发电厂的电压检测、控制的原理及实现

毕毕 业业 论论 文（设文（设 计）计） 题目：发电厂的电压检测,控制的原理与实现 院 别： 华立科技职业学院 班 级： 电力 1 班 姓 名： 柯春创 学 号： 指导教师： 廖恒强 日 期： 2010.3.31 摘要摘要 发电厂的电压检测与控制的原理与实现在本文有所论述，在电 压检测方面以三相五柱式电压互感器这方面来阐述电压检测原理， 重点在于其接地方式的研究以及工作原理的研究，在电压控制方面 则以当AVC设置为就地调节方式时，运行人员在DCS上手动输入电 压指令值，通过输入输出环节以及电压指令判别环节以及调压指令 生成环节还限制及报警环节，再加上与传统模式的比较。透析发电 厂电压检测与控制的两种模式。 关键词关键词：电压互感器电压互感器 三相五柱式三相五柱式 DCSDCS 传统传统AVCAVC Abstract We have referred to the theory and practice of voltage detecting and controlling in the power stations, the voltage inductor with3 phases and5 poles has analyzed the working theory of voltage detecting well, the key point is to study is its Earthing methods and working principle. For the voltage controller, when using the AVC equipment to link to the earth, the operators need to input the voltage value manually. By the step of input and output, the step of judging voltage values, the step of producing voltage regulation instructions, and the alarming system, all of this combine to one system, then compare with the traditional one. Analyze the tow patterns of the voltage detecting and controlling Keyword：voltage transforme DCS traditional AVC 摘 要2 目 录4 1 绪 论 5 2 第一章 发电厂电压检测的原理与实现 .6 2.1 发电厂发电时电压变化 6 2.2 以电压互感器来实现检测电压 7 2.2.1 电压互感器概念 .7 2.22 电压互感器工作原理（以三相五柱式为例） 8 1）三相五柱式电压互感器的接地方式 9 2）电压互感器二次侧保险的工作原理 .10 3 第二章电压控制原理与实现（以 DCS 模式为例） 12 3.1 概述 12 3.2 实现方案 13 3.2.1 输入输出环节 13 3.2.2 电压指令判别环节 14 3.2.3 调压指令生成环节 14 3.2.4 限制及报警环节 14 3.2.5 与传统 AVC 装置相对比的优势 15 4 结束语 17 参考文献 -18 1.绪论绪论 1.1 论文背景说明论文背景说明 当今世界现代文明的飞速发展离不开能源的利用，特别是电能 的利用。我们的生活离不开电能，应运而生有了发电厂，中国南方 的发电厂主要以水力发电和核能发电两种方式，其中核能发电发展 势头更为猛烈，其中发电厂的安全问题更加惹人关注，日本 311 地 震引发了福岛第一核电厂核泄漏事故，更加为各个国家敲响关注电 力安全的警钟，发电厂的安全问题正式摆上桌面。本文的着力点在 于关于发电厂的电压检测控制的原理与随着电力系统向大机组、大电 网、高电压和远距离输电的发展,电力系统安全运行产生了一些新问 题,电压崩溃恶性事故就是其中之一。本文将充分展示发电厂内电压 检测与控制的原理与实现。 2.第一章第一章 发电发电厂厂电压检测电压检测的原理与的原理与实现实现 21 发电发电厂厂发电时电压变发电时电压变化原理化原理 大部份的变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。 基于铁材的高导磁性，大部份磁通量局限在铁芯里，因此，两组线 圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁 芯二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈 匝数比相同。因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降 压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现 代化电力系统之一重要附属物，提升输电电压使得长途输送电力更 为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化。 2.22.2 以对电压互感器来实现检测电压以对电压互感器来实现检测电压 2.22.21 1 电压互感器概念电压互感器概念 电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、 铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压 U1 时，在铁心中就 产生一个磁通 ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个 二次电压 U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电 压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将 高电压按比例转换成低电压，即 100V，电压互感器一次侧接在一次 系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式 电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电子式、光电式。 作用作用：把高电压按比例关系变换成 100V 或更低等级的标准 二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感 器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照 电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相 比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大 小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大， 使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平 衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特 殊变压器。简单的说就是 “检测元件”。 2.2.22.2.2 电压互感器工作原理（以电压互感器工作原理（以三相五柱式为例三相五柱式为例） 1） 三相五柱式电压互感器的接地方式三相五柱式电压互感器的接地方式 电压互感器二次绕组接地方式与保护、测量表计及同步电压回路 有关，有 b 相接地和中性点接地两种方式，其接线方式见图 1、2。 图图 1 电压互感器二次通过电压互感器二次通过 b 相及相及 JB 接地原理图接地原理图 图图 2 电压互感器二次不接地原理图电压互感器二次不接地原理图 电压互感器二次绕组两种接地方式的比较：电压互感器二次绕组两种接地方式的比较： (1) 在同步回路中在 b 相接地系统中，对中性点非直接接地系统， 单相接地时，中性点位移，不能用相电压同步，必须用线电压同步。 如同步点两侧均为 b 相接地，其中一相公用，同步开关档数减少(如 采用综保，则接线更为简单)，同步接线简单。对中性点直接接地系 统，可用辅助二次绕组的相电压同步。 (2) 在保护回路中 在 b 相接地系统中，在零线上串接的隔离开关辅助触点 G，如不 可靠而断开时，会使 10kV 以上电压距离保护断线闭锁装置失去作 用，这时若再发生一相或两相断线，将导致保护误动作。因为辅 助 绕组的一端与 b 相接地点相连，由于基本二次侧绕组上有负荷电流 流过，在电缆芯出上产生电压降，使正常开口三角形有电压 3U0， 对零序方向元件不利。若单独从接地点引接零序方向继电器回路， 则接线 较为复杂。 在中性点接地系统中，由于中性点无任何断开触点，可靠性高。因 中性点没有电流通过，无电压降，对保护无影响。 (3)在测量表计回路中 在 b 相接地系统中，因大多数表计均接线电压，其中 b 相接地公 用，引线方便。对只需接线电压的回路，可用 V-V 接线电压互感 器。 在中性点接地系统中，表计均需三相分别接入，引线较为复杂。 (4)在电压互感器二次接线上 在 b 相接地系统中，中性点需装设击穿保险器，增加了部件，正 常时如击穿保险器击穿接地，将使 b 相绕组短路。当 A、C 两相 中任一相发生接地时，即构成二次绕组两相短路，两相熔断器熔断。 在中性点接地系统中，无 b 相接地的相应问题，接线较简单。 据上分析，对于中性点非直接接地系统，因一般不装设距离和零序 方向保护，b 相接地对保护影响极小，而对同步回路有利，故电压 互感器二次侧采用 b 相接地方式较为理想。而对于中性点直接接地 系统，保护要求严格，中性点接地有利于提高保护的可靠性，同步 回路可用辅助绕组的相电压，故电压互感器二次绕组采用中性点接 地方式较为优越。 2)电压互感器二次侧保险的工作原理电压互感器二次侧保险的工作原理 (1) 二次侧无保险工作分析 在图 1 中，如果 JB 在工作状态下因其它原因击穿，则电压互感器 b 相绕组将被短接，b 相绕组将被烧坏。 当 A、C 两相任一相有过载时，将造成电压互感器绕组烧坏。当 A、B、C 三相绕组内部有故障时，将引起保护误动作。 在图 2 中，当电压互感器二次侧 A、B、C 三相中的任一相出口处 有接地发生时，均会造成电压互感器绕组短路运行而烧坏。 当电压互感器二次侧 A、B、C 三相中的任一相发生过载时，也有 可能烧坏绕组，引起保护误动作。 在上述工作状态下，电压互感器二次侧 A、B、C 三相出口处，都需 加装二次侧保险。 (2) 不加保险(熔断器)的情况 在二次侧开口三角的出线上一般不装熔断器。因为在正常运行时 开口端无电压，无法监视熔断器的接触情况。一旦熔断器接触不良， 则系统接地时不能发出接地信号。但是，供零序过电压保护用的开 口三角出线例外。 中性线上不装熔断器，目的是因为一旦保险丝熔断或接触不良， 就会使绝缘监察电压表失去指示故障的作用。 接自动电压调整器的电压互感器二次侧不装熔断器，目的是为了 防止熔断器接触不良或熔丝熔断时电压互感器误动作。 3.3.第二章第二章 电压控制原理与实现（以电压控制原理与实现（以 DCSDCS 模模 式为例）式为例） 3.13.1 概述概述 电力系统电压调节有多种方式，其中发电厂调节发电机励磁电 流以改变机端电压是一项重要手段，也是发电厂实现自动电压控制 (AVC)的主要方式。目前大部分电厂采用专用的AVC装置来实现自动 电压控制。 随着电气量进入DCS，使利用DCS实现发电厂自动电压控制成为 可能。株洲华银火力发电有限公司3号机组在现有DCS上进行逻辑组 态，实现AVC。 电气监控系统(ECS)作为DCS的一个子系统，实现对电气系统中 发一变一线路组(包括发电机励磁系统，但发电机的AVR仅接受指令) 及厂用电源系统的控制。运行人员在DCS上能根据需要给AVR发增磁、 减磁命令，调节AVR的给定值，达到调节发电机机端电压的目的；系 统电压(主变高压侧电压)、发电机电流、电压、有功、无功、励磁 电流、励磁电压、厂用电压等参数均进入DCS。 3.23.2实现方案实现方案 当AVC设置为就地调节方式时，运行人员在DCS上手动输入电压 指令值，AVC设置为远方调节方式时，DCS接收省中调AVC主站经RTU 下发的电压指令值(，i( 一1，2，3， 表示每隔3 rain采样到的电 压指令值)；DCS对电压指令值进行判断，如为有效指令，则与当前 系统电压实测值U (主进行比较，并发出增磁或减磁命令，调整发电 机机端电压，使系统电压值U 与电压指令值，i之差u lU 一 Ui I小于02 kV，如为无效电压指令则自动退出AVC方式，如图1所 示。 3.23.21 1输入输出环节输入输出环节 (1)电厂上发给省中调AVC的信号有：请求AVC远方控制(D0)；限制加 无功(D0)；限制减无功(DO)。 (2)电厂接受省中调AVC的指令信息有：远方AVC投入(DI)；远方AVC 退出(DI)；中调电压指令值U，(4 20mA)(AI)。 (3)电厂AVC与省中调的信息交换利用RTU进行。 (4)电厂与AVC有关的其余电气量均已进入DCS，不需重复接人。 3.2.23.2.2电压指令判别环节电压指令判别环节 为保持系统电压稳定，防止AVC投人时电压波动，在AVC由退出状态 改为投入时，DCS自动将系统电压实测值作为第1个电压指令值U 一U ，此时， 一IU 一U I一0，DCS不作任何调整；3 min后DCS将采集到 的远动RTU发来的中调电压指令值Uz(AVC投就地时该指令值由运行人 员手动输人)与 一进行比较，如 一IU。一U I 2 kV，且U (电压 控制下限) U U 一 (电压控制上限)，则Uz是有效的电压指令， 否则U 是无效的电压指令，AVC 自动退出；再过3 min后DCS将采集 到的远动RTU发来的中调电压指令值U。与U 进行比较，如U 一 IU。一U2 I 2 kV，且U i U。 (， 则 。是有效的新电压 指令，否则U是无效的电压指令；如此循环进行。 3.2.33.2.3调压指令生成环节调压指令生成环节 DCS将系统电压实测值U 与有效的ogw,指令值U 进行比较：若U Ui，则DCS发减磁命令；若U Q (最大无功限制)；机端电压 (最高机端电压限制)；定子电流， ， (最大定子电流限制)；励磁 电 流，f ， (最大励磁电流限制)；厂用电压 U (最高厂用母线电压 限制)。上述任一条件满足，闭锁增磁，并向中调发出限制增无功信 号，同时发出光字报警；上述参数小于限制值时，报警自动消失， DCS可以继续调压。 (2)减磁限制及报警：无功功率QQ (最低无功限制)；机端电压U U i (最低机端电压限制)；定子电流， ， i (最小定子电流限 制)；励磁电流，f ，fmi (最小励磁电流限制)；厂用电压 U i (最低厂用母线电压限制)。 上述任一条件满足，闭锁减磁， 并向中调发出限制减无功信号，同时发出光字报警；上述参数大于 限制值时，报警自动消失，DCS可以继续调压。 (3)电压越限及报警如【， 2 kV，或U i 或U Ui，AVC 自动退出并发出电压指令越限报警。 3.2.53.2.5与传统与传统AVCAVC装置相对比的优势装置相对比的优势 与传统AVC装置比，利用DCS实现AVC具有如下优点： (1)节省费用。采用传统AVC装置，需要采购专用AVC装置，还要将发 电机、励磁系统、RTU、系统电压、厂用电压、告警信号等众多电气 量接到AVC 装置，需要大量的电缆，而利用DCS实现AVC， 只需在 RTU 与DCS间安装3根控制电缆(DI，DO，AI各1根)，不要另外增加任 何硬件设备。 (2)便于监控。现代电厂基本取消了常规仪表及控制按钮，多采用 CRT 监控，利用DCS实现AVC，AVC的监视、控制均可在原有CRT上完 成， 运行人员监视、控制非常方便；而传统的AVC装置多安装在保护室或 励磁室，不便于监视、控制。 (3)维护简单。传统的AVC装置多采用PLC或工控机控制，程序采用专 用的软件编写，用户不易掌握，如出现问题，用户处理比较困难； 而利用DCS实现A