發(fā)電廠一次設計及發(fā)電機繼電保護二次設計

1、摘 要本畢業(yè)設計論文以河灣水電站為例，分別進行發(fā)電廠一次設計及發(fā)電機繼電保護二次設計。發(fā)電廠尤其是大型發(fā)電廠的安全生產(chǎn)對整個系統(tǒng)的安全運行起著關鍵性的作用。因此，合理的設計一個發(fā)電廠是一項非常重要的工作。只有這樣才能夠保證電力系統(tǒng)供電可靠和電能質量。設計工作是工程建設的關鍵環(huán)節(jié)。做好設計工作，對工程建設的工期、質量、投資費用和工程建成投產(chǎn)后的安全運行可靠性和生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益，起著決定性的作用。 在設計中，首先，通過對發(fā)電廠原始資料的分析，了解設計電站基本概況，并初次擬定若干一次主接線圖方案，經(jīng)過技術、經(jīng)濟綜合比較，選擇一個最優(yōu)方案；其次，對最優(yōu)方案進行短路電流計算，過程是選擇短路點，并分別對

2、每個短路點畫出等值電路圖，進行短路電流計算；第三，以短路電流計算結果為依據(jù)，分別對各支路進行主要電氣設備的選擇和校驗；第四，畫出發(fā)電廠電氣一次布置圖（平面圖和斷面圖）和一次主接線圖；第五，對發(fā)電機進行二次繼電保護設計并整定計算；第六，畫出發(fā)電機各保護的接線原理圖和展開圖。關鍵詞：電氣主接線，短路電流，發(fā)電機，保護配置ABSTRACTThe design paper is based on the example of Hewan hydropower stations, a separate power plant design and the second generator relay d

3、esign, Power Plant in particular, the arge-scale power plant safety in production of the safe operation of the system plays a crucial role. Therefore, designning a reasonable a power plant is a very important job. Only in this way can we ensure reliable power supply systems and power quality. Engine

4、ering design work is the key to the building. Do design work on the construction period, quality, cost and investment projects completed and put into production after the safe operation reliability and cost-effective production of integrated, play a decisive role. In the design, mainly in the follow

5、ing steps: First, the power plants through the raw data analysis, to understand the basic design of power station profile and initial development of a number of main wiring diagram programme;the technical, economic comparison, the optimal choice of a programme followed by The best short-circuit curr

6、ent programme, the process is to choose short-circuit points, respectively, and draw on each point equivalent circuit short-circuit, short circuit calculation; third, to short-circuit current calculation based on the results, respectively, on the slip road to the main Electrical equipment selection

7、and validation; fourth, to draw a layout of electrical power plants (that overlooks the map and profiles) and a main wiring diagram; Fifth, generating a second relay design and setting calculation; the last，to draw the protection wiring schematics of the generator and launched plans.KEY WORDS：The ma

8、in electrical wiring, short-circuit current, generators, dynamic stability, thermal stability, protection configuration目 錄前言1第一章 緒論21.1 畢業(yè)設計(論文)課題來源、類型21.2 選題的目的及意義21.3 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢21.3.1 水電廠自動化系統(tǒng)31.3.2 繼電保護技術的發(fā)展81.4 本課題主要研究內(nèi)容101.4.1 設計內(nèi)容101.4.2 設計要求101.5 完成論文的條件和擬定采用的研究手段（途徑）10第二章 河灣水電站電氣主接線設計

9、122.1原始資料分析122.1.1河灣水電站原始材料122.2 電氣主接線技術基礎132.2.1 電氣主接線的類型【7】132.2.2電氣主接線的設計的基本要求132.2.3電氣主接線的設計的基本原則142.3主接線方案的擬定142.4 主接線方案的比較182.5 主接線方案的確定21第三章 短路電流計算223.1 計算說明223.2 基本假定【9】【10】223.3 基本資料223.4 電抗圖及電抗計算243.4.1 電抗標幺值和有名值的變換公式【11】243.4.2 計算各元件的電抗標幺值243.4.3 短路點的選擇253.5 對短路點進行網(wǎng)絡化簡和短路電流計算263.5.1 d1點短路

10、263.5.2 d2點短路313.5.3 d3點短路363.5.4 d4點短路42第四章 河川水電站電氣一次設備的選擇494.1 選擇電氣一次設備遵循的條件494.1.1按正常工作條件選擇494.1.2按短路條件進行校驗504.2 電氣設備的選擇514.2.1 系統(tǒng)各回路的最大工作電流514.2.2 高壓斷路器選擇524.2.3 高壓隔離開關選擇554.2.4 電流互感器選擇594.2.5電壓互感器選擇624.2.6 絕緣子選擇644.2.7 避雷器選擇664.2.8 母線的選擇68第五章 發(fā)電機繼電保護設計725.1 電力系統(tǒng)繼電保護的基本原理725.2電力系統(tǒng)繼電保護裝置的要求725.3

11、發(fā)電機可能發(fā)生的故障和異常運行狀態(tài)735.4 發(fā)電機保護裝設的原則745.5 1#、2#、3#發(fā)電機保護配置755.6 發(fā)電機F1的繼電保護755.6.1發(fā)電機縱差動保護765.6.2發(fā)電機橫聯(lián)差動保護785.6.3 發(fā)電機定子單相接地保護805.6.4發(fā)電機負序電流及低電壓起動的過電流保護805.6.5 發(fā)電機定子繞組過負荷保護825.6.6發(fā)電機過電壓保護825.6.7 轉子一點接地保護835.6.8 失磁保護83總結85致謝86附錄87參考文獻88前言現(xiàn)代電網(wǎng)已進入超高壓、長距離、大容量和高度自動化的時代。隨著全球工業(yè)的迅速發(fā)展，電力正在成為必不可少的一種能源，電能的使用需求量越來越大。

12、我國的電力工業(yè)發(fā)展迅速，到目前為止我國的年發(fā)電量位居世界第二，在全國范圍內(nèi)形成了：華北、華東、華中、東北、西北和南方六大電力系統(tǒng)。發(fā)電廠尤其是大型發(fā)電廠的安全生產(chǎn)對整個系統(tǒng)的安全運行起著關鍵性的作用。因此，合理的設計一個發(fā)電廠是一項非常重要的工作。只有這樣才能夠保證電力系統(tǒng)供電可靠和電能質量。設計工作是工程建設的關鍵環(huán)節(jié)。做好設計工作，對工程建設的工期、質量、投資費用和工程建成投產(chǎn)后的安全運行可靠性和生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益，起著決定性的作用。電氣一次主接線代表了發(fā)電廠電氣部分的主體結構，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結構的重要組成部分，直接影響運行的可靠性、靈活性并對電氣選擇、配電裝置布置、繼電保護、自動裝置和控

13、制方式的擬定都有決定性的關系。因此，主接線的正確、合理設計，必須綜合處理各個方面的的因素，經(jīng)過技術、經(jīng)濟論證比較后方可確定。繼電保護裝置，就是指能反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于短路器跳閘或發(fā)出信號的一種裝置。繼電保護技術未來趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡化，智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機技術、通信技術的進步，繼電保護技術面臨著進一步發(fā)展的趨勢。本畢業(yè)論文是河灣水電站的電氣一次設計和發(fā)電機繼電保護設計。內(nèi)容包括電氣主接線的擬定，短路電流計算、電氣設備的選擇及發(fā)電機保護的設計等幾個部分。并制定出電氣一次主接線圖，布置圖，發(fā)電機保護的接

14、線原理圖和展開圖。第一章 緒論1.1 畢業(yè)設計(論文)課題來源、類型本課題是河灣水電站一次及發(fā)電機繼電保護，來源于生產(chǎn)實際，屬于工程設計類論文。 1.2 選題的目的及意義 中國經(jīng)濟已進入新的發(fā)展時期，在國民經(jīng)濟持續(xù)快速增長、工業(yè)現(xiàn)代化進程加快的同時，資源和環(huán)境制約趨緊，能源供應出現(xiàn)緊張局面，生態(tài)環(huán)境壓力持續(xù)增大，能源的不足與需求之間的矛盾在近幾年不斷惡化，國家急需電力事業(yè)的發(fā)展，為我國經(jīng)濟的發(fā)展提供保障。大力發(fā)展水電事業(yè)將有利于縮小城鄉(xiāng)差距、改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件，對于推進地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高農(nóng)民收入，加快脫貧步伐、促進民族團結、維護社會穩(wěn)定，具有不可替代的作用。作為電力專業(yè)學生，我選擇了河灣水電

15、站一次及發(fā)電機繼電保護設計這個課題，通過從原始資料分析，到主接線方案的選定，再到最后設備的選擇，我相信這個過程能夠幫助我鞏固所學的基礎理論、專業(yè)知識，并提高我們利用所學理論知識解決實際工程問題的能力，從而為以后的工作打下堅實的基礎。水電站一次及發(fā)電機繼電保護設計是電氣工程專業(yè)的學生在本科畢業(yè)之前進行的一次較為全面、系統(tǒng)的綜合性訓練，有助于鞏固和增強對本專業(yè)主干課程的理解和應用，樹立工程觀念，培養(yǎng)電力網(wǎng)設計規(guī)劃的能力。通過此次設計，可以熟悉國家能源開發(fā)策略和有關的技術規(guī)程、規(guī)定、導則等，樹立安全、可靠、經(jīng)濟供電的觀點；掌握電力網(wǎng)初步設計的基本方法和主要內(nèi)容；提高自己使用AutoCAD，word等

16、軟件的能力，培養(yǎng)出自己工程設計的觀念，是對四年所學理論知識與實踐的融合。通過本次設計，使學生對電力系統(tǒng)形成一個較為專業(yè)的認識。1.3 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢隨著水電廠“無人值班”【1】（少人值守）和狀態(tài)檢修工作的不斷深入開展，對水電廠的生產(chǎn)運行和管理提出了更高的要求；以“廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)”為基礎的電力體制的改革也對水電廠自動化技術提出了新的要求。計算機技術、信息技術、網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，給水電廠自動化系統(tǒng)無論在結構上還是在功能上，都提供了一個廣闊的發(fā)展舞臺。水電廠自動化也必須適應新的形勢需要，發(fā)展成為一個集計算機、控制、通信、網(wǎng)絡、電力電子為一體的綜合系統(tǒng)，具備完備的硬件結構，開

17、放的軟件平臺和強大的應用系統(tǒng)。1.3.1 水電廠自動化系統(tǒng)1.3.1.1 自動化系統(tǒng)的發(fā)展水電廠自動化系統(tǒng)由I/O設備 (傳感器和執(zhí)行器 )、控制硬件、控制軟件、人機接口及與信息系統(tǒng)的連接等組成。而水電廠的自動化是從80年代初單個功能裝置研制開始的，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程可分為四個階段：（1） 功能分布式的星型分層監(jiān)控系統(tǒng) 以單功能微機裝置集成系統(tǒng)，每個微機裝置具有特定的功能，但每個微機裝置都具有不同功能，如有的微機裝置專門采集開關量，有的微機裝置專采集模擬量，有的微機裝置專門進行控制操作。該系統(tǒng)在分布的方式上進行了一些有益的嘗試，但從模式上看不算是很成熟的系統(tǒng)。（2） 以設備單元分布的星型

18、分層監(jiān)控系統(tǒng) 為了檢修維護的方便，以發(fā)電機組為單元，將數(shù)據(jù)采集與控制集成到一臺微機或PLC裝置中，構成了現(xiàn)地控制單元LCU。LCU無法直接接入以太網(wǎng)，而計算機非常昂貴，不能使每臺LCU都配備CPU（中央處理器）接入以太網(wǎng)，只能將微機作為前置機。這時的系統(tǒng)采用專門的計算機，在應用網(wǎng)絡上已跨出了一大步，但相應的國際標準還不完善，尚不能形成理想的開放系統(tǒng)環(huán)境。 （3） 基于開放系統(tǒng)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)   隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，計算機應用軟件越來越復雜和龐大，軟件開發(fā)的投入也越來越大，如何使這些巨大的資源不僅在這一家公司制造的計算機上運行，而且也能在另一

19、家公司制造的計算機上運行，這就形成了一系列的開放系統(tǒng)標準：TCP/IP、POSIX、SQL、ODBC、JDBC、OPC等?；陂_放系統(tǒng)的分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有通用性和可移植性，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件可以安裝在任何具有開放系統(tǒng)特點的計算機上。開放系統(tǒng)為水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了強大的歷史舞臺。（4）基于對象技術的分布式監(jiān)控系統(tǒng)【2】 計算機硬件技術發(fā)展迅速，給軟件開發(fā)提供了廣闊的平臺。軟件技術發(fā)展到現(xiàn)在除了遵循開放系統(tǒng)標準以外，還應遵循面向對象技術的標準，如：SUN公司的Java RMI、Microsoft公司的COM/DCOM。水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)由于面向對象的復雜性和多樣性，基于面向對象的技

20、術應用將水電廠運行設備如發(fā)電機組、主變、開關等抽象為對象。從系統(tǒng)設計、編程語言選擇到用戶界面等一系列過程都依據(jù)面向對象的理念、原則和技術，這樣工作的結果將給用戶帶來使用和維護上的極大方便。1.3.1.2 水電廠自動化系統(tǒng)的技術措施水電廠自動化系統(tǒng)必須具備完備的硬件結構，開放的軟件平臺和強大的應用系統(tǒng)。（1）系統(tǒng)結構 目前監(jiān)控系統(tǒng)的結構基本上以面向網(wǎng)絡為基礎，系統(tǒng)級設備大多采用Ethernet或FDDI等通用網(wǎng)絡設備連接高性能的微機、工作站和服務器，在被控設備現(xiàn)場則較多地采用PLC或智能現(xiàn)地控制單元，再通過現(xiàn)場總線與基礎層的智能I/O設備、智能儀表、遠程I/O等相聯(lián)接，構成現(xiàn)地控制子系統(tǒng)，與廠級

21、系統(tǒng)結合形成整個控制系統(tǒng)。（2）軟件系統(tǒng)平臺1、支持軟件平臺和應用軟件包向通用化、規(guī)范化發(fā)展 為適應開放化、標準化、網(wǎng)絡化、高速化和易用化的發(fā)展技術，計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的軟件支持平臺和應用軟件包應更趨向于通用化、開放化和規(guī)范化。從電力行業(yè)高可靠性的要求出發(fā)，在大中型水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的UNIX操作系統(tǒng)等得到廣泛的應用，中小型水電廠因較多采用PC構架的計算機，所以較多地采用Windows操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫方面由于商用數(shù)據(jù)庫在電力生產(chǎn)控制的實時性上還難以充分滿足要求，專有的實時數(shù)據(jù)庫商用的歷史數(shù)據(jù)庫形式，這是目前較為普遍的結合方式。由于部分數(shù)據(jù)庫的專用性帶來了數(shù)據(jù)變換的不便，在現(xiàn)今電力行業(yè)推進信息化和數(shù)

22、字化建設的大背景下它的不適應性就凸現(xiàn)出來，較好的辦法是遵循統(tǒng)一的標準接口規(guī)范，使大家可在統(tǒng)一的"數(shù)字總線"上便捷地進行數(shù)據(jù)交換。 2、Web、Java等新技術的應用 Web及面向對象的Java等新技術將越來越多地引入計算機監(jiān)控系統(tǒng)。了解到南瑞自控新近開發(fā)的NC-2000監(jiān)控系統(tǒng)采用了面向對象的開發(fā)技術，人機界面采用跨平臺的Java來實現(xiàn)，它不僅給用戶提供了更加方便地進行可編程二次開發(fā)的功能豐富多彩的界面，而且由于Web、Java等技術的采用，前臺操作員站的應用支撐軟件大大減少，可以實現(xiàn)真正意義上的"瘦客戶機"。如在大中型電廠用高性能的UNIX工作站或服務

23、器作為全系統(tǒng)的主控機和數(shù)據(jù)服務器，而用PC機作為操作員站，由Java一次編譯，多處運行的特性，不僅可輕松地在操作員站和主處理器等監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點獲得同樣的人機界面，加上Internet/Intranet和Web技術的支持，更可在廠領導辦公室、總工辦公室和生產(chǎn)等部門任何聯(lián)網(wǎng)的地方直接瀏覽到同樣的界面，甚至于在任何地點經(jīng)電話接入后的微機也可以瀏覽到同樣的界面（為保證安全需增加必要的安全措施）。 3、功能強大的組態(tài)工具 用戶無需對操作系統(tǒng)命令深入了解，也不需要復雜的編程技巧，不論是在UNIX系統(tǒng)上還是在Windows系統(tǒng)上，都可通過組態(tài)界面十分方便地完成：數(shù)據(jù)庫測點定義；對象定義；現(xiàn)地控制單元的各種

24、模件定義；處理算法定義；通信端口；通信協(xié)義的定義。（3）強大的應用系統(tǒng)計算機技術發(fā)展到今天，其性能越來越高，其應用也就越來越廣泛。隨著無人值班工作向縱深發(fā)展，也向計算機監(jiān)控系統(tǒng)無論是系統(tǒng)結構上，還是功能上都提出了更高的要求，現(xiàn)就幾個方面說明如下： 1、歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實際上是監(jiān)控系統(tǒng)的一個組成部分，只是將原來監(jiān)控系統(tǒng)中需要歷史保存的數(shù)據(jù)、事件和相關信息進行分門別類的存放在商用數(shù)據(jù)庫中，供需要時進行查詢、打印或備份。歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以單獨的計算機來實現(xiàn)，具有美觀的人機界面，方便的操作方式和豐富多彩的顯示形式。這樣的配置既減輕了監(jiān)控系統(tǒng)的負擔，減化了監(jiān)控系統(tǒng)的軟件復雜性，增加了監(jiān)控系統(tǒng)

25、的實時性，還能通過標準數(shù)據(jù)庫接口SQL、ODBC、JDBC等與其他系統(tǒng)互連，如MIS系統(tǒng)。 2、電能量監(jiān)測系統(tǒng) 水電廠中每臺發(fā)電機、每條線路甚至每臺主變都安裝了電度量表，傳統(tǒng)的電度量采集一般采用由電度量表輸出電度量脈沖到計算機監(jiān)控系統(tǒng)的方式來實現(xiàn)的，由于監(jiān)控系統(tǒng)的設備環(huán)節(jié)比較多，在監(jiān)控系統(tǒng)中必須設定電度量初值，一旦有設備退出工作或工作不正常，電度量測量就有誤差或以前的測量值丟失，需要重新設定其初值，這種方法實際上無法保證電度量監(jiān)測的結果正確性，而且維護的工作量也很大。 目前，市場上有一種智能電度量表，它具有智能通信接口。這種電度量表能完整地保存電度量數(shù)據(jù)，并隨時可以通過通信接口取得電度量數(shù)據(jù)。

26、因此，以這種電度量表為基礎，通過電度量表的通信接口，回聚在一起，配備歷史數(shù)據(jù)管理功能的計算機就可以形成電度量監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可以相對獨立，也可以與監(jiān)控系統(tǒng)互相通信，實現(xiàn)信息共享，為水電廠運行管理提供可靠依據(jù)。 3、狀態(tài)檢修系統(tǒng) 這是水電廠熱門的課題，設備狀態(tài)檢修和設備運行壽命評估，既是設備檢修工作發(fā)展的必然趨勢，也是一項技術性很強的系統(tǒng)工程。狀態(tài)檢測主要利用現(xiàn)代化先進的檢測設備和分析技術對水電廠主設備的某些關鍵部位的參量，如：機組的振動和擺度，發(fā)電機絕緣，定子局部放電，變壓器絕緣等數(shù)據(jù)進行在線實時采集和監(jiān)視，經(jīng)過集合了現(xiàn)場積累的運行、檢修、試驗資料和專家經(jīng)驗的智能（專家）系統(tǒng)綜合分析，從而對

27、設備可能存在的機械、水力、電氣等問題作出一個貼近實際的評估。要作出一個較準確的評估目前尚有很大的難度，國內(nèi)外都已做了大量的嘗試性工作，取得了一定的經(jīng)驗。在實施中，它也作為一個相對獨立的系統(tǒng)，但目前國內(nèi)大多數(shù)水電廠都有了較完善的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，集聚了大量監(jiān)測設備，從節(jié)省投資與實際應用的角度來看，狀態(tài)檢修系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間有大量的數(shù)據(jù)需要共享，在考慮狀態(tài)檢修系統(tǒng)時應與已建成的監(jiān)控系統(tǒng)作統(tǒng)籌考慮，使兩者有機地結合起來，既可省去一些重復部件的投資，又可以使運行管理人員在執(zhí)行實時生產(chǎn)控制時，隨時監(jiān)視到生產(chǎn)設備的健康狀態(tài)，讓健康狀態(tài)良好的設備充分發(fā)揮潛力，讓處于亞健康狀態(tài)的設備減荷承擔適當?shù)墓ぷ髫摵桑?/p>

28、健康狀態(tài)有問題或趨于出問題的設備及時得到維修。4、生產(chǎn)管理系統(tǒng) 目前，雖然許多電廠都有了功能較完善的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，但因種種原因還有部分現(xiàn)場設備的監(jiān)測信號無法輸入到監(jiān)控系統(tǒng)中完成自動監(jiān)視。所以設備的巡檢工作是必不可少的。為了加強巡檢工作的管理和提高巡檢工作的質量，可通過生產(chǎn)管理信息子系統(tǒng)，在當班巡檢人員出發(fā)前開列出巡檢路線，查看設備運行情況，記錄設備運行參數(shù)，巡檢工作完成后,輸入相關設備運行參數(shù)等信息傳輸至生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，進行分析對比，并記入歷史數(shù)據(jù)庫備查。 按照技術規(guī)程要求，電廠在執(zhí)行設備操作或維護時必須辦理相應的一次、二次工作票。這些工作也可以借助生產(chǎn)管理信息子系統(tǒng)來完成。各相關部門計算

29、機連入該系統(tǒng)的網(wǎng)絡后，就不必拿著工作票來回去簽票、消票了。它完全成了數(shù)字化傳輸，省時省力，并可隨時對簽票、消票的詳情進行實時和歷史的查詢。 生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)完成的工作還包括：運行值長日志，智能操作票（可由生產(chǎn)管理信息子系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，進行分析，并經(jīng)過安全閉鎖條件檢查），設備缺陷管理，運行臺帳等。5、智能電話報警服務系統(tǒng) 根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的報警信號，按照告警信號的優(yōu)先級別和被通知者的處理優(yōu)先級，提供實時智能報警通知，把生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生的事件經(jīng)過智能化的處理，通過內(nèi)部通信系統(tǒng)、電話、尋呼、移動通信等多種通信手段，以最快的速度把報警信息傳遞給相關的人員，以便他們及時作出對事件的響應。它不僅是

30、一個智能的可通過各種通訊工具報警的系統(tǒng)，而且還是一個功能強大的交互式語音信息服務中心，無論何時何地通過電話撥入系統(tǒng)可以了解到他所關心的生產(chǎn)設備的運行數(shù)據(jù)。系統(tǒng)還提供豐富靈活的組態(tài)界面，讓維護人員或操作人員通過組態(tài)界面方便地進行各種用戶要求的定義，實現(xiàn)各種復雜的功能。 上面提及的系統(tǒng)都是同現(xiàn)有計算機監(jiān)控系統(tǒng)密切相關的系統(tǒng)，根據(jù)具體情況，可配置成相對獨立的系統(tǒng)，通過高速網(wǎng)絡與計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。也可配置成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)。它提供了水電廠從最基礎的數(shù)據(jù)采集和設備控制直到面向電力市場的經(jīng)濟運行決策的一整套完善服務功能，支持發(fā)電廠生產(chǎn)的現(xiàn)代管理更上一個新臺階。1.3.2 繼電保護技術的發(fā)展

31、 1.3.2.1 繼電保護發(fā)展概況 隨著科技的進步和電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展對繼電保護的要求也不斷提出新課題,加之電子技術、計算機技術與通訊技術的飛速發(fā)展又為繼電保護技術的發(fā)展不斷注入新的活力,因此,新時期的繼電保護技術也要與時俱進,也在逐步的走向成熟和完善。 在建國初,我國的繼電保護技術隊伍還沒有,可以說是百廢待興。到50年代,我國工程技術人員開始創(chuàng)造性的吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術【3】,建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經(jīng)驗的繼電保護技術隊伍,對推動全國繼電保護技術的發(fā)展起了指導作用。到了六十年代便成了機電式繼電保護的繁榮時代,為我國繼電保護技術的發(fā)展奠定了

32、堅實的基礎。 從六十年代中期到八十年代中期,是晶體管繼電保護蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時代,其中最具代表的是南京電力自動化設備廠及南京電力自動化研究所研制的500KV晶體管方向高頻保護和晶體管高頻閉所距離保護, 運行于葛洲壩500 kV線路上，填補了國內(nèi)的空白,結束了我國500KV線路繼電保護完全依靠國外進口的時代。 九十年代初,是集成電路的繼電保護時代。在這時期,集成電路繼電保護逐漸取代晶體管繼電保護,它的研制、生產(chǎn)、調試、應用逐漸處于主導地位,具有代表性的是南京電力自動化研究所研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護,在這時期起了積極的推進作用,同時也宣告我國繼電保護技術已跨入了微機保護的

33、時代。1.3.2.2 繼電保護的未來發(fā)展 【4】【5】繼電保護技術的未來發(fā)展趨勢應是向微機化、網(wǎng)絡化、智能化,保護、控制、測量、計量、數(shù)據(jù)通訊一體和人機智能化方向發(fā)展。 （1）微機化。隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展,微機保護硬件也在不斷的發(fā)展。目前,隨著電力系統(tǒng)對微機保護要求不斷的提高,除了保護的基本功能外,還應具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間,快速的數(shù)據(jù)處理功能,強大的通訊能力,與其他保護、控制裝置和調度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡資源的能力,高級語言編程能力等。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC機的功能,在計算機保護發(fā)展初期,曾設想過用一臺小型計算機做成繼電保護裝置,由于當時小型機

34、體積大、成本高、可靠性差,而沒能實現(xiàn)。用微機保護裝置替代繼電保護是電氣自動化發(fā)展的必然方向。(2) 網(wǎng)絡化。計算機網(wǎng)絡作為信息和數(shù)據(jù)通訊工具已成為信息時代的核心技術,它深刻影響著各個工業(yè)領域,同時,也為各個工業(yè)領域提供了強有力的通訊手段。到目前為止除了差動和縱聯(lián)保護外,所有繼電保護裝置都只能反應保護安裝處的電氣量。繼電保護的作用也只限于快速、準確的切除故障元件,盡量縮小事故范圍,其主要原因是缺乏強有力的數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)上傳的聯(lián)網(wǎng)手段。實現(xiàn)這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設備的保護裝置實現(xiàn)網(wǎng)絡化,將每一點的保護裝置都串聯(lián)起來,統(tǒng)一由主站協(xié)調管理,既實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡化。 (3)

35、 保護、控制、測量、計量、通訊一體化。在實現(xiàn)繼電保護的微機化、網(wǎng)絡化的條件下,保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機,是整個電力系統(tǒng)網(wǎng)絡上的一個智能終端。它可從網(wǎng)絡上獲取電力系統(tǒng)正常運行和發(fā)生故障條件下的任何信息和數(shù)據(jù)(如電流、電壓、功率因數(shù)、有功、無功等),同時將保護裝置的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給控制總站,因此,每個微機保護裝置不但可以完成繼電保護功能,同時還可以完成測量、計量、控制、數(shù)據(jù)傳送,實現(xiàn)集中控制和管理。 目前,這種微機綜合保護裝置因其體積小、靈活性強、保護綜合性強等優(yōu)點,深受廣大用戶的歡迎,應用的領域越來越廣,不只局限在變壓器、電動機、發(fā)變組的控制、保護、線路上,也應用在高、低

36、壓開關柜及箱式變電站里,通過網(wǎng)絡傳輸,實現(xiàn)時時檢測、監(jiān)視和控制。 (4)人機智能化近年來，人工智能技術如神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領域都得到了應用，在繼電保護領域應用的研究也已開始。神經(jīng)網(wǎng)絡是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復雜的非線性問題，應用神經(jīng)網(wǎng)絡方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動或拒動；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時都可正確判別。其它如遺傳算法、進化規(guī)劃等也都有其獨特的

37、求解復雜問題的能力。將這些人工智能方法適當結合可使求解速度更快。天津大學從1996年起進行神經(jīng)網(wǎng)絡式繼電保護的研究，已取得初步成果【6】。可以預見，人工智能技術在繼電保護領域必會得到應用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。1.4 本課題主要研究內(nèi)容 1.4.1 設計內(nèi)容1、擬定河灣水電站一次主接線方案，進行技術，經(jīng)濟等方面比較擇優(yōu)。 2、根據(jù)最終確定的河灣水電站主接線方案，進行短路電流計算，并對一次設備選型。 3、發(fā)電機繼電保護設計、繼電保護定值計算并整理成表格。 4、選擇繼電保護元件。 5、完成下列圖。 （1）主接線及布置圖。 （2）繼電保護原理圖、展開圖及接線圖。 1.4.2 設計要求 ：

38、1、設計方案要進行論證、比較，綜合擇優(yōu)。 2、設計計算原理、公式、圖表、引用資料來源要詳細完整。 3、文字要簡練明確。 4、選型、計算結果要表格化。 5、圖紙制作規(guī)范，計算機繪圖，圖形、標號要符合標準。 6、裝訂、打印、頁碼等要規(guī)范、完整，文字大約60頁左右。 1.5 完成論文的條件和擬定采用的研究手段（途徑）通過對河川水電廠原始資料的系統(tǒng)、全面分析，結合所學發(fā)電廠電氣部分、繼電保護等相關專業(yè)理論知識，綜合考慮經(jīng)濟、技術等方面的因素，擬定電氣主接線方案。再通過查閱水電站電氣設計手冊對電氣主接線進行短路電流計算和設備選擇。利用網(wǎng)絡等資源了解發(fā)電機保護的最新方法，設計出合理、有效的發(fā)電機繼電保護方

39、案。在設計過程中，充分考慮各種情況，并以已有的類似水電廠電氣一、二次接線方案為參考，經(jīng)教師指導，最終力求使該廠的電氣一次、發(fā)電機保護設計達到國家標準。在滿足可靠性、經(jīng)濟性、靈活性的前提下，確保該廠能穩(wěn)定、經(jīng)濟的運行。第二章 河灣水電站電氣主接線設計2.1原始資料分析2.1.1河灣水電站原始材料1、水電站饋線：兩回110KV經(jīng)15公里架空線與系統(tǒng)連接，系統(tǒng)容量400MVA； 兩回330KV經(jīng)20公里架空線與系統(tǒng)連接，系統(tǒng)容量600MVA。2、主變：（自選）3、發(fā)電機：一臺容量100 MVA，電壓10.5KV, cosN =0.875(超前),=0.18, =107.1r/m.,YY接法。兩臺容量

40、50 MVA，電壓10.5KV，cosN =0.85(超前)，=0.24，=107.1r/m.，YY接法。4、電廠負荷：、機組自用負荷：5×315KVA，1×500KVA。、公用負荷：2×1000KVA。、壩頂負荷: 2×800KVA。其它：氣象條件一般，年平均溫度25，海拔800米，年利用小時4000h/a.2.1.1.1 分析設計電站為一中型水電站；其裝機總容量為100+2×50=200MW，占電力系統(tǒng)總容量的=16.6%,超過了電力系統(tǒng)的檢修備用容量的8%-15%和事故備用容量10%的限額，說明該水電站在電力系統(tǒng)中的作用和地位很重要；年最

41、大負荷利用小時數(shù)Tmax=4000h,因3000h4000h5000h，是承擔腰荷的水電廠，其主接線應以保證供可靠性為主進行選擇。2.1.1.2 電站共三個電壓等級10.5KV，三個發(fā)電機的出口電壓等級；110KV，此電壓等級出線回路為2條；330KV，此電壓等級出現(xiàn)回路為2條。2.1.1.3 負荷情況廠用總負荷為：2.075+2+1.6=5.675MW（機組負荷：5×315KW+1×500 KW=2.075MW；公用負荷：2MW；壩頂負荷：1.6MW）110KV接于400MW容量的系統(tǒng)；220KV接于600MW容量的系統(tǒng)。2.1.1.4環(huán)境條件分析氣象條件一般，年平均溫度

42、25，海拔800米2.2 電氣主接線技術基礎2.2.1 電氣主接線的類型【7】2.1.1.1具有母線的電氣主接線a)      單母線接線b)      單母分段接線c)      單母分段帶旁母d)      雙母接線和雙母分段接線e)      雙母帶旁路母線接線f)      3/2接線2.2

43、.1.2無母線的電氣主接線a)      橋形接線：當具有兩臺變壓器和兩條線路時，在變壓器線路接線的基礎上，在其中間架一連接橋，則稱為橋形接線，有內(nèi)橋和外橋兩種b)      單元接線：發(fā)電機與變壓器直接連接成一個單元，組成發(fā)電機組2.2.2電氣主接線的設計的基本要求對電氣主接線的基本要求，概括地說應包括可靠性、靈活性、經(jīng)濟性三個方面。2.2.2.1可靠性安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務，保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求。安全包括設備安全及人身安全。要滿足這一點，必須按照國家標準和規(guī)范的規(guī)定，正

44、確選擇電氣設備及正常情況下的監(jiān)視系統(tǒng)和故障情況下的保護系統(tǒng)，考慮各種人身安全的技術措施?？煽烤褪侵鹘泳€應滿足對不同負荷的不中斷供電，且保護裝置在正常運行時不誤動、發(fā)生事故時不拒動，能盡可能的縮小停電范圍。為了滿足可靠性要求，主接線應力求簡單清晰。電器是電力系統(tǒng)中最薄弱的元件，所以不應當不適當?shù)卦黾与娖鞯臄?shù)目，以免發(fā)生事故。2.2.2.2靈活性所謂的靈活性總體包括以下幾方面：（1）    操作的方便性、（2）調度的方便性、（3）擴建的方便性在保證可靠性的前提下，電氣主接線應滿足接線簡單，操作方便，保證運行、調度、維護和檢修的安全及方便，并且對將來要擴建的發(fā)電廠和變電

45、站，其主接線必須具有擴建的方便性。2.2.2.3 經(jīng)濟性經(jīng)濟是指在滿足上述基本要求的基礎上，盡量保證設計投資最少。2.2.3電氣主接線的設計的基本原則電氣主接線的設計的基本原則是以設計任務書為基本依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設的方針，政策，技術規(guī)定，標準為準繩，結合工程實際情況，在保證供電可靠、調度靈活、滿足各項技術要求的前提下，兼顧運行、維護方便，盡可能地節(jié)省投資，就近取材，力爭設備元件和設計的先進性和可靠性，堅持可靠，先進，適用，經(jīng)濟，美觀的原則?！?】2.3主接線方案的擬定根據(jù)設計任務書的要求，在原始資料分析的基礎上，根據(jù)對電源和出線回路數(shù)，電壓等級，變壓器臺數(shù)，容量及母線結構等不同的考慮。依據(jù)對

46、主接線的基本要求，從技術論證并淘汰一些明顯不合理的方案?，F(xiàn)將各電壓等級可能采用的較佳方案列出，進而進行可靠性定量分析計算比較，最終確定出在技術上合理，經(jīng)濟上可行的最終方案?，F(xiàn)將各電壓等級可能采用的較佳方案列出，進而，以優(yōu)化組合方式，組成最佳可比方案。1、10.5KV電壓等級發(fā)電機單機容量為50MW及100MW，遠大于有關設計規(guī)程對選用單母線分段接線不得超過24MW的規(guī)定，并鑒于10.5KV出現(xiàn)回路不多，應確定為發(fā)電機-雙繞組變壓器單元接線。發(fā)電機出口不裝斷路器，為調試發(fā)電機方便可裝隔離開關?；虿捎脭U大單元接線，可減少變壓器臺數(shù)和高壓側斷路器數(shù)目，并節(jié)省配電裝置占地面積。通常，將50MW機組接入

47、110KV系統(tǒng)，可采用擴大單元接線。2、110KV電壓級僅有兩回出線與系統(tǒng)相連，但由于此水電站在電力系統(tǒng)中的作用和地位很重要，為滿足可靠性和靈活性的要求，故可采用單母分段接線形式、單母帶旁路母接線形式或雙母線接線形式，使其可靠供電。3、330KV電壓級330KV電壓等級有兩回出線和系統(tǒng)相連，為滿足供電可靠、調度靈活等要求，以及故障情況下出現(xiàn)斷路器的檢修時不致使該回路停電，可以采用的主接線形式有雙母線接線形式、雙母線帶旁路母線接線形式或3/2接線形式。依據(jù)各電壓等級最優(yōu)方式組合，可列出以下幾種方案，分別進行分析比較如下：方案: 發(fā)電機F1采用單元接線形式，與330KV電壓等級相連；發(fā)電機F2、F

48、3采用擴大單元接線形式，與110KV電壓等級相連；110KV電壓等級采用單母線帶旁母接線形式；330KV電壓等級采用雙母線接線形式。主接線如圖21所示：圖21主接線方案一發(fā)電機采用擴大單元接線具有接線簡單，開關設備少，操作簡便；故障可能性小，可靠性高；由于沒有發(fā)電機電壓母線，無多臺機并列，發(fā)電機出口短路電流有所減??；配電裝置結構簡單，占地少，投資少等優(yōu)點，但單元任意元件故障或檢修都會影響整個單元的工作。110KV電壓等級采用單母線帶旁母線的接線形式，設置旁路母線斷路器，可使檢修與它相連的任意回路的斷路器時，該回路便可以不停電，提高了供電的可靠性，相應設置專用的斷路器，增加了投資。330KV采用

49、雙母線接線，供電可靠；運行方式靈活；擴建方便；可完成一些特殊功能，可利用母聯(lián)斷路器與系統(tǒng)并列或解列等，但所用設備多，配電裝置復雜；檢修任一回路斷路器，該回路仍停電。110kv母線和330kv母線之間用聯(lián)絡變壓器連接，有利于系統(tǒng)之間交換功率。方案:發(fā)電機F3采用單元接線形式，與330KV電壓等級相連，發(fā)電機F1、F2采用擴大單元接線形式，與110KV電壓等級相連；110KV、330KV兩個電壓等級均采用雙母線接線形式。其主接線圖如圖22所示：圖22主接線方案二與方案類似，不同的是110KV采用雙母接線，110KV、330KV之間沒有通過聯(lián)絡變壓器連接。方案:發(fā)電機采用單元接線形式，110KV電壓

50、等級采用單母分段接線形式，330KV采用雙母線接線形式。主接線如圖23所示：圖23主接線方案三110KV采用單母線分段接線，由于單母線用分段斷路器進行分段，可以提高供電可靠性和靈活性，當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段隔離，保證正常母線不間斷供電。 330KV與發(fā)電機接線與上述兩種情況相同，故不一一說明。此外，上述三種方案330KV電壓等級可采用3/2接線，雖然可靠性、靈活性較雙母接線高，但是3/2接線所用斷路器多、接線復雜，且雙母接線完全可以滿足系統(tǒng)對可靠性、靈活性的要求，因此，3/2接線不予考慮。由于330KV側均采用雙母線接線形式，故重點比較發(fā)電機及110KV側的接線形式。2.4

51、 主接線方案的比較經(jīng)過對原始資料的初步分析，并查閱相關的設計手冊，有如上三種可能的方案，現(xiàn)對其進行分析：方案：330KV采用雙母線接線形式，110KV采用單母帶旁路母線接線、10.5KV采用擴大單元接線。110KV采用單母帶旁路母線接線(1) 優(yōu)點1) 供電可靠性較單母線提高。2) 運行方式靈活3) 擴建方便，可向母線的任一端擴建4) 可完成一些特殊功能5) 用旁路斷路器代替檢修中的回路斷路器工作，使該回路不致停電。(2) 缺點1) 單母線帶旁路母線接線增加了電氣設備的投資和占地面積。2） 可靠性較差。330KV采用雙母線接線(1) 優(yōu)點1） 供電可靠性：通過兩組母線隔離開關的倒換操作，可以輪

52、流檢修一組母線而不至使供電中斷；一組母線故障后，能迅速恢復供電；檢修任一回路的母線隔離開關時，只需斷開此隔離開關所屬的一條電路和與此隔離開關相連的該組母線，其他電路均可通過另一組母線繼續(xù)運行，但其操作步驟必須正確。2） 調度靈活性：各個電源和各回負荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活的適應電力系統(tǒng)中各種運行方式調度和潮流變化的需要；通過倒換操作可以組成各種運行方式。3） 擴建方便：向雙母線左右任意方向擴建，均不會影響兩組母線的電源和負荷自由組合分配，在施工中也不會造成原有回路停電。4） 便于試驗：當個別回路需要單獨進行試驗時，可將該回路分開，單獨接至一組母線上。(2) 缺點：1） 增加電氣設備

53、的投資。2） 當母線故障或檢修時，隔離開關作為倒閘操作器，容易誤操作。為了避免誤操作，需在隔離開關和斷路器之間裝設閉鎖裝置。3） 當饋出線斷路器或線路側隔離開關故障時停止對用戶供電。10.5KV采用擴大單元接線(1) 優(yōu)點發(fā)電機采用擴大單元接線可減少變壓器臺數(shù)和高壓斷路器數(shù)目，并節(jié)省配電裝置占地面積。(2)、缺點相對于單元接線來說，擴大單元接線可靠性和靈活性較差。方案：主接線部分采用330KV、110KV采用雙母線接線形式、10.5KV采用擴大單元接線形式。330KV、110KV采用雙母線接線：優(yōu)、缺點如方案中所述。10KV采用擴大單元接線：優(yōu)、缺點如方案中所述。方案： 330KV采用雙母線接

54、線形式，110KV采用單母線分段接線形式，10.5KV采用單元接線形式。330KV采用雙母線接線：優(yōu)、缺點如方案中所述。110KV采用單母線分段接線(1)、優(yōu)點1) 兩母線可并列運行，也可分裂運行；2) 重要用戶可用雙回路接于不同母線段，保證不間斷供電；3) 任一段母線或母線隔離開關檢修，只停該段，其他段可繼續(xù)供電，從而減小了停電范圍； (2) 缺點可靠性以及靈活性差；1) 分段的單母接線增加了分段設備的投資和占地面積；2) 某段母線故障或檢修時有停電問題；3) 擴建時，需向兩端均衡改造。10.5KV采用單元接線發(fā)電機雙繞組變壓器單元接線，是大型機組廣為采用的接線形式。(1) 優(yōu)點 單元接線簡單，開關設備少，操作簡便，以及因不設發(fā)電機電壓級母線，而在發(fā)電機和變壓器之間采用封閉母線，使得在發(fā)電機和變壓器低壓側短路的幾率和短路電流相對于具有發(fā)電機電壓級母線時，有所減小。(2) 缺點1) 發(fā)電機定子繞組本身故障時，若變壓器高壓側出口斷路器失靈拒跳，則只能通過失靈保護出口啟動母差保護或發(fā)遠方跳閘信號使得線路對側斷路