DQZHAN技術(shù)訊：電力系統(tǒng)知識 總有那么一些是你不知道的

忠實(shí)的小伙伴們啊，你們的曙光就在前方！電力系統(tǒng)1000問特別推出了模塊化的問題解答，嘿！快來看看下邊的知識是不是都知道呢？

1針對于計算機(jī)技術(shù)

計算機(jī)技術(shù)這幾年一直按摩爾（Moore）定律發(fā)展：處理器運(yùn)算速度平均每1.48年翻一翻?，F(xiàn)在**服務(wù)器的運(yùn)算速度已達(dá)每秒十億條指令，內(nèi)存已達(dá)若干吉字節(jié)(GB)，是10年前的上千倍。原來用于巨型機(jī)、大型機(jī)的技術(shù)已下移至服務(wù)器甚至個人計算機(jī)。精簡指令計算機(jī)（RISC）繼續(xù)飛速發(fā)展，超流水線結(jié)構(gòu)的MIPSR4000，超標(biāo)量結(jié)構(gòu)的SUNSuperSparc，超標(biāo)量、超流水線結(jié)構(gòu)的DECAlpha，雙流水線超標(biāo)量結(jié)構(gòu)的IntelPentium，等等，技術(shù)上各具特色，市場上各領(lǐng)風(fēng)騷。64位CPU和多處理器體系結(jié)構(gòu)已在服務(wù)器領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。

計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展對電力系統(tǒng)計算產(chǎn)生深刻的影響，原來需要巨型機(jī)或大型機(jī)的電力系統(tǒng)計算，現(xiàn)在用臺式機(jī)就可完成；原來用于離線計算的方法，現(xiàn)可移植于在線計算，甚至實(shí)時計算。

2針對于操作系統(tǒng)

第三代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的開放性主要依賴于UNIX操作系統(tǒng)的開放性。10年來，UNIX操作系統(tǒng)在微內(nèi)核、實(shí)時處理、對稱多道處理（SMP）、多線程支持、POSIX支持、系統(tǒng)管理的圖形化、容錯處理、**可靠性等方面都取得了長足的進(jìn)展。盡管WindowsNT僅運(yùn)行在Intel和Alpha芯片平臺上，然而NT的發(fā)展與成熟的確對UNIX世界構(gòu)成了威脅，但目前NT版本還不支持多用戶及POSIX接口，且易受病毒的侵襲，后續(xù)版本會逐步改善。NT的技術(shù)性能正在漸漸趕上UNIX，但NT的**壟斷特性卻與UNIX的開放性相距越來越遠(yuǎn)，尤其是Linux流行以來。Linux是現(xiàn)年28歲的芬蘭赫爾辛基大學(xué)的LinusTorvalds于1991年在讀大學(xué)時自己編寫的一種可以自由使用的UNIX操作系統(tǒng)，其源碼放在Internet上，吸引了大批有興趣的高手共同開發(fā)，不斷完善，將NT的易用性和UNIX的可靠性結(jié)合起來，將X—Window/MOTIF接口與UNIX功能結(jié)合在一起，被認(rèn)為是當(dāng)今UNIX的*好實(shí)現(xiàn)。Linux以其徹底開放的開發(fā)方式著稱于世，并因免費(fèi)使用而迅速普及，許多軟件廠家已宣布支持Linux，這匹黑馬的出現(xiàn)對NT無疑是沉重的打擊。Linux對于把基于UNIX的成熟的SCADA/EMS/DMS系統(tǒng)移植到地、縣調(diào)系統(tǒng)有重要意義。

3針對于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

局域網(wǎng)（LAN）是第三代EMS的“脊椎骨”。10年來，基于CDMA/CD以太網(wǎng)的傳輸速率已由10Mbit/s發(fā)展到100Mbit/s，甚至達(dá)到1000Mbit/s；傳輸介質(zhì)從細(xì)纜（10BASE2）、粗纜（10BASE5）、雙絞線（10BASE—T），發(fā)展到高速雙絞線（100BASE—T）等；傳輸方式由共享總線式、集線器式，發(fā)展到交換式集線器、LAN交換、ATM交換等。交換式局域網(wǎng)改變了新型EMS的體系結(jié)構(gòu)，由總線型發(fā)展為以LAN交換為核心的多總線結(jié)構(gòu)，按功能分組，采用更多的網(wǎng)段，網(wǎng)段內(nèi)共享，網(wǎng)段間交換。

4大型電力自動化系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)通信技術(shù)的研究

針對電力監(jiān)控系統(tǒng)底層通信數(shù)據(jù)量大、實(shí)時性要求高的特點(diǎn)，進(jìn)行了兩方面的改進(jìn)。在軟件結(jié)構(gòu)上，提出了將數(shù)據(jù)通信軟件與監(jiān)控軟件分離的方法；在硬件上，使用多路雙口RAM智能通信卡擴(kuò)展通信端口，提高底層通信的速度。這些措施有效地減輕了監(jiān)控軟件的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，確保了現(xiàn)場儀表與監(jiān)控計算機(jī)之間準(zhǔn)確快速的數(shù)據(jù)通信，保證了整個系統(tǒng)的**高效運(yùn)行。

電力系統(tǒng)中，現(xiàn)場數(shù)據(jù)不但包括功率、電壓、電流等測量數(shù)據(jù)，還包括分合閘、過流、速斷等操作及事故所產(chǎn)生的事件數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生事故而導(dǎo)致跳閘時，還要記錄現(xiàn)場的故障錄波數(shù)據(jù)，可見，需要通信的數(shù)據(jù)量是一般工業(yè)控制中所無法比擬的。由于電力系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的變化非?？?，一次過流可能只維持十幾毫秒，數(shù)據(jù)稍縱即逝，所以對數(shù)據(jù)的實(shí)時性、通信速度的要**非常高的。

監(jiān)控系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)可靠、高效的通信是系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵，是設(shè)計監(jiān)控軟件的重點(diǎn)。一些現(xiàn)有的軟件，將數(shù)據(jù)通信、處理和監(jiān)控都做在一個軟件中，雖然顯得直觀緊湊，但系統(tǒng)的升級改進(jìn)卻十分不便，一個微小的改動都要對全部系統(tǒng)進(jìn)行重新整理，因此，采取模塊化結(jié)構(gòu)是比較好的一種選擇。

筆者在一個大型電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中，硬件上采用通信站和監(jiān)控站分開的獨(dú)立方式，軟件上將底層通信軟件從監(jiān)控軟件中分離出去，在通信站中獨(dú)立工作，通信站專門負(fù)責(zé)底層現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)的采集，并和上層監(jiān)控站進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。由于通信站的獨(dú)立，使上層監(jiān)控站的任務(wù)大大減輕，不但提高了底層的通信速率，還加快了監(jiān)控界面的數(shù)據(jù)刷新速度。如果下層儀表數(shù)量很多，可以在通信站上采用多路雙口RAM智能通信卡，并擴(kuò)充為多個串口，進(jìn)一步提高底層通信速度。

5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

給出了一種典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)綜合了以上討論的特點(diǎn)。其中，兩個通信站組成雙機(jī)冗余熱備，保證系統(tǒng)的**運(yùn)行，現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)通過RS－485／422串口傳送給通信站，通信程序讀取串口的數(shù)據(jù)，解析后一方面將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，作為歷史數(shù)據(jù)加以保存，另一方面通過TCP／IP協(xié)議，將數(shù)據(jù)打包后傳遞給上位機(jī)，在監(jiān)控軟件中進(jìn)行運(yùn)接送上以太網(wǎng)，也利于遠(yuǎn)程監(jiān)測和故障診斷。

由于通信站和監(jiān)控站是分離的，只要都支持TCP／IP通信協(xié)議，編寫監(jiān)控系統(tǒng)的工具語言不需要與通信站相同，這樣就給用戶提供了靈活的平臺選擇，可以利用一些圖像功能強(qiáng)大而硬件功能相對弱的組態(tài)軟件編寫監(jiān)控軟件，以提供直觀漂亮的操作畫面。

對于一些特殊的下層儀表，如果通信協(xié)議不同，只需在通信軟件中改變相應(yīng)的協(xié)議即可，不需要對監(jiān)控軟件作出任何修改。用這種方法，可以非常靈活的兼容各種不同通信協(xié)議的儀表。這樣，系統(tǒng)的升級和擴(kuò)展就會相當(dāng)方便。

6提高通信速度的措施

6．1硬件措施

通信站與上層監(jiān)控站間的通信是通過以太網(wǎng)傳輸?shù)?，通信速度快，?shí)時性很好。而現(xiàn)場儀表與通信站之間是通過串口讀寫數(shù)據(jù)的，在儀表傳輸速率與傳輸數(shù)據(jù)量一定的條件下，當(dāng)現(xiàn)場儀表的數(shù)量多到一定程度，由于總數(shù)據(jù)量過大而造成通信時間過長，可能會成為限制實(shí)時性的瓶頸，為了解決這個問題，硬件上可以采取以下的改進(jìn)。

6．1．1多串口數(shù)據(jù)通信

串行通信具有連接簡單、使用靈活方便、數(shù)據(jù)傳遞可靠等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集和實(shí)時控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

一般情況下，多臺下層儀表連在一條通信總線上，通信站通過其一個串口連接一條通信總線，從而實(shí)現(xiàn)通信站與儀表的串行通信。這時，通信站對全部下層儀表作一次數(shù)據(jù)通信的時間等于通信站與每個儀表的通信時間之和。

7現(xiàn)場總線——DCS發(fā)展趨勢

分散控制系統(tǒng)(DCS)今天已步入第三代。它的發(fā)展一方面受計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)及CRT技術(shù)的影響，另一方面又受到生產(chǎn)過程控制和管理要求的驅(qū)動。

隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器在控制裝置、變送器上的廣泛使用，現(xiàn)場儀表(傳感器、變送器、執(zhí)行器等)得以智能化?！艾F(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)”就是設(shè)計用來替代4～20mA模擬信號標(biāo)準(zhǔn)的新工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)場總線(Fieldbus)國際標(biāo)準(zhǔn)的制定將對DCS的發(fā)展產(chǎn)生重大影響，由于現(xiàn)場總線與傳統(tǒng)的4～20mA信號傳遞相比有很多優(yōu)點(diǎn)，以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有望成為未來的分散控制系統(tǒng)。

8DCS系統(tǒng)的發(fā)展

DCS將向信息管理系統(tǒng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制擴(kuò)展，將過程控制和信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合起來，構(gòu)成計算機(jī)集成過程系統(tǒng)(CIPS)。CIPS除了要完成傳統(tǒng)DCS過程控制的功能外，還要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行支持和決策支持的功能，包括質(zhì)量控制、過程管理、在線優(yōu)化、經(jīng)營管理、決策分析等。

網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今工廠自動化的核心，是計算機(jī)集成過程系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而工廠自動化的每一層都有適用于自己的網(wǎng)絡(luò)。分散控制系統(tǒng)的典型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

工廠級(上層、管理層)包括工廠信息管理和生產(chǎn)管理，負(fù)責(zé)與工廠管理計算機(jī)的連接，計算機(jī)間的管理數(shù)據(jù)交換通過工廠主干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。主干網(wǎng)采用ISO／OSI-MAP／TOP或TCP／IP-Ethernet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。隨著工廠自動化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這**的功能也越來越強(qiáng)，它是DCS向CIPS發(fā)展的一個重要標(biāo)志。

車間級(中層、監(jiān)控層)包括過程控制和過程管理，用于控制室、現(xiàn)場控制設(shè)備和各現(xiàn)場控制裝置間的連接。通信網(wǎng)采用中速、載帶工業(yè)過程數(shù)據(jù)公路的形式(ProwayC或IEEE802.4)。這是DCS的實(shí)時工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)具有高可靠性、高使用性、實(shí)時性強(qiáng)、有自診斷功能、有自組態(tài)功能、容易接入新站等。

現(xiàn)場級(低層)用于連接過程控制中的傳感器、執(zhí)行器、智能儀表等?，F(xiàn)場以標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線為發(fā)展目標(biāo)，現(xiàn)已有了兩個國際組織的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，現(xiàn)場總線將是DCS發(fā)展的一個重要方向。

9現(xiàn)場總線

9.1現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的**部分被命名為H1，定義了一個低速、帶電鏈路的數(shù)字信號取代4～20mA模擬量傳輸信號。當(dāng)H1被采用后，智能傳感器將能夠與數(shù)字控制系統(tǒng)直接通信。**部分H2，定義了一個高速、不帶電的鏈路，使協(xié)議可應(yīng)用于**邏輯和控制。H2協(xié)議的通信速率為1Mb，而H1通信速率為31.25Kb。

由于是作為低級的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，F(xiàn)ieldbus與OSI模型的**、二和七層有關(guān)。OSI網(wǎng)絡(luò)模型與三層Fieldbus體系結(jié)構(gòu)的對照見圖2。

Fieldbus中物理層確定通過物理媒介傳送的數(shù)字信號的形式，包括電纜種類、硬件、傳輸方式、傳輸速率、電氣及機(jī)械性能等。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)現(xiàn)場與控制空間的信號雙向傳送，包括數(shù)位如何組織和確認(rèn)，采用怎樣的協(xié)議，故障診斷和修正以及類似的功能。應(yīng)用層提供格式化的數(shù)據(jù)，集中在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備定址、設(shè)備存取、信息和其它功能的方法上。僅利用OSI網(wǎng)絡(luò)界面模型的三層，可在保證與更**網(wǎng)絡(luò)兼容的同時，減少與現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)部分的成本和費(fèi)用，將使每連接一臺裝置的費(fèi)用較低。相對于使用在工廠級的較**網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)ieldbus標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計采用較小信息量和較低數(shù)據(jù)速率的網(wǎng)絡(luò)。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一個31.25kHz傳輸信號，它適用于現(xiàn)行生產(chǎn)裝置上采用的4～20mA信號線路，將來則采用1MHz和25MHz、可用于更高頻率的導(dǎo)線。

物理性能低速／DC(H1)高速／DC(H2)傳送距離1900m750m拓?fù)淇偩€或任意總線結(jié)構(gòu)點(diǎn)—點(diǎn)通信點(diǎn)—點(diǎn)通信響應(yīng)時間100ms1ms數(shù)據(jù)傳輸速率31.25Kb1Mb報文傳送速度81～122報文／s2604～3906報文／s標(biāo)準(zhǔn)報文長度32～48B32～48B數(shù)據(jù)類型浮點(diǎn)(32位)，文本，時鐘浮點(diǎn)(32位)，文本，時鐘設(shè)備數(shù)量3232傳輸媒介儀表級雙絞線通信級雙絞線電源DCDC冗余支持支持本質(zhì)**性有無(對于網(wǎng)絡(luò)供電裝置)連接方式直接直接

現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)中的物理層協(xié)議已于1993年獲得通過。它規(guī)定了傳輸媒介的情況，包括工作電壓和電流?，F(xiàn)正在開發(fā)應(yīng)用層和用戶層協(xié)議。Fieldbus的*后目標(biāo)是以一片硅集成電路為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線，這片集成電路將覆蓋物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的需要，目前Honeywell、Rosemount正在開發(fā)Fieldchips。

9.2兩大現(xiàn)場總線機(jī)構(gòu)

80年代末，一些儀表公司著手開發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。目前主要有兩大機(jī)構(gòu)：ISP(相互可操作性系統(tǒng)工程)和WorldFIP。ISP機(jī)構(gòu)成員有西門子、羅斯蒙特、費(fèi)希爾、?？怂共_、橫河、ABB等64個公司；WorldFIP機(jī)構(gòu)成員有霍尼韋爾、山武—霍尼韋爾、貝利等150個公司。兩大機(jī)構(gòu)都在開發(fā)各自現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。ISP以德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Profibus為基礎(chǔ)，它采用由主機(jī)向各臺設(shè)備發(fā)布令牌，使其進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。WorldFIP以法國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FIP為基礎(chǔ)，采用按時序進(jìn)入現(xiàn)場總線。但是兩種現(xiàn)場總線都包括ICE和SP50的聯(lián)合在1989年完成實(shí)驗(yàn)。下面分別敘述。

ISP根據(jù)IEC-ISASP50的思想，提供了兩種現(xiàn)場總線H1和H2(同國際標(biāo)準(zhǔn))，它有一個設(shè)備描述語言DDL，是由Rosemount公司開發(fā)的，可將任何*新進(jìn)入系統(tǒng)的儀表所具有的功能和性能自動地通知主機(jī)。Siemens的過程裝置開發(fā)工程師認(rèn)為，此功能是WorldFIP所不具備的，這種功能使擴(kuò)充現(xiàn)有系統(tǒng)非常容易。ISP的另一優(yōu)點(diǎn)是它為用戶而定義的功能塊。在開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的**階段中，ISP已定義了10種功能塊，它可覆蓋現(xiàn)場總線應(yīng)用要求中的80%，其中包括開關(guān)和模擬量的輸入、輸出、PID控制以及它們的組合，ISP成員橫河公司開發(fā)生產(chǎn)出一種新型硅片可實(shí)現(xiàn)ISASP50協(xié)議所規(guī)定的物理層及部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層的工作，其余的數(shù)據(jù)鏈路工作與應(yīng)用層和功能塊一起由置于現(xiàn)場儀表的一臺微處理器來完成。

WorldFIP采用了時間同步信息系統(tǒng)，連接在總線上的各儀表設(shè)備可按時序進(jìn)入現(xiàn)場總線。根據(jù)Honeywell公司介紹，只有FIP總線能控制時間周期在1ms以內(nèi)。WorldFIP在1994年投入了它自己的設(shè)備描述工具，稱DeviceBuilder。它收入了SP50已批準(zhǔn)的所有功能塊，能自動地告訴控制系統(tǒng)一臺新儀表具有的功能以及必須整定的參數(shù)。WorldFIP也計劃推出一種更便宜的硅片。

雖然目前兩大組織的總線產(chǎn)品還不兼容，但WorldFIP和ISP都表示，當(dāng)IEC-ISA*后完成其現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)時，他們將使其產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)兼容，現(xiàn)有系統(tǒng)更新到能夠滿足*后的IEC-ISA標(biāo)準(zhǔn)可能僅僅只是更換控制硅片而已，費(fèi)用大約5美元。

1994年9月，ISP和WorldFIP合并成立了FieldbusFoundation(FF,即現(xiàn)場總線協(xié)會)。FF是一非盈利性的國際組織，這將有助于發(fā)展一個單一的、國際間的、可互操作的現(xiàn)場總線。其技術(shù)將是現(xiàn)存幾個組織的某些規(guī)約的融合，即FF的技術(shù)將基于已有IEC／ISA的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，ISTRev3.0版本的應(yīng)用層和用戶層，結(jié)合ISP和WorldFIP的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)管理層來組成?？苫ゲ僮鲃t由設(shè)備描述語言來支持。其現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

9.3現(xiàn)場總線的優(yōu)勢

現(xiàn)場總線不單單是一個通信標(biāo)準(zhǔn)，而是試圖包含全部領(lǐng)域，作為一個過程控制的開放的、集成的測量控制系統(tǒng)。采用現(xiàn)場總線，具有許多優(yōu)點(diǎn)：

a)大大縮減了鋪線費(fèi)用；

b)簡化了線路的安裝與維護(hù)；

c)能傳送多個過程變量，可以實(shí)現(xiàn)在線故障診斷及線路故障檢測；

d)用數(shù)字信號取代4～20mA模擬信號，可提高系統(tǒng)精度，而且可把一些功能(如線性化、補(bǔ)償校正、工程量轉(zhuǎn)換、報警處理等)賦于現(xiàn)場儀表，提高了現(xiàn)場儀表的自主性和可靠性；

e)因現(xiàn)場總線是雙向的，故可從控制室對現(xiàn)場儀表進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)整；

f)現(xiàn)場總線采用國際標(biāo)準(zhǔn)后，用戶可以優(yōu)選各儀表廠商的產(chǎn)品組成系統(tǒng)，而不必考慮總線接口是否匹配問題。

9.4目前商用的兩種產(chǎn)品

a)1985年，Rosemount研制了HART數(shù)字通信協(xié)議，用于智能現(xiàn)場儀表。HART協(xié)議是在4～20mA基礎(chǔ)上加上數(shù)字信號進(jìn)行通信的，盡管將來的儀表世界是全數(shù)字的，但在當(dāng)前，很少人能知道多少年以后才能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，并且HART延長了4～20mA標(biāo)準(zhǔn)的壽命。HART占領(lǐng)了市場，已超過1000000臺儀表用了HART，從此角度上說HART先行了一步。

HART工作方式有點(diǎn)—點(diǎn)式或全數(shù)字式的。點(diǎn)—點(diǎn)式是在4～20mA疊加一組數(shù)字信號，不影響4～20mA模擬信號；全數(shù)字式的優(yōu)點(diǎn)是可連15臺儀表，減少投入。HART具有相互可操作性，HART解決DDL，DDL概念對ISP等組織有所啟發(fā)。

b)1987年，德國工業(yè)技術(shù)開發(fā)部提供了一種Profibus作為國家標(biāo)準(zhǔn)，以便實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：靈活、雙向交換數(shù)據(jù)信息、自診斷參數(shù)等，使得數(shù)字化更加準(zhǔn)確，減少I／O和A／D以降低成本，方便操作。截止目前，已高達(dá)600000臺儀表用上了該標(biāo)準(zhǔn)。

Profibus不同于HART，它以常用的RS-485通信原理作為物理層，用便宜的雙絞電纜即可實(shí)現(xiàn)令牌式的通信，Profibus作為ISP的雛形，ISP引用了其物理層、應(yīng)用層的原理。

計算機(jī)集成技術(shù)和現(xiàn)場總線的發(fā)展，將對DCS的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。目前DCS的結(jié)構(gòu)將受到上下肢解，上層工作站將與CIPS緊密結(jié)合，DCS將演變成CIPS的低層部分；在現(xiàn)場級，現(xiàn)場總線的應(yīng)用將使傳統(tǒng)的DCSI／O結(jié)構(gòu)徹底改變。現(xiàn)場總線將對自控領(lǐng)域帶來深刻影響，工業(yè)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)將以統(tǒng)一的現(xiàn)場總線為紐帶構(gòu)成，現(xiàn)場控制系統(tǒng)(FCS)將是21世紀(jì)的開放控制系統(tǒng)。

10零序電流保護(hù)與重合閘方式的配合應(yīng)考慮哪些因素?

答:采用單相重合閘方式,并實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)延時段動作后三相跳閘不重合,則零序電流保護(hù)與單相重合閘配合按下列原則整定:

(1)能躲過非全相運(yùn)行*大零序電流的零序電流保護(hù)一段,經(jīng)重合閘N端子跳閘,非全相運(yùn)行中不退出;而躲不過非全相運(yùn)行*大零序電流的零序電流保護(hù)一段,應(yīng)接重合閘M端子跳閘,在重合閘啟動后退出工作。

(2)零序電流保護(hù)二段的整定值應(yīng)躲過非全相運(yùn)行*大零序電流,在單相重合閘過程中不動作,經(jīng)重合閘R端子跳閘。

(3)零序電流保護(hù)三、四段均經(jīng)重合閘R端子跳閘,三相跳閘不重合。

11采用單相重合閘方式,且后備保護(hù)延時段啟動單相重合閘,則零序電流保護(hù)與單相重合閘按如下原則進(jìn)行配合整定:

(1)能躲過非全相運(yùn)行*大零序電流的零序電流保護(hù)一段,經(jīng)重合閘N端子跳閘,非全相運(yùn)行中不退出工作;而不能躲過非全相運(yùn)行*大零序電流的零序電流保護(hù)一段,經(jīng)重合閘M端子跳閘,重合閘啟動后退出工作。

(2)能躲過非全相運(yùn)行*大零序電流的零序電流保護(hù)二段,經(jīng)重合閘N端子跳閘,非全相運(yùn)行中不退出工作;不能躲過非全相運(yùn)行*大零序電流的零序電流保護(hù)二段,經(jīng)重合閘M或P端子跳閘,亦可將零序電流保護(hù)二段的動作時間延長至1.5秒及以上,或躲過非全相運(yùn)行周期,經(jīng)重合閘N端子跳閘。

(3)不能躲過非全相運(yùn)行*大零序電流的零序電流保護(hù)三段,經(jīng)重合閘M端子或P端子跳閘,亦可依靠較長的動作時間躲過非全相運(yùn)行周期,經(jīng)重合閘N或R端子跳閘。

(4)零序電流保護(hù)四段經(jīng)重合閘R端子跳閘。

三相重合閘后加速和單相重合閘的分相后加速,應(yīng)加速對線路末端故障有足夠靈敏度的保護(hù)段。如果躲不開在一側(cè)斷路器合閘時三相不同步產(chǎn)生的零序電流,則兩側(cè)的后加速保護(hù)在整個重合閘周期中均應(yīng)帶0.1秒的延時

12為什么采用檢定同期重合閘時不用后加速?

答:當(dāng)線路發(fā)生故障后,保護(hù)有選擇性的動作切除故障,重合閘進(jìn)行一次重合以恢復(fù)供電。若重合于長久性故障時,保護(hù)裝置即不帶時限無選擇性的動作斷開斷路器,這種方式稱為重合閘后加速。

檢定同期重合閘是當(dāng)線路一側(cè)無壓重合后,另一側(cè)在兩端的頻率不超過一定允許值的情況下才進(jìn)行重合的。若線路屬于長久性故障,無壓側(cè)重合后再次斷開,此時檢定同期重合閘不會再重合,因此采用檢定同期重合閘再裝后加速也就沒有意義了。若屬于瞬時性故障,無壓重合后,即線路已重合成功,故障已不存在,故亦無裝設(shè)后加速的必要。同時檢定同期重合閘時不采用后加速,可以避免合閘沖擊電流引起誤動。

13發(fā)電廠按使用能源劃分有幾種基本類型?

答:發(fā)電廠按使用能源劃分有下述基本類型:

(1)、火力發(fā)電廠:火力發(fā)電是利用燃燒燃料(煤、石油及其制品、天然氣等)所得到的熱能發(fā)電?；鹆Πl(fā)電的發(fā)電機(jī)組有兩種主要形式:利用鍋爐產(chǎn)生高溫高壓蒸汽沖動汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電,稱為汽輪發(fā)電機(jī)組;燃料進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)將熱能直接轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電,稱為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組?；鹆Πl(fā)電廠通常是指以汽輪發(fā)電機(jī)組為主的發(fā)電廠。

(2)、水力發(fā)電廠:水力發(fā)電是將高處的河水(或湖水、江水)通過導(dǎo)流引到下游形成落差推動水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。以水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電的發(fā)電廠稱為水力發(fā)電廠。

水力發(fā)電廠按水庫調(diào)節(jié)性能又可分為:

①、徑流式水電廠:無水庫,基本上來多少水發(fā)多少電的水電廠;

②、日調(diào)節(jié)式水電廠:水庫很小,水庫的調(diào)節(jié)周期為一晝夜,將一晝夜天然徑流通過水庫調(diào)節(jié)發(fā)電的水電廠;

③、年調(diào)節(jié)式水電廠:對一年內(nèi)各月的天然徑流進(jìn)行優(yōu)化分配、調(diào)節(jié),將豐水期多余的水量存入水庫,保證枯水期放水發(fā)電的水電廠;

④、多年調(diào)節(jié)式水電廠:將不均勻的多年天然來水量進(jìn)行優(yōu)化分配、調(diào)節(jié),多年調(diào)節(jié)的水庫容量較大,將豐水年的多余水量存入水庫,補(bǔ)充枯水年份的水量不足,以保證電廠的可調(diào)出力。

(3)、核能發(fā)電廠:核能發(fā)電是利用原子反應(yīng)堆中核燃料(例如鈾)慢慢裂變所放出的熱能產(chǎn)生蒸汽(代替了火力發(fā)電廠中的鍋爐)驅(qū)動汽輪機(jī)再帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。以核能發(fā)電為主的發(fā)電廠稱為核能發(fā)電廠,簡稱核電站。根據(jù)核反應(yīng)堆的類型,核電站可分為壓水堆式、沸水堆式、氣冷堆式、重水堆式、快中子增殖堆式等。

(4)、風(fēng)力發(fā)電場:利用風(fēng)力吹動建造在塔頂上的大型槳葉旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電稱為風(fēng)力發(fā)電,由數(shù)座、十?dāng)?shù)座甚至數(shù)十座風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成的發(fā)電場地稱為風(fēng)力發(fā)電場。

(5)、其他還有地?zé)岚l(fā)電廠、潮汐發(fā)電廠、太陽能發(fā)電廠等。

14鍋爐的循環(huán)方式有幾種,簡述其含義?

答:火力發(fā)電廠中的鍋爐按水循環(huán)方式可分為自然循環(huán),強(qiáng)制循環(huán),直流鍋爐三種類型。依靠工質(zhì)的重度差而產(chǎn)生的循環(huán)流動稱為自然循環(huán)。借助水泵壓頭使工質(zhì)產(chǎn)生的循環(huán)流動稱為強(qiáng)制循環(huán)。自然循環(huán)形成:汽包、下降管、下聯(lián)箱和上升管(即水泠壁)組成一個循環(huán)回路。由于上升管中的水在爐內(nèi)受熱產(chǎn)生了蒸汽,汽水混合物的重度小,而下降管在爐外不受熱,管中是水,其重度大,兩者重度差就產(chǎn)生推動力,水沿下降管向下流動,而汽水混合物則沿上升管向上流動,這樣就形成水的自然循環(huán)流動。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的結(jié)構(gòu)與自然循環(huán)基本相同,它也有汽包,所不同的在下降管中增加了循環(huán)泵,作為增強(qiáng)汽水循環(huán)的動力。直流爐的結(jié)構(gòu)與自然循環(huán)鍋爐結(jié)構(gòu)不同,它沒有汽包,是依靠給水泵壓力使工質(zhì)鍋爐受熱面管子中依次經(jīng)過省煤器,蒸發(fā)受熱面和過熱器一次將水全部加熱成為過熱蒸汽?，F(xiàn)在一般只宜用于亞臨界,超臨界壓力鍋爐。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐與自然循環(huán)鍋爐比較:優(yōu)點(diǎn):可適用于亞臨界、超臨界壓力;由于工質(zhì)在受熱面中是強(qiáng)制流動,因而受熱面的布置較靈活,受熱均勻水循環(huán)好;起停爐快;水冷壁可使小管徑、薄管壁(壓力準(zhǔn)許),相對汽包容積減小,節(jié)省鋼材。缺點(diǎn):加裝循環(huán)泵,系統(tǒng)復(fù)雜,投資高,檢修困難。

15試述火力發(fā)電廠主要生產(chǎn)過程?

答:火力發(fā)電廠(以燃煤發(fā)電廠為例)主要生產(chǎn)過程是:儲存在儲煤場(或儲煤罐)中的原煤由輸煤設(shè)備從儲煤場送到鍋爐的原煤斗中,再由給煤機(jī)送到磨煤機(jī)中磨成煤粉。煤粉送至分離器進(jìn)行分離,合格的煤粉送到煤粉倉儲存(倉儲式鍋爐)。煤粉倉的煤粉由給粉機(jī)送到鍋爐本體的噴燃器,由噴燃器噴到爐膛內(nèi)燃燒(直吹式鍋爐將煤粉分離后直接送入爐膛)。燃燒的煤粉放出大量的熱能將爐膛四周水冷壁管內(nèi)的水加熱成汽水混合物?；旌衔锉诲仩t汽包內(nèi)的汽水分離器進(jìn)行分離,分離出的水經(jīng)下降管送到水冷壁管繼續(xù)加熱,分離出的蒸汽送到過熱器,加熱成符合規(guī)定溫度和壓力的過熱蒸汽,經(jīng)管道送到汽輪機(jī)作功。過熱蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)作功推動汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn),汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電,發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電通過發(fā)電機(jī)端部的引線經(jīng)變壓器什壓后引出送到電網(wǎng)。在汽輪機(jī)內(nèi)作完功的過熱蒸汽被凝汽器冷卻成凝結(jié)水,凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)泵送到低壓加熱器加熱,然后送到除氧器除氧,再經(jīng)給水泵送到高壓加熱器加熱后,送到鍋爐繼續(xù)進(jìn)行熱力循環(huán)。再熱式機(jī)組采用中間再熱過程,即把在汽輪機(jī)高壓缸做功之后的蒸汽,送到鍋爐的再熱器重新加熱,使汽溫提高到一定(或初蒸汽)溫度后,送到汽輪機(jī)中壓缸繼續(xù)做功。

16鍋爐本體有哪些主要部件?各有什么主要功能?

答:在火力發(fā)電廠中,鍋爐的功能是利用燃料燃燒放出的熱能產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。鍋爐本體的結(jié)構(gòu)和主要部件都是為了實(shí)現(xiàn)它的功能而設(shè)置的。鍋爐本體的結(jié)構(gòu)有爐膛、水平煙道和垂直煙道(尾部煙道),主要部件按燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)來設(shè)置,有空氣預(yù)熱器、噴燃器、省煤器、汽包、下降管、水冷壁、過熱器、再熱器等。空氣預(yù)熱器分層布置在垂直煙道中(旋轉(zhuǎn)式的不分層,布置在垂直煙道底部),它把送風(fēng)機(jī)送來的空氣利用流經(jīng)垂直煙道的煙氣進(jìn)行加熱,加熱后的空氣分別送到磨煤機(jī)(做為熱風(fēng)源)、排粉機(jī)、一次風(fēng)箱和二次風(fēng)箱。噴燃器布置在爐膛四角(或前后墻),數(shù)目多時可上下分層。給粉機(jī)把煤粉送入噴燃器,一次風(fēng)引入噴燃器把煤粉吹入爐膛。二次風(fēng)口布置在噴燃器近旁,噴入助燃空氣。直吹式鍋爐由排粉機(jī)將煤粉直接吹入爐膛。煤粉燃燒后形成飛灰(細(xì)灰和粗灰)和灰渣。飛灰隨煙氣經(jīng)水平煙道、垂直煙道到除塵器,除塵器把煙氣中98%以上的細(xì)灰除下落入除塵器下部的灰斗中,極少的細(xì)灰隨煙氣經(jīng)吸風(fēng)機(jī)送入煙囪排入大氣;灰渣則落入爐膛底部形成爐底渣,由除灰設(shè)備定時除出爐外。省煤器分層布置在垂直煙道中,它把給水母管送來的水利用煙氣進(jìn)行加熱再送到汽包中。汽包布置在鍋爐頂部,它在鍋爐的汽水循環(huán)中起著接收來水、儲水和進(jìn)行汽水分離的作用。汽包中的水經(jīng)下降管、水冷壁下聯(lián)箱(它們都布置在爐膛外壁)送到水冷壁。在強(qiáng)制循環(huán)式鍋爐的下降管中安裝有強(qiáng)制循環(huán)泵,加強(qiáng)水循環(huán)。水冷壁是布置在爐膛四周的排管,在爐膛內(nèi)燃燒的燃料所放出的熱把水冷壁管內(nèi)的水加熱成汽水混合物。汽水混合物經(jīng)水冷壁上聯(lián)箱和上升管進(jìn)入汽包。汽包中的汽水分離器把汽水混合物進(jìn)行分離,分離出的蒸汽送到過熱器,余下的水留在汽包中繼續(xù)參加水循環(huán)。直流式鍋爐沒有汽包,水冷壁將水直接加熱成蒸汽送入過熱器。過熱器布置在爐膛上部和水平煙道中,它把蒸汽加熱并調(diào)節(jié)成符合規(guī)定溫度的過熱蒸汽,過熱蒸汽經(jīng)集汽聯(lián)箱、主汽門到汽輪機(jī)。過熱器又可分為低溫過熱器和高溫過熱器。在鍋爐水平煙道入口處裝有屏式過熱器,在爐膛頂部裝有頂棚過熱器。再熱式機(jī)組的再熱器也布置在水平煙道和垂直煙道中,再熱器的功能是將在汽輪機(jī)高壓缸做過功的蒸汽再次加熱到一定溫度送回到氣輪機(jī)中壓缸繼續(xù)做功。

17目前我國對于單元制機(jī)組一般采用什么方法啟動?試述其含義。

答:一般采用滑參數(shù)啟動?；瑓?shù)啟動按操作方法分為壓力法和真空法兩種。壓力法滑參數(shù)啟動就是鍋爐先要產(chǎn)生一定溫度和壓力的蒸汽之后才開啟電動主閘門及主汽門沖動汽輪機(jī)。啟動參數(shù)一般為0.8～1.5Mpa、220～250°C。這種啟動方法由于操作簡單、控制方便而被廣泛采用。真空法啟動就是啟動前全開電動主閘門、主汽門和調(diào)速汽門,真空區(qū)一直擴(kuò)展到鍋爐汽包,點(diǎn)火后爐水在真空狀態(tài)下汽化,在不到0.1Mpa的壓力下就可以沖動汽輪機(jī),隨著鍋爐燃燒的增強(qiáng),一方面提高汽溫、汽壓,一方面汽輪機(jī)升速、定速、并網(wǎng)、帶負(fù)荷。由于真空法滑參數(shù)啟動具有疏水困難、蒸汽過熱度低、汽機(jī)轉(zhuǎn)速不易控制、易引起水沖擊等**性較差及再熱器出口溫度很難提高、抽真空困難等缺點(diǎn),目前真空法滑參數(shù)啟動已很少采用?；瑓?shù)啟動按啟動前汽缸金屬溫度的高低可分為冷態(tài)滑參數(shù)啟動和熱態(tài)滑參數(shù)啟動。啟動時高壓缸調(diào)節(jié)級汽室下內(nèi)壁溫度低于它在額定參數(shù)下維持空轉(zhuǎn)的金屬溫度時稱為冷態(tài)滑參數(shù)啟動;如果高壓缸調(diào)節(jié)級汽室下內(nèi)壁溫度高于此溫度則稱為熱態(tài)滑參數(shù)啟動。

18汽輪發(fā)電機(jī)組的停機(jī)方式有幾種,簡述過程及注意事項。

答:汽輪發(fā)電機(jī)的停機(jī)可分為正常停機(jī)及故障停機(jī),對于正常停機(jī)按其停機(jī)過程不同又可以分為定參數(shù)停機(jī)與滑參數(shù)停機(jī)。

(1)、定參數(shù)停機(jī)

即在停機(jī)過程中,主蒸汽參數(shù)保持在額定值不變,僅通過關(guān)小調(diào)門減少進(jìn)汽量來減少負(fù)荷,一般可以在40-50min內(nèi)將負(fù)荷減至零,電氣解列,汽機(jī)打閘停機(jī)。這樣停機(jī)后汽機(jī)金屬溫度保持在較高水平,利于再次啟動,盡快接帶負(fù)荷。

注意事項:在減負(fù)荷過程中,必須嚴(yán)格控制汽機(jī)金屬溫度的下降速度和溫度的變化。一般要求金屬溫度的下降速度控制在1.5℃/min之內(nèi)。

(2)、滑參數(shù)停機(jī)

即在停機(jī)過程中,調(diào)門保持全開,僅通過降低主蒸汽的參數(shù)方法來減少負(fù)荷。如果整個過程全部采用滑參數(shù)方式,停機(jī)后汽缸溫度可以達(dá)到較低的水平,有利于汽機(jī)檢修,縮短工期。對于20MW以上機(jī)組一般采取滑參數(shù)方式停機(jī)。額定工況下滑停應(yīng)先把負(fù)荷減至80-85%額定負(fù)荷,隨主蒸汽參數(shù)降低全開調(diào)門,穩(wěn)定一端時間。當(dāng)金屬溫度降低,各部件溫差減小后,開始滑停?；Ｒ话惴侄芜M(jìn)行。嚴(yán)格控制汽機(jī)金屬溫度的下降速度和溫度的變化,一般要求金屬溫度的下降速度控制在1.5℃/min之內(nèi)。減至較低負(fù)荷時,打閘停機(jī),鍋爐熄火,電氣解列發(fā)電機(jī)。

注意事項:

1)主蒸汽必須保持有50℃的過熱度。

2)整個停機(jī)過程中主蒸汽溫降必須控制在1-2℃/min內(nèi),再熱機(jī)組再熱蒸汽溫降控制在2℃以內(nèi)。當(dāng)主汽溫度低于汽缸,法蘭溫度35℃時,應(yīng)停止參數(shù)滑降,穩(wěn)定運(yùn)行一段時間。

19汽輪發(fā)電機(jī)組啟動方式有幾種,簡述啟動過程?

答:按啟動過程中新蒸汽參數(shù)的情況,可分為額定參數(shù)啟動和滑參數(shù)啟動兩種啟動方式;按汽輪機(jī)啟動前的金屬溫度高低,又可分為冷態(tài)啟動和熱態(tài)啟動;按沖動轉(zhuǎn)子時所用閥門的不同,又可分為調(diào)節(jié)門啟動、自動主汽門和電動主閘門(或其旁路門)啟動。額定參數(shù)冷態(tài)啟動電動主閘門前的新蒸汽參數(shù)在整個啟動過程中始終保持在額定值。啟動過程一般包括主蒸汽管道暖管及前期準(zhǔn)備,沖動轉(zhuǎn)子暖機(jī)升速,定速并列帶負(fù)荷等階段。主蒸汽管道暖管及前期準(zhǔn)備:冷態(tài)的主蒸汽管道被高溫高壓的新蒸汽加熱到與新蒸汽同溫度壓力的狀態(tài)稱為主蒸汽管道暖管。在暖管過程中,可以進(jìn)行啟動前的準(zhǔn)備,凝汽器通循環(huán)水,啟動凝結(jié)水泵,抽真空,送軸封,檢查潤滑油系統(tǒng),啟動盤車連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等。沖動轉(zhuǎn)子暖機(jī)升速:沖動轉(zhuǎn)子一般使用調(diào)門或電動主閘門(或其旁路門),這根據(jù)汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的不同來選擇。沖動轉(zhuǎn)子后控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速分別進(jìn)行低,中,高速暖機(jī)。暖機(jī)過程中嚴(yán)格控制汽缸壁溫升,上下缸,內(nèi)外缸,法蘭,螺栓等處溫差。一般控制溫升在1-2℃/min,溫差在30-50℃內(nèi)。定速并列帶負(fù)荷:汽機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min定速,電氣進(jìn)行并列操作,機(jī)組并列,帶負(fù)荷暖機(jī)。帶負(fù)荷暖機(jī)過程中仍應(yīng)嚴(yán)格控制各處溫升及溫差等。隨缸溫升高,機(jī)組接帶負(fù)荷至額定出力。(整個啟動過程共需時約8小時)滑參數(shù)冷態(tài)啟動電動主閘門前的新汽參數(shù)隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的升高而滑升,汽輪機(jī)定速或并網(wǎng)前,調(diào)門一般處于全開狀態(tài)。啟動過程一般為:鍋爐點(diǎn)火及暖管,沖動轉(zhuǎn)子升速暖機(jī),并列接帶負(fù)荷等。鍋爐點(diǎn)火及暖管:鍋爐點(diǎn)火前,汽機(jī)應(yīng)做好前期準(zhǔn)備包括凝汽器通循環(huán)水,檢查潤滑油系統(tǒng),啟動盤車連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等。聯(lián)系鍋爐點(diǎn)火,汽機(jī)抽真空,送軸封。鍋爐升溫升壓,應(yīng)及時開啟旁路。電動主閘門前壓力,溫度達(dá)到?jīng)_動轉(zhuǎn)子條件時,即可沖動轉(zhuǎn)子。沖動轉(zhuǎn)子升速暖機(jī):沖動轉(zhuǎn)子后,低速暖機(jī)**檢查后即可在40-60min內(nèi)將轉(zhuǎn)速提到3000r/min,定速。并列接帶負(fù)荷:定速后應(yīng)立即并列接帶少量負(fù)荷進(jìn)行低負(fù)荷暖機(jī)。聯(lián)系鍋爐加強(qiáng)燃燒,嚴(yán)格按啟動曲線控制升溫升壓速度。70%額定負(fù)荷后,汽缸金屬的溫度水平接近額定參數(shù)下額定工況下金屬的溫度水平時,鍋爐滑參數(shù)加負(fù)荷的過程結(jié)束。此后,隨著鍋爐參數(shù)的提高,逐漸關(guān)小調(diào)門保持負(fù)荷不變,鍋爐定壓。當(dāng)主汽參數(shù)達(dá)到額定值后再逐漸開大調(diào)門加負(fù)荷至額定出力。

20什么是汽輪機(jī)的真空和真空度?簡述其物理含義。

答:當(dāng)容器中的壓力低于大氣壓力時,把低于大氣壓力的部分叫做真空,而容器內(nèi)的壓力叫**壓力。另一種說法是,凡壓力比大氣壓力低的容器都稱做真空。真空有程度上的區(qū)別:當(dāng)容器內(nèi)沒有壓力即**壓力等于零時,叫做完全真空;其余叫做不完全真空。汽輪機(jī)凝汽器內(nèi)的真空就是不完全真空。真空、**壓力與大氣壓力之間的關(guān)系如下:h1+h2=h式中h1:容器內(nèi)真空水銀柱的高度,單位:mmh2:相當(dāng)于容器內(nèi)**壓力的水銀柱高度,單位:mmh:大氣壓力的水銀柱高度,單位:mm真空也可以用百分比表示,叫做真空度,即用測得的真空水銀柱高度除以相當(dāng)于大氣壓力的水銀柱高度,再化為百分?jǐn)?shù)表示,用公式表示為:真空度=h1/h×100%。在凝汽器內(nèi)**壓力不變的情況下,真空度隨著大氣壓力的變化而變化。所以,在理論計算上使用**壓力來表示汽輪機(jī)凝汽器內(nèi)的真空較為妥善。在已經(jīng)測得大氣壓力和凝汽器內(nèi)真空水銀柱高度之后,**壓力可由下述公式計算:P=(h-h1)/735.6(工程大氣壓)例如:測得汽輪機(jī)凝汽器內(nèi)的真空等于720mm水銀柱,另由壓力表測得當(dāng)時的大氣壓力是750mm水銀柱,則凝汽器的**壓力和真空度各為:P=(h-h1)/735.6=(750-720)/735.6=0.04(工程大氣壓)真空度=h1/h×100%=(720/750)×100%=96%。

21什么是汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的遲緩率、速度變動率和調(diào)差系數(shù)?

答:汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的遲緩率是指在調(diào)速系統(tǒng)中由于各部件的摩擦、卡澀、不靈活以及連桿、絞鏈等結(jié)合處的間隙、錯油門的重疊度等因素造成的動作遲緩程度。機(jī)械液壓型調(diào)速器*好的遲緩率ε=0.3～0.4%。采用電液壓式數(shù)字型調(diào)速器靈敏度很高,遲緩率(人工死區(qū))可以調(diào)節(jié)到接近于零。速度變動率是指汽輪機(jī)由滿負(fù)荷到空負(fù)荷的轉(zhuǎn)速變化與額定轉(zhuǎn)速之比,其計算公式為:δ=(n1-n2)/n×100%式中n1汽輪機(jī)空負(fù)荷時的轉(zhuǎn)速,n2:汽輪機(jī)滿負(fù)荷時的轉(zhuǎn)速,n汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速。對速度變動率的解釋如下:汽輪機(jī)在正常運(yùn)行時,當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或汽輪發(fā)電機(jī)出口開關(guān)跳閘使汽輪機(jī)負(fù)荷甩到零,這時汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速先升到一個*高值然后下降到一個穩(wěn)定值,這種現(xiàn)象稱為"動態(tài)飛升"。轉(zhuǎn)速上升的*高值由速度變動率決定,一般應(yīng)為4～5%。若汽輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分,則動態(tài)飛升在120～150轉(zhuǎn)/分之間。速度變動率越大,轉(zhuǎn)速上升越高,危險也越大。汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)kf的倒數(shù)為調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)。調(diào)差系數(shù)的計算公式為:kδ=△f(%)/△P(%)式中:△f(%):電網(wǎng)頻率變化的百分?jǐn)?shù),△P(%):汽輪發(fā)電機(jī)組有功功率變化的百分?jǐn)?shù)。調(diào)差系數(shù)的大小對維持系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定影響很大。為了減小系統(tǒng)頻率波動,要求汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有合理的調(diào)差系數(shù)值,一般為4%～5%。

22什么是蒸汽一燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組,運(yùn)行上有何特點(diǎn)?

答:蒸汽－燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組是把蒸汽輪機(jī)循環(huán)以及燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)綜合在一起的動力裝置。

用提高初溫的辦法來提高蒸汽輪機(jī)循環(huán)的效率時,受到金屬材料的限制,使初溫難以繼續(xù)提高。由于蒸汽輪機(jī)的循環(huán)終參數(shù)較低,而燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的初參數(shù)卻較高,所以蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組,利用燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)有較高初溫及蒸汽輪機(jī)循環(huán)有較低終參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)來提高整個循環(huán)的熱效率。

采用不同方式的機(jī)組特點(diǎn)不同。

余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)機(jī)組特點(diǎn)是:汽輪機(jī)的容量和新蒸汽參數(shù)由燃?xì)廨啓C(jī)容量、排汽溫度決定,汽輪機(jī)不能單獨(dú)運(yùn)行,而且汽輪機(jī)負(fù)荷隨燃?xì)廨啓C(jī)而變動。

補(bǔ)燃余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)機(jī)組特點(diǎn)是:加裝補(bǔ)燃器,利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣中還有14％－18％的氧幫助燃燒,增加輸入熱量,提高汽輪機(jī)的功率和效率。

增壓鍋爐聯(lián)合循環(huán)機(jī)組特點(diǎn)是:因鍋爐增加燃燒,燃燒迅猛,使傳熱系數(shù)大為增加,燃?xì)廨啓C(jī)的蒸汽參數(shù)隨燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫度提高而增加;燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)都不能單獨(dú)運(yùn)行。

排氣助然鍋爐聯(lián)合循環(huán)機(jī)組特點(diǎn)是:不僅回收燃?xì)廨啓C(jī)的排氣余熱,同時充分利用排氣中的余熱,燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)可以分開運(yùn)行;可配置高參數(shù)大型汽輪機(jī);鍋爐中的所用燃料可任意選擇。

23同步發(fā)電機(jī)的冷卻方式分哪幾種?各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?

答:同步發(fā)電機(jī)的冷卻分為外冷和內(nèi)冷兩種:1、外冷:包括空冷和氫冷空冷:冷卻介質(zhì)為空氣,即用空氣把發(fā)電機(jī)內(nèi)因損耗而產(chǎn)生的熱量帶走,這種方式結(jié)構(gòu)簡單,但冷卻效率不高。*大裝機(jī)容量可達(dá)100MW左右;氫冷:冷卻介質(zhì)為氫氣,即用氫氣把熱量帶走。與空氣相比,冷卻能力高。通風(fēng)損耗較小,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需配置儲氫設(shè)備。*大裝機(jī)容量可達(dá)200MW左右;2、內(nèi)冷:包括定子水內(nèi)冷,轉(zhuǎn)子氫內(nèi)冷等內(nèi)冷(直接冷卻方式):冷卻介質(zhì)為水、油、氫氣,即將氫、水或油通過導(dǎo)線內(nèi)部,直接把熱量帶走,與前述兩種表面冷卻方式相比,冷卻能力高,可以縮小發(fā)電機(jī)體積,節(jié)省材料,便于制造大容量發(fā)電機(jī),但發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,銅損較大,鐵損和機(jī)械損耗較小,總損耗相差不多。

24簡述大型單元機(jī)組的功率調(diào)節(jié)方式。

答:大型單元機(jī)組的功率調(diào)節(jié)方式有三種。

1、以鍋爐為基礎(chǔ)的運(yùn)行方式

在這種方式下,鍋爐通過改變?nèi)紵室哉{(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷,而汽機(jī)則是通過改變調(diào)速汽門開度以控制主蒸汽壓力。當(dāng)負(fù)荷要求改變時,由鍋爐的自動控制系統(tǒng),根據(jù)負(fù)荷指令來改變鍋爐的燃燒率及其它調(diào)節(jié)量,待汽壓改變后由汽輪機(jī)的自動控制系統(tǒng)去改變調(diào)速汽門開度,以保持汽輪機(jī)前的汽壓為設(shè)定值,同時改變汽輪發(fā)電機(jī)的輸出功率。汽機(jī)跟隨控制方式的運(yùn)行特點(diǎn)是:當(dāng)負(fù)荷要求改變時,汽壓的動態(tài)偏差小而功率的響應(yīng)慢。

2、以汽機(jī)為基礎(chǔ)的運(yùn)行方式

在這種方式下,鍋爐通過改變?nèi)紵收{(diào)節(jié)主蒸汽壓力,而汽機(jī)則以改變調(diào)速汽門開度調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷。當(dāng)負(fù)荷要求改變時,由汽輪機(jī)的自動控制系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷指令改變調(diào)速汽門開度,以改變汽輪發(fā)電機(jī)的輸出功率。此時,汽輪機(jī)前的蒸汽壓力改變,于是鍋爐的自動控制系統(tǒng)跟著動作,去改變鍋爐的燃燒率及其它調(diào)節(jié)量(如給水量、噴水量等),以保持汽輪機(jī)前的汽壓為設(shè)定值。這種控制方式的運(yùn)行特點(diǎn)是:當(dāng)負(fù)荷要求改變時,功率的響應(yīng)快而汽輪機(jī)前汽壓的動態(tài)偏差大。

3、功率控制方式

這種方式是以汽機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式,機(jī)、爐作為一個整體聯(lián)合控制機(jī)組的負(fù)荷及主蒸汽壓力,也稱為機(jī)爐整體控制方式。當(dāng)負(fù)荷要求改變時,根據(jù)負(fù)荷指令和機(jī)組實(shí)際輸出功率之間的偏差,以及汽輪機(jī)主汽門前汽壓與其設(shè)定值之間的偏差,使鍋爐和汽輪機(jī)的自動控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)地實(shí)時改變汽輪機(jī)的調(diào)速汽門開度和鍋爐的燃燒率(和其它調(diào)節(jié)量),使汽輪機(jī)前汽壓的動態(tài)偏差較小而功率響應(yīng)較快。近來參加電網(wǎng)調(diào)頻的大型火力發(fā)電機(jī)組大都采用這種控制方式。

25在什么情況下機(jī)組需要緊急停機(jī)?

答:當(dāng)遇有下列情況時,需要緊急停機(jī):(1)水擊。(2)機(jī)組超速。(3)脹差超過允許值。(4)機(jī)組內(nèi)有清晰的金屬聲。(5)控制油箱油位低于停機(jī)油位。(6)油系統(tǒng)著火,威脅機(jī)組**。(7)冷油器出口油溫過高或超出規(guī)定值。(8)軸承金屬溫度高。(9)發(fā)電機(jī)密封油回油溫度高。(10)主、再熱蒸汽溫度高。(11)正常運(yùn)行時主、再熱蒸汽溫度低。(12)高缸排汽溫度高。(13)低缸排汽溫度高。(14)主機(jī)軸向位移大。(15)偏心率大。(16)主機(jī)推力軸承溫度高。(17)主機(jī)凝汽器水位過高。當(dāng)遇有下列情況時,發(fā)電機(jī)必須與系統(tǒng)解列:(1)發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)內(nèi)冒煙、著火或氫氣爆炸。(2)發(fā)電機(jī)或勵磁機(jī)發(fā)生嚴(yán)重的振動。(3)發(fā)生威脅人員生命**時。

26在什么情況下機(jī)組可以緊急停爐?

答:在下列情況下,可以緊急停爐:

(1)運(yùn)行工況、參數(shù)達(dá)到事故停爐保護(hù)動作定值,而保護(hù)拒動。

(2)全部給水流量表損壞,造成主汽溫度不正?；螂m然主汽溫度正常但半小時之內(nèi)流量表計未恢復(fù)。

(3)主給水、蒸汽管路發(fā)生爆破時。

(4)爐膛內(nèi)或煙道內(nèi)發(fā)生爆炸,設(shè)備遭到嚴(yán)重?fù)p壞時。

(5)蒸汽壓力超過極限壓力,**門拒動或?qū)张牌T打不開時。

(6)中壓**門動作后不回座,再熱器壓力、汽溫下降,達(dá)到不允許運(yùn)行時。

(7)主要儀表電源消失．無法監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行情況時。

(8)低負(fù)荷鍋爐燃燒不穩(wěn),爐膛壓力波動大(蒸汽流量迅速下降)時。

(9)鍋爐四管爆破,危及臨近管子**時。

(10)汽包水位計全部損壞或失靈,無法監(jiān)視水位時。

(11)汽包水位過高或過低。

27試述什么是離散控制系統(tǒng)(DCS)?

答:離散控制系統(tǒng)DCS(distributedcontrolsystem的簡稱)是以微處理器及微型計算機(jī)為基礎(chǔ),融匯計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、CRT屏幕顯示技術(shù)和自動控制技術(shù)為一體的計算機(jī)控制系統(tǒng),它對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中操作管理和分散控制。即分布于生產(chǎn)過程各部分的以微處理器為核心的過程控制站,分別對各部分工藝流程進(jìn)行控制,又通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與中央控制室的各監(jiān)控操作站聯(lián)網(wǎng),因此也稱集散控制系統(tǒng)(TDCS)。操作員通過監(jiān)控站CRT終端,可以對全部生產(chǎn)過程的工況進(jìn)行監(jiān)視和操作,網(wǎng)絡(luò)中的專業(yè)計算機(jī)用于數(shù)學(xué)模型或先進(jìn)控制策略的運(yùn)算,適時地給各過程站發(fā)出控制信息、調(diào)整運(yùn)行工況。分散控制系統(tǒng)可以是分級系統(tǒng),通?？煞譃檫^程級、監(jiān)控級和管理級、分散控制系統(tǒng)由具有自治功能的多種工作站組成,如數(shù)據(jù)采集站、過程控制站、工程師(操作員)操作站、運(yùn)行遠(yuǎn)操作站等。這些工作站可獨(dú)立或配合完成數(shù)據(jù)采集與處理、控制、計算等功能,便于實(shí)現(xiàn)功能、地理位置和負(fù)載上的分散。且當(dāng)個別工作站故障時,僅使系統(tǒng)功能略有下降,不會影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行,因此是危險分散。各種類型分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成基本相同,都由通信網(wǎng)絡(luò)和工作站(節(jié)點(diǎn))兩大部分組成。分散控制系統(tǒng)可以組成發(fā)電廠單元機(jī)組的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS)、自動控制系統(tǒng)(ACS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)及**保護(hù)等,實(shí)現(xiàn)計算機(jī)過程控制。

用DCS實(shí)現(xiàn)大型火電機(jī)組自動化的主要優(yōu)點(diǎn)是:1)連續(xù)控制、繼續(xù)控制、邏輯控制和監(jiān)控等功能集中于統(tǒng)一的系統(tǒng)中,可由品種不多的硬件,憑借豐富的軟件和通信功能來實(shí)現(xiàn)綜合控制,既節(jié)省投資,又提高了系統(tǒng)的可靠性、可操作性和維修性。2)可按工藝、控制功能、可靠性要求由功能和地理位置不同的各個工作站組成控制系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活,且大大節(jié)省電纜。3)一個站的故障不會影響其它站的正常運(yùn)行,系統(tǒng)可靠性高。4)各種監(jiān)視控制功能均采用軟件模塊來完成,所以修改方便,易于實(shí)現(xiàn)**控制。

28核電站運(yùn)行有何特點(diǎn)?

答:核電站運(yùn)行的特點(diǎn)主要有:(1)、核反應(yīng)堆,俗稱原子鍋爐,堆芯核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生放射性廢物,因此核電站無論是正常運(yùn)行還是事故運(yùn)行,都必須保證放射性廢物的危害不能無控制地排放至環(huán)境中。(2)、核電站靠核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的熱量加熱產(chǎn)生的蒸汽發(fā)電,因此核電站運(yùn)行,必須保證反應(yīng)堆有足夠完好的冷源,即使是反應(yīng)堆停閉期,如果失去冷源,反應(yīng)堆內(nèi)的核衰變產(chǎn)生的余熱也足夠使反應(yīng)堆燒毀。(3)、移動控制棒和改變冷卻劑中硼濃度都可以調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率,移動控制棒可以快速地升降負(fù)荷,而改變硼濃度來調(diào)節(jié)功率,速率較慢,通常采用這兩種方法共同調(diào)節(jié)。任何工況下,必須保證核反應(yīng)堆可控,即保證反應(yīng)性的控制,反應(yīng)性的失控將導(dǎo)致重大核事故。(4)、機(jī)組快速升降負(fù)荷,特別在燃耗末期由于氙毒的變化,將導(dǎo)致反應(yīng)堆軸向功率偏差(ΔⅠ)控制困難,易產(chǎn)生堆芯局部熱點(diǎn),有造成堆芯燒毀的潛在風(fēng)險;若頻繁進(jìn)行負(fù)荷跟蹤,將產(chǎn)生大量的放射性廢氣、廢液,對環(huán)境產(chǎn)生潛在威脅,故核電機(jī)組必須相對穩(wěn)定地帶基本負(fù)荷運(yùn)行。(5)、壓水堆機(jī)組每年所需燃料一次性裝入。停機(jī)換料時,機(jī)組利用這一機(jī)會進(jìn)行必要的維修和試驗(yàn),以使機(jī)組保持良好的性能和**水平,所以壓水堆的機(jī)組每年有一次機(jī)組換料大修。

29核電站為了防止核泄漏設(shè)有哪幾道屏障?

答:為落實(shí)縱深防御原則,核電站在放射性物質(zhì)(裂變產(chǎn)物)和環(huán)境之間設(shè)置了四道屏障,只要任一道完整,就可防止放射性物質(zhì)外漏。

**道燃料芯塊核裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)98%以上滯留在二氧化鈾芯塊中,不會釋放出來。

**道燃料包殼燃料芯塊密封在鋯合金包殼內(nèi),防止放射性物質(zhì)進(jìn)入一回路水中。

第三道壓力邊界由核燃料構(gòu)成的堆芯封閉在壁厚20厘米的鋼質(zhì)壓力容器中,壓力容器和整個一回路都是耐高壓的,放射性物質(zhì)不會漏到反應(yīng)堆廠房中。

第四道**殼反應(yīng)堆廠房是一個高大的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土建筑,壁厚近一米,內(nèi)表面加有6毫米厚的鋼襯,防止放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境。

30水力發(fā)電廠有幾種類型?各有什么特點(diǎn)?

答:水力發(fā)電廠是把水的勢能和動能轉(zhuǎn)變成電能。根據(jù)水力樞紐布置不同,主要可分為堤壩式、引水式、抽水蓄能水電廠等。1、堤壩式水電廠:在河床上游修建攔河壩,將水積蓄起來,抬高上游水位,形成發(fā)電水頭的方式稱為堤壩式,堤壩式水電廠又可分為壩后式、河床式及混合式水電廠等。①壩后式水電廠,這種水電廠的廠房建筑在壩的后面,全部水頭由壩體承受,水庫的水由壓力水管引入廠房,轉(zhuǎn)動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。壩后式水電廠適合于高、中水頭的情況。②河床式水電廠,這種水電廠的廠房和擋水壩聯(lián)成一體,廠房也起擋水作用,因修建在河床中,故名河床式。河床式水電廠水頭一般在20～30M以下。③混合式水電廠,引水與大壩混合使用獲得落差發(fā)電;2、引水式水電廠:水電廠建筑在山區(qū)水流湍急的河道上或河床坡度較陡的地方,由引水渠道造成水頭,一般不需修壩或只修低堰。3、抽水蓄能水電廠,具有上池(上部蓄水庫)和下池(下部蓄水庫),在低谷負(fù)荷時水輪發(fā)電機(jī)組可變?yōu)樗霉r運(yùn)行,將下池水抽到上池儲蓄起來,在高峰負(fù)荷時水輪發(fā)電機(jī)組可變?yōu)榘l(fā)電工況運(yùn)行,利用上池的蓄水發(fā)電。

31發(fā)電廠保廠用電的措施主要有哪些?

答:發(fā)電廠保廠用電措施主要有:

(1)發(fā)電機(jī)出口引出廠高變,作為機(jī)組正常運(yùn)行時本臺機(jī)組的廠用電源,并可以做其它廠用的備用;作為火電機(jī)組,機(jī)組不跳閘,即不會失去廠用電;作為水電機(jī)組,機(jī)組不并網(wǎng)仍可帶廠用電運(yùn)行

(2)裝設(shè)專用的備用廠高變,即直接從電廠母線接入備用廠用電源,或從三圈變低壓側(cè)接入備用電源。母線不停電,廠用電即不會失去

(3)通過外來電源接入廠用電

(4)電廠裝設(shè)小型發(fā)電機(jī)(如柴油發(fā)電機(jī))提供廠用電;直流部分通過蓄電池供電

(5)為確保廠用電的**,廠用電部分應(yīng)設(shè)計合理,廠用電應(yīng)分段供電,并互為備用(可在分段開關(guān)上加裝備自投裝置)

(6)作為系統(tǒng)方面,在系統(tǒng)難以維持時,對小電廠應(yīng)采取低頻解列保廠用電或其它方法解列小機(jī)組保證廠用電。