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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