水轮机自动化（刘忠源主编）复习

第一章

1、什么叫水电站自动化？实现水电站自动化的目的是什么？

答：水电站自动化是指：应用先进的控制技术，计算机技术，通讯技术和优化技术等，使水电站生产过程的操作、控制和监视能够在无人和少人参与的情况下，按照预定计划或程序自动的进行。

水电站自动化的目的：1、提高水电站运行的可靠性; 2、保证电能质量; 3、提高水电站运行的经济性; 4、提高劳动生产率。 2、水电站自动化的内容包括哪些方面？

答：1、自动控制水电机组的运行方式，实现开、停机和并网、发电转调相或调相转发电等过程的自动化。2、实现水电机组的安全经济运行。3、实现对包括主变、母线和线路等主要电气设备的控制、监视和保护。4、完成对水工建筑物运行工况的监视和控制。

第二章

1、水轮发电机的并列方式，准同步并列，自同步并列，手动准同步，自动自同步，各自的适用情况？

答：并列运行：正常情况时，在电力系统中并列运行的同步发电机是以相同的电角速度，出口折算电压相等的情况运行，称为并列（或同步）运行。水轮发电机有准同步和自同步两种并列方式，并且又分为手动操作和自动操作。

准同步并列适用情况：准同步并列是将未投入系统的发电机加上励磁，并调节其电压和频率，在满足并列条件时将发电机投入系统。

自同步并列适用情况：自同步是将未励磁而转速接近同步转速的发电机投入系统，并立即加上励磁。自同步是针对系统发生故障时，系统电压和频率降低并且不断发生变化，使准同步并列困难时，而采用的同步方式。

手动准同步适用情况：一般只作为机组备用的并列方式。

自动自同步适用情况：为了机组的安全，自同步方式在水电站的应用，主要是作为故障情况下的并列方式，而且一般均采用自动自同步这种方式。 2、同步发电机并列的条件？同步电压的取得？

答：同步发电机并列的条件：发电机与电力系统的相序，频率，电压，相位相同。同步电压的取得：将待并发电机和系统的电压通过电压互感器引入同步装臵， 进行比较判断。由于机组的升压变压器通常采用Ｙ，d11接线，导致变压器两侧相

间电压存在３０ °的相位差。在中性点接地系统中，为了校正引自ＰＴ电压的相位，可从变压器高压侧ＰＴ接成开口三角形的绕组取得电压，使同步点两侧电压的相位相符。

3、自同步并列的优点和缺点？

答：优点：1、不需要调整电压，相位和精确调整转速，操作简单。2、由于并列操作时未投励，消除了非同步并列的可能。3、与准同步相比，大大缩短了并列的时间。

缺点：1、出现短时间的电流冲击，并使系统电压下降。2、冲击电流引起的点动力可能对定子绕组绝缘和定子绕组端部造成不良影响。3、冲击电磁力矩将使机组大轴产生扭矩，并引起振动。

4、自动准同步装臵应具有哪些功能？自动准同步装臵的导前时间？

答：功能：1、自动检查准同步的三个条件，在条件满足时自动提前发出合闸脉冲，使断路器在?=0时接通。2、当频率差不满足要求时，自动向调速器发出调整信号，以消除频率差。3、当电压差不满足要求时，自动向励磁调节器发出调整信号，以消除电压差。

导前时间：从装臵发出合闸脉冲到相位差为0的这一段时间称为导前时间tD，显然，导前时间tD应等于合闸机构所有元件的固有动作时间之和。与频率差无关。

5、手动准同步操作所需要的仪表，如何进行手动准同步并列操作？

答：手动准同步概念：由运行人员借助仪表对发电机的电压和频率进行调节，在满足准同步并列的三个条件时，运行人员手动操作同步点断路器合闸，将发电机并入系统。

所需仪表：指示机组电压和系统电压的两只电压表；只是机组频率和系统频率的两只频率表；指示机组和系统频率误差与相位差的一只同步表。

手动准同步并列时的操作：1、当发电机电压低于或高于系统电压时，调节发电机的励磁电流。2、当发电机的频率低于或高于系统频率时，调节水轮机的导叶开度，以改变机组的转速。3、通过同步表观察频率和相位差，以便于选择合适的时机发出合闸，使断路器合闸瞬间的相位差很小。

第三章

1、调节励磁电流的作用？

答：同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场，而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。调节励磁电流是为了实现电压和无功功率的调节。

2、励磁方式：所谓励磁方式，是指发电机获得励磁电流的方式（即励磁电源的供给方式）。凡是从其他电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机；从发电机本身获得励磁电流的，称为自励发电机。

3、自励式静止励磁：这种励磁方式没有专门的励磁机，而是从发电机本身获取励磁电流，经整流后再供发电机励磁，可分为自并励和自复励两种方式。 4、强行励磁：在发电机或系统发生短路时，由于电压的大幅下降或消失，为保持系统稳定运行和加快切除故障后的电压恢复，应使发电机的励磁电流迅速加大到顶值，即实行强行励磁。

5、衡量强励作用的两个重要指标：强励时励磁电压的上升速度快和强励倍数大。 6、静态稳定：指电力系统遭受微小扰动后，运行参数离开正常平衡工作状态后，能够自动恢复到原来运行状态的能力。

7、暂态稳定：是指系统遭受短时间扰动后，在第一个摇摆周期内，同步发电机保持同步而不失步，并过渡到新的稳定状态的能力。

8、动态稳定：是指系统遭受到某些大扰动后，在较长期过程中保持和恢复发电机同步运行，由衰减的同步振荡，过渡到稳定状态的能力。 9、可控硅励磁系统由哪些基本单元所组成？各自的作用又是什么？

答：测量比较单元：用于测量机端电压的变化，并将测量值与给定值进行比较。 调差单元：用于改变调差系数Kq,以实现合理分配各机组间的无功。综合放大单元：对所测量的电压差进行综合，计算出实现消除电压差的控制信号Uc，在励磁控制中通常采用PID调节规律。移相触发单元：是根据综合放大单元PID控制规律输出Uc和同步信号，转变为脉冲相位的变化，并以此脉冲触发可控硅整流桥的可控硅晶闸管，使其导通角?随Uc的变化而变化，从而达到自动调节励磁的目的。手控单元：用于手动调节移相触发部分输出脉冲的相位。

10、自动调节励磁装臵（AVR）的任务有哪些？ 答：1、维持发电机端或系统中某一点的电压水平并且合理分配各机组的无功负荷。2、提高电力系统运行的稳定性和输电线路的传输能力。3、提高带时限动作继电保护的灵敏度。4、加速短路切除后的电压恢复过程和改善异步电动机的启动条件。5、改善自同期或发电机失磁运行时电力系统的工作条件。6、防止水轮发电机突然甩负荷时电压过渡升高。 11、在可控硅励磁中的“同步”是指什么？

答：同步：对三相可控整流桥而言，要求每次加在可控硅控制极上的触发脉冲，都应在该相可控硅承受正向电压的一定时刻发出。同时，当控制电压一定时，各相的每个周期送出的触发脉冲，对应于该相阳极电压的时刻都应相同。即控制角?相同。可控硅触发脉冲与主回路之间的这种相位配合关系称为同步。

第四章

1、频率稳定的条件？

答：电力系统的频率稳定与否，取决于系统的有功功率是否平衡。若系统总的发电功率=用户总的耗用功率，则系统的频率维持在额定值；若系统总的发电功率大于（小于）用户总耗用功率，则系统频率大于（小于）额定值。

2、一次调频：是在电力系统出现频率差时，根据调速器的调差系数来分配机组间的负荷，由调速器完成功率调节。又分为有差调节和无差调节。

3、二次调频：是在调速器调节的基础上，按负荷优化分配来重新调整各运行机组的负荷。分为虚有差法，虚无差法和积差调节法。

4、调功运行：系统中绝大部分电站不参加调频，而按日负荷曲线所规定的方式运行，并按最优方式分配机组负荷，称为调功运行。 5、频率调整过程？

答：（1）频率测量元件，任务是测量频率与给定值的偏差。（2）频率校正器，用以设臵人工失灵区，以适应电站的调工运行方式。须在调功机组的功率控制装臵中设臵人工不灵敏区±Δfm。这样，当频率偏差│Δf│<Δfm时，不参与调频，仍按计划运行；而当频率偏差│Δf│>Δfm时，则调节机组的出力，对频率变化作出响应。

6、水电机组的有功功率调节的目的和内容？

答：目的：是为了使机组能按预定的规律分配有功负荷。

内容：水电机组的有功功率的控制通常是通过水轮机调速器来完成。水轮机调节系统是一种非线性、时变、非最小相位的多变量高阶系统，其特性随运行工况变化而改变。在功率控制时只考虑其速动性问题，即在满足水压和功率波动约束条件下，使功率控制的调整时间尽可能短。

第五章

1、水电机组转速测量的目的？不同转速所发的信号和对应的操作？

答：转速信号器是用于测量反映机组运行状态的一个重要参数—转速n，并能够在机组转速到达所设臵的转速值发出相应的信号，用于对机组进行自动操作和保护。如：

当n≥140%nr 时，发出飞逸信号，命令机组事故紧急停机； 当n≥115%nr 时，发出过速信号，命令机组事故停机； 当n≥80%nr 时，发出信号，命令同期投入； 当n≤35%nr 时，发出制动信号，对机组进行刹车。 2、调相压水控制接线图，工作过程？

答：当机组由发电转调相运行时，电源有2KA接点的闭合而自动投入。如果此时两个电极都浸入水中，那么靠水的导电性，电流继电器1KA动作，其接点闭合使调相供气管路上的电磁配压阀开启，并使1KA1闭合而自保持。在压缩空气的作用下，当水位降到下限水位h1以下时，1KA断电而复归，电磁配压阀关闭，压缩空气停止通入。当水位又上升到h2时，则重复上述动作。1KA两端并联电容C起抗干扰和保护1KA的作用。

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