握备用电源自动投入装置、自动按频率减负荷、故障录波装置、发电机自动调节励磁装置、准同期自动并列装置的原理、作用及构成，具有电力系统安全自动装置动作原理的分析能力。

能力目标：能看懂电力系统安全自动装置的说明书、调试大纲、作业指导书、屏柜的接线图。能对电力系统安全自动装置进行性能检验与运行维护。

【教学环境】 1.场地及设备的要求：

具备电力系统安全自动装置教学实训一体化教室，配置微机备用电源自动投入装置、自动按频率减负荷、故障录波装置、发电机自动调节励磁装置、准同期自动并列装置各10套，继电保护测试仪10套，计算机多媒体教学设备一套，有理论教学区和实训教学区。

2.对师资的要求：

（1）具备高校教师资格的讲师（或培训师）及以上职称。 （2）具有电力系统安全自动装置专业知识。

（3）具有发电厂及变电站二次回路的理论知识和分析能力。 （7）具备微机电力系统安全自动装置的调试能力。 （8）具有良好的职业道德和责任心。

任务十四：备用电源自动投入装置的原理及性能分析与运行维护

【教学目标】 知识目标：

1.能够正确表述备用电源自动投入装置的基本概念；

2.能够说出备用电源自动投入装置的作用及对备用电源自动投入装置的基本要求； 3.能够正确表述备用电源自动投入装置的两种备用方式及其特点； 4.能够表述备用电源自动投入装置的几种接线方式； 能力目标：

1.能够对备用电源自动投入装置进行分类和识别； 2.能够读懂备用电源自动投入装置的接线图；

3.分析不同接线方式备用电源自动投入装置的动作性能； 4.具有分析微机备用电源自动投入装置装置的动作行为的能力； 5.具有完成备用电源自动投入装置动作性能检验和运行维护的能力。 素质目标：

敬业精神、严谨的工作作风、安全意识、团队协作精神。 【任务描述】

某发电厂厂用电一部分接线如图4-14-1所示，T0为厂用备用变压器，T1、T2为工作变

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压器，正常运行情况下由T1给I母供电，T2给II母供电。如果I母工作电源因故不能继续供电，则由备用变压器T0给I母供电；如果II母工作电源不能供电，则由备用变压器T0给II母供电。1）请阐述此厂用电接线的备用方式并阐明理由。2）画出厂用电模拟式备自投装置的原理接线图，并说明其工作原理。3）对照对备自投装置的基本要求，阐明其是如何满足这些要求的。4）说出微机型备自投装置的基本工作情况。4）完成对备自投装置的运行与典型的异常处理。

图4-14-1某发电厂厂用电一次接线图

某变电所10kV侧采用单母线分段接线方式，接线图如图4-14-2所示，为了限制短路电流，正常运行时两段母线分裂运行，为提高供电可靠性想要变压器T1在做I母的工作电源同时，还可以作为II母的备用电源，T2在做II母的工作电源同时，还可以作为I母的备用电源。1）请阐述此变电站10kV接线的备用方式并阐明理由。2）画出模拟式备自投装置的原理接线图，并说明其工作原理。3）说出数字式备自投装置的基本工作情况。4）完成对备自投装置的运行与典型的异常处理。

图4-14-2 某变电站10kV一次接线图

【任务准备】

备用电源自动投入装置的基本作用是什么？对备自投有哪些基本要求？为什么要提这些要求？一般装置中怎么满足这些要求？比较备自投的两种备用方式及其特点。画出备自投的接线方式并分析其动作原理。

【相关知识】

一、备用电源自动投入装置的作用

备用电源自动投入装置是指当工作电源（或工作设备）因故障被断开后，能自动而迅速的将备用电源（或备用设备）投入工作，保证用户连续供电的一种装置。简称为AAT装置。备用电源自动投入装置动作时，通过合备用线路断路器或备用变压器断路器实现备用电源的投入。

在变电站，备用电源自动投入装置保证在工作电源故障退出后能够继续获得电源，使变电站的所用电正常供电，有效地提高了供电的可能性。

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1．备用电源自动投入装置的作用

1）提高供电的可靠性，节省投资。采用备用电源自动投入装置自动投入，中断供电时间只是自动装置的动作时间，时间很短，对生产无明显影响，可以提高供电可靠性，同时结构简单，造价便宜。

2）简化继电保护。因为采用了备用电源自动投入装置后，环形网络可以开环运行，变压器可以分列运行等，因此，可以采用方案相对简单的继电保护装置。

3）限制短路电流，提高母线残余电压。在受端变电所，如果采用开环运行和变压器分裂运行，将使短路电流受到一定限制，不需要再装出线电抗器，这样，既节省了投资，又使运行维护方便。

2．一般在下列情况下应装设备用电源自动投入装置： １）具有备用电源的发电厂的厂用电和变电所的所用电； ２）由双电源供电的变电所，其中一个电源经常断开作为备用； ３）降压变电所内有备用变压器或有互为备用的母线段；

４）生产过程中某些重要机组有备用设备（属备用设备自动投入），如给水泵、循环水泵等。

二、备用电源自动投入装置分类

1．备用电源自动投入装置按其备用方式可以分成两大类：明备用方式和暗备用方式。 1）若备用电源在正常情况下不运行，只有在工作电源不能正常工作，备用电源才投入运行的备用方式，称为：―明备用‖。如图4-14-3（a）图所示，正常运行情况下，变压器T0处于备用状态，断路器3QF、4QF、5QF断开运行，断路器1QF、2QF、6QF、7QF 闭合运行，变压器T1给母线I供电，变压器T2给母线II供电。当T1（或T2）故障时，1QF、2QF(或6QF、7QF)由变压器继电保护动作跳开，备自投动作将3QF、4QF（或3QF、5QF）合上，母线I（或II）由变压器T0供电。

2）―暗备用‖是指两个电源平时都作为工作电源各带一部分自用负荷且均保留有一定的备用容量，当一个电源发生故障时，另一个电源承担全部负荷的运行方式。如图4-14-3（b）图所示，正常运行情况下，断路器5QF断开运行，断路器1QF、2QF、3QF、4QF 闭合运行，变压器T1给母线I供电，变压器T2给母线II供电。当T1故障时，1QF、2QF由变压器T1继电保护动作跳开，备自投动作将5QF合上，母线I由变压器T2供电。T2故障时， 3QF、4QF由变压器T2继电保护动作跳开，备自投动作将5QF合上，母线II由变压器T1 供电。

( a ) 明备用 ( b ) 暗备用

图4-14-3备自投一次接线方式

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三、备用电源自动投入装置的基本要求

针对一次系统的接线，备自投的一次接线方案不同，但都必须满足一些基本要求。参照有关规程，对备用电源自动投入装置的基本要求如下：

1．工作电源断开后，备用电源才能投入

这是为了防止：①将备用电源投入到故障元件上（如内部故障的工作变压器），而造成事故扩大；②工作电源发生故障，工作断路器尚未断开时，就投入备用电源，也就是将备用电源投入到故障元件上，造成事故扩大；③母线虽非永久性故障，但电弧尚未熄灭而造成备用电源自动投入失败； ④防止某些情况下可能出现的非同期合闸。备用电源与工作电源往往存在电压差或相位差，工作电源未断开就投入备用电源，可能导致非同期并列。

为了实现这一要求，使备用电源断路的合闸部分由供电元件受电侧断路器的动断辅助触点来启动

2．工作母线突然失压时备用电源自动投入装置应能动作

工作母线突然失去电压，主要有：①工作变压器发生故障，继电保护动作；②工作母线本身故障，继电保护使断路器跳闸；③工作母线上的出线发生故障，而该出线断路器或继电保护拒绝动作，引起变压器断路器跳闸；④变压器断路器误跳闸（人为误操作或保护误动作）；⑤系统故障，高压工作电源电压消失。这时，备用电源自动投入装置都应起动，使备用电源自动投入，以确保不停电地对负荷供电。

为了实现这一要求，AAT装置在工作母线上应设置独立的低压启动部分，以保证在工作母线失压时，AAT装置可靠启动

3．备用电源自动投入装置只应动作一次

当工作母线发生永久性故障，备用电源第一次投入后，由于故障仍然存在，继电保护装置动作，将备用电源跳开，此时工作母线又失压，若再次将备用电源投入，就会扩大事故，对系统造成不必要的冲击。

为了实现这一要求，故要是控制备用电源断路器的合闸脉冲，使之只能合闸一次。 4． 备用电源自动投入装置动作过程应使负荷中断供电的时间尽可能短

从工作电源失去电压到备用电源投入恢复供电，中间有一段停电时间，为保证电动机自起动成功，这段时间越短越好，一般不应超过0.5～1.5s；另外还须考虑故障点的去游离时间，以确保备用电源自动投入装置动作成功，因此，备用电源自动投入装置的动作速度应保证在躲过电弧去游离时间的前提下，尽可能快地投入备用电源。另外，当工作母线上装有高压大容量电动机时，工作母线停电后因电动机反送电，若备自投动作时间太短，工作母线上残压较高，此时，若备用电源电压和电动机残压之间的相位差较大，会产生较大的冲击电流和冲击力矩，损坏电气设备。运行经验证明，装置的动作时间以1～1.5s为宜。

5．工作母线电压互感器二次侧熔断器熔断时备用电源自动投入装置不应误动作 运行中电压互感器二次侧断线是常见的，但此时一次侧工作母线仍然正常工作，并未失去电压，所以此时不应使备用电源自动投入装置动作。

6．备用电源无电压时，装置不应动作

备用母线无电压时，备用电源自动投入装置应退出工作，以避免不必要的动作，因为在这种情况下，即使动作也没有意义。当供电电源消失或系统发生故障造成工作母线与备用母线同时失去电压时，备用电源自动投入装置也不应动作，以便当电源恢复时仍由工作电源供

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电。为此，备用电源必须具有有压鉴定功能。

7．正常停电操作时备用电源自动投入装置不应起动

因为此时工作电源不是因故障而退出运行，备用电源自动投入装置应予闭锁。 8．备用电源投于故障时应使其保护加速动作

因为此时仍由继电保护的固有动作时间动作去跳闸，则不能达到快速切除故障的目的。 备用电源自动投入装置运行方式应灵活

在一个备用电源同时作为几个工作电源的备用电源情况下，备用电源已代替某一工作电源后，若其它工作电源又被断开，必要时装置仍应动作；当备用电源自动投入装置不应动作时，如备用电源检修，手动断开工作电源或备用电源已带满负荷，备用电源自动投入装置也应该能相应地作退出切换。

四、备用电源自动投入装置的一次接线方案

根据我国变电站的一次主接线情况，备用电源自动投入装置主要接线方案有以下几种： 1、 低压母线分段备自投接线

图4-14-4 低压母线备自投一次接线

低压母线分段备自投接线如图4-14-4，正常运行时，母联断路器3QF断开，断路器1QF、2QF闭合，母线分段运行，1号电源和2号电源互为备用，是暗备用方式。可以称1号电源为Ⅰ段母线的主供电源、Ⅱ段母线的备用电源；2号电源为Ⅱ段母线的主供电源、Ⅰ段母线的备用电源。因此，备自投装置的动作过程可以描述为：主供电源失电或供电变压器故障跳闸时，跳开主供电源断路器。在确认断路器跳开后，判断备用电源正常运行，闭合分段断路器，具体可分为以下两种情况：

Ⅰ段母线任何原因失电（如1号电源失电或变压器T1故障）时，跳开1QF，确认进线无电流，再判断Ⅱ段母线正常运行时闭合3QF。

Ⅱ段母线任何原因失电（如2号电源失电或变压器T2故障）时，跳开2QF，确认进线无电流，再判断Ⅰ段母线正常运行时闭合3QF。

2.变压器备自投接线

变压器备自投一次接线如图4-14-5所示。

（a） (b)

图4-14-5变压器备自投一次接线

(a图中T0为T1和T2的备用，b图中T2为T1的备用)

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a图中，T1和T2为工作变压器、TO为备用变压器，是明备用方式。正常运行时，Ⅰ段母线和Ⅱ段母线分别通过变压器T1和T2获得电源，即1QF和2QF合闸，3QF和4QF合闸， 5QF、6QF和7QF断开；当Ⅰ段（或Ⅱ段）母线任何原因失电时，断路器2QF和1QF（或4QF和3QF）跳闸，若母线进线无流、备用母线有电压，5QF、6QF（或5QF、7QF）合闸，投入备用变压器T0，恢复对Ⅰ段母线（或Ⅱ段母线）负荷的供电。

b图中T1为工作变压器、T2为备用变压器，是明备用方式。正常运行时，通过工作变压器T1给负荷母线供电；当T1故障退出后，投入备用变压器T2.

3.进线备自投

（a）单母线不分段 (b) 单母线分段

图4-14-6进线备自投一次接线

图 a为单母线不分段接线，断路器1QF和2QF一个合闸（作为工作线路），另一个断开（作为备用线路），显然是明备用方式。

图 b为单母线分段接线，有三种运行方式。方式一，线路1工作带I段和II段母线负荷，1QF和3QF合闸状态，线路2备用，2QF断开状态，是明备用方式；方式二，线路2工作带I段和II段母线负荷，2QF和3QF合闸状态，线路1备用，1QF断开状态，是明备用方式；方式三，线路1和线路2都工作，分别带I段和II段母线负荷，1QF和2QF合闸状态，3QF断开状态，即母线工作在分段状态，是暗备用方式，当任一母线失去电源时通过分段断路器合闸从另一供电线路取得电源。

五、典型明备用方式接线分析： 1．接线

图4-14-7 变压器备自投明备用接线

图4-14-7示出发电厂或变电所的变压器自动投入装置的原理接线图。图中的各元件说

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明如下：

T1—工作变压器；

T0—备用变压器，对工作母线起备用作用； KV1、KV2—反应Ⅰ段母线电压降低的低电压继电器； KT—低电压启动AAT装置的时间继电器；

KL—控制AAT装置发出合闸脉冲时间的闭锁继电器； KM1—低压启动出口继电器； KM2—AAT装置的出口继电器；

KV3—对备用电源进行电压监视的过电压继电器； KM3—备用电源电压监视中间继电器。

AAT装置由两部分组成：①低电压启动部分，当工作电源失压时，断开工作电源。图中由KV1，KV2，KT,KM1，KM3等组成；②自动合闸部分：工作电源断开后，将备用电源断路器合闸，图中由KL,KM等组成。

动作性能分析：

正常工作情况下，因Ⅰ段母线和备用电源均有电压，故KV1，KV2动断触点打开，KV3动合触点闭合，同时，因KV3触点闭合故KM3带电，其动合触点闭合，为AAT启动做好准备。与此同时，因断路器2QF处于合闸状态，其动合触点使KL带电，KL触点闭合，也为AAT装置的出口动作做好了准备。

当T1的保护动作使KM1得电动作，其动合触点闭合使YT1、YT2跳闸线圈通电，断路器1QF跳闸，2QF也跳闸，2QF的动断触点3-3合，通过KL触点使KM2立即得电动作，KM2动作后，其两个动合触点闭合分别使YC3和YC4合闸线圈带电动作，于是3QF和4QF合闸。3QF和4QF合闸将备用变压器投入运行，与此同时，通过2QF动合触点2-2断开使继电器KL失电，其延时返回触点经延时后打开，于是KM2失电，从而保证了AAT装置只动作一次。

当1QF误跳闸，1QF跳闸后其动断触点2-2闭合，使YT2通电，于是2QF跳闸。2QF跳闸以后的动作情况同上； 2QF误跳闸以后的动作情况与1QF误跳闸动作行为相同。

当电力系统事故使Ⅰ段母线失去电压，这时T1的继电保护不动作，由于Ⅰ段母线失去电压，则KV1，KV2动作，它们相串联的触点闭合又启动了时间继电器KT(如果备用电源有电压，则KV3的触点闭合使KM3处于动作状态，KM3触点闭合)，其动合触点将延时闭合，使KM1得电动作，其动合触点闭合使YT1、YT2跳闸线圈通电，断路器1QF跳闸，2QF也跳闸，然后就是前述的动作过程使备用变压器投入运行。如果备用电源也没有电压，则KV3触点不闭合，KM3不带电，则KT不启动，备用变压器也不投入运行。

如果备用电源自动投于永久性短路故障上，则应由设置在4QF上的过流保护加速将4QF跳闸。如果永久性短路故障发生在分支线上，而其保护又发生拒动，则4QF过流保护的时间继电器延时闭合触点可作为后备，使4QF经延时后跳闸。

综上所述，图4-14-7所示的AAT装置的接线能够满足对AAT的基本要求。 2.接线特点

1）保证AAT装置动作的可靠性。AAT装置自动合闸部分由供电元件受电侧断路器（如2QF）的辅助触点启动，满足了工作电源断开后备用电源才投入的要求。同时，启动合闸部分的回路还经由闭锁继电器KL的延时断开触点，控制了合闸脉冲长短，可保证AAT装置只动作

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一次。

2）低电压启动部分的工作十分可靠。在一般情况下，AAT装置设有独立的低电压启动部分。为了防止电压互感器二次侧任一相熔断器造成的误启动，将KV1，KV2接在不同的相别上，并且将其触点相互串联。此外，在低电压启动回路中还串有一个一次侧隔离开关辅助触点，以防止因检修电压互感器等原因引起失压造成误启动。

3）监视备用电源电压的继电器KM3的触点直接串接在“低电压跳闸”回路了，这样连接的优点是快速，当工作电源和备用电源分别接在发电机电压的不同母线段时，如果接有工作电源的母线段发生故障，低电压启动回路使时间继电器KT立即启动，而不必等到故障切除后才启动，可以缩短AAT装置的动作时间。

3.参数整定

1）低电压继电器KV1、KV2的动作电压整定一般要考虑两方面：

①接在工作电压器高、低母线上的出线电抗器之后，或者变压器之后发生短路故障时，低电压继电器不应动作。②当在母线的引出线上发生短路故障时，低电压继电器动作。当故障切除后，在电动机自启动过程中，低电压继电器应可靠返回。

根据运行经验，低电压继电器的动作电压一般取工作母线额定工作电压的20%—30%。 2）时间继电器KT动作时限值应保证AAT的选择性。当电网内发生使低电压继电器动作的短路故障时，应由电网保护切除故障而不应使AAT装置动作，为此KT的动作时间tKT应满足

tKT=td.max+△t (4-14-1)

式中td.max—系统切除故障的最大动作时限；

△t—时间级差，取0.5～0.7s。 根据运行经验，一般取1～1.5s。

3）闭合继电器KL触点延时返回时间值的确定，既要保证断路器可靠合闸，又要保证AAT只动作一次。为此按下式计算

tKL = tYC +△t (4-14-2)

式中△t —时间裕度，取为0.2～0.3s。

4）过电压继电器KV3的动作电压值在整定时应考虑按备用电源母线最低运行电压和保证电动机启动两个条件整定。故KV3继电器的动作电压Uact为 Uact= 式中nTV —电压互感器的变比；

Krel—可靠系数，取1.1～1.2； Kre—返回系数，一般为0.85～0.9。 一般Uact值不应低于额定工作电压的70%。 六、典型暗备用接线分析

原理接线图如图4-14-8所示，T1和T2互为暗备用。图中只画出T2故障后自动投入母线分段断路器的接线图。图中的各元件说明如下：

KV1、KV2—反应II段母线电压降低的低电压继电器； 图4-14-8 分段备自投暗备用接线

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Umin (4-14-3)

nTVKrelKre KL—控制AAT装置发出合闸脉冲时间的闭锁继电器； KV3—对I段工作母线监视的过电压继电器； KMC5—5QF的合闸接触器。

工作特性分析： 正常运行时，A电源通过工作变压器T1给工作母线I段供电，B电源通过工作变压器T2给工作母线II段供电，母线分段断路器5QF断开。

变压器T2故障，T2保护使3QF、4QF跳闸，工作母线II段失去电压，工作母线I有

电压，KV3动合触点闭合，KV1、KV2动断触点闭合，经由4QF的3-3触点，KL的延时触点接同KMC5,KMC5励磁5QF合闸，工作母线II段恢复供电。5QF合闸后，KL触点延时断开，保证5QF只合闸一次。

【任务实施】：

第一步：根据备用电源自动投入装置的备用方式概念及特点完成第一步； 第二步：根据备自投接线的基本构成及一次接线的特点完成其原理接线图； 第三步：根据对备自投的基本要求，分析原理接线图是否能满足要求； 第四步：给出性能检验的方案；

第五步：简述微机型备自投的基本工作方式；

第六步：给出备自投日常巡视的要求及典型异常的处理方法。 一、微机型备用电源自动投入装置实例分析

以RCS－9651CS型备用电源自动投入装置为例学习微机型备用电源自动投入装置的自投逻辑，软件原理及备用方式充放电及动作过程。

RCS－9651CS型备用电源自投保护测控装置可实现各电压等级、不同主接线方式（内桥、单母线、单母线分段及其他扩展方式）的备用电源自投逻辑和分段（桥）开关的过流保护和测控功能。可组屏安装，也可在开关柜就地安装。

备用电源自投逻辑：分段(或桥)断路器和进线(或双绕组/三绕组变压器)两种电气元件的备用电源自投功能，包括四种备自投方式。方式1和2：对应1#和2#进线(或变压器)互为明备用的两种动作方式。方式3和4：对应通过分段(或桥)断路器实现Ⅱ母和Ⅰ母互为暗备用的两种动作方式。如图4-14-9。

图4-14-9 RCS－9651CS备自投一次接线图

2.软件工作原理：装置引入两段母线电压（Uab1、Ubc1、Uca1、Uab2、Ubc2、Uca2），用于有压、无压判别。引入两段进线电压（Ux1、Ux2）作为自投准备及动作的辅助判据，可经控制字选择是否使用。每个进线开关各引入一相电流（I1、I2），是为了防止TV三相断线后造成自投装置误投，也是为了更好的确认进线开关已跳开。装置引入电源1、电源2和分段开关的位置接点（TWJ）或断路器的辅助接点（常开），用于系统运行方式判别，自投准备

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及自投动作。如果是电源进线，直接引1QF、2QF的位置即可；如果是主变电源，将1QF和1HQF（1＃变压器高压侧开关）的TWJ并联引入，2QF和2HQF（2＃变压器高压侧开关）的TWJ并联引入。将Ⅰ母需要联跳的开关位置接点（TWJ）串联引入1QFA，将Ⅱ母需要联跳的开关位置接点（TWJ）串联引入2QFA。引入了电源1、电源2和分段开关的合后位置信号（从开关操作回路引来），作为各种运行情况下自投的手跳闭锁。如果是电源进线，直接引1QF、2QF的合后接点KKJ即可；如果是主变电源，将1QF和1HQF的KKJ 串联引入，2QF和2HQF的KKJ串联引入。分段开关的TWJ和KKJ可以从装置自身操作回路引入，也可以通过辅助参数整定从外部引入。另外还分别引入了闭锁方式1自投，闭锁方式2自投，闭锁方式3自投、闭锁方式4自投和自投总闭锁5个闭锁输入。

装置输出接点有跳电源1、电源2各两付同时动作的接点。用于跳开1QF（或Ⅰ母需要联跳的开关）、2QF（或Ⅱ母需要联跳的开关）。输出合电源1、电源2 各两付独立动作的接点，用于1QF、1HQF 和2QF、2HQF分时合闸。输出跳、合3QF的动作接点，可接装置自身操作回路，也可以用外部的操作回路。输出三轮过负荷减载各两付接点。还有三付备用出口接点，可以整定输出。

信号输出分别为：装置闭锁（可监视直流失电，常闭接点），装置报警，保护跳闸，保护合闸各一付接点。

3.线路/ 变压器备投－方式1工作原理（方式2 #2线路/变压器运行，1#线路/变压器备用，充放电及动作过程同方式1。）

#1进线/变压器运行，#2进线/变压器备用，即1QF、3QF在合位，2QF在分位。当#1 进线/变压器电源因故障或其他原因被断开后，#2进线/变压器备用电源应能自动投入，且只允许动作一次。为了满足这个要求，设计了类似于线路备用电源自动投入装置的充电过程，只有在充电完成后才允许自投。

充电条件：

1)Ⅰ母、Ⅱ母均三相有压，当#2线路电压检查控制字投入时，#2线路有压（Ux2）； 2) 1QF、3QF在合位, 2QF在分位。

经备自投充电时间后充电完成。备自投充电时间可在“装置整定-辅助参数”菜单中整定。

放电条件：

1) 当#2线路电压检查控制字投入时，#2线路无压（Ux2），经15S延时放电。无压门槛是：当线路额定电压二次值为100V时为Uyy；当线路额定电压二次值为57.7V时为Uyy*0.577；

2) 2QF合上经短延时；

3) 本装置没有跳闸出口时，手跳1QF 或3QF（即KKJ1或KKJ3变为0）（本条件可由用户退出，即“手跳不闭锁备自投”控制字整为1）；

4) 引至‘闭锁方式1自投’和‘自投总闭锁’开入的外部闭锁信号； 5) 1QF，2QF，3QF的TWJ异常； 6) 1QF、1QFF、2QFF开关拒跳；

7) 整定控制字或软压板不允许#2进线/变压器自投；

动作过程：当充电完成后,Ⅰ母、Ⅱ母均无压（三线电压均小于无压起动定值)，Ux2有压（JXY2投入时），I1无流起动，经延时Tt1，两对电源1跳闸接点动作跳开电源1开关（1QF）、

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Ⅰ母需要联切的开关，电源2跳闸接点动作跳开Ⅱ母需要联切的开关（JLT2投入时）。确认1QF跳开、1QFA跳开（JLT1 投入时）和2QFA跳开（JLT2投入时）后，且Ⅰ母、Ⅱ母均无压（三线电压均小于无压合闸定值)或满足同期条件2（检同期2投入时），分别经Th1、Th2延时合电源2的两对合闸接点。

若“加速备自投12”控制字投入，当备自投起动后，若1QF主动跳开（TWJ1 为1），则 不经延时空跳1QF和需要联切的开关，其后逻辑同上。

同期条件2：线路电压Ux2大于有压定值，Ⅱ母Uab2大于无压合闸定值Uwy，且两者的 相角差小于合闸同期角整定值DGhz。

分段（桥）开关自投（方式3、方式4 ）

当两段母线分列运行时，装置选择分段(桥)开关自投方案。 充电条件：

1) Ⅰ母、Ⅱ母均三相有压； 2) 1QF、2QF在合位,3QF在分位。 经备自投充电时间后充电完成。

方式3--Ⅰ母失压工作原理（方式4--Ⅱ母失压工作原理与方式3同） 放电条件：

1) 3QF在合位经短延时；

2) Ⅰ、Ⅱ母均无压（三线电压均小于Uwyqd），延时15S；

3) 本装置没有跳闸出口时，手跳1QF或2QF（KKJ1或KKJ2变为0）（本条件可由用户 退出，即“手跳不闭锁备自投”控制字整为1）；

4) 引至‘闭锁方式3自投’和‘自投总闭锁’开入的外部闭锁信号；

5) 1QF，2QF，3QF的TWJ异常；使用本装置的分段操作回路时，控制回路断线，弹簧 未储能（合闸压力异常）；

6) 1QF、1QFA开关拒跳；

7）整定控制字或软压板不允许Ⅰ母失压分段自投；

动作过程：当充电完成后,Ⅰ母无压（三线电压均小于无压起动定值）、I1无流，Ⅱ母 有压起动，经Tt3延时后，两对电源1跳闸接点动作跳开1QF、Ⅰ母需要联切的开关。确认1QF跳开和1QFA跳开（JLT1投入时）后，且Ⅰ母无压（三线电压均小于无压合闸定值）或满足同期条件3（检同期3投入时）经Th34延时合上3QF。 说明：JXY1——线路电压1检查控制字（“1”投入，“0”退出） JLT1 /JLT2联跳I/II 母开关控制字

Uyy ——有压定值 Uwyqd ——无压起动定值 Uwy——无压合闸定值 Th34——方式34合闸时限

二、备用电源自动投入装置的运行维护及异常处理 1.备自投装置日常巡视要求

1）运行正常，无告警信息与告警灯亮，所报信息均以确认复归。 2）各交直流断路器均投入正常。

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3）二次连接片投、退位置与当前运行方式相符，压接牢固，标示清晰准确，连接片上无明显积尘和蜘蛛网。

4）转换开关投退位置与当前运行方式相符，表示清晰准确。 5）液晶屏开入量显示正常，无异常告警信号。 6）装置的各个运行指示灯指示是否正常

7）二次接线无松脱、发热变色现象，电缆孔洞封堵严密。 8）屏内外整洁干净，屏内无杂物、蜘蛛网。 2.相关运行要求及注意事项

1）除了短时转电操作，备自投装置的投退应跟随一次设备运行方式的变化而随时投退当一次设备的运行方式与备自投方式不符时，应及时将备自投装置退出；在恢复与备自投方式相符的运行方式前，应及时将备自投装置投入。

2)小电阻接地系统，备自投装置与接地变压器保护之间存在配合关系。当接地变压器保护动作时会闭锁备自投，当备自投动作时将联跳相应母线的接地变压器（小电阻系统）。所以，当接地变压器单元检修或备自投单元检修时，应解除接地变压器保护“闭锁备自投”连接片和备自投“跳接地变压器”连接片。

3）对于无过载联切功能的备自投，应确保备自投动作后相应设备不过载，否则，应控制负荷或退出备自投。同样道理，备自投动作后应检查变压器等电源的负载情况，监视负载变化情况，如负载联切动作，应检查被联切的线路，不得重合。

3.装置的异常处理

1）如果装置在母线失压后不动作或断路器合不上，应汇报调度，安排处理。 2）若运行中出线“交流电压断线”或“直流电源消失”信号，应停用本装置，并查出原因，予以消除。

4．告警处理

备自投装置告警分为硬件故障和检测出错两种。电源故障、定值出错等属于硬件故障，将闭锁备自投并告警；TV断线、断路器电流与断路器位置不对应等属于检测出错，将延时告警。当备自投装置发出“告警”信号时，运行人员应及时检查备自投装置告警原因，确认后通知检修人员处理，必要时应向调度申请退出备自投。备自投装置是公共设备，它与主变压器保护、接地变保护、馈线断路器等有跳闸、闭锁等功能，备自投投退应特别注意这些接口的安全性。

【复习思考】：

4-14-1 什么是备用电源自动投入装置？备用电源自动投入装置有哪些作用？ 4-14-2 什么是明备用？什么是暗备用？各有什么特点？

4-14-3 对备用电源自动投入装置有哪些基本要求？为满足这些基本要求，分别采取哪些措施？

4-14-4 备用电源自动投入装置的典型接线方式有哪些？试画出其典型接线图。 4-14-5 备用电源自动投入装置由那两部分构成？各部分的作用是什么？ 4-14-6 备用电源自动投入装置的日常巡视要求有哪些？

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任务十五：自动按频率减负荷装置的原理及性能检验

【教学目标】：

通过学习和查阅资料，学生能掌握自动按频率减负荷的概念及作用，对自动按频率减负荷装置的基本要求，自动按频率减负荷装置构成、接线、动作分析，并能进行对自动按频率减负荷装置动作性能的检验与运行维护。树立正确的学习态度，学会查阅资料，养成自觉学习的好习惯，具备团队协作能力。

【任务描述】：

该任务采用任务驱动的教学模式，引导学生从电力系统质量标准之一频率入手，先分析低频运行的危害，分析引起低频运行的原因引出按频率自动减负荷装置；然后，具体分析电力系统的静态频率特性和动态频率特性，通过定量的计算，分析按频率自动减负荷装置的工作原理；最后，介绍实际的按频率自动减负荷装置，熟悉AFL装置的接线及配置，认清防AFL装置误动的措施。

【任务准备】：

1．电力系统低频运行的危害

2．电力系统的静态频率特性及负荷调节效应 3．电力系统的动态频率特性 4．按频率自动减负荷的概念及作用

5．按频率自动减负荷的基本工作原理：系统中最大可能功率缺额及AFL装置最大断开功率的确定；AFL的基本级和附加级；每级切除负荷的限值；AFL装置的动作时限。

6．按频率自动减负荷装置：AFL的接线；AFL的配置；低频继电器工作原理；微机继电保护与按频率自动减负荷一体化装置；AFL装置误动作的原因及采取的措施。

【相关知识】： 一、概述

电力系统的频率反映了发电机组所发有功功率与负荷所需有功功率之间的平衡状况。当电厂发出的有功功率不能满足用户要求而出现缺额时，系统频率就会下降。

但是，电力系统分析中所讨论的系统频率和有功功率自动调节的有关内容，是指系统在正常运行时，由于计划外负荷所引起的频率波动。这时，系统动用发电厂的热备用容量，即系统运行中的发电机容量就足以满足用户的需要。而当系统中发生较大事故时，系统出现较严重的功率缺额，其数值超出了正常热备用可以调节的能力，这时即使令系统运行中的的所有发电机组都发出其可能胜任的最大功率，仍然不能满足负荷的功率需要。在这种情况下，由于功率缺额所引起的系统频率下降，将远远超出系统安全运行所允许的范围。这时，从保证系统安全运行的观点出发，为了保证对重要用户的供电，不得不采取应急措施，切除部分负荷，以使系统频率恢复到可以安全运行的水平以内。

当电力系统因事故而出现较严重的有功功率缺额时，系统频率将随之大幅度降低，其下降的数值与功率缺额有关，根据前述的负荷频率特性曲线，不难求出系统频率下降的稳态值。

系统频率的大幅度下降，对系统的运行极为不利，甚至会造成严重的后果，主要表现在以下几个方面：

①运行经验表明，某些汽轮机在频率低于49～49.5Hz以下长期运行时，叶片容易产生裂纹，当频率低到45Hz附近时，个别级的叶片可能发生共振而引起断裂事故。

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②当频率下降到47～48Hz时，火电厂的厂用机械（例如给水泵等）的出力将显著降低，使得锅炉的出力减少，导致电厂发出的功率减少，因此系统的功率缺额更为严重。于是系统频率进一步下降，这样形成了连锁反应将使发电厂的运行受到破坏，可能造成电力系统中所谓的“频率崩溃”现象。

③当频率降低时，在系统中运行的发电机、励磁机等的转速相应降低，造成发电机的空载电势下降，使系统的电压水平下降。运行经验表明，当频率降低到45～46Hz时，系统的电压水平将受到严重影响，系统运行的稳定性可能遭到破坏。这时，如果在电力系统中的其它因素（例如发生短路故障，或者无功负荷增大等）作用下，可能再现所谓的“电压崩溃”现象，导致电力系统瓦解。

④频率是电能质量的重要指标之一，频率降低会对所有用户产生影响，例如影响某些测量仪表的准确性，使企业生产率下降，产品的次品率上升等等。

一旦电力系统发生上述的恶性事故，将会引起大面积停电，而且需要较长时间才能恢复系统的正常供电，对国民经济和人民生活造成极为严重的影响。前述国内外发生过的这种不幸事故，应引起高度的重视。

综上所述，在电力系统运行中，系统频率不能长期低于49～49.5Hz，事故情况下不能较长时间停留在47Hz以下，绝对不允许低于45Hz。因此，当电力系统中发生事故造成有较大的有功功率缺额时，应当迅速地断开一些不重要的用户以制止频率下降，保证系统安全稳定运行和电能质量，防止事故扩大，保证重要负荷的供电。在电力系统中广泛采用自动按频率减负荷装置（简称AFL装置）：即按照系统频率下降的不同程度，有计划地自动地断开相应的不重要负荷，以阻止频率的下降，使频率迅速恢复。

二、电力系统频率静态特性

电力系统正常运行时，当系统频率变化时，整个系统的负荷功率PL也要随之改变，即 PL?f(f) 4-15-1 这种负荷功率随频率而改变的特性称为负荷的功率—频率特性，它是负荷的静态频率特性。

不同类型负荷消耗的有功功率，随频率变化的敏感程度不一样，它与负荷的性质有关。电力系统中，各种负荷的功率与频率的关系，可以归纳为以下几类：

（1）与频率变化无关的负荷。例如照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等。

（2）与频率成正比的负荷。例如切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等。 （3）与频率的二次方成比例的负荷。例如变压器中的涡流损耗，但这种损耗在电网有功损耗中所占比重较小。

（4）与频率的三次方成比例的负荷。例如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。 （5）与频率的更高次方成比例的负荷。例如静水头阻力很大的给水泵等。 因此，负荷的功率—频率特性一般可表示为 PL?a0PLN?a1PLN(ffN)?a2PLN(ffN)2???anPLN(ffN)n 4-15-2

式中 fN——额定频率；

PL——系统频率为f时，整个系统的有功负荷； PLN——系统频率为fN时，整个系统的有功负荷；

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a0,a1,?,an——上述各类负荷占PLN中的比例系数。

将式（4-15-2）除以PLN，可得标幺值形式的负荷功率特性

PL*?a0?a1f*?a2f*2???anf*n 4-15-3

在一般情况下，上面的计算通常取到三次方项即可，因此系统中与频率更高次方成比例的负荷很少，一般可以忽略。

式（4-15-2）或式（4-15-3）称为电力系统中负荷的静态功率频率特性方程。当系统中负荷的组成及性质确定之后，方程也就唯一地确定了，这时也可以用特性曲线来表示，如图4-15-1所示。

图4-15-1 负荷的静态功率频率特性

（a）一般特性曲线；（b）在较小的频率变化范围内

由图4-15-1（a）可知，在额定频率fN时，系统的负荷功率为PLN；当频率下降时，系统负荷功率就下降，如果系统频率升高，则负荷功率将增大。也就是说，当电力系统中机组的输入功率和负荷功率之间失去平衡时，系统负荷也参与了调节作用，它的功频特性有利于系统中有功功率在另一功率值下重新获得平衡。

三、电力系统频率动态特性

当系统中出现功率缺额或功率过剩时，系统频率f的动态特性可用指数曲线来描述：

f?f??(fN?f?)e?t/Txf 4-15-4

其时间常数Txf与系统的机械惯性时间常数并不相等。Txf值与PGN、PLN、Tx和负荷调节效应KL*等数值有关，一般Txf的值大约在4～l0s之间。

四、自动按频率减负荷的工作原理

当电力系统中出现严重的功率缺额时，AFL装置的任务是迅速断开相应数量的用户，恢复有功功率的平衡，使系统频率不低于某一允许值，确保电力系统安全运行，防止事故的扩大。

正常运行的电力系统，频率为额定频率fN，总负荷PLN为。当出现有功缺额ΔPL将引起系统频率下降。切除不重要的负荷抑制频率的下降或使频率上升到恢复频率。

五、AFL装置的动作顺序

在电力系统发生事故、出现严重功率缺额的情况下，被迫采取断开部分负荷的方法，以确保系统的安全运行，这对于被切除的用户来说，无疑会造成不少困难，因此，应力求尽可能少地断开负荷。

如前所述，接于AFL装置的负荷总功率是按系统最严重事故的情况来考虑的。然而，系

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统的运行方式很多，而且事故的严重程度也有很大差别，对于各种可能发生的事故，要求AFL装置都能作出恰当的反应，切除相应数量的负荷功率，即不过多又不要不足。由于系统的实际功率缺额决定了频率下降的幅值及频率下降初期的下降速度，如能采用按df/dt来切除相应的负荷，可以较好地解决这个问题，但其装置构成较为复杂，尚未得到推广应用。目前普遍采用的分批断开负荷功率以逐步修正（逼近）恢复频率的方法，能够取得较为满意的结果，并且装置的构成简单，下面将详细讨论。

AFL装置是在电力系统发生事故时，在系统频率下降过程中，按照频率的不同数值顺序切除负荷。也就是将接至AFL装置的总负荷功率Pcut，max分配在不同起动频率值分批地切除，以适应不同功率缺额的需要。根据起动频率的不同，自动按频率减负荷可分为若干级，也称为若干轮，顺序地动作。

为了确定AFL装置的级数，首先要定出装置的动作频率范围，即选定第一级起动频率f1和最末一级起起频率fn。

（1）第一级起动频率f1的选择

由图4-15-3所示系统频率动态特性曲线显示的规律可知，在事故初期如能及早切除部分负荷功率，这对于延缓频率下降过程是有利的。因此，第一级的起动频率值宜选择得高一些，但是，又必须计及电力系统动用旋转备用容量所需的时间延迟，以及避免因暂性频率下降而不必要地断开负荷功率的情况。所以，一般第一级的起动频率整定为48～48.5Hz。在以水电厂为主的电力系统中，由于水轮机调速系统动作较慢，因而第一级起动频率宜取低值。

（2）末级起动频率fn的选择

电力系统允许的最低频率受安全运行的限制，以及可能发生“频率崩溃”或“电压崩溃”的限制。对于高温高压参数的火电厂，在频率低于46～46.5Hz时，厂用设备已不能正常工作，在频率低于45Hz时，就有“频率崩溃”或“电压崩溃”的危险。因此，末级的起动频率以不低于46～46.5Hz为宜。

（3）频率级差问题

当f1和fn确定之后，就可在这个频率范围内，按频率级差Δf分成n级断开负荷，即

n?f1?fn?1 4-15-5 ?f级数n越大，每级断开的负荷功率就越少，这样，装置所切除的负荷量就越有可能接近于实际功率缺额，具有较好的效果及适应性。

现在的问题是怎样选择频率级差Δf，对此当前有两种截然不同的原则：

1）根据AFL的选择性确定级差Δf。该原则强调各级动作的次序，要在前一级动作之后还不能制止频率下降的情况下，后一级才动作。

假设频率测量元件的测量误差为±Δfs，最严重的情况是前一级起动频率具有最大负误差，而本级的测量元件却为最大正误差，如图4-15-2所示。设第i级在频率为（fi－Δfs）时起动，经过Δt时间后断开用户，这时频率已下降至（fi－Δfs－Δft）。第i级断开负荷之后，如果频率不再下降（如图中虚线），则第i＋1级就不切负荷，这才算是具有选择性。因此，考虑选择性的最小频率级差为

?f?2fs??ft??fy 4-15-6

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式中 Δfs——频率测量元件的最大误差频率；

Δft——对应于每级切除负荷所需时间Δt的频率变化，因系统功率缺额不同其值

亦不同，一般可取为0.15Hz；

Δfy——频差裕度，一般可取为0.05Hz

图4-15-2 频率选择性级差的确定

按照各级有选择性地顺序切除部分负荷功率，级差Δf的值主要决定于频率测量元件的最大误差Δfs和Δt时间内频率的下降数值Δft。当频率测量元件本身的最大误差为±0.15Hz时，选择性级差Δf一般取为0.5Hz，这样，整个AFL装置只可分成五至六级。

2）增加级数n，而级差不强调选择性。由于电力系统运行方式不固定和负荷水平多变，并针对电力系统发生事故时功率缺额有很大分散性的特点，AFL装置应当遵循逐步试探求解的原则，分多级切除少量负荷，以求达到较佳的控制效果。这就要求减小级差Δf，增加总的频率动作级数n，同时也相应减少每级切除的负荷功率，这样，即使是两轮无选择性起动，切除的负荷功率不会过多，系统的恢复频率也不致过高。

在电力系统中，AFL装置总是分设在各个地区变电所中。前面已讲到，在系统频率下降的动态过程中，如果计及暂态频率修正项Δfi(t)，各节点电压的频率并不一致，所以分散在各地的同一级AFL装置，事实上也有可能不同时起动。但是，如果增加级数n而减少各级切除的负荷功率，则两级之间的选择性问题就不突出。基于这些原因，近年来的趋势是采用增加级数n的方法。例如，对于容量大于3000MW的系统，AFL装置的第一级动作频率不宜低于49Hz，频率级差不大于0.3Hz，这样，整个AFL装置可以分成10级，并且级差还有减小的趋势。

六、关于附加级（或称特殊级、后备级）

在AFL装置的动作过程中，当第i级动作切除负荷以后，如果系统频率仍继续下降，则下面各级会相继动作，直到频率下降被制止时为止。如果出现了这样的情况：第i级动作之后，系统频率可能稳定在fi，,它低于恢复频率的低限值fres?min，但又不足以使下一级动作，例如图7-4中曲线2的情况。于是系统将长时间在低于fres?min的频率下运行，这是不允许的。因此要装设附加级，以便使系统频率恢复到允许的限值以上。附加级的动作频率应不低于

fres?min，由于它是在系统频率比较稳定时动作的，因此其动作时限可以是系统时间常数Txf的

2～3倍，一般为15～25s。附加级还可按时间分为若干段，它们的起动频率相同，但动作时限不一样，各段时间差可不小于5s，按时间先后次序分批切除负荷，以适应功率缺额大小不等的需要。在分批切除负荷的过程中，一旦系统恢复频率高于附加级的返回频率，它们就停止切除负荷。

当系统发生事故AFL装置第i级动作后，频率稳定在稍低于附加级的动作频率时，附加

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级开始动作，切除部分负荷，系统频率开始回升，但希望频率上升不高于恢复频率fres。因此，附加级每段动作切除负荷的功率值可按此原则确定。

接于附加级的负荷总功率要按最不利情况考虑，即AFL装置切除负荷后系统频率稳定在可能的最低频率值，按此条件来确定附加级切除的负荷总功率的最大值，以保证其有足以使系统频率恢复到fres的能力。

七、AFL装置的动作时限

AFL装置动作时，原则上应尽可能快，这是延缓系统频率下降的最有效措施。但是，在系统发生事故时，短路故障过程中因电压波形发生畸变，造成频率测量元件的误差，可能引起装置误动作；当电压急剧下降时，会在低频率继电器的频率敏感电路中产生过渡过程，可能导致该继电器误动作，从而造成装置误动作。为了防止AFL可能的误动作，要求装置带有一个不大的延时，通常是0.3～0.5s，以躲过暂态过程中可能出现的误动作。

最后指出，为了不过多地切除负荷，AFL装置动作后，不需要使系统频率恢复到额定值，通常恢复到48～49.5Hz即可，进一步的频率恢复，由运行人员处理。

八、自动按频率减负荷装置 （一）装置原理接线

自动按频率减负荷装置由n个基本级和一个附加级组成，每一级就有一套AFL装置，其典型接线如图4-15-3所示，它安装在系统内某一变电所中，属于同一级的用户共用一套装置。

图中，低频率继电器KF取用母线电压互感器的二次电压，当系统频率降低到KF的动作频率时，KF动作闭合其触点，起动时间继电器KT，经整定时限后起动出口中间继电器KM，断开相应各负荷。

图4-15-3 AFL装置的接线

（二）AFL的配置

电力系统装设AFL，应根据电力系统的结构和负荷的分布情况，分散设在电力系统中相关的变电所中，图4-15-4为电力系统AFL的配置示图。图4-15-5为某一变电所的AFL原理框图。

由图可见，当系统频率降低到fi时，全系统变电所内的第i级AFL均动作，断开各自相应的负荷Pcuti。

图4-15-4 AFL的配置示意图

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图4-15-5 AFL原理框图

（三）数字式频率继电器

数字测频的基本原理是检测交流电压的周期T。数字式低频减载装置可以有两个方案来实现：①布线逻辑数字电路；②存储逻辑计算机技术。

（四）微机继电保护和按频率自动减负荷一体化装置

CSC-211数字式线路保护测控装置为适用于110kV及以下电压等级的中性点非直接接地系统的线路保护及测控装置，集成了微机继电保护、低频减载功能、三相一次自动重合闸功能，是微机继电保护与按频率自动减负荷一体化装置。下面简单介绍该装置中与按频率自动减负荷相关的元件及其特性。

1、低频减载元件

当系统频率低于整定频率时，低频减载元件启动，根据滑差的大小来区分故障情况、电动机反充电和真正的有功缺额，从而判定是否切除负荷。由于低频减载元件只在稳态时起作用，故取AB相间电压进行计算，从此电压低于频减载闭锁电压定值时，低频减载元件自动退出。试验时仍需加三相平衡电压，低频减载元件动作后重合闸放电。

动作条件： 1）Uab>定值； 2）?f/?t<定值； 3）f<定值； 4）负荷电流>IDZ； 5）T>时间定值。

IDZ为低频减载电流定值，其整定范围是0~2.0In。当退出负荷电流判据时，整定为0，

否则建议整定0.1In以上。

低频减载元件用软压板投退。

注；面板上设置了低频减载动作信号灯（红灯）。 2、定值及整定说明

（1）定值清单及说明，见表4-15-1。

表4-15-1 CSC211定值清单（AFL部分）

序号 1 2 3 定值名称 低频减载频率 低频减载时间 低频闭锁电压 范围 45.0~49.5 0.0~32.0 10~120 单位 Hz s V 备注 线电压 281

4 5 6 低频闭锁滑差 低频有流定值 闭锁电压变化率 1.0~10.0 0~2In 1.0~60.0 Hz/s A V/s 线电压 （2）软压板

设置了“低频减载”软压板，其功能是进行低频减载功能投退。 （五）防止按频率自动减负荷装置误动作的措施

根据运行经验，常见的按频率自动减负荷装置误动作的原因与相应采取的措施如下： 1．电压突变时，低频率继电器触点抖动而发生的误动作

电力系统发生某些事故使电压突变时，在频率测量回路中产生过渡过程，从而引起低频率继电器触点抖动而发生误动。

由于过渡过程时间很短，所以触点抖动时间很短，那么只要使AFL装置带一定短时限即可防止。一般晶体管式AFL装置带0.5s的时限，数字式AFL装置带0.2s的时限。

2．小容量电力系统发生短路故障，引起有功损耗突增而使频率下降发生误动作 对于小容量电力系统（容量小于100~300MW），当输电线路上发生短路故障，故障线路上有功功率消耗高达50~70MW。这种故障在大容量系统中不会引起AFL装置的误动作，但在小容量系统中，将造成较大功率缺额，系统频率下降，从而引起AFL装置动作。而实际上，当继电保护动作切除故障，系统是不存在功率缺额的，所以，此情况下AFL装置的动作为误动作。可采取如下措施防止。

（1）快速切除故障

快速切除故障，使系统频率来不及下降或下降不多，低频率继电器就可能不动作。此措施是防止此情况下AFL装置的误动作首选的措施。

（2）采用按频率自动重合闸进行纠正

按频率自动重合闸装置的原理根据频率恢复速度df/dt值的大小构成。故障引起的功率缺额，故障切除后频率恢复速度df/dt值较大；而系统真正出现的功率缺额，AFL装置动作后，频率恢复速度df/dt值较小。当故障被切除后df/dt值较大，按频率自动重合闸装置动作重新投入被切除的负荷。

3．系统中旋转备用起作用之前，AFL可能误动作

系统中的旋转备用容量发挥作用需要一定时间，特别在水轮发电机组上，调速机械动作较慢，其旋转备用需经10～15s才能起作用。因此，当系统中发生功率缺额而系统频率下降时，有可能出现旋转备用来不及起作用而AFL先行误动作的现象，特别是旋转备用大部分在水轮发电机组上的电力系统。

为了防止这种误动作，可采取如下措施：

（1）在确保系统稳定的前提下，AFL装置前几级带较长时限（可长达5s）。因旋转备用容量逐步起作用，频率下降速度不会很快，所以，AFL装置前几级带较长时限不会影响其效果。

（2）在频率恢复到额定值时，对被切负荷进行自动重合闸。 4．供电电源中断时，负荷反馈引起AFL误动作

地区变电所的某些操作可能造成短时间供电中断，或者在输电线路重合闸期间，负荷与电源短时解列。这时，该地区的旋转机组（如同步电动机、同步调相机和异步电动机等）的

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动作会产生较低频率的电压，会短时反馈输送功率，该电压衰减较慢而频率急剧下降。由于目前应用的低频率继电器的工作电压一般较低，这时仍能正常工作，而频率的急剧下降则可能引起AFL动作，切除负荷。待重合闸成功时，或者备用电源自动投入后恢复供电时，这部分负荷已被切去。为了防止这类误动作，可采用以下几种措施：

（1）缩短供电中断时间。

如能缩短供电中断时间，可使频率降低得少些，避免AFL误动作，这就要求尽量缩短自动重合闸或备用电源自动投入装置的动作时间。

（2）AFL带一定时延，以躲过负荷反馈电压的影响。

在有大型同步电动机的场合，AFL装置的时延应大于1.5s；在只有小容量感应电动机的场合，时延也需要0.5～1s。

（3）加电流闭锁或加电压闭锁。

当采用电流闭锁时，闭锁继电器可接于电源主进线上或变压器上，其触点与低频率继电器触点串联。当供电电源中断时，变电所高压侧无电流通过，这样，在电源中断时电流继电器不动作，将AFL装置闭锁，防止了误动作。显然，为了防止正常运行时电流继电器误将AFL装置闭锁，电流继电器动作电流应小于AFL装置投入时线路的最小负荷电流。

但是，当变电所高压母线上有转送线路，装在变压器上的电流闭锁可能因通过反馈电流而使闭锁失效。在此情况下，可采用电压闭锁。

当采用电压闭锁时，闭锁继电器与低频率电器接于同一节点电压，其触点串联，在供电电源中断时，负荷反馈电压经变压器阻抗后使高压侧电压较低，过电压继电器不动作，将AFL装置闭锁。一般过电压继电器动作电压为额定电压的65%~70%，动作时间取0.5s。

（4）采用按频率自动重合闸来纠正。

当系统频率恢复时，将被AFL断开的用户按频率分批进行自动重合闸，以恢复供电，这不但是对误动作的补救，也是对AFL正确动作所断开负荷恢复供电的措施。重合闸一般是在系统频率恢复至额定值后进行的，而且采用分组重合投入的方法，每组的用户功率不大。如果重合后系统频率再次下降，则自动重合闸应停止进行。

（5）采用频率变化速度?f?t闭锁

运行经验表明：系统出现功率缺额时，频率下降速度?f?t<3Hz/s，而负荷反馈时频率下降速度?f?t?3Hz/s。采用频率变化速度?f?t闭锁，克服了电压闭锁中引进时限的缺点。

最后应当指出，在实际使用自动按频率减负荷时，针对具体的电力系统，还需注意下面两种情况：

（1）有时电力系统会同时出现有功功率和无功功率缺额，这两种功率缺额是相互影响的。例如，无功缺额会引起电压下降，从而导致负荷对有功需求减少，这时系统频率可能降低不多，单靠AFL不能保证系统稳定运行。在这种情况下，电力系统中的无功功率与电压调节系统和有功功率与频率调节系统各司其职，共同维持系统稳定运行。如果仍不能保持有功功率平衡，可设置“低电压切负荷”装置，切除系统中电压最低点的部分负荷。

（2）当系统发生严重有功功率缺额时，如果AFL装置失灵，可能导致系统瓦解。为了

283

防止在这种情况下发电厂停运，在电厂中应考虑装设“低频自动解列”装置。一旦发生上述情况时，发电厂中部分机组与系统解列，用来专带厂用电和部分重要用户。

【任务实施】

一、按频率自动减负荷装置检验与调试 （一）动作频率整定范围测试 1．试验条件 基准条件

2．试验线路图 试验线路图见图图4-15-6。

低频减载装置KGFPV1VHzPFEUTPV2V 图4-15-6 动作频率试验线路

图中PV1——交流电压表（0.5级）；

PV2——直流电压表（0.5级）； PF——频率表；G——变频电源；

K——动作指示用快速中间继电器，要求其动作时间不大于10ms。 3．试验程序

（1）施加辅助激励量，为额定值。

（2）整定动作频率整定值，使动作频率整定值为最小整定位置。 （3）调整试验频率，测量被试产品的动作频率值。 1）调整变频电源，使频率为50Hz、电压为额定电压。

2）改变变频电源的频率，使频率50Hz均匀下降至被试产品动作。

3）测量产品的动作频率值 测量被试产品动合触点回路所接入的动作指示中间继电器可靠动作时的最大动作频率值。

（4）测量五次，计算动作频率平均值。

（5）整定动作频率值，使动作频率值，使动作频率整定值为最大整定位置。 （6）重复上面的试验步骤。

4．合格评定 当测试的平均最小动作频率值大于最小动作频率整定值，或者平均最大动作频率值小于最大动作频率整定值时，评定为不合格。

（二）动作频率准确度、返回频率试验 1．试验条件 基准条件

2．试验线路图 试验线路图见图4-15-6。 3．试验程序

（1）施加辅助激励量，为额定值。 （2）整定动作频率整定值。

（3）调整变频电源频率，测量产品的动作频率、返回频率。 1）调整变频电源，使频率为50Hz、电压为额定电压。

2）改变变频电源的频率，使频率50Hz均匀下降至被试产品动作。

3）测量产品的动作频率值 测量被试产品动合触点回路所接入的动作指示中间继电器

284

可靠动作时的最大动作频率值。

4）再调整变频电源频率，使频率从动作频率均匀上升至被试产品释放。

5）测量产品的返回频率值 测量被试产品动合触点回路所接入的动作指示中间继电器可靠释放时的最小返回频率值。

6）继续调整变频电源频率，使频率从动作频率均匀上升至50Hz。

（4）测量五次，确定五次测量的动作频率最大值及最小值，计算动作频率平均值和返回频率平均值。

（5）计算动作频率的准确度（平均误差及一致性） （6）计算返回频率和动作频率的频率差。

4．合格评定 动作频率的平均误差、一致性、频率差超出产品标准要求，评定为不合格。

（三）动作时间测试 1．试验条件 基准条件

2．试验线路图 试验线路见图4-15-7。

PT低频减载装置tIIIKMKM3G2FPV1VHzPFEUTPV2VSG1~KM1KM 图4-15-7 动作时间试验线路

图中PV1—交流电压表（0.5级）；PV2—直流电压表（0.5级）；PF—频率表； S—操作开关；G1—50Hz工频电源G2—变频电源；PT—数字毫秒仪（Ⅰ，Ⅱ—空触点闭合）；KM—控制用中间继电器（应用两对动合触点和一对动断触点，三对触点的不同时性应小于1ms）。

3．试验程序

（1）施加辅助激励量，为额定值。 （2）整定动作频率整定值。 （3）整定动作时间整定值。 （4）调整试验电源频率

1）调整工频电源G1，使工频电源G1的频率为50Hz、电压为额定电压。

2）调整变频电源G2，使变频电源G2的频率按动作频率整定值所测试的动作频率值减小0.2Hz、电压为额定电压。

（5）操作开关S，测量动作时间。

（6）测量五次，确定五次测量的最大值、最小值，计算动作时间平均值。 （7）计算动作时间的准确度。

4．合格评定 动作时间平均值超过产品标准，可判为不合格。 （四）功能试验 1．低电压闭锁功能试验

285

（1）试验条件 基准条件。

（2）试验线路图 试验线路图见图4-15-8。 （3）试验程序

1）施加辅助激励量，为额定值。 2）整定动作频率整定值。

3）整定低电压闭锁整定值。（被试产品为分档整定时，每一整定值都应进行试验。） 4）调整变频电源，使频率为50Hz、电压为额定电压。 5）改变变频电源电压，使电压下降至最低电压闭锁整定值。

6）改变变频电源频率，使频率从50Hz下降至被试产品的动作频率值。 7）观察被试产品的工作状态。被试产品不动作即为闭锁状态。 8）确定被试产品不动作时的最大闭锁电压值。 9）计算闭锁电压的误差：

误差=最大闭锁电压值－闭锁电压整定值 2．低电流闭锁功能试验 （1）试验条件 基准条件。

（2）试验线路图 试验线路图见图4-15-8。

低频减载装置SKFGVPV1HzPFEUTPV2RTA~VAPA 图4-15-8 低电流闭锁功能试验线路

图中PV1—交流电压表（0.5级）；PV2—直流电压表（0.5级）；PF—频率表；G—变频电源； S—开关； PA—交流电流表（0.5级）；TA—仪用电流互感器；R—可调电阻； K—动作指示用快速中间继电器，要求其动作时间不大于10ms。

（3）试验程序

1）施加辅助激励量，为额定值。 2）整定动作频率整定值。 3）整定低电流闭锁整定值。

4）调整变频电源，使频率为50Hz、电压为额定电压。

5）调整R，使电流回路的输入电流从额定值下降到低电流闭锁整定值。 6）改变变频电源频率，使频率从50Hz下降至被试产品的动作频率值。 7）观察被试产品的工作状态。被试产品不动作即为闭锁状态。 8）确定被试产品不动作时的最大闭锁电流值。 9）计算闭锁电流的误差：

误差=最大闭锁电流值－闭锁电流整定值 3．“鸟啄”试验

（1）试验条件 基准条件。

286

（2）试验线路图 试验线路图见图4-15-8。 （3）试验程序

1）施加辅助激励量，为额定值。 2）整定动作频率整定值。

3）调整变频电源，使频率为50Hz、电压为额定电压。 4）采用突然接通或断开输入试验电压的方法。

5）观察被试产品的工作状态。被试产品不应出现瞬间接通后又断开的现象，为“鸟啄”现象。也不应出现动作现象。

4．频率滑差（

df）闭锁功能试验 dt（1）试验条件 基准条件。

（2）试验线路图 试验线路图见图4-15-9。

低频减载装置KGdf/dtPV1VHzPFEUTPV2V 图4-15-9 频率滑差（

df）闭锁功能试验线路 dtdf变dt图中PV1—交流电压表（0.5级）；PV2—直流电压表（0.5级）；PF—频率表；G—频电源； K—动作指示用快速中间继电器，要求其动作时间不大于10ms。

（3）试验程序

1）施加辅助激励量，为额定值。 2）整定动作频率整定值。 3）整定频率滑差（整定频率滑差（

df）的闭锁整定值。 dtdf）的闭锁整定值的整定方法： dtdfdf）闭锁整定元件，可直接整定频率滑差（）的闭锁dtdt（a）被试产品有频率滑差（整定值。

（b）被试产品没有频率滑差（

df）闭锁整定元件，可分别整定f1、f2及?t。 dt4）调整变频电源，使频率为50Hz、电压为额定电压。 5）调整变频电源的6）当变频电源的

df。 dtdfdf≥频率滑差（）的闭锁整定值时，观察被试产品的工作状态。dtdt被试产品应处于闭锁状态。

287

7）当变频电源的

dfdf＜频率滑差（）的闭锁整定值时，观察被试产品的工作状态。dtdt被试产品应正确动作。

8）确定在频率滑差（9）计算

dfdf）的闭锁整定值时，被试产品闭锁时的闭锁最小值。 dtdtdf的误差： dt?df??df?误差=?的闭锁最小值?－?的闭锁整定值? （Hz/s）

?dt??dt?5．频率下降变化率

df加速动作功能试验 dt（1）试验条件 基准条件。

（2）试验线路图 试验线路图见图4-15-10。

低频减载装置K1(df/dt)1Gdf/dtPV1VHzPFEUT(df/dt)2K2VPV2(df/dt)3K3 图4-15-10 频率下降变化率（

df）加速动作功能试验线路 dt（3）试验程序

1）施加辅助激励量，为额定值。 2）整定频率下降变化率（?df??df??df?????????。 ?dt?1?dt?2?dt?3df?df??df??df?）的整定值：??、??、??，且dt?dt?2?dt?3?dt?13）调整变频电源，使频率为50Hz、电压为额定电压。 4）调整变频电源的

df。 dt?df??df??df?5）当????????时，按加速方式1（加速切除部分负荷回路）动作。

?dt?1?dt??dt?2?df??df??df?6）当????????时，按加速方式2（加速切除最后一部分负荷回路）动作。

?dt?2?dt??dt?3?df??df?7）当?????时，由于频率下降速率过快，被试产品应处于闭锁状态，以防止由

?dt??dt?3于短路故障、负荷反馈及测量回路 引起的误动作。

288

?du?6．电压下降变化率??加速动作、闭锁及短路切负荷功能试验

?dt?（1）试验条件 基准条件。

（2）试验线路图 试验线路图见图4-15-11。

低频减载装置K1(du/dt)1Gdf/dtPV1VHzPFEUT(du/dt)2K2VPV2(du/dt)3K3K4(du/dt)4 图4-15-11 电压下降变化率（

df）加速动作、闭锁及短路切负荷功能试验线路 dt（3）试验程序

1）施加辅助激励量，为额定值。 2）整定频率下降变化率（?du??du??du?????????。 ?dt?1?dt?2?dt?3du?du??du??du??du?

）的整定值：??、??、??、??，且dt?dt?1?dt?2?dt?3?dt?4

3）调整变频电源，使频率为50Hz、电压为额定电压。 4）调整变频电源的

du。 dt?du??du??du?5）当????????时，按加速方式1（加速切除部分负荷回路）动作。

?dt?1?dt??dt?2?du??du??du?6）当????????时，按加速方式2（加速切除最后一部分负荷回路）动作。

?dt?2?dt??dt?3?du??du?7）当?????时，由于电压下降速率过快，可视为系统短路，被试产品应处于闭

?dt??dt?3锁状态。

?du??du?8）系统短路后，经保护动作切除负荷，电压回升。当?????时，可视为系统短

?dt??dt?4路切除，被试产品应处于动作状态。

二、用微机继电保护试验仪检验按频率自动减负荷装置的电气性能 （一）动作频率、返回频率试验

1．选择试验菜单 选择《频率试验功能》菜单。

2．试验接线 将低频减载装置的线圈接入试验仪的电压输出端子UA、UB，将低频减载

289

装置的动合触点接入试验仪的开入量的任一端子，如A端子。

动作频率整定值整定为48Hz。 3．试验参数设置

[变量类型]设置为“电压频率”，“A相电压”，“B相电压”。

“A相电压”幅值为50V、相角为0?；“B相电压”为50V、相角为180?。 [变化范围]设置“起始值”为50Hz；“终止值”为47Hz。

[变化步长]应根据额定值与平均误差的大小来设置，一般可按额定值与平均误差乘积的0.1倍设置。

当动作频率额定值为50Hz、平均误差为5%时，变化步长为 变化步长=0.13额定值3平均误差=0.135035%=0.25Hz ?df??dt?设置为0.5Hz/s。 ??[控制方式]程控方式的“全程方式”。 [变化方式]选择“始—终—始”。 [程控方式]选择“全程方式”。

4．试验 点击“试验”按键或点击“开关”按键，开始试验。并自动记录动作频率及返回频率。

（二）动作时间试验

1．选择试验菜单 选择《频率试验功能》菜单。

2．试验接线 同动作频率、返回频率试验。动作频率整定值整定为48Hz。 3、试验参数设置

[变量类型]设置为“电压频率”，“A相电压”，“B相电压”。

“A相电压”幅值为50V、相角为0?；“B相电压”为50V、相角为180?。 ?df??dt?设置为0.5Hz/s。 ??[故障类型]选择为“任意状态”。

[故障状态]第一状态：电压幅值为100V、电压频率为50Hz。 第二状态：电压幅值为100V、电压频率为47.5Hz。 第三状态：电压幅值为100V、电压频率为50Hz。 [试验仪计时器启动、停止的方式] [启动方式]进行第二种状态启动。

[停止方式]动合触点由断开状态变化为闭合状态。

4．试验 点击“开始试验”按钮，试验仪开始试验。当第一状态进入第二状态时，试验仪自动记录动作时间。在进入第三种状态后，提示停止试验。点击STOP命令结束试验。

（三）低电压闭锁功能试验

1．选择试验菜单 选择《频率试验功能》菜单。

2．试验接线 同动作频率、返回频率试验。动作频率整定值整定为48Hz。 电压闭锁整定值为50V 3、试验参数设置

290

[变量类型]设置为“电压频率”，“电压幅值”，“A相电压”，“B相电压”。 “A相电压”幅值为50V、相角为0?；“B相电压”为50V、相角为180?。 [变化范围]电压频率设置“起始值”为50Hz；“终止值”为47Hz。 电压幅值设置“起始值”为100V；“终止值”为48V。

[变化步长]应根据额定值与平均误差的大小来设置，一般可按额定值与平均误差乘积的0.1倍设置。

当动作频率额定值为50Hz、平均误差为5%时，变化步长为0.25Hz。 当闭锁电压额定值为50V、平均误差为5%时，变化步长为0.25V。 ?df??dt?设置为0.5Hz/s。 ??[控制方式]程控方式的“全程方式”。 [变化方式]选择“始—终—始”。 [程控方式]选择“全程方式”。

4．试验 点击“试验”按键或点击“开关”按键，开始试验。观察开入量A的状态。 （四）低电流闭锁功能试验

1．选择试验菜单 选择《频率试验功能》菜单。

2．试验接线 除按动作频率、返回频率试验接线外，并将电流回路接入试验装置的Ia、In。

动作频率整定值整定为48Hz。 电流闭锁整定值为1A。 3、试验参数设置

[变量类型]设置为“电压频率”、“电压幅值”、“电流幅值“、“A相电压”、“B相电压”、“A相电流”。

“A相电压”幅值为50V、相角为0?；“B相电压”为50V、相角为180?。 “A相电流”为1A。

[变化范围]电压频率设置“起始值”为50Hz；“终止值”为47Hz。 电压幅值设置“起始值”为100V；“终止值”为100V。 电流幅值设置“起始值”为5A；“终止值”为0.5A。

[变化步长]应根据额定值与平均误差的大小来设置，一般可按额定值与平均误差乘积的0.1倍设置。

当动作频率额定值为50Hz、平均误差为5%时，变化步长为0.25Hz。 当闭锁电流整定值为1A、平均误差为5%时，变化步长为0.005A。 ?df??dt?设置为0.5Hz/s。 ??[控制方式]程控方式的“全程方式”。 [变化方式]选择“始—终—始”。 [程控方式]选择“全程方式”。

4．试验 点击“试验”按键或点击“开关”按键，开始试验。观察开入量A的状态。 （五）“鸟啄”试验

291

1．选择试验菜单 选择《频率试验功能》菜单。 2．试验接线 同动作频率、返回频率试验。 动作频率整定值整定为48Hz。 3、试验参数设置

[变量类型]设置为“电压频率”、“电压幅值”、“A相电压”、“B相电压”。 “A相电压”幅值为50V、相角为0?；“B相电压”为50V、相角为180?。 [故障类型]选择为“任意状态”。

[故障状态]第一状态：电压幅值为100V、电压频率为50Hz。 第二状态：电压幅值为100V、电压频率为47.5Hz。 第三状态：电压幅值为100V、电压频率为50Hz。 [试验仪计时器启动、停止的方式] [启动方式]进行第二种状态启动。

[停止方式]动合触点由断开状态变化为闭合状态。

4．试验 点击“开始试验”按钮，试验仪开始试验。当第一状态进入第二状态时，观察开入量A的状态。在进入第三种状态后，提示停止试验。点击STOP命令结束试验。

（六）滑差闭锁功能试验

1．选择试验菜单 选择《频率试验功能》菜单。 2．试验接线 同动作频率、返回频率试验。 动作频率整定值整定为48Hz。

df闭锁整定值为4Hz/s。 dt3、试验参数设置

[变量类型]设置为“电压频率”、“电压幅值”、“A相电压”、“B相电压”、“

df”。 dt“A相电压”幅值为50V、相角为0?；“B相电压”为50V、相角为180?。 [变化范围]电压频率设置“起始值”为50Hz；“终止值”为47Hz。 电压幅值设置“起始值”为100V；“终止值”为100V。

df设置“起始值”为5Hz/s；“终止值”为1Hz/s。 dt[变化步长]0.1Hz/s。

[控制方式]程控方式的“全程方式”。 [变化方式]选择“始—终—始”。 [程控方式]选择“全程方式”。

4．试验 点击“试验”按键或点击“开关”按键，开始试验。观察三、按频率自动减负荷装置运行维护 1．遇到下列情况，低频减载装置应退出运行

（1）电网频率在正常范围内，低频减载装置“正常灯”灭，中央信号屏上发出“低频减载装置内部故障”光字牌，此时应将低频减载装置退出运行，取下装置所带线路的跳闸连

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df闭锁值。 dt

接片。

（2）电网频率正常时，“欠频动作指示灯”亮且无法复归，并发出“低频减载装置内部故障”光字牌，此时应将低频减载装置退出运行，取下装置所带线路的跳闸连接片。

（3）装置的交流输入端失压也发出上述信号，遇到电压互感器二次失压也应将装置退出运行，并取下装置所带线路的跳闸连接片。

2．低频减载装置的运行规定

（1）带低频减载装置的线路送电后应投入其低频保护，投入时应先用上本线路重合闸放电电压连接片，再用上本线路跳闸连接片，低频减载装置停用时与此相反。

（2）试验低频减载装置动作情况时，应首先断开线路的跳闸连接片，防止误动作跳开线路，切除负荷。

（3）装置正常时工作“正常灯”应亮，当装置动作后“解除闭锁”及“欠频动作灯”均亮，需人工按下装置复归按钮手动复归。

（4）在倒换母线电压互感器时，应尽量避免使低频减载装置失去电源。

（5）低频减载装置停用时，应先停直流电源，后停交流电源。低频减载装置投入运行时，应先合上交流电源，再合上直流电源。

【复习思考】：

4-15-1 电力系统正常运行时允许的频率偏差值规定为多少？这主要是为了什么目的？在事故情况下要求频率不应低于多少？这又是为了什么目的？

4-15-2 电力系统为什么装设AFL装置？AFL的作用有哪些？

4-15-3 什么是负荷的静态频率特性和电力系统动态频率特性？各有什么特点？ 4-15-4 负荷调节效应和自动按频率减负荷的作用是否相同？有什么区别？ 4-15-5 AFL为什么要分级动作？

4-15-6 AFL分级动作切除负荷的顺序应该怎样确定？ 4-15-7 怎样确定AFL装置的各级切除负荷量？

4-15-8 AFL装置为什么设置附加级？附加级为什么带较长延时？

4-15-9 怎样区分电力系统功率缺额引起的频率下降与负荷反馈引起的频率下降？ 4-15-10 AFL装置运行维护的内容？

4-15-11 AFL装置检验调试的项目及方法步骤？

任务十六 自动录波装置的原理及性能检验与运行维护 【教学目标】 1.知识目标

（1）掌握自动录波装置的作用； （2）掌握自动录波装置的基本组成原理。 2.能力目标

（1）能进行自动录波装置各项性能的检验； （2）能进行自动录波装置的运行维护； 3.素质目标

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敬业精神、严谨的工作作风、安全意识、团队协作精神。 【任务描述】

依据自动录波装置标准化作业指导书，设置检验测试的安全措施。依据装置说明书进行装置界面操作。连接好测试接线，操作测试仪器，进行检验测试，对检验测试结果进行判断。

【任务准备】

（1）教师下发项目作业指导书，明确学习目标和任务； （2）讲解自动录波装置的基本原理及检验测试流程和注意事项；

（3）学生熟悉自动录波装置说明书，熟悉自动录波装置标准化作业指导书；进行继电保护测试仪的学习使用；

（4）学生进行人员分组及职责分工；

（5）制订工作计划及实施方案。教师审核工作计划及实施方案，引导学生确定最终实施方案。

【相关知识】

一、自动录波装置的作用

为了分析电力系统故障及便于快速判定线路故障点，需要掌握故障时继电保护及安全自动装置动作情况及电网中电流、电压、功率等的变化。为此，在主要发电厂、220kV及以上变电所和110kV重要变电所，应装设故障录波或其他类型的故障自动记录装置。

自动录波装置是提高电力系统安全的重要自动装置。系统正常运行时，故障录波装置不动作（不录波）；当系统发生故障及振荡时，通过起动装置迅速自动起动录波，直接记录下反映到故障录波装置安装处的系统故障电气量。故障录波装置所记录的电气量为与系统一次值有一定比例关系的电流互感器和电压互感器的二次值，是分析系统振荡和故障的可靠数据。

自动录波装置的作用有：

（1）正确分析事故原因、研究防止对策提供原始资料。通过录取的故障过程波形图，可以反映故障类型、相别、反映故障电流、电压大小，反映断路器的跳合闸时间和重合闸是否成功等情况。因此可以分析故障原因，研究防范措施，减少故障发生。

（2）帮助查找故障点。利用录取的电流、电压波形，可以推算出一次电流、电压数值，由此计算出故障点位置，使巡线范围大大缩小，省时、省力，对迅速恢复供电具有重要的作用。

（3）分析评价继电保护及自动装置、高压断路器的动作情况，及时发现设备缺陷，以便消除隐患。根据故障录波资料可以正确评价继电保护和自动装置工作情况（正确动作、误动、拒动），尤其是发生转换性故障时，故障录波能够提供资料。并且可以分析查找装置缺陷。曾有记录，通过故障录波资料查到某200kV线路单相接地故障误跳三相和某200kV线路瞬时单相接地故障重合闸后加速跳三相的原因。同时，故障录波装置可以真实记录断路器存在问题，例如拒动、跳跃、掉相等。

（4）了解电力系统情况、迅速处理事故。从故障录波图的电气量变化曲线，可以清楚地了解电力系统的运行情况，并判断事故原因，为及时、正确处理事故提供依据，减小事故停电原因。

（5）实测系统参数，研究系统振荡。故障录波可以实测某些难以用普通实验方法得到

294

的参数，为系统的有关计算提供可靠数据。当电力系统发生振荡时故障录波装置可提供从振荡发生到结束全过程的数据，可分析振荡周期、振荡中心、振荡电流和电压等问题，通过研究，可提供防范振荡的对策和改进继电保护及自动装置的依据。故障录波装置为加强对电力系统规律的认识、提高电力系统运行水平积累第一手资料。

二、自动录波器录取量的选择一般应满足以下要求： 1.线路零序电流必录。

2.录取波形应能明确看出故障类型、相别、故障电流、电压的量值及变化规律，跳合闸的时间等。

3.录波量力求完整，如对220kV及以上线路三相电流应当录全。 4.在可能发生振荡的线路上，可录一相功率量。 5.对于装用相差高频保护的线路，需要录取高频信号。 三、自动录波装置的分类

自动录波装置已经经历了三个阶段，第一阶段是机械－油墨式故障录波器，现已被淘汰；第二阶段是机械－光学式故障录波器，现已基本不用；第三阶段是微机－数字式故障录波装置，现已大量在运行使用。

四、微机自动录波装置

微机自动录波装置是由微型计算机实现的新型录波装置，可装于发电厂、变电站等场所，在电力系统发生故障或振荡时，能自动地记录系统发生故障的故障类型、时间、电压、电流的变化过程，以及继电保护和自动装置的动作情况，并计算出短路点到继电保护装置安装的距离和短路后电压、电流的大小。这些事故的资料、参数、电气量的变化过程能通过打印机打印出来，并可长期保存，也能多次地重复打印出来。有些故障录波装置还可以配备智能通信系统，直接将事故报告传送到调度所。它所提供的系统事故记录资料、参数，有助于分析、判断电力系统故障和不正常运行的发生及发展过程，对处理事故、评价继电保护和自动装置工作的正确性提供了可靠的记录资料。在电力系统的安全运行中，该装置是重要的事故分析装置。

微机型自动录波装置由硬件、软件等组成。

软件功能主要有装置起动判别、故障测距计算、波形记录、分析报告等。

（1）装置起动 装置一般具有自起动和命令起动两种起动方式。自起动即通过电气量发生变化时起动装置，例如有电流电压突变量起动、零序分量起动、频率变化量起动等；命令起动即通过调度命令或测试命令起动装置。

（2）波形记录 记录装置起动前两个周期和装置起动后一段时间内的波形，即记录系统故障及断路器跳闸前后的情况，保证记录的波形能够反映电力系统事故的产生和发展过程，不失去故障特征，不影响对事故的分析与正确评价。

（3）报告输出 通过打印机打印输出故障信息，包括站名或厂名、故障时间、故障线路、故障类型、故障点至安装处的距离及阻抗测量值、继电保护和自动装置动作情况、开关变位情况、故障录波图等。电力系统振荡时，装置记录的是电流和电压的包络线，并带时间坐标输出，波形简明清楚。

整个电力系统的微机型故障录波装置可通过GPS系统实现同步运行，以便发挥更好的性

295

能。

常规的故障录波器是记录电气量在事故情况下的全部变化过程；对于微机式故障记录装置来说，如果仍然采用记录电气量全部变化过程的话，那么势必需要大量的存贮单元，这么做会造成成功消耗增大成本大幅度增加，除此之外，由于受打印机的速度限制，还会导致打印一次故障波形的时间相当长。为此，微机故障录波装置根据工程技术人员对波形关心的程度，采用故障情况下记录相电流突变启动前2个周波及突然变量起动后9个周波的方法，遮掩，系统故障及跳闸前后的情况均能反映出来，省略掉了中间稳态的波形，省略掉波形的长度从时间坐标轴上反映出现，保证了记录下来的波形能够放映电力系统事故的产生和发展的过程，不失去故障的特征，不影响对事故的事故分析与正确评价。

对于无延时元件而动作跳闸的情况，如I段动作或全线速动，系统从故障发生到断路器跳开的时间约为70～110ms，均少于180ms，因此，采用记录故障后9个周波（180ms）的方法完全能反映事故的全过程；对于180ms以上动作于断路器的情况，记录的是故障发生时刻和故障切除时刻所对应的突变量的前2个周波和突变量后9个周波波形；重合闸及后加速动作的情况也同样处理。为了使波形易于判读，每个间隔400ms打印出一条时间坐标线。

在电力系统发生振荡时，装置记录的是电流和电压的包络线，同时每间隔400ms打印出一条时间坐标线。这样，不仅可以节省容量、加快打印速度，而且使波形更简明，清楚地放映了振荡周期、振荡时电流和电压的大小，以及振荡的变化过程。

微机故障录波装置的硬件构成，与微机型线路保护的硬件构成类似。 【任务实施】

一、微机自动录波装置实例 （一）DR750自动录波装置概述 1.应用范围

DR750为嵌入式电力系统动态记录与分析装置（故障录波器），分线路型DR750/X、机组型DR750/F和变压器型DR750/B，适用于电力系统变电站、发电厂，可作为线路、机组、变压器的故障记录与分析装置。

2.装置简介

DR750电力系统动态记录分析系统针对不同的应用对象、应用场合，在统一的硬件平台、软件平台基础上，按不同的要求设计，实现了机组型DR750/F、线路型DR750/X和变压器型DR750/B三种型号。

采用嵌入式软硬件技术，系统精简，运行可靠。

同步采样频率达10kHz，真正满足电力系统动态记录的要求。 录波容量大，模拟输入量最多达80路，开关量最多达160路。 录波采样频率、录波时间长度可整定，视场合灵活应用。

提供启动前按0.1秒间隔记录共5秒的包络线数据和启动后长度不定的包络线数据记录，保证复杂长过程全程记录，为准确分析故障原因提供充分的依据。

电压欠量启动判据智能在线投退，克服电压欠量启动判据长期成立造成的长期启动或频繁启动的现场实际问题。

GPS时钟自适应技术，解决GPS信号微弱时钟停摆的问题。

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实时监控软件，提供正常运行时完备的电能质量分析工具，包括采样值分析、有效值分析、谐波分析、序分量分析、波形分析等。

采用前底板背插式结构，强弱电分离，系统抗干扰能力强。 多层PCB板、芯片表贴，美观可靠。

专业、详尽的离线分析软件，使用方便，再现故障全过程。 统一的通讯规约，兼容多种不同种类通讯介质，具备断点续传能力。

强大的联网能力，提供完备灵活的录波联网方案，实现“IP到设备”，既可接入局域网、也可接入广域网，支持故障信息Web发布。

（二）DR750自动录波装置要技术指标 （1）额定参数 1）交流输入信号：

额定电压有效值Un=57.7V或100V；允许过电压2Un。 额定电流有效值 In=5A或1A；允许过电流20In。 2）直流电压、电流输入信号：

额定值为变送器输出4～20mA或0V～1000V（包括mV信号） 3）开关量：

无源空触点（常开或常闭）输入。

收发讯机输出的解调后的无源电平信号，可直接输入。 4）工作电源：

10AC 220V??15% ，50Hz?0.5Hz。

DC 220V?15%。

（2）通道容量：模拟量：80路；开关量：160路。 （3）同步采样频率：2.5kHz\\5kHz\\10kHz可设置。 （4）开关量事件分辩率：最高0.1ms。

（5）数据采集：AD分辨率：16位。内存：5M字节。 （6）谐波分辩率：30次。 （7）GPS单元

内置式：采用进口的GPS接收器，其UTC时间误差小于1μS。

外接式：现场GPS信号，要求提供PPS脉冲和时间信息，时间信息通常通过串口接入并提供通讯协议。

内置硬件时钟：用于无GPS时的时钟源，自带电源。

说明：当配置了GPS作为时钟源，系统也同时使用内置硬件时钟。两个时钟源，软件采用了自适应检测技术。当检测到GPS的PPS脉冲时，时钟按GPS计时；当检测不到GPS的PPS脉冲时，自动按硬件时钟芯片计时。避免了GPS信号衰弱，时钟停摆的现象。

（8）记录格式、时间

任意一个启动判据启动，按A、B、C、D四个区段形成一次完整的录波。

A、 启动时刻前、按每隔0.1s间隔、记录长度5s的有效值；

?10 297

B、 启动时刻前0.05s的采样值；

C、 按设定的录波采样频率、录波时间记录；

D、 如果连续4s内所有稳态启动判据返回（整组复归），期间按0.1s间隔记录有效

值，形成4s的包络线，结束录波。如果有稳态启动判据不返回，将持续录波。期间再发生故障，结束本次录波，重新启动，过程同上记录格式如图4-16-1。 5 秒 f = 10Hz

（9）故障数据存储

高速固态存储器可存储不少于1000次的故障数据，加配硬盘可保存不少于5000次的故障录波数据文件。

（10）录波启动方式

录波启动方式包括模拟量启动、开关量启动、手动启动、远方启动。 1） 模拟量启动：

① 突变量启动：包括电压突变量和电流突变量启动

② 正序量启动：包括正常运行时过电压、低电压和过电流启动。

③ 负序量启动：利用三相电压、三相电流的采样值，计算获得负序电压和负序电

流，包括负序过电压和负序过电流的启动。

④ 零序量启动：零序电压和零序电流是直接采集获得，启动条件包括零序电压和

零序电流的突变量启动及稳态过量启动。

⑤ 直流信号启动：其它形式的物理量经传感器变换成直流电压量，启动条件包括

过量和欠量启动。

⑥ 频率启动：含高频、低频启动和频率变化率启动。

注：由于检修原因造成无压，当电压欠量启动判据投入，可能出现录波器长期录波或频繁启动，为此，对电压欠量启动判据进行了改进。当电压消失，欠量判据启动，按正常的录波格式录波。进行一次录波后，强制结束，同时闭锁该电压欠量启动判据，直到电压量重新恢复正常，再开放该判据。 2） 开关量启动：

任何一路开关量均可单独整定作为启动量。开关量启动可选择为开关分启动或开关合启动。

3） 手动启动、远方启动： 当地手动启动及远方通讯启动。

0.05秒 f = 2.5kHz 设定 f = 2.5/5/10kHz 不定 f = 10Hz 启动0时刻

图4-16-1 记录格式

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（11）测量精度 1）交流电压

将设备各相电压回路端子同极性并联加入电压，其数值及误差如表4-16-1：

表4-16-1 交流电压测量精度 输入（V） 误差（≤） 3 3% 10 2% 30 1% 60 0.3% 90 1% 120 1% 开口三角3U0，加入电压范围如下表4-16-2：

表4-16-2 开口三角3U0 输入（V） 误差（≤） 5 5% 20 1.5% 50 1% 100 0.5% 150 1% 180 1% 2）交流电流

将设备各相电流回路端子同极性串联加入电流，其输入额定电流值的倍数及误差如下表4-16-3：

表4-16-3 交流电流测量精度 输入（V） 误差（≤） 0.1 5% 0.2 1.5% 0.5 1% 1.0 0.5% 5.0 0.5% 10.0 1% 20.0 1% 3）开关量分辩率

以空接点闭合/断开方式检查开关量的分辨率，不大于0.1ms。 4） 有功、无功和频率记录

①对设备加额定电压电流，记录在Φ=0，45，90下的P、Q值，误差不大于1.5%。 ②对设备加额定电压，在输入电压频率分别为45、50、55Hz时，记录的频率精度不低于±0.05Hz。

5） 相电压、零序电压突变量

相电压突变量整定值为5%Un，零序电压突变量整定值为2%Un，动作值误差不大于整定值的3%。

6）电压越限启动

正序电压：过压整定值为110%Un，加1.05倍整定值的量可靠启动，加0.95倍整定值的量可不启动。欠整定值为90%Un，加0.95倍整定值的量可靠启动，加1.05倍整定值的量可靠不启动。

负序电压：整定值为3% Un 。加1.1倍整定值的量可靠启动，加0.9倍整定值的量可靠不启动。

零序电压：整定值为2%Un。加1.1倍整定值的量可靠启动，加0.9倍整定值的量可靠不启动。

（三）DR750自动录波装置工作原理

装置正常运行期间，数据采集单元实时采集运行中的电压、电流及相关开关量等信号，然后进行启动判据判别。当所有启动判据不成立，这些实时数据可用于进行电力系统电能质量实时分析；当启动判据成立，装置进入故障录波状态，中央处理单元按规定的记录格式进行记录。

C段为高密度录波区段，C段结束以后，转入整组复归，即连续4秒所有的稳态启动判

299

0

0

0

据均为返回状态，结束本次录波。整组复归期间按10Hz的频率记录有效值。在此期间如果还有启动条件成立，有以下两种可能的过程：

1.如果此时间段内突变量启动元件动作，那么立即结束本次录波过程，从头开始一次新的录波。

2.如果此时间段内没有突变量满足启动条件，但是稳态量满足启动条件，表明本此录波未结束，仍然以10Hz的采样率记录有效值，直到所有稳态量启动判据均返回，整组复归、结束录波。

录波结束以后，数据传送和记录基本同步完成，中央处理单元把缓冲区中的数据进行整理，保存并生成硬盘数据文件和配置文件。

随后，中央处理单元投入在线故障分析算法，按照配置参数，进行实时的故障分析诊断，选出故障线路、故障相别，故障距离（多种算法同步计算，以最准确的结果输出），整理保存到录波头文件中，同时添加该次录波事件到历史记录数据库中。

如果在系统配置中选中了故障报表（紧急制表）即时打印选项，那么监控软件将会按照故障报表的项目设定，开启打印机电源，打印输出故障报表。

（四）DR750自动录波装置系统功能软件包

包括监控软件、故障信息综合分析软件、通讯软件、主接线图绘图软件等组成。 1．监控软件

装置启动后，监控程序自动投入运行，开始初始化运行环境，装载设备驱动程序，初始化GPS和串口，启动录波线程、GPS接收线程、打印队列监测线程、通讯线程等几个并行工作任务。

系统正常运行时，通过对实时采集数据的传送、处理，可实时测量系统当前每周期的PQVF，其值可以实时显示在当前窗口，也可以波形图的方式显示。通过这种对实时采集数据的“快照”，也可以分析电能质量（即做为电能质量分析仪）。 在线监控软件完成运行状态下的各种任务： 系统自检，在信息窗口显示巡检的信息。

① 完成所有录波数据的记录，并结合系统配置文件进行计算处理，生成标准的数据文

件和配置文件，保存于CF卡或者硬盘上。

② 采用多种算法进行分析及故障诊断，可以生成、显示、打印故障分析报告。 ③ 响应手动录波命令，记录手动录波数据，检查分析系统的运行质量状况。 ④ 响应远方调度的命令，执行相应的操作，并传送相应的数据或其他信息。 ⑤ 历史记录的查询，以数据库的形式管理历史故障数据。可以查询历史的每一次故障

数据，进行故障再现，还可以备注信息；

⑥ 接受全球定位系统GPS的UTC时间与日期，为系统提供统一故障启动时刻的GPS

时间时标。 2.故障信息综合分析软件

对当前故障数据即时进行故障在线诊断，对已经建立的故障录波信息数据库数据进行离线故障全过程的再现。包括各种参量的波形分析、数据汇总、故障分析、谐波分析、故障测距、故障诊断、报表预览打印等等。

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① 波形分析

用于显示波形、分析波形及对波形进行编辑。能任意选取某次故障记录仪的记录文件，使波形放大、缩小、移动、叠加及改变颜色设置，读出任意时该模拟量的瞬时值和有效值，能对所录取的模拟量进行任意组合；能通过开关量的动作时序图，正确地检测继电保护与自动装置的动作行为（以上分析是基于在GPS统一绝对时标下进行）。 ② 故障分析

根据记录的数据，计算出有效值、测量阻抗、P、Q、两模拟量之间的相角差以及正序、负序、零序分量，提供较详细的定量分析手段。 ③ 谐波分析

采用快速傅立叶变换（FFT），能对各模拟量计算出基波分量、直流分量及高次谐波分量，结果以幅值、百分比（相对于基波）、幅角的形式给出。 ④ 故障测距

提供两种测距算法，保证在各种故障情况下，测距结果有最高的精度。 ⑤ 故障诊断

记录信息齐全，可为故障诊断提供完整准确的依据。 ⑥ 故障再现

故障再现也称故障追忆，能通过本系统提供的分析软件清晰地分解、展示事故发生后的全过程。

分析软件主界面如图4-16-2

图4-16-2 分析软件主界面

3.网络通讯软件

DR750嵌入式故障录波系统采用嵌入式操作系统XPE，包含完善的网络、电话等通迅功能模块，集成防火墙模块，系统更安全，集成一个小型化完整功能的IIS web server。

⑴支持直接串口连接、Modem拨号、局域网等三种通信介质，采用统一的通信规约，便于实现故障信息联网。数据传送采用了实时数据打包压缩以提高传输效率。

⑵支持主动、自动和被动三种方式的命令和数据传送方式。

⑶支持Web故障信息发布，调度端用户可使用IE浏览器来查看录波器的实时运行状态、浏览定值、下载数据文件。

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4.主接线图绘图软件

监控软件的主接线图是可以定制的，利用接线图绘图软件，用户可以使用这个绘图程序来绘制和修改监控界面的主接线图。

（五）DR750自动录波装置故障信息综合管理系统

随着电力系统通讯网络的发展，把电力网络中的各个录波装置联接成一个网络，组建多功能的电力局广域数据网络系统，实现故障录波器的网络化管理和网络化数据共享已经成为发展的趋势。把录波器作为系统的前置端子，由它将所需数据传往数据处理中心，由数据处理中心将各处的数据进行综合处理，快速定位故障，进行各种电气量的分析，生成各种报表和图形等，这必将提高故障信息分析的速度和质量。

故障录波信息管理系统能够利用RS232/485、Modem拨号、LAN等多种通讯手段连接站端设备，进行统一的调度和管理。

架构灵活，只要增加一个封装某种型号通迅协议的DLL，就能够实现对此种型号录波器的联网通迅。

支持B/S模式，调度端用户在通过权限认证以后，可以在局Mis网的计算机上，使用IE浏览器通过WEB方式查看录波器的实时运行状态、浏览定值、下载数据文件。如图4-16-3。

图4-16-3 故障信息综合管理系统

二、微机型故障录波装置现场检验作业指导书

下达任务工单（标准化作业指导书），按标准化作业的步骤进行。在实施过程中，充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用，引导学生在做中学，及时纠正学生作业中的不规范行为。

1.作业环境及作业现场要求

(1)室外作业时，要求天气无雨雪，应避开雷电、大风及多雾天气。空气温度一5～39℃，空气相对湿度一般不高于80%，风速不大于5级。

(2)工作区间与带电设备的安全距离应符合《国家电网公司电力安全工作规程（变电部

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分）》（国家电网安监[2009] 664号）的要求。

(3)作业现场应有可靠的试验电源，且满足试验要求。 (4)作业现场现场道路畅通，无障碍物，且照明良好。 (5)测试对象处于停运状态，现场安全措施完整、可靠。 (6)保持现场工作环境整洁。

2.作业人员要求

(1)所有作业人员应身体健康，精神状态良好。

(2)所有作业人员必须掌握《国家电网公司电力安全工作规程（变电部分）》（国家电网安监[2009] 664号）的相关知识，并经考试合格。

(3)所有作业人员应有触电急救及一般现场紧急救火的常识。

(4)本项检验工作需要作业人员2～3人。其中工作负责人1人，工作班成员1～2人。

(5)工作负责人应由从事继电保护现场检验工作3年以上的专业人员担任，必须具备工作负责人资格，熟练掌握本作业的作业程序和质量标准，熟悉工作班成员的技术水平，组织并合理分配工作，并对整个检验工作的安全、技术等负责。

(6)工作班成员应由从事继电保护现场检验工作半年以上的人员担任。必须具备必要的继电保护知识，熟悉本作业指导书，能熟练使用有关试验设备及仪器仪表。

3.作业前准备工作

(1)开始作业前一天，准备好作业所需设备、仪器、仪表和工器具。主要仪器设备和工器具见表4-16-4。

表4-16-4 主要仪器设备和工器具

(2)开始作业前一天，准备好图纸及资料，且图纸及资料应符合现场实际情况。具体图纸、资料见表4-16-5。

表4-16-5 检验所需图纸资料

(3)工作负责人组织所有工作班成员学习本作业指导书，熟悉作业内容、进度要求、作业标准、安全注意事项。

(4)履行工作许可手续：①根据现场作业时间和作业内容办理工作票；②运行人员根据工作票执行安全措施；③工作许可人会同工作负责人检查所做安全措施，应完备、无误，且工

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作许可人向工作负责人明示带电设备位置和注意事项，并在工作地点放“在此工作”标示牌；④工作许可人和工作负责人在工作票上签字，办理工作许可手续。

(5)工作票签发后，工作负责人应向工作班成员做好技术交底、安全交底及试验方案交底，包括作业内容、活动范围、安全注意事项、危险点分析及控制、试验方案等。

4.试验接线

(1)试验装置的电源必须取自专用检修电源箱或专用试验电源屏，不允许用运行设备的电源作为检验用电源。

(2)取自专用检修电源箱时，电源必须接至检修电源箱的相关电源接线端子，且在工作现场电源引入处配置有明显断开点的刀闸和漏电保安器。 (3)在监护下专人负责接线，经第二人复查。 (4)试验设备外壳应可靠接地。

5.安全重点注意事项

(1)严禁未履行工作许可手续即进入现场工作。 (2)现场安全技术措施应完备、可靠且准确无误。

(3)执行安全措施时要防止误碰运行设备，拆动二次接线应防止二次交、直流电压回路短路、接地，防止电流回路开路或失去接地点。

(4)在直流馈电屏拉合直流开关时，应防止误拉运行设备直流开关。

(5)在电压回路工作时，应防止电压回路短路或未断开电压回路通电造成反充电。 (6)带负荷检查时应防止电流回路开路、电压回路短路。

(7)恢复安全措施时严格按照安全措施票执行，防止遗漏及误恢复事故。 (8)工作票终结前认真核对定值，防止误整定。

6.作业流程图

作业流程图见图4-16-4。

图4-16-4 作业流程图

7.作业程序与危险点控制

作业程序与危险点控制见表4-16-6。

表4-16-6 怍业程序与危险点控制

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8.现场工作记录

变电站名称： 装置型号： 检验种类： 检验人员： 检验日期： 年 月 日

（1）绝缘检查

将检验结果填入表4-16-7中。 表4-16-7 绝缘检验结果

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（2）软件版本及程序形成时间检查 将检验结果填入表4-16-8中。

表4-16-8 软件版本及程序形成时间检查

（3）装置单体检验

1）零漂检验（将检验结果填入下表4-16-9中）

2）电流、电压幅值精度检验（将检验结果填入下表4-16-10中）

3）电流、电压相位精度检验（将检验结果填入下表4-16-11中）

4）突变量启动录波检查（将检验结果填入下表4-16-12中）

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5）越限量启动录波检查（将检验结果填入下表4-16-13中）

（4）带负荷检查

1）负荷及其他记录（将检验结果填入下表4-16-14中）

2）带负荷数据（相位数据以 为基准）（将检验结果填入下表4-16-15中）

9.检验用主要试验仪器（将检验结果填入下表4-16-16中）

三、微机故障录波装置的运行维护

1.运行监视

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(1)故障录波日常巡视检查 1)检查装置各个指示应正常。

2)检查微机箱各个模拟插件和开关量插件插入牢固无松动或掉出。 3)检查变送器箱各插件插入牢固无松动或掉出，无异常声音。 4)按键盘任意键，查看显示器显示内容。 5)检查操作按钮完好无损坏洁净无灰尘。

6)检查屏下端交流电源开关和直流电源开关在合的位置。 7)检查屏箱门完好，透明玻璃洁净、无损坏。 2.故障录波定期巡视检查

1)检查打印机的电源ON/OFF开关打在ON的位置，打印机打印纸装备，打印机针头、色带等无积灰尘或蜘蛛网。

2)检查端子排上各接线端子接触良好，无开路或潮湿短路现象，无烧焦变黑现象。 3)检查各个箱内无异常声音、无冒烟现象。

4)检查各箱与箱之间的连接电缆完好无损坏，两端插头插入牢固并接触良好。

5)检查屏内接地线完好无损坏或锈蚀。

6)检查屏内通风良好，箱门关闭严密，箱门无脱漆或锈蚀。

四、异常及故障的处理

1.频繁启动 频繁启动故障一般是定值设置不当造成的。可根据故障报告判断是由那一通道引起的，然后将定值适当调整，重新设置即可。

2.不能录波 该故障一般由两个原因造成：

1）参数、定值设置不当。应重新校对参数，重新设置相应通道的各项定值。 2）通道电气连接不当 在调整了定值后仍然不起动录波，可进行手动录波，然后进行波形分析。若相应通道无正常波形，则该通道不正常，原因可能是接线不好或接错线等原因。

3.电源故障 若整机掉电，应检查供电电源及各个空气开关是否完好。 【复习思考】

4-16-1.该任务的知识目标？ 4-16-2.该任务的能力目标？ 4-16-3.录波装置的作用？

4-16-4.录波器录取量的应满足哪些要求？

4-16-5.录波装置的起动元件有哪些？起动部分的作用有哪些？ 4-16-6.录波装置检验的项目有哪些？ 4-16-7.录波装置各检验项目的接线？ 4-16-8.录波装置各检验项目的标准？ 4-16-9.录波装置波形分析？ 4-16-10.录波装置运行维护？

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任务十七 发电机励磁调节器的原理及性能检验与运行维护

【教学目标】 1.知识目标

（1）掌握发电机励磁调节器的作用；

（2）掌握发电机励磁调节器的基本组成及工作原理。 2.能力目标

（1）能进行发电机励磁调节器性能的检验； （2）能进行发电机励磁调节器的运行维护； 3.素质目标

敬业精神、严谨的工作作风、安全意识、团队协作精神。 【任务描述】

依据发电机励磁调节器的调试任务及作业指导书，设置检验测试的安全措施。依据发电机励磁调节器使用说明书进行装置界面操作。连接好测试接线，操作测试仪器，进行检验测试，对检验测试结果进行判断。

【任务准备】：

（1）教师下发调试指导书，明确学习目标和任务；

（2）讲解发电机励磁调节器的基本原理及检验测试流程和注意事项；

（3）学生熟悉发电机励磁调节器说明书，熟悉作业指导书和调试指导书指导书；进行相关仪器设备的学习使用；

（4）学生进行人员分组及职责分工；

（5）制订工作计划及实施方案。教师审核工作计划及实施方案，引导学生确定最终实施方案。

【相关知识】：

一、同步发电机励磁控制系统概述

同步发电机励磁控制系统在保证电能质量、无功功率合理分配和提高电力系统稳定性等方面都起着十分重要的作用。同步发电机的运行特性与它的空载电动势有关，而空载电动势是励磁电流的函数，因此对同步发电机励磁电流的正确控制，是电力系统自动化的重要内容。 （一）同步发电机励磁系统与励磁控制系统

同步发电机是把旋转形式的机械功率转换成三相交流电功率的设备，为了完成这一转换并满足运行的要求，除了需要原动机—汽轮机或水轮机供给动能外，同步发电机本身还需要有个可调节的直流磁场作为机电能量转换的媒介，同时借以调节同步发电机运行工况以适应电力系统运行的需要。用来产生这个直流磁场的直流电流，称为同步发电机的励磁电流，为同步发电机提供可调励磁电流的设备总体，称为同步发电机的励磁系统。

励磁系统可分为两个基本组成部分：第一部分是励磁功率单元，它向同步发电机的励磁绕组提供直流励磁电流；第二部分是励磁调节

器，它感受运行工况的变化，并自动调节励磁功率单元 图4-17-1 励磁自动控制系统的构成

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框图

输出的励磁电流的大小，以满足电力系统运行的要求。由励磁功率单元、励磁调节器和同步发电机共同构成的一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系统的构成框图如图4-17-1所示。 （二）同步发电机励磁控制系统的任务

在同步发电机正常运行或事故运行中，同步发电机励磁控制系统都起着十分重要的作用。优良的励磁控制系统不仅可以保证同步发电机安全可靠运行，提供合格的电能，而且还可有效地提高励磁控制系统的技术性能指标。根据运行方面的要求，励磁控制系统应承担如下任务：

1)在正常运行条件下，供给同步发电机的励磁电流，并根据发电机所带负荷的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电压在给定水平上。

2)使并列运行的各同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。

3)增加并入电网运行的同步发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性及输电线路的有功功率传输能力。

4)在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，进行强励，将励磁电流迅速增到顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。

5)在同步发电机突然解列，甩掉负荷时，进行强减，将励磁电流迅速降到安全数值，以防止发电机端电压的过分升高。

6)在发电机内部发生短路故障时，进行快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值，以减小故障损坏程度。

7)在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励磁限制和欠励磁限制，以确保同步发电机组的安全稳定运行。

（三）对励磁系统的基本要求

为了很好地完成上述各项任务，励磁系统应满足以下基本要求： 1．对功能方面的要求励磁系统应具以下基本功能： 1)电压稳定调节功能。

2)无功电流（无功功率）调差功能。

3)必要的励磁限制及保护功能常见的励磁限制及保护功能有： ①最大励磁瞬时限制； ②反时限延时过励限制； ③伏／赫( V/Hz)限制； ④欠励限制；

⑤TV断线保护等故障容错功能。 4)强励、强减和灭磁功能。

5)应装设励磁系统稳定器和电力系统稳定器等辅助控制功能。 2．对性能方面的要求

1)有足够的励磁最大值电压和励磁最大值电流。励磁最大值电压和励磁最大值电流是励磁系统强励时，励磁功率单元所能提供的最高励磁电压和最高励磁电流，它们对应与额定工

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况下的励磁电压（额定励磁电压）和励磁电流（额定励磁电流）的比值，称为励磁电压强励倍数和励磁电流强励倍数，通常情况下，两个强励倍数相等，统称为强励倍数，其值的大小，涉及制造水平、成本及运行需要等因素，一般为1.8至2.0倍，最低不小于1.6倍。 2)具有足够的励磁电压上升速度。理论分析及运行实践证明，只有较高强励倍数而无快速响应性能的励磁系统，对改善电力系统暂态稳定的效果并不明显。要提高电力系统暂态稳定性，必须同时具备较高的强励倍数和足够快的励磁电压上升速度。

3)有足够的调节容量。为了适应各种运行工况的要求，励磁控制系统应保证励磁电流在1.1倍额定励磁电流时能长期运行无危害，以及保证强励允许持续时间不小于10至20s。 4)应运行稳定，调节平滑和具有足够的电压调节精度。

5)反应灵敏，无失灵区或极小失灵区。输入信息（反馈信息）的任何微小变化，都导致励磁电压的相应改变，称这种励磁系统没有失灵区。有失灵区的励磁系统，对系统状态变化的反应迟钝，调压精度低，无功波动大，运行稳定性差。

6)快速响应能力。不论是从发电机正常运行时的励磁调节，以及从电力系统动态稳定和暂态稳定的观点出发，都要求励磁系统反应迅速，即具有尽可能小的时间常数。 3．其他方面的要求 1)高度的运行可靠性。 2)调整容易，维护简便。 3)结构简单。

二、同步发电机的励磁方式

励磁功率单元的接线方式，也称励磁方式。根据励磁电源的来源不同有多种励磁方式。常见的有三机励磁系统（含无刷励磁系统）、自并励励磁系统等。不同的励磁方式，其励磁功率单元的组成也不同。

（一）三机励磁系统和无刷励磁系统

在三机励磁系统中，同步发电机的励磁由交流主励磁机经二极管不可控整流桥供给，主励磁机的励磁则由副励磁机经全控整流桥提供，励磁调节器控制全控桥输出，改变主励磁机的励磁，进而改变同步发电机的励磁，实现控制同步发电机机端电压的目的。副励磁机的励磁通常采用自励恒压调节方式或采用永磁转子。他励静止半导体励磁系统（三机励磁）原理接线图如图4-17-2所示。

三机励磁系统的特点是：励磁电源独立，不受电力系统短路的影响；由于主励

磁机励磁绕组的存在，励磁响应速度较慢。 图4-17-2 他励静止半导体励磁系统原理接线图 无刷励磁系统与三机励磁系统相似，只是将主励磁机的定子与转子相交换，将静止二极管整流桥变为旋转整流桥，使之与发电机转子相对静止，从而省去炭刷和集电环，旋转硅整流器励磁系统（无

刷励磁）原理接线图如图4-17-3所示。 图4-17-3 旋转硅整流器励磁系统原理接线图

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