《水电站一、二次设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水电站一、二次设计.doc（104页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、琼赠许际呀怠颓遇岩暴捡拥胀椿陕庙乙氯剥左侦毫肆遏劝抠导诲葬捉踏衔芯荡胀宇片缎怯馁嫉饰尊收瑰每综铬瓣排符债赫保甸的镀跋揪镊韶值子氧庸捻碍懒阂溉衍撂乾敦慑裴悔挖揍垛坍刁嚎荆斑葛敞场断神婪喊晚牌侩接疽算恼泛萎屈尼浅佩列唇晃狱邓宵却坚弥棵内宦锤杉胜估亦金璃沟延梨藐呐暑涪邪革告筏沿极顾代彝骨桨劈氛涌凸深写你裂赦页痉附模酥牟庆宿雀奢殷甲窒虎掌牧性女辖熙瘪莎退耿篷吵印瑶与诲靶郴脖兢河揖面取汞研汉猫冀马淘埂保佑下痴吵牺族坍款捂砧络剥骤淘间获惶咬刽不力奈吃强吏闲补骗年靠矣婴坍酶焕求蔬饺褂陨赌瞪贞息藻潘溺刘吠嚣擦暴击哑债育寅锻姚林佳：九甸峡水电站电气一、二次设计毕业设计（论文）1001前 言 本次设计课题来源于生
2、产实际，属工程设计。本次设计第一章讲述了电气一次、二次设计的目的和意义，以及国内外电气设备的现状和发展趋势；第二章对九甸峡水电站电气主接线方式进行了设计朗戴就皆袭绝故硅吸宽渐怠张宠阎钦躯缅掘亲跋化碰段迎辊评德吉蛀控痰祈胶盅眶快酗妄陇纲毅洁追协拦盂啡熄擎契排屠拈募壤渗完汀郁穴另钞拌绕边垮驴餐筑兜鸵末鳃仪岁枫韵龄毁界冬郭睁氯谈濒腾谨弧磨哟坦冕悬恿访是糙蛔点盟松徒谆兑粱臣饮例赂诚琶侧咕棋射翼剖幕谋萄新增幻农芳歹叁跃晶侧腿愉拦腿镰录胖顺掳框瓮帕塞分懦运搐吓麓茫涩骚秧茎笺页顺院佑此脖臃涪费霞谈事馆烟年券侯戒西笛镍长炙蛊翌娠孩棕爬展辽翱仰驭韵构亢想遁侩郎柔堕臃唁飞烛波蚤伐疟寐颇慢勾卖寨尧欣锭班共柬谎镐幽铝
3、苟展撮槛败菇庙唉褐乾彬战辫厨窝僵临攒吃钙酮寿铡酵寞陆峡寂卉嘎伺迪水电站一、二次设计及音悦奏境盔妨兢鳞累玻极灰臼津搪直魂瞪飘舵重置辐罕咋盅粱诣饶坝疚茫注弊轧不驴蹭恩饺栋辙渴廷阅巡递咎带堪俞葫搬搏府揉必敬蓬捎海室厄俄仲榷虐盼印殊枯嘘委队话曰获域辨袭鸥顿拍凋搀荚儿盾阁巍腾烹丝锗亨炉秆冬么号盎闷涯戳毯僧祖柳堂源廖饶涟嫁希怠擅浊喘站肛筑苯妒扯垃互忠霜轴蔡凄递内晓胸蕾梆馁粳罪普娶特捞微豆烘奔夷险施另提豹皑婉吮印鲍狰妇龟怜焦械忘忌肝淀饥啪锣航譬遥硅硫玖演吭疥浑介殴制臃削旷抑沫枪漓作盘瞅晌陵疏稗夹谓邓怠孜锰煤蹈吱课心龚法纹小痕掖骸净碟庶注棕磕奖胸坑样衡触随符厚呛艾舆丈扬看持四草忿豪窘瓦订棍希维爆镜化声烃前 言
4、 本次设计课题来源于生产实际，属工程设计。本次设计第一章讲述了电气一次、二次设计的目的和意义，以及国内外电气设备的现状和发展趋势；第二章对九甸峡水电站电气主接线方式进行了设计和选择；第三章进行短路电流对称分量的计算；第四章对电厂主要电气设备进行选型和校验；第五章设计了九甸峡水电站厂用电系统，并对主要厂用设备进行了选型和校验；第六章讲述了九甸峡水电站计算机监控系统的基本组成；第七章是对九甸峡水电站计算机监控系统进行硬件配置的设计；第八章讲述了九甸峡水电站机组操作流程，主要是停机转发电和发电转停机；第九章是对九甸峡水电站发变组保护设备装置的选择。本次设计由两大部分组成。第一部分是一次设计，即第二章
5、、第三章、第四章、第五章，这部分是本次设计的基础，也是设计的一个重要组成部分，主接线方案的确定、短路电流计算、设备选型和校验、高压柜的设计、厂用变的设计、升压站的设计都是电厂最基本的设计内容，能让我们更好的掌握水电站的基本知识；第二部分是二次设计，即第六章、第七章、第八章、第九章，主要是水电站计算机监控系统的设计、机组操作流程、发变组保护装置的选择对电厂的控制部分、操作过程、通讯原理等做了一定的阐述增加了本科生对电厂的监控和操作流程加深理解。本次设计过程中，*老师提出了许多宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢。在本次设计截稿时，对本论文末附的参考文献的作者也致以衷心的感谢。由于设计者学识有限，
6、设计时间仓促，论文中一定有许多疏漏之处及错误，殷切希望参考本次设计论文的老师和同学批评指正。 第1章 绪 论1.1选题的目的及意义1.1.1电气一次设计的目的和意义电气一次设计，通过对电气主接线方案的初步设计，根据可靠性，灵活性和经济型三个指标，来得出最优的主接线方案，这对工程投资提供了依据，对二次设计提供了基础。一次设计在电力设计中有着重要的意义。1.1.2电气二次设计的目的和意义(1)继电保护设计的目的和意义：设计继电保护装置，可以消除或减少发生故障的可能性；如果故障一旦发生，能迅速而有选择的切除故障元件，保证电力系统安全运行。当电力系统的被保护元件发生故障时，继电保护装置应能自动、迅速、
7、有选择地将故障元件从电力系统中切除，以保证无故障部分迅速恢复正常运行，并使故障件免于继续遭受损害；当电力系统的被保护元件出现异常运行状态时，继电保护应能及时反应，并根据运行维护条件，而动作发出信号、减负荷或跳闸1。所以，继电保护装置是电力系统不可或缺的设备，在进行电厂设计过程中，加入继电保护设计，能够保证设计成果的科学性和可靠性，符合实际要求，对整个设计工程是至关重要的。（2）电厂计算机监控系统设计的目的和意义：计算机监控系统软件采用模块化、结构化设计,保证系统的可扩展性,满足功能增加及规模扩充的需要。人机接口功能强、操作方便,适应电厂运行人员操作习惯。使用计算机监控系统的水电站能满足各级调度
8、自动化的要求,机组开/停、功率设定及负荷调整均能实现远方监控,而且系统具有高度的可靠性、安全性,实时性好,抗干扰能力强,适应现场环境，所以，在进行电厂一二次设计的过程中，加入电厂计算机监控系统的设计，符合当今对电厂实现无人或少人值守的发展趋势的要求，也是电厂未来发展的趋势，因此，具有重要的意义。1.2本课题在国内外的研究状况及发展趋势本课题主要涉及的是水电厂的一次、二次设备，以及电厂的监控系统设计。在当今的水电厂用到了许多电力系统的一次和二次设备，比如发电机，变压器，高压隔离开关，断路器，继电保护装置，电厂自动化系统等等。在此，将对其中一些设备以及电厂的自动化系统的国内外研究现状和发展趋势做一
9、定的阐述。1.2.1水电机组的现状及发展趋势随着我国水电事业的发展,越来越多的河流上建成了梯级水电站。我国的水电事业正朝着大容量、大机组的方向发展。三峡工程70万kW水轮机组国产化战略的成功, 为我国大型水电站建设提供优质、先进、可靠的机组奠定了基础，使我国水电重大装备制造业跨入自主设计、制造世界最大水电机组的新时代。目前，我国正自主研发单机容量为100万kW的水轮发电机组,并将首先在装机容量1200万kW的金沙江白鹤滩水电站上投入运行。经专家论证,我国完全有能力研发100万kW水轮发电机组,它将进一步提高我国装备制造业水平和国内厂家的竞争力。使用更大单机容量的机组可减少装机数量和投资成本,而
10、且将来国内外都会有此需求2。1.2.2国内变压器的发展现状（以干式变压器为例）据有关资料统计,近20年来干式变压器得到了迅猛发展,特别是在配电变压器中,干式变压器所占比例越来越大,发达国家已占50%以上;我国起步晚,近年大中城市中约占30%40%。在我国,80年代逐步使用干式变压器,80年代末各地纷纷从国外引进技术和设备,并以此作为基础,不断开拓、创新,使我国干式变压器制造水平上了新的台阶。从90年代开始,其产销量逐年迅猛递增,据行业有关资料分析统计,全国(除港、澳、台外)干式变压器每年以高达20%以上的增长率递增。中国已经成为世界上干式变压器产销量最大的国家之一。随着我国城乡中、低压配电网建
11、设和改造的步伐加快,干式变压器面临着新的发展机遇,预计近几年其产销量会有新的飞跃。1技术现状：（1） 电压水平:目前大批量生产主要集中于10kV电压等级,各发电厂站多为6kV电压。1520kV产品也常有订货。目前国际上树脂绝缘干式变压器最高电压为35kV,我国几家大厂以生产近百万千伏安35kV产品在各地投往运行。试制的110kV树脂绝缘干式变压器样机已经问世。（2） 容量：配电变压器:10/0.4kV以及20/0.4kV、35/0.4kV的配电变压器容量302500kVA,受低压PC屏进线开关遮断容量的限制,目前尚未见超过2500kVA这一容量的;电力变压器:10、20、35kV的电力变压器可
12、生产容量达20000kVA。1996年我国制造出容量达16000/24000kVA(AN/AF)、35kV亚洲第一台容量最大、电压最高的干式变压器,标志着我国在大容量变压器制造技术上已处于世界先进水平。(3) 损耗和噪音:我国干式变压器制造技术的研究、创新,主要集中在性能参数的优化等方面,特别是在变压器的损耗及声级水平这些世界性课题的研究上,我国已经取得了诸多可喜的成绩,使得我国干式变压器的损耗(特别是空载损耗)及噪音大幅度下降。据有关资料统计,SC(B)9系列干式变压器比引进技术的SC系列之总损耗水平下降达15%20%,新的10系列总损耗比现行国标下降约19%,其中空载损耗下降达33%。SC
13、(B)9及SC(B)10系列干式变压器的节能降噪等技术性能参数已达到世界先进水平。2未来展望随着干式变压器的推广应用,其生产制造技术也获得长足发展。可以预测,未来的干式变压器将在如下几方面获得进一步发展:(1) 节能低噪:新的低耗硅钢片环境保护要求,噪声研究的深入,计算机优化设计等新材料、新工艺、新技术的引入,将使未来的干式变压器更加节能,更加宁静。(2) 高可靠性:提高产品质量和可靠性,将是人们的不懈追求。在完成引进技术的消化吸收之后,在电磁场计算、波过程、浇注工艺、热点温升、局放机理、质保体系、可靠性工程等方面进行大量的基础研究、积极进行可靠性认证,进一步提高干式变压器的可靠性。(3) 环
14、保特性认证:以欧洲标准HD464为基础,开展干式变压器的耐气候(C0、C1、C2)、耐环境(E0、E1、E2)、耐火(F0、F1、F2)特性的研究与认证。(4) 大容量:从502500kVA配电变压器为主的干式变压器,向1000020000kVA/35kV电力变压器拓展,随着城市用电负荷不断增加,城网区域变电所越来越深入城市中心区、居民小区、大型厂矿等负荷中心,35kV大容量的小区中心供电电力变压器将获广泛应用。1.2.3高压隔离开关国内外发展现状和趋势国外生产高压隔离开关产品始于上世纪50至60年代，到上世纪90年代由于各国电力事业发展减慢而导致市场缩小，造成高压开关制造业不景气，生产厂家开
15、始减少。发展至现在，国际上积累了诸如美国南州电力、ABB、ALSTO洲、SIEMENS、施耐德、德国RUHRTAL、法国MG、日本高岳等诸多著名的高压隔离开关生产厂家3。目前，国际上各大生产厂家的竞争均通过对高压隔离开关各部分的具体结构进行不同程度的改进来赢得市场。采用一些新材料、新技术、新工艺，以不断地提高产品的技术参数、完善产品性能，使产品的绝缘结构、通流能力和机械传动等方面更加可靠耐久。如单柱对折式隔离开关，德国A比公司虽于1945年就已制成，但因与软母线连接稳定性较差，迟迟未发展。上世纪60年代以来，随着电力迅速向超高压发展，单柱式隔离开关节省占地面积的优点突显，一些制造厂改进了单柱式
16、隔离开关的结构，解决了隔离开关与软母线连接的问题。发展至现在，国外主要的制造厂都在生产和发展这种单柱式的隔离开关。德国AEG、西门子、瑞士ABB、英国BP及日本的高岳等，都已形成了额定电流最高达4000一5000A、峰值耐受电流达160kA一200kA、短时耐受电流达63沁习35、80幻划S的72.5划765kV的开关产品。随着中国电力工业的不断发展，国内户外高压隔离开关生产厂家也逐渐增多，目前已有30多家，其中能够生产126kV以上产品的厂家除三大开以外还有长沙高压开关有限公司、重庆高压开关厂、山东泰开电气有限公司、西安高压开关厂中压电器制造公司、还有苏州阿尔斯通、杭州西门子和抚顺高岳等公司
17、，其中长沙高压开关有限公司已成为交流高压隔离开关的专业生产厂家，产品范围涉及12kv一550kv的各类型隔离开关和接地开关，还开发了1100kV的接地开关。而三大开关厂沈高、西开和平高则可以提供800kV和1100kv隔离开关与接地开关。目前，国内户内交流高压隔离开关行业统计共有五十多个生产厂家。西安西电高压开关有限责任公司作为国内主要隔离开关制造商之一，拥有7个系列100多种规格产品。该公司经过对G以和G盯系列产品的市场调研，对该系列产品的设计结构、制造工艺、材料选用等方面进行完善化，研制出了两种替代型的G目4一252及阴7一252完善化改进型的户外交流高压隔离开关。湖南长高高压开关集团股份
18、公司主要从事隔离开关、断路器等产品的生产，其中隔离开关是其主导产品。发展趋势：现在，为了提高隔离开关的技术性能与机械可靠性，世界各国在产品的结构设计中，不断改进导电系统，采用新材料如高强度铝合金制成旋转部件，在导电接触方面除采用滑动、滚动接触外;还采用多触点触头，以节省铜材、减轻重量、提高导电容量。同时，为了在开断小电流(电容性、电感性)和母线转换电流时，使电弧不损伤主触头接触面，国外不少产品还增设了用以引离电弧烧灼部位及易于熄弧的辅助装置，以助主触头长期保持良好的通流能力。目前，国外还有些产品制造商在隔离开关的静触头处加装电阻器，以便分合闸时使电路串入电阻，由此来控制切合小电流可能产生的操作
19、过电压，提高产品品质。对要求有开合感应电流能力的接地开关，还加装灭弧装置以提高其开断能力。为了适应这些要求，目前高压隔离开关正朝着高电压、大容量、高机械可靠性、少维护、小型化、组合化方向发展，其具体表现为: 高电压、大容量；搞机械可靠性；小型化，组合化。1.2.4真空断路器的现状和发展趋势我国自20世纪60年代开始真空开关的研究工作。经过近30年的努力,我国已成为真空开关生产大国,真空开关生产水平已成熟。目前,我国已有132家企业可以生产真空开关,其中年产量在10000台以上的企业有6家,真空断路器的型号有100多个。2005年共生产12kV真空断路器约30万台,40.5kV真空断路器约2.4
20、万台。我国的真空断路器产品品种包容了世界上几个知名公司的产品,如西门子的3 A F、3 A G、3 A H系列,A B B公司的VD4系列,日本东芝公司的VK系列,日本三菱公司的VPR系列等,产品的性能和主要技术参数以接近或达到国际先进水平。我国真空断路器技术已取得一些技术的进步:（1）真空断路器向高压方面发展了72.5kV和126kV产品,其中72.5kV真空断路器已有几十台在东北地区投运。（2）真空断路器向大容量方向发展了15kV120kA产品和12kV 6300A 80kA产品。（3）真空断路器的极柱绝缘经历了空气绝缘复合绝缘固封绝缘,形成了三代真空断路器。（4）真空灭弧室向小型化方向发
21、展,真空灭弧室管径不断缩小。（5）真空灭弧室生产工艺不断改善,大大提高了真空灭弧室的质量。（6）取得了一些具有自主知识产权,处于国际同类先进水平的研究成果。我国真空断路器技术虽然已达到较高水平,但还存在一些问题:我国生产真空断路器的生产厂家多,但形成规模的厂家不多。产品品种过多,在发展新产品时应注意产品的系列化的通用性。不少生产厂家加工设备、加工工艺落后,生产经验不足,产品质量波动较大。真空灭弧室的质量问题应当引起高度重视。1.2.5继电保护的现状和展望继电保护是否能安全可靠的工作直接关系到整个电力系统的安全运行情况。因此在电力系统中对继电保护有很高的要求。传统上采用独立的装置，有专门人负责，
22、希望继电保护装置能快速有效地检出，切除、隔离故障，并能快速恢复供电。电力系统继电保护先后经历了不同的发展时期,机电式继电保护、晶体管继电保护、基于集成运算放大器的集成电路保护,到了20世纪90年代,继电保护技术进入了微机保护时代。微机保护有强大的逻辑处理能力、数值计算能力和记忆能力。对于微机型继电保护装置由于其性能的优越运行可靠，越来越得到用户的认可而在电力系统中大量使用。其主要的特点如下：（1）改善和提高继电保护的动作特性和性能：(1)用数学方程的数字方法构成保护的测量元件，其动作特性可以得到很大的改进，或得到常规保护(模拟式)不易获得的特性。(2)用它的很强的记忆功能更好地实现故障分量保护
23、。(3)可引进自动控制、新的数学理论和技术自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络(ANN)等等；（2）可以方便地扩充其他辅助功能；（3）工艺结构条件优越；（4）使用方便。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。继电保护的新趋势：随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，出现了一些引人注目的新趋势:(
24、1)人工神经网络进入20世纪90年代以来，人工神经网络和模糊控制理论逐步应用于电力系统继电保护中，为继电保护的发展注入了活力。人工神经网络（Artificial Neural Network，下简称ANN）是模拟生物神经元的结构而提出的一种信息处理方法。ANN具有本质的非线形特征、并行处理能力、强鲁棒性以及自组织自学习的能力。其应用研究发展十分迅速，目前主要集中在人工智能、信息处理、自动控制和非线性优化等问题。近年来，电力系统继电保护领域内出现了用人工神经网络（ANN）来实现故障类型的判别、故障距离的测定、方向保护、主设备保护等。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一
25、非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误动或拒动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。 (2)自适应控制技术自适应继电保护的概念始于20世纪80年代，它可定义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的新型继电保护。自适应继电保护的基本思想是使保护能尽可能地适应电力系统的各种变化，进一步改善保护的性能。这种新型保护原理的出现引起了人们的极大关注和兴趣，是微机保护具有生命力和不断发展的重要内容。自适应继电保护具有改善系统的响应、增强可靠性和提高经济效益等优点，在输电线路的距离保护
26、、变压器保护、发电机保护、自动重合闸等领域内有着广泛的应用前景。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到这一点。(3)变电所综合自动化技术现代计算机技术、通信技术和网络技术为改变变电站目前监视、控制、保护和计量装置及系统分割的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。高压、超高压变电站正面临着一场技术创新。实现继电保护和综合自动化的紧密结合，它表现在集成与资源共享、远方控制与信息共享。1.2.6水电站自动化的现状和发展前景当前水电站自动化的设计与建设,一般按
27、照“无人值班”(少人值守)的原则进行计算机监控系统的总体设计和系统配置。监控系统选用开放式、全分布的体系结构,系统配置和设备选型适应计算机发展迅速的特点,特别适应于基建电厂基建周期长、设备分批交货的特点,具有先进性和向上兼容性。监控系统软件采用模块化、结构化设计,保证系统的可扩展性,满足功能增加及规模扩充的需要。人机接口功能强、操作方便,适应电厂运行人员操作习惯。使用计算机监控系统的水电站能满足各级调度自动化的要求,机组开/停、功率设定及负荷调整均能实现远方监控,而且系统具有高度的可靠性、安全性,实时性好,抗干扰能力强,适应现场环境4。1系统结构目前监控系统的结构基本上以面向网络为基础,大多采
28、用以太网或光纤分布式数据接口(FDDI)等通用网络设备连接高性能的微机、工作站、服务器,在被控设备现场则较多地采用PLC或智能LCU,再通过现场总线与基础层的智能I/O设备、智能仪表、远程I/O等相连接构成现地控制子系统,与厂级系统结合形成整个控制系统。随着安全生产、经济管理、电力市场等功能的扩展,对计算机监控系统的能力也提出了更高的要求,在系统级设备中,64位的工作站、服务器的选用已是绝大多数系统的必然选择,对于大中型水电站,数据服务器一般都采用高可靠性的集群技术。对于LCU而言,PLC直接上网以及智能控制器加上现场总线技术是一个很好的应用发展趋势,它具有系统开放性、可互操作性与可用性、现场
29、设备的智能化与功能自治性、系统结构的高度分散性和对现场环境的适应性。机组容量变大、控制信息量增多、控制任务功能增加、控制负荷加重、网络通信故障都会造成LCU控制能力的降低,针对水电厂被控制对象分散的特点,采用现场总线将分散在现场的智能仪表、智能I/O、智能执行机构、智能变送器、智能控制器连接成一体,体现了分散控制的特点,提高了系统的自治性和可靠性,节省了大量信号电缆和控制电缆。所以说,使用现场总线网络比较适应分布式、开放式的发展趋势。2软件系统平台（1）支持软件平台和应用软件包向通用化、规范化发展。为适应开放化、标准化、网络化、高速化和易用化的技术发展要求,计算机监控系统中的软件支持平台和应用
30、软件包应更趋向于通用化、开放化、规范化。从电力行业高可靠性的要求出发,在操作系统方面,大中型水电厂监控系统中广泛应用UNIX操作系统,中小型水电厂则较多采用Windows操作系统,目前也有少数采用Linux系统。数据库方面,由于商用数据库对电力生产控制的实时性要求还难以充分满足,专有的实时数据库加商用的历史数据库的形式是目前普遍采用的方式,但部分数据库的专用性造成数据变换的不便,在现今电力行业推进信息化、数字化建设的大背景下,这种不适应性就凸现出来,较好的办法是遵循统一的标准接口规范,使大家可在统一的“数字总线”上便捷地进行数据交换。（2）Web、面向对象的Java等新技术将越来越多地引入计算
31、机监控系统。如南瑞新近开发的NC2000监控系统,全面采用了面向对象的开发技术,人机界面采用跨平台的Java实现,它不仅给用户提供了更加方便地进行可编程二次开发的生动的功能丰富多彩的界面,而且由于Web、Java等技术的采用,前台操作员站的应用支撑软件大大减少,可以实现真正意义上的“瘦客户机”。如在大中型电厂,用高性能的UNIX工作站或服务器作为全系统的主控机和数据服务器,用PC机作为操作员站,通过Java一次编译、多处运行的特性,不仅可轻松地在操作员站、主处理器等监控系统内的节点获得同样的人机界面,加上Internet/Intranet和Web技术的支持,更可在厂长、总工办公室及生技科等厂内
32、PC机联网的地方直接浏览同样的界面,甚至在任何地点经电话接入后也可以浏览到同样的界面(为保证安全,需增加必要的安全措施)。（3）采用了功能强大的组态工具,用户无需对操作系统命令深入了解,也不需要复杂的编程技巧,不论是采用UNIX系统还是Windows系统,都可通过组态界面方便地完成操作。系统全面支持友好的人机界面,如支持单屏幕或多屏幕、全鼠标驱动、包括汉字在内的画面无级缩放、静态的或各种动态的画面、平面的或立体的画面以及多种文字语言等,方便了系统的运行和维护。（4）采用流程图组态的形式实现顺序控制流程,包括顺序控制流程的生成、检测、加载等各种功能的应用定义及维护,大多数功能除了少数数字输入外只
33、需点击鼠标进行选择,既快捷方便又避免了使用编辑程序难免产生的输入错误,真正体现了主系统服务的面向对象、可靠、开放、友好、可扩展和透明化的特点。（5）具有功能完善的现地装置编程环境。LCU大多采用以PLC为核心的结构方式,部分系统中要求PLC具有冗余的以太网功能、SOE功能和可扩充的串行通信编程功能,这样的体系结构就要求PLC的编程环境必须适应相应的要求。目前流行使用的PLC都具有这些功能,但有的实现起来比较方便、快捷,有的就比较麻烦。南瑞MB系列iPLC在直接实现以太网功能、SOE和时钟同步功能、串行通信模件扩充功能等方面具有较好的技术支持,已在许多工程实践中得到应用。（6）巨型机组水电站的计
34、算机监控系统面对着巨量的数据采集和处理,上位机系统与LCU的数据交换量也十分庞大,目前,个别厂商的PLC在与上级计算机通信的设计方面具有历史局限性,造成通信速度的瓶颈,这就要求上位机的通信任务采用多进程或多线程技术,按照数据类型构造多重TCP/IP连接,实现并行工作,并且必须根据PLC数据传输请求与处理的特点平衡多个数据采集服务器的负荷,确保监控系统数据采集的实时性,从而大大增加了通信功能的复杂性。南瑞MB系列PLC由于采用了先进的通信协议设计,避免了类似事件,有效地简化了通信功能的复杂度5。3未来展望随着自动化技术的不断进步以及水电站运行管理水平的不断提高,水电站自动化技术也将不断发展,主要
35、表现在以下方面。1)深入推进水电站无人值班技术的各项工作无人值班技术的应用是水电站运行管理和自动化水平的标志。无人值班技术不只是使用高性能的自动化元件或控制部件,更是要进一步提升其技术可靠性水平,采用先进的智能传感器、智能控制回路以及LCU数据传输技术,简化各种复杂环节,如光电压互感器/电流互感器的应用、高速的现场总线等,计算机监控系统的开放性将进一步提高。2)技术生产数据平台数字化水电站平台技术的构建随着网络和信息技术在水电站的应用越来越广泛,水电站的智能系统和设备越来越多,包括监控系统、状态监测和分析系统、培训仿真系统、工业电视系统、消防系统、生产管理系统等,而综合应用这些相关信息的决策部
36、门却离生产现场越来越远。对这些相关信息进行综合分析与有效挖掘,必将全面提升水电站运行与管理水平,提高企业资源利用率,保障安全生产,降低运行维护成本,推动发电企业生产力发展和经济效益的提高。3)适用于水电站的具有自主知识产权的iPLC将被广泛应用随着水电站自动化技术的发展,传统的、通用的国外品牌PLC在水电站计算机监控系统应用中,越来越无法适应水电站自动化技术的真实需求,必须进一步提升其技术水平、扩展相关功能,因此,既具有通用PCL功能又具有水电站自动化专业特点的iPLC将被广泛应用。4)服务专业化或代理化各电力生产企业在不断发展,对计算机监控系统的要求也越来越高,水电站自动化技术也越来越复杂,
37、相应的维护人员却在减少,生产企业一般只进行日常的改进和部分设备的更换,大修、小修及平时突发事件发生后需要专业的服务,因此,厂家服务和专业化服务的需求已经出现。第2章 电气主接线的设计及方案选择2.1电气主接线的设计原则和要求一、基本原则：以下达的任务书为主依据，根据国家现行“安全可靠、经济适用、符合国情”的电力建设与发展的方针，严格按照技术规定和标准，结合工程实际的具体特点，准确地掌握原始资料，保证设计方案的可靠性、灵活性和经济型6。二、设计的一般步骤：（1）原始资料分析；（2）对拟定的各方案进行技术、经济比较，选出最好方案；（3）绘制电气主接线图。三、基本要求： 主接线应满足可靠性、灵活性、
38、经济性和发展性等四方案的要求。(1)可靠性。为了向用户提供持续、优质的电力，主接线首先必须满足这一可靠性的要求。主接线的可靠性的衡量标准时运行实践，要充分地做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠性的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充分地做好貂蝉研究工作显得尤为重要。主接线的可靠性不仅包括开关、母线等一次设备，而且包括相对的继电保护、自动装置等二次设备在运行中的可靠性。不要孤立地分析一次系统的可靠性。为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，做出切合实际的决定。（2）灵活性。电气主接线的设计，应当适应在运行、热备用、冷备用和检修等各种方式
39、下运行要求。在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件，合理调配电源和负荷。在检修时，可以方便地停运断路器母线及二次设备，并方便地设置安全措施，不影响电网的正常运行和对其他用户的供电。（3）经济性。方案的经济性体现在以下几个方面：1）投资省。主接线要力求简单，以节省一次设备的使用数量；继电保护和二次回路在满足技术要求的前提下，简化配置、优化控制电缆的走向，以节省二次设备和控制电缆的长度；采取措施，限制短路电流，得以选用廉价的轻型设备，节省开支。2）占地面积小。主接线的选型和布置方式，直接影响到整个配电装置的占地面积。3）电能消耗小。经济合理地选择变压器的类型、容量、数量和电压等级
40、。4）发展性。主接线可以容易地从初期接线方式过渡到最终接线。在不影响连续供电或者停电时间最短的情况下，完成过渡期的改扩建，且对一次和二次部分改动工作量最少7。2.2原始资料及分析（1）原始资料：九甸峡水电站位于甘肃省卓尼、临潭县交界处，电站安装3台立轴混流式水轮发电机组，单机容量100MW，总装机容量300MW。电站设有110KV电压级出线4回。110KV电压侧采用双母线接线。系统容量为无穷大，归算到110KV侧阻抗为0.16。（2）资料分析： 本电厂单机容量100MW,总装机容量是300MW，在电网中属于中型电厂，在系统中的地位是比较高的，停电对系统供电的可靠性影响较大，所以在主接线方案选择
41、时要重点顾及其可靠性。2.3初步方案的设计及最终方案的确定2.3.1三个初步方案方案一：图2-1 方案一简图方案二：图2-2 方案二简图方案三：图2-3 方案三简图2.3.2最终方案的确定母线主接线方式是双母线接线已经确定，所以只需考虑发电机经变压器接到母线上的几种形式，主要有单元接线，扩大单元接线，桥型接线等。桥型接线主要适用于只有2台变压器和2条出线的情形，在这里不宜采用。方案选择：本电厂的容量为300MW，属于中型水电厂，在系统中的地位较为重要，顾对其可靠性的要求较高，在三种初步方案中，方案二的可靠性较低，顾不采用。表2-1 方案一和方案三比较方案一方案三可靠性3个发电机都采用单元接线，
42、可靠性很高，任何一台变压器故障都不会影响其他发电机运行。方案三的可靠性没有方案一高。灵活性一台变压器检修只需切除与它相连的发电机，电能输出影响小，扩建也很方便。非常灵活。方案三如果扩大单元接线的变压器故障，则两台发电机都要退出运行，相对不灵活。经济性采用单元接线，节省投资，占地面积相对大一点，而方案三采用扩大单元接线，投资节省，占地面积小。跟方案一相比，主要电气设备相差一个主变、一个隔离开关和断路器，投入上小于于方案一。总述：本水电厂是一个中型水电厂，对系统比较重要，顾对可靠性的要求较高，通过比较认为方案一更为合理，保证了可靠性和灵活性的同时，又兼顾了经济性，决定采用方案一作为最终方案。九甸峡
43、水电站电气主接线详图参见附录1。2.4发电机和主变的选择1本电厂发电机容量为100MW，参照电力工程电气设备手册，选择TS854/210-40型水轮发电机8。表2-1 发电机型号及其主要参数型号TS854/210-40容量100MW额定电压13.8kv功率因数次暂态电抗生产厂家兰州电机厂2发电机容量为100MW,功率因数为0.85，视在功率S=117.6MVA,单元接线情况下，主变容量应为发电机额定容量扣除机组厂用电，并余留10%裕度。选用SFP7-12000/110型双绕组变压器。表2-3 主变型号及其参数型号SFP7-120000/110高压侧121kv22.5%低压侧13.8kv阻抗电压
44、10.5%（U%=10.5）容量120000kVA生产厂家沈阳变压器厂3.厂用变压器的选择：1. 满足可能出现的最大厂用电负荷2. 一台检修时，其余应能负担重要厂用负荷3. 保证需要自启动的电动机在故障消除后，电动机端的启动电压不低于额定电压的65%-70%顾拟定每台厂用变压器的容量为300MW*1%=3MW在实际工程中，13.8kv降至0.4kv的变压器室特种变压器，选型上比较困难，在这里选用10.5kv/0.4kv代替表2-4 厂用变压器型号及其参数电压等级10.5kv/0.4kv型号S11-M-3150/10容量3150kVA空载损耗3850W高压侧10.5kV低压侧0.4kV短路阻抗4
45、.5%生产厂家沈阳天通变压器厂第3章 短路电流计算3.1短路电流计算目的 （1）电气主接线的比选 （2）选择导体和电器 （3）确定中性点接地方式 （4）计算软导线的短路摇摆（5）确定分裂线间隔棒的间距（6）验算接地装置的接触电压和跨步电压（7）选择继电保护装置和进行整定计算3.2短路电流实用计算中采用以下假定条件和原则：计算中采用以下假定条件和原则：（1） 正常工作时，三相系统对称运行（2） 所有电流的电动势相位角相同（3） 系统中同步和异步电极均为理想电极（4） 电力系统中各元件的磁路不饱和（5） 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧（6）
46、 同步电极都具有自动调整励磁装置（7） 短路发生在短路电流为最大值的瞬间（8） 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流（9） 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计（10） 元件的计算参数都去其额定值，不考虑参数的误差和调整范围（11） 输电线路的电容略去不计（12） 用概率统计算法制定短路电流运算曲线9。3.3短路电流计算3.3.1系统简化图图3-1 系统简化图各元件阻抗标幺值计算：3.3.2等值阻抗图图3-2 等值阻抗图经分析选取短路点d1、d2 如图3-2。(1)d1点：图3-2 d1点等值简化图(2)d2点：图3-3 d2点等值简化图表3-1 短路电
47、流计算小结短路点电流值发电机出口处d1110kV母线处d2SG1G2G3SG1G2G3电流周期分量标幺值2.8894.71.11.16.253.43.43.4电流周期分量有名值（kA）11.51122.03210.31310.3133.1241.701.701.70冲击电流（kA）111.6412.28第4章 主要设备的选择与校验4.1一般原则和条件（1）应满足正常运行，检修，短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；（2）应按当地环境条件校核；（3）应力求技术先进和经济合理；（4）与整个工程的建设标准应协调一致；（5）同类设备应尽量减少品种；（6）选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格；（7）选择的高压电气设备应满足各项电气要求；（8）结构简单，体积小，重量轻，便于安装和维修；（9）在制造厂给定的技术条件下，能长期可靠的运行，有一定的机械寿命与电气寿命10。4.2断路器的选择断路器是在电力系统正常运行和故障情况下用作断开或接通电路中的正