水力发电厂电气一次及同期系统设计开题报告

毕业设计（论文） 开 题 报 告

题 目 紫坪铺水电站电气一次 及其同期系统设计 专 业 热能与动力工程 班 级 动092班 学 生 谢兵 指导教师 南海鹏

2013 年 一、 毕业设计(论文)课题来源、类型 毕业设计的题目来源：本人的设计课题是由学校提供的诸多课题中选择的，自己根据自己的兴趣和将来工作所需选择了《紫坪铺水电站电气一次及其同期系统设计》的题目，指导老师是南海鹏。 毕业设计的题目类型：工程设计

二、 研究该课题的目的和意义： 电气一次系统作为发电站的重要组成部分，直接参与电能的生产和传输，对发电厂的投资成本，保证电站正常运行和设备安全有着重要的影响。而同期系统是电站并网安全的保障，随着社会的日益繁荣和科学技术的不断进步，电能的需求逐渐增大，电网的容量也在不断扩大，电站的同期并网不仅对电站的运行有重要影响，同时也是为了保证电网的安全稳定运行，这就对同期系统提出了更高的要求。因此，对电站的同期系统和电气一次的研究有着重要的意义。 通过本次毕业设计，能够使我们对所学的知识有一个整体的认识，加深理解，把自己在学校里学到的理论知识运用于实践，为自己的实际工作做好准备。同时，也是我们巩固旧知识、掌握新知识，增强实际动手能力的一个重要途径。 三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势 随着我国电网的扩大、电压等级的升高和大容量发电机组的不断投入运行，如何保持电力系统安全运行变得尤为重要。同期系统是保证发电机安全并网的重要组成部分，直接影响发电站和电网的安全运行。精确的同期系统可以保证发电站电气设备的可靠和稳定运行，而且可以有效地提高发电机及电力系统的技术经济指标。 电气一次设计是电力工业设计的基础，主要涉及的是有关电力直接生产、变换、输送、分配和用电的设备的选型，装配的过程，是电力系统正常运行的前提。电气一次设计的主接线代表了发电厂高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，它直接影响了电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性关系。发电机、变压器、断路器和隔离开关等都是电气一次所需要考虑的设备，而这些设备的发展也对电气一次主接线有着很重要的促进作用。 微机自动准同期装置是目前实现水电站同步发电机快速并网的主要控制手段，是节约机组并网前空载能耗，机组故障时快速投入备用机组、保证系统安全稳定运行的重要保障。提高自同期的控制速度和准同期的控制精度，确保装置具有良好的均频均压功能。 数字式安全自动装置是以微处理机作为基本的实现手段和方法，通过快速数字处理实现模型分析，逻辑判断，控制出口，通讯以及更为复杂的控制功能，优点是功能完善，使用及维护方便，智能化程度高，体积小，适应一次系统灵活性大，所以应用前景十分广阔，已经成为当今电力自动化的主流产品。 电气一次系统设计在国内外的研究状况： (1)电气主接线设计： 水电站电气主接线设计是水电站电气设计的首要部分, 也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定与电力系统整体及水电站本身的运行可靠性、灵活性和经济性密切相关, 并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式以及今后的运行管理等有较大影响, 从这个意义上讲它同时也是一个复杂问题, 直接由原始资料来确定最佳方案相当困难。方案评价在整个设计过程中起着重要作用, 是方案调整与最佳方案确定的基础。长期以来, 主接线设计方案的评价主要依据设计者的经验和经济的简单比较给出定性的评价, 人的主观因素影响较大。由于设计方案的评价因素很多, 很难保证评价的准确性和客观性, 因此需要建立一个完整的评价模型来刻划设计方案的评价过程。 主接线设计方案评价因素涉及面很宽, 且因素之间存在一定的层次关系, 一般按主接线的基本要求分为可靠性、灵活性、发展性、经济性等。人们对每个因素的评价标准是不同的, 且这些因素对设计方案优劣的影响程度也不同, 很难用单一模式来评价。整个方案评价应是各个评价因素的综合。这些因素的评价与综合通常应用以经典集合论为基础的数学方法进行描述, 但是存在着方法本身固有的局限性。应用以模糊集合论为基础的模糊数学方法建立设计方案的多级模糊综合评判模型。 多级模糊评判模型由评价因素集、因素权重集、评价集、隶属函数及单因素评价矩阵、模糊操作算子等几部分组成。 （2）电气设备的选择： 电气设备的具体选择是根据主接线方案及短路电流计算结果、当地环境条件以及制造厂产品目录等方面资料，按一定方法进行。这个方法就是简单具体地规定若干“选择条件”。各类电气设备共有的选择条件叫做一般选择条件；不同类别的设备由于作用和要求不同，各有一些不向的选择条件叫特殊选择条件[1]。下面对一般选择条件进行分析，即：电气设备型式的一般选择条件、按正常工作条件选择设备的额定电压和额定电流、按短路条件校验设备的热稳定和动稳定。 电气设备型式的一般选择条件：1.按使用环境选型；2.按特殊地区环境选型；3.按布置或装配方式选型；4. 按参数范围选型；5. 新技术、新产品的推广使用和经济；6. 适当避免型式选用的多样化。 同期系统设计研究状况： 同期系统有，准同期、自同期、自动准同期，其中自动准同期优点明显，易于操作，对电网和电站发电机影响较小，得到普遍应用，自动准同期并列的条件是:（1）发电机电压与电网侧电压应接近或相等，误差不应超过（5 ―10）％；（2）发电机频率与系统频率应接近或相等，误差不应超过（0.2—0.5）％；（3）发电机电压与系统电压相角差接近0°，即δ=ψf-ψx≈0时，并列断路器触头接通。 电力系统运行中.任一母线电压都可用包含电压幅值Um 、角频率Ω和初相位Φ的三个状态量表示为“u =UmSm（ωt+ψ）。 一台同步发电机组在未投入系统运行之前, 它的电压“Uf ; 与并列点电压(系统电压)Ux, 二者的状态量往往不等，其状态量进行适当的操作, 使之与并列点的电压状态量相等或接近，再投入系统运行， 这一系列操作称为并列操作。同步发电机的并列操作是一项基本操作。随着负荷的变化电力系统中运行的发电机台数是不断变化的, 因此并列操作几乎每夭都需进行。 另外, 当系统发生某些事故时, 往往要求将备用发电机组迅速投入电网运行。可见, 在电力系统运行中并列操作是很频繁的。 在最早的时候，发电机并网合闸依靠操作人员手动来进行，为了寻找合闸提前时间，常采用同期指示装置，最简单的同期指示装置，电网电压和发电机电压通过电压互感器（PT）降压，二次侧接上灯泡装置，通过合适的接线，可以采用灯光熄灭法或者灯光旋转法来捕捉合闸的时机。但是由于灯泡一般在约1／6的额定电压时就不亮了。所以更为准确的方法是采用示零电压表来寻找并网时机。手动操作要求操作人员要比较熟练，并且并网准确度不高，风险较大。目前，大多数电厂都是依靠同期装置来进行自动并网的，手动方式只是作为紧急时候的备用同期手段。 第一代自动准同期装置是模拟式自动准同期装置，以许继的ZZQ3和ZZQ5为代表，它们分立晶体管元件搭建硬件电路，对同期条件进行检测和处理。ZZQ3和ZZQ5自动准同期装置的出现，极大地提高了并网的速度和可靠性，但由于模拟式同期装置用模拟电子元件构成，阻容电路作为微分电路是有条件的，必然将带来诸如导前时间不稳定，构成装置元器件参数漂移不稳定的问题。模拟式的同期装置合闸准确度较低，它无法指示装置的运行状态，不能进行故障自检等，现在已经基本被淘汰了。 第二代自动准同期装置是微机式自动准同期装置，位处理器的产生对自动准同期装置技术指标的提升产生了质的飞跃，我国是世界上微机准同期装置最早研制的国家之一，深圳市智能设备开发有限公司研制的SID-2系列多功能微机准同期装置比较具有代表性。它是我国最早从事微机准同期控制器研究，开发，生产得企业之一。相继推出了QSA型，SID-1，SID-2，SID-2V系列发电机用微机准同期控制器及SID-2T系列线路用微机准同期控制器，操作方便，接线简单等特点。在一定程度上提高了并网速度和可靠性，同时也大大提高了合闸准确度。1982年在安徽陈村水电站成功投入第一台微机同期装置，80年代中期又陆续推出了一些类似装置。 随着计算机技术的发展，以及大规模可编程逻辑控制器的出现（PCC），都为同期装置的性能提升提供了硬件条件。 微机自动准同期并列装置, 充分利用微机的高速检测、运算、判断和控制的能力, 直接检测待并发电机电压Uf与并列点电压Ux的状态量, 并通过计算、判断, 得出是否符合准同期并列条件的结论.完成并列操作的全过程。它较以往采用的自动准同期并列装置具有工作差宽、并列操作过程短、工作可靠性高、硬件结构简单、操作维护方便等优点。

参考文献： 【1】包晓晖，水电站电气主接线方案的多级模糊综合评判，水电站设计

第26卷第1期，2010年3月； 【2】徐绍春，水电站电气设备的选择条件研究，云南省迪庆州香格里拉县水利水电勘测设计所，迪庆 674400； 【3】李先彬，论自动准同期原理，电力系统及其自动化学报第2 卷第1 期，

19 9 0 年5 月； 【4】刘湘涛，周继明，微机自动准同期并列装置，船电技术19 9 8 年第l 期； 【5】王群，王博，紫坪铺水电厂自动电压控制系统，西北水电·2011 年·第5 期； 【6】郭权利, 郑俊哲, 许鉴，新型自动准同期装置设计，沈阳工程学院学报( 自然科学版) 第2 卷第2 期，2 0 0 6 年4 月； 【7】胡美华，水电站电气一次系统设计，实践与探索，2012年2月； 【8】李凯，水电站电气主接线可靠性计算中值得注意的几个问题，水电站设计 第20 卷第4期，2004年12月； 【9】展磊，阎观清，严永勤，水电站厂用电设计问题探讨，红水河第17卷第3期，1998年6月； 【10】吕文杰，三相短路电流计算方法的探讨，四川电力技术，2005年第5 期，2005年8月； 【11】蔡允明，李小榕，中小型水电站电气主接线设计的若干问题，水电站设计 第11卷第4 期,1995年12月； 【12】蒋建文, 江红军, 牟奎，紫坪铺水电站AGC 的设计与实现，水力发电第33卷第2期，2007年2月； 【13】黄 俊 , 叶纪刚，紫坪铺水电站综合自动化系统，四川水力发电，