電氣工程及其自動化開題報告
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設計(論文)題目： 電力系統(tǒng)規(guī)劃及發(fā)電廠電氣部分設計
1.結(jié)合畢業(yè)設計(論文)課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
一 電力系統(tǒng)規(guī)劃
1. 電力系統(tǒng)概述
電力系統(tǒng)由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費系統(tǒng)。它的功能是將自然界的一次能源通過發(fā)電動力裝置(主要包括鍋爐、汽輪機、發(fā)電機及電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等)轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)輸、變電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)將電能供應到各負荷中心，通過各種設備再轉(zhuǎn)換成動力、熱、光等不同形式的能量，為地區(qū)經(jīng)濟和人民生活服務。[1] 電源點與負荷中心多數(shù)處于不同地區(qū)，也無法大量儲存，故其生產(chǎn)、輸送、分配和消費都在同一時間內(nèi)完成，并在同一地域內(nèi)有機地組成一個整體，電能生產(chǎn)必須時刻保持與消費平衡。因此，電能的集中開發(fā)與分散使用，以及電能的連續(xù)供應與負荷的隨機變化，就制約了電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行。據(jù)此，電力系統(tǒng)要實現(xiàn)其功能，就需在各個環(huán)節(jié)和不同層次設置相應的信息與控制系統(tǒng)，以便對電能的生產(chǎn)和輸運過程進行測量、調(diào)節(jié)、控制、保護、通信和調(diào)度，確保用戶安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)的電能。[2]
2. 電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的重要性
電能是當今社會應用最廣泛的二次能源。國民經(jīng)濟的建設與發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活的保障與提高，都離不開電能。電能供應的中斷或減少將影響國民經(jīng)濟的各個部門。“科技要發(fā)展，電力要先行”，因此，做好電力工程建設的前期工作，落實發(fā)、送、變電本體工程的建設條件，協(xié)調(diào)其建設進度，優(yōu)化其設計方案，最大限度地節(jié)約國家基建投資，意義尤為重大。而電力系統(tǒng)規(guī)劃設計正是電力工程前期工作的重要組成部分，它是關于單項本體工程設計的總體規(guī)劃，是具體建設項目的方針和原則，是一項具有戰(zhàn)略意義的工作。[3]
3. 電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的任務
其任務是根據(jù)規(guī)劃地區(qū)的國民經(jīng)濟和長期社會發(fā)展目標、經(jīng)濟布局和能源資源開發(fā)與分布情況，宏觀分析電力市場需求，進行煤、水、電、運和環(huán)境等綜合分析，提出電力可持續(xù)發(fā)展的基本原則和方向，電源的總體規(guī)模。設計電網(wǎng)布局、結(jié)構(gòu)和建設項目。對建設資金、電價水平、設備、燃料及運輸?shù)冗M行測算和分析。[4]在該規(guī)劃設計中要選擇電力系統(tǒng)電源容量、地理接線圖、電氣主接線圖、選擇各種電氣設備等。
4. 基本設計內(nèi)容
(1).電力電量平衡
電力電量平衡是電力電量與需求之間的平衡。主要分析研究以下幾個問題：
①.確定電力系統(tǒng)需要的發(fā)電設備容量。
②.確定電力系統(tǒng)需要的備用容量。
�、�.確定電力系統(tǒng)需要的調(diào)峰容量，使之能滿足設計年不同季節(jié)的系統(tǒng)調(diào)峰需要。
其中備用容量的考慮：
�、儇摵杉皣窠�(jīng)濟備用：一般取最大負荷的2%~5%，低值適用于大系統(tǒng)，高值適用于小系統(tǒng)。
②事故備用：取最大負荷的10%與最大一臺單機容量的最大值。
③檢修備用：火電廠夏季檢修，一年一次，每臺機組檢修時間為一個月，水電廠冬季檢修，兩年一次。[5]
(2).電氣主接線的選擇
電氣主接線是由電氣一次設備按電力生產(chǎn)的順序和功能要求連接而成的接受和分配電能的線路，是發(fā)電廠、變電所電氣部分的主體，也是電網(wǎng)的重要組成部分。
電氣主接線設計的基本要求是可靠性、靈活性、經(jīng)濟性。
電氣主接線的基本接線形式一般包括單母線接線、單母線分段接線、單母分段帶旁路母線接線、雙母線接線、雙母分段接線、雙母線帶旁路母線接線、一臺半斷路器接線、變壓器—母線組接線、橋型接線、多角型接線、單元接線。針對不同情況采用不同接線。
(3).發(fā)電廠及變電所主變壓器的選擇
發(fā)電廠變壓器臺數(shù)選擇：當有發(fā)電機電壓直配線時，按在機壓母線上的主變一般不少于兩臺選擇;大容量的發(fā)電機一般采用單元接線。
變電所變壓器臺數(shù)的選擇：變電所一般裝設兩臺主變壓器。
發(fā)電廠主變壓器容量的選擇：采用單元接線的主變?nèi)萘繎c發(fā)電機容量配套，按發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留10%的欲度選擇。對于擴大單元接線的變壓器容量應按單元接線選擇原則計算出的兩臺機容量之和選擇;接于發(fā)電機電壓母線上的主變?nèi)萘窟x擇應取以下三種結(jié)果的最大值：[發(fā)電機出力最大，而發(fā)電機電壓母線上的負荷最小時，扣除廠用負荷后，主變將剩余的功率送入系統(tǒng);發(fā)電機電壓母線上的最大一臺機停機或因故限制出力，主變應能從系統(tǒng)倒送功率來滿足負荷和廠用電;若發(fā)電機電壓母線上接有兩臺或兩臺以上主變時，其中最大一臺主變退出運行，應保證70%以上功率送出。] [6]
變電所主變壓器容量的選擇：所選擇的幾臺主變的容量和應該大于等于變電所的最大綜合計算負荷;裝有兩臺及以上主變的變電所中當其中一臺主變停運時，其余主變的容量一般應滿足60%(220kv及以上電壓等級的變電所應滿足70%)的全部最大綜合計算負荷，以及滿足全部I類負荷和大部分II類負荷。[6]
(4).進行短路計算
主要的計算步驟：1)繪制相應電力系統(tǒng)發(fā)電廠，變電所的接線圖2)確定短路電流有關的運行方式3)計算各元件的正，負及零序阻抗(電抗)4)繪制相應的短路電流計算阻抗圖5) 根據(jù)需要取不同的短路點進行短路電流計算6) 列出短路電流、母線電壓計算結(jié)果表。[7]
(5).變電所高壓斷路器的選擇
電氣設備選擇原則為：先按正常工作條件選擇出設備，然后按短路條件校驗其動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。其中選擇斷路器應考慮七個方面——種類和型式、額定電壓、額定電流、額定開斷電流、額定關合電流、熱穩(wěn)定校驗、動穩(wěn)定校驗。
(6).進行潮流計算
潮流計算主要計算最大負荷運行方式，最小負荷運行方式，及故障運行方式。包括計算各母線電壓高低和計算網(wǎng)絡中各元件通過的功率和產(chǎn)生的功率損耗。
(7).無功功率的平衡和電壓調(diào)整
電力系統(tǒng)中的無功功率電源有發(fā)電機、電容器和調(diào)相機、靜止調(diào)相機和靜止補償器、并聯(lián)電抗器等。電力系統(tǒng)正常運行除保證有功功率平衡外，也必須保證無功功率的平衡。系統(tǒng)中無功功率的平衡就是要使無功電源所提供的無功功率與負荷消費的無功功率和無功功率損耗之和平衡。
電力系統(tǒng)調(diào)壓方式有：順調(diào)壓、逆調(diào)壓、常調(diào)壓。調(diào)壓手段有：借改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓、借改變變壓器變比調(diào)壓、借補償設備調(diào)壓和組合調(diào)壓等。[ 5 ]
(8).方案的技術經(jīng)濟指標比較
在進行電氣主接線設計時，一般根據(jù)任務書的要求，綜合分析有關基礎資料，擬定若干種技術經(jīng)濟上比較合理的主接線初步方案，然后對個方案進行初步技術經(jīng)濟比較，淘汰不合理方案，再對較好方案詳細比較，最后確定方案。[6] 技術比較主要是對各方案的可靠性、靈活性進行定性的對比分析。經(jīng)濟比較有靜態(tài)比較法和動態(tài)比較法兩種。
(9).電力系統(tǒng)的發(fā)展
能源方面：優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，加強電網(wǎng)建設。水電、核電、風電、太陽能發(fā)電等可再生能源及新能源必將成為優(yōu)先發(fā)展的對象，煤電則立足于優(yōu)化結(jié)構(gòu)，節(jié)約能源，重視環(huán)保，提高技術經(jīng)濟水平。
電網(wǎng)方面：電網(wǎng)的覆蓋范圍不斷擴大，電網(wǎng)的運行管理要求愈來愈嚴，電網(wǎng)的自動化水平愈來愈高，以計算機及通信技術為核心的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡將成為電網(wǎng)發(fā)展的`必然趨勢。
二 發(fā)電廠廠用電規(guī)劃設計
1. 廠用電規(guī)劃設計的需求
發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)設計和設備選擇，直接關系到電廠的安全運行和設備的可靠，對它的要求主要有：1)保證廠用電源的可靠性，各機組的廠用系統(tǒng)應該相對獨立，防止一臺機組廠用電母線故障，影響其他機組的正常運行;2)根據(jù)用電設備的要求，對廠用工作、啟動/備用電源，保安電源和交流不停電電源等容量必須可靠和充裕，限制事故波及范圍，迅速進行事故處理;3)考慮全廠的擴建和發(fā)展規(guī)劃，廠用主要設備布置合理，便于維護管理;4)調(diào)度靈活，檢修調(diào)試方便;5)設備選用合理、技術先進。[8]
其設計內(nèi)容包括確定廠用電的電壓等級、廠用工作、備用電源及其引接式、廠用電接線
方式和廠用變壓器及電氣設備的選擇。
2. 廠用電電壓等級的確定
廠用電的電壓等級是根據(jù)發(fā)電機的額定電壓、廠用電動機的額定電壓和廠用電網(wǎng)絡的可靠、經(jīng)濟運行等因素，經(jīng)過技術經(jīng)濟綜合比較后確定的。低壓廠用電壓常采用380/220V，高壓廠用電壓有3、6和10kV等。[9]
3. 廠用電接線的選擇
發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)接地通常采用單母線分段接線形式，將高壓廠用母線接在同一段母線上�；痣姀S高壓廠用母線一般采用“按爐分段”的接線原則，對于400t/h及以上的大型鍋爐，每臺鍋爐設兩段高壓廠用母線。
4. 廠用變壓器的選擇
廠用變壓器選擇時應先計算其廠用負荷，來選用廠用高壓工作變壓器和啟動備用變變壓器。其選擇內(nèi)容包括變壓器的臺數(shù)、型式、額定電壓、額定容量和短路阻抗。
三 電力系統(tǒng)繼電保護
1. 概述
電力系統(tǒng)運行過程的不確定性，使發(fā)生故障和出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)在所難免，因此需要繼電保護來實現(xiàn)對一次系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)視、測量、控制、保護。其。繼電保護一詞泛指繼電保護技術和由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)。電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務是：1. 自動、快速、有選擇性的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭受損壞，保證其他無故障元件部分迅速恢復正常運行。2. 反應電力設備的不正常運行狀態(tài)，并依據(jù)運行維護條件，而動作于發(fā)出信號或跳閘。[ 10 ]
2.繼電保護的配置
線路保護的配置：階段式電流保護、距離保護、零序電流保護、縱聯(lián)保護，自動重合閘(ARD)。
發(fā)電機保護的配置：縱差保護、橫差保護、定子單相接地保護、發(fā)電機外部非相間短路保護、定子過負荷保護、定子繞組過電壓保護、勵磁回路一點接地和兩點接地保護、失磁保護。
變壓器保護的配置：瓦斯保護、縱差保護、相間短路的后備保護、接地短路的后備保護、過負荷保護、過勵磁保護。
發(fā)電機—變壓器組保護的配置：大差動繼電保護。
四 防雷保護規(guī)劃設計
運行中的電氣設備，可能受到來自外部的雷電過電壓的作用，必須采用有效地過電壓防護器具，實現(xiàn)防雷保護。避雷針或避雷線是防止直接雷過電壓的有效措施。發(fā)電廠、變電所的主要保護措施是裝設閥型避雷器以限制入侵雷電波的幅值，使設備上的過電壓不超過其沖擊耐壓值;在發(fā)電廠、變電所的進線段上設置進線保護段，以限制流經(jīng)避雷器的雷電流和限制入侵雷電波的陡度。此外，對直配電機還在電機母線上裝設電容器，限制入侵雷電波的陡度以保護電機匝間和中性點絕緣。[12 ]
避雷器限制設備所承受的雷電過電壓和操作過電壓。避雷器的類型主要有保護間隙、管型避雷器、普通閥型避雷器、磁吹閥型避雷器和金屬氧化鋅避雷器。避雷器的安裝位置和組數(shù)，應根據(jù)電氣設備的雷電沖擊絕緣水平和避雷器特性以及侵入波陡度，并結(jié)合配電裝置的接線方式來確定。
參考文獻
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[13] 曹繩敏.電力系統(tǒng)課程設計及畢業(yè)設計參考資料.北京:：水利水電出版社，1995
2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑)：
本次設計的題目是電力系統(tǒng)規(guī)劃及發(fā)電廠電氣部分設計。本次畢業(yè)設計的是通過學習電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的方法，然后再根據(jù)具體方向，擬定設計思路即：
(1).電力電量平衡
(2).電氣主接線的選擇
(3).發(fā)電廠及變電所主變壓器的選擇
(4).進行短路計算
(5).變電所高壓斷路器的選擇
(6).進行潮流計算
(7).無功功率的平衡和電壓調(diào)整
(8).方案的技術經(jīng)濟指標比較
查閱文獻，搜集資料，調(diào)查研究，綜合分析，設計制圖和編寫說明等多方面的訓練，鞏固和提高以往學習的理論和知識，從而獲得綜合應用各種知識解決實際問題的鍛煉，提高理論聯(lián)系實際的能力。
具體設計步驟如下：
基本設計內(nèi)容：
1、根據(jù)給定的負荷資料確定備用容量及需要的裝機容量。
2、選擇電力系統(tǒng)的導線截面，回路數(shù)，電壓等級及系統(tǒng)接線圖。
3、方案的技術經(jīng)濟指標比較。
4、選擇各發(fā)電廠及變電所的主接線。
5、選擇各發(fā)電廠及變電所的主變壓器。
6、進行各點的短路計算。
7、選擇主要電氣設備(變電所的高壓斷路器)。
8、各種運行方式的潮流計算：最大負荷、最小負荷及故障運行方式。
9、無功功率的平衡及調(diào)壓計算。
10、火電廠廠用電規(guī)劃設計及配電裝置規(guī)劃設計。
11、火電廠防雷保護設計及繼電保護規(guī)劃設計。
專題設計內(nèi)容(發(fā)電廠)：
1、選擇廠用電的主接線。
2、選擇廠用變壓器。
3、選擇斷路器、隔離開關。
4、選擇電壓、電流互感器和電抗器。
專題設計內(nèi)容(繼電保護)：
1、發(fā)電機繼電保護配置與整定計算。
2、變壓器保護配置與整定計算。
3、發(fā)電機-變壓器組保護配置與整定計算。
4、全系統(tǒng)繼電保護與自動裝置配置。
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