畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告題 目 紫坪鋪水電站電氣一次 及其同期系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 熱能與動力工程 班 級 動092班 學(xué) 生 謝兵 指導(dǎo)教師 南海鵬 2013 年一、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題來源、類型畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目來源：本人的設(shè)計(jì)課題是由學(xué)校提供的諸多課題中選擇的，自己根據(jù)自己的興趣和將來工作所需選擇了紫坪鋪水電站電氣一次及其同期系統(tǒng)設(shè)計(jì)的題目，指導(dǎo)老師是南海鵬。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目類型：工程設(shè)計(jì)二、 研究該課題的目的和意義：電氣一次系統(tǒng)作為發(fā)電站的重要組成部分，直接參與電能的生產(chǎn)和傳輸，對發(fā)電廠的投資成本，保證電站正常運(yùn)行和設(shè)備安全有著重要的影響。而同期系統(tǒng)是電站并網(wǎng)安全的保障，隨著社會的日益繁榮和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電能的需求逐漸增大，電網(wǎng)的容量也在不斷擴(kuò)大，電站的同期并網(wǎng)不僅對電站的運(yùn)行有重要影響，同時(shí)也是為了保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，這就對同期系統(tǒng)提出了更高的要求。因此，對電站的同期系統(tǒng)和電氣一次的研究有著重要的意義。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，能夠使我們對所學(xué)的知識有一個(gè)整體的認(rèn)識，加深理解，把自己在學(xué)校里學(xué)到的理論知識運(yùn)用于實(shí)踐，為自己的實(shí)際工作做好準(zhǔn)備。同時(shí)，也是我們鞏固舊知識、掌握新知識，增強(qiáng)實(shí)際動手能力的一個(gè)重要途徑。三、本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢隨著我國電網(wǎng)的擴(kuò)大、電壓等級的升高和大容量發(fā)電機(jī)組的不斷投入運(yùn)行，如何保持電力系統(tǒng)安全運(yùn)行變得尤為重要。同期系統(tǒng)是保證發(fā)電機(jī)安全并網(wǎng)的重要組成部分，直接影響發(fā)電站和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。精確的同期系統(tǒng)可以保證發(fā)電站電氣設(shè)備的可靠和穩(wěn)定運(yùn)行，而且可以有效地提高發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。電氣一次設(shè)計(jì)是電力工業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，主要涉及的是有關(guān)電力直接生產(chǎn)、變換、輸送、分配和用電的設(shè)備的選型，裝配的過程，是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提。電氣一次設(shè)計(jì)的主接線代表了發(fā)電廠高電壓、大電流的電氣部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它直接影響了電力生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性、靈活性，同時(shí)對電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)、自動裝置和控制方式等諸多方面都有決定性關(guān)系。發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器和隔離開關(guān)等都是電氣一次所需要考慮的設(shè)備，而這些設(shè)備的發(fā)展也對電氣一次主接線有著很重要的促進(jìn)作用。微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置是目前實(shí)現(xiàn)水電站同步發(fā)電機(jī)快速并網(wǎng)的主要控制手段，是節(jié)約機(jī)組并網(wǎng)前空載能耗，機(jī)組故障時(shí)快速投入備用機(jī)組、保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。提高自同期的控制速度和準(zhǔn)同期的控制精度，確保裝置具有良好的均頻均壓功能。數(shù)字式安全自動裝置是以微處理機(jī)作為基本的實(shí)現(xiàn)手段和方法，通過快速數(shù)字處理實(shí)現(xiàn)模型分析，邏輯判斷，控制出口，通訊以及更為復(fù)雜的控制功能，優(yōu)點(diǎn)是功能完善，使用及維護(hù)方便，智能化程度高，體積小，適應(yīng)一次系統(tǒng)靈活性大，所以應(yīng)用前景十分廣闊，已經(jīng)成為當(dāng)今電力自動化的主流產(chǎn)品。電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)在國內(nèi)外的研究狀況：(1)電氣主接線設(shè)計(jì)：水電站電氣主接線設(shè)計(jì)是水電站電氣設(shè)計(jì)的首要部分, 也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定與電力系統(tǒng)整體及水電站本身的運(yùn)行可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān), 并且對電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)、自動裝置和控制方式以及今后的運(yùn)行管理等有較大影響, 從這個(gè)意義上講它同時(shí)也是一個(gè)復(fù)雜問題, 直接由原始資料來確定最佳方案相當(dāng)困難。方案評價(jià)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中起著重要作用, 是方案調(diào)整與最佳方案確定的基礎(chǔ)。長期以來, 主接線設(shè)計(jì)方案的評價(jià)主要依據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)的簡單比較給出定性的評價(jià), 人的主觀因素影響較大。由于設(shè)計(jì)方案的評價(jià)因素很多, 很難保證評價(jià)的準(zhǔn)確性和客觀性, 因此需要建立一個(gè)完整的評價(jià)模型來刻劃設(shè)計(jì)方案的評價(jià)過程。主接線設(shè)計(jì)方案評價(jià)因素涉及面很寬, 且因素之間存在一定的層次關(guān)系, 一般按主接線的基本要求分為可靠性、靈活性、發(fā)展性、經(jīng)濟(jì)性等。人們對每個(gè)因素的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是不同的, 且這些因素對設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣的影響程度也不同, 很難用單一模式來評價(jià)。整個(gè)方案評價(jià)應(yīng)是各個(gè)評價(jià)因素的綜合。這些因素的評價(jià)與綜合通常應(yīng)用以經(jīng)典集合論為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行描述, 但是存在著方法本身固有的局限性。應(yīng)用以模糊集合論為基礎(chǔ)的模糊數(shù)學(xué)方法建立設(shè)計(jì)方案的多級模糊綜合評判模型。多級模糊評判模型由評價(jià)因素集、因素權(quán)重集、評價(jià)集、隸屬函數(shù)及單因素評價(jià)矩陣、模糊操作算子等幾部分組成。（2）電氣設(shè)備的選擇：電氣設(shè)備的具體選擇是根據(jù)主接線方案及短路電流計(jì)算結(jié)果、當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件以及制造廠產(chǎn)品目錄等方面資料，按一定方法進(jìn)行。這個(gè)方法就是簡單具體地規(guī)定若干“選擇條件”。各類電氣設(shè)備共有的選擇條件叫做一般選擇條件；不同類別的設(shè)備由于作用和要求不同，各有一些不向的選擇條件叫特殊選擇條件1。下面對一般選擇條件進(jìn)行分析，即：電氣設(shè)備型式的一般選擇條件、按正常工作條件選擇設(shè)備的額定電壓和額定電流、按短路條件校驗(yàn)設(shè)備的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。電氣設(shè)備型式的一般選擇條件：1.按使用環(huán)境選型；2.按特殊地區(qū)環(huán)境選型；3.按布置或裝配方式選型；4. 按參數(shù)范圍選型；5. 新技術(shù)、新產(chǎn)品的推廣使用和經(jīng)濟(jì)；6. 適當(dāng)避免型式選用的多樣化。同期系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究狀況：同期系統(tǒng)有，準(zhǔn)同期、自同期、自動準(zhǔn)同期，其中自動準(zhǔn)同期優(yōu)點(diǎn)明顯，易于操作，對電網(wǎng)和電站發(fā)電機(jī)影響較小，得到普遍應(yīng)用，自動準(zhǔn)同期并列的條件是:（1）發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)側(cè)電壓應(yīng)接近或相等，誤差不應(yīng)超過（5 10）；（2）發(fā)電機(jī)頻率與系統(tǒng)頻率應(yīng)接近或相等，誤差不應(yīng)超過（0.20.5）；（3）發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓相角差接近0，即=f-x0時(shí)，并列斷路器觸頭接通。電力系統(tǒng)運(yùn)行中.任一母線電壓都可用包含電壓幅值Um 、角頻率和初相位的三個(gè)狀態(tài)量表示為“u =UmSm（t+）。 一臺同步發(fā)電機(jī)組在未投入系統(tǒng)運(yùn)行之前, 它的電壓“Uf ; 與并列點(diǎn)電壓(系統(tǒng)電壓)Ux, 二者的狀態(tài)量往往不等，其狀態(tài)量進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮? 使之與并列點(diǎn)的電壓狀態(tài)量相等或接近，再投入系統(tǒng)運(yùn)行， 這一系列操作稱為并列操作。同步發(fā)電機(jī)的并列操作是一項(xiàng)基本操作。隨著負(fù)荷的變化電力系統(tǒng)中運(yùn)行的發(fā)電機(jī)臺數(shù)是不斷變化的, 因此并列操作幾乎每夭都需進(jìn)行。 另外, 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某些事故時(shí), 往往要求將備用發(fā)電機(jī)組迅速投入電網(wǎng)運(yùn)行?？梢? 在電力系統(tǒng)運(yùn)行中并列操作是很頻繁的。在最早的時(shí)候，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)合閘依靠操作人員手動來進(jìn)行，為了尋找合閘提前時(shí)間，常采用同期指示裝置，最簡單的同期指示裝置，電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)電壓通過電壓互感器（PT）降壓，二次側(cè)接上燈泡裝置，通過合適的接線，可以采用燈光熄滅法或者燈光旋轉(zhuǎn)法來捕捉合閘的時(shí)機(jī)。但是由于燈泡一般在約16的額定電壓時(shí)就不亮了。所以更為準(zhǔn)確的方法是采用示零電壓表來尋找并網(wǎng)時(shí)機(jī)。手動操作要求操作人員要比較熟練，并且并網(wǎng)準(zhǔn)確度不高，風(fēng)險(xiǎn)較大。目前，大多數(shù)電廠都是依靠同期裝置來進(jìn)行自動并網(wǎng)的，手動方式只是作為緊急時(shí)候的備用同期手段。第一代自動準(zhǔn)同期裝置是模擬式自動準(zhǔn)同期裝置，以許繼的ZZQ3和ZZQ5為代表，它們分立晶體管元件搭建硬件電路，對同期條件進(jìn)行檢測和處理。ZZQ3和ZZQ5自動準(zhǔn)同期裝置的出現(xiàn)，極大地提高了并網(wǎng)的速度和可靠性，但由于模擬式同期裝置用模擬電子元件構(gòu)成，阻容電路作為微分電路是有條件的，必然將帶來諸如導(dǎo)前時(shí)間不穩(wěn)定，構(gòu)成裝置元器件參數(shù)漂移不穩(wěn)定的問題。模擬式的同期裝置合閘準(zhǔn)確度較低，它無法指示裝置的運(yùn)行狀態(tài)，不能進(jìn)行故障自檢等，現(xiàn)在已經(jīng)基本被淘汰了。第二代自動準(zhǔn)同期裝置是微機(jī)式自動準(zhǔn)同期裝置，位處理器的產(chǎn)生對自動準(zhǔn)同期裝置技術(shù)指標(biāo)的提升產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，我國是世界上微機(jī)準(zhǔn)同期裝置最早研制的國家之一，深圳市智能設(shè)備開發(fā)有限公司研制的SID-2系列多功能微機(jī)準(zhǔn)同期裝置比較具有代表性。它是我國最早從事微機(jī)準(zhǔn)同期控制器研究，開發(fā)，生產(chǎn)得企業(yè)之一。相繼推出了QSA型，SID-1，SID-2，SID-2V系列發(fā)電機(jī)用微機(jī)準(zhǔn)同期控制器及SID-2T系列線路用微機(jī)準(zhǔn)同期控制器，操作方便，接線簡單等特點(diǎn)。在一定程度上提高了并網(wǎng)速度和可靠性，同時(shí)也大大提高了合閘準(zhǔn)確度。1982年在安徽陳村水電站成功投入第一臺微機(jī)同期裝置，80年代中期又陸續(xù)推出了一些類似裝置。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及大規(guī)?？删幊踢壿嬁刂破鞯某霈F(xiàn)（PCC），都為同期裝置的性能提升提供了硬件條件。微機(jī)自動準(zhǔn)同期并列裝置, 充分利用微機(jī)的高速檢測、運(yùn)算、判斷和控制的能力, 直接檢測待并發(fā)電機(jī)電壓Uf與并列點(diǎn)電壓Ux的狀態(tài)量, 并通過計(jì)算、判斷, 得出是否符合準(zhǔn)同期并列條件的結(jié)論.完成并列操作的全過程。它較以往采用的自動準(zhǔn)同期并列裝置具有工作差寬、并列操作過程短、工作可靠性高、硬件結(jié)構(gòu)簡單、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：【1】包曉暉，水電站電氣主接線方案的多級模糊綜合評判，水電站設(shè)計(jì)第26卷第1期，2010年3月；【2】徐紹春，水電站電氣設(shè)備的選擇條件研究，云南省迪慶州香格里拉縣水利水電勘測設(shè)計(jì)所，迪慶 674400；【3】李先彬，論自動準(zhǔn)同期原理，電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào)第2 卷第1 期，19 9 0 年5 月；【4】劉湘濤，周繼明，微機(jī)自動準(zhǔn)同期并列裝置，船電技術(shù)19 9 8 年第l 期；【5】王群，王博，紫坪鋪水電廠自動電壓控制系統(tǒng)，西北水電2011 年第5期；【6】郭權(quán)利, 鄭俊哲, 許鑒，新型自動準(zhǔn)同期裝置設(shè)計(jì)，沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版) 第2 卷第2 期，2 0 0 6 年4 月；【7】胡美華，水電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)踐與探索，2012年2月；【8】李凱，水電站電氣主接線可靠性計(jì)算中值得注意的幾個(gè)問題，水電站設(shè)計(jì)第20 卷第4期，2004年12月；【9】展磊，閻觀清，嚴(yán)永勤，水電站廠用電設(shè)計(jì)問題探討，紅水河第17卷第3期，1998年6月；【10】呂文杰，三相短路電流計(jì)算方法的探討，四川電力技術(shù)，2005年第5 期，2005年8月；【11】蔡允明，李小榕，中小型水電站電氣主接線設(shè)計(jì)的若干問題，水電站設(shè)計(jì)第11卷第4 期,1995年12月；【12】蔣建文, 江紅軍, 牟奎，紫坪鋪水電站AGC 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，水力發(fā)電第33卷第2期，2007年2月；【13】黃 俊 , 葉紀(jì)剛，紫坪鋪水電站綜合自動化系統(tǒng)，四川水力發(fā)電，第23卷第2期，2004年6月；【14】車仁飛, 李仁俊, 李玉忠，基于疊加原理的配電網(wǎng)短路電流計(jì)算，山東大學(xué)電氣工程學(xué)院, 2001 年12 月；【15】史德嘉 ,魯光德，朱建林，同步發(fā)電機(jī)的自動準(zhǔn)同期控制系統(tǒng)，湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，第25 卷第2 期，2003 年6 月；【16】M. Mahmoud, K. Dutton, M. DenmanSchool of Engineering, Sheffield Hallam University, Pond Street, Sheffield S11WB, UKReceived 5 January 2004; received in revised form 7 May 2004; accepted 10 May 2004Available online 21 September 2004，Design and simulation of a nonlinear fuzzy controllerfor a hydropower plant【17】M.-A. Boucher a, D. Tremblay b, L. Delorme c, L. Perreault c, F. Anctil d，Hydro-economic assessment of hydrological forecasting systems，Journal of Hydrology 416417 (2012) 133144【18】B. Ogayar*, P.G. Vidal, J.C. 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