电力系毕业设计开题报告关于水电站电气一二次设计管理资料.docx

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电力系毕业设计开题报告关于水电站电气一二次设计管理资料

毕业设计（论文）

开题报告

题目安果水电站电气一二次设计

专业电气工程及其自动化（电力）

班级

学生

指导教师

2011年

一、毕业设计（论文）课题来源、类型

本课题主要来源于多年的生产实际，结合本科毕业生所需要掌握的基本的设计能力提出来的。

属于工程设计类。

二、选题的目的及意义

毕业设计是我们在校期间最后一个重要的综合性实践教学环节，是我们全面运用所学的基础理论知识、专业知识和基本的专业技能，对实际的问题进行综合的分析、研究、设计的过程。

本课题主要研究的是关于水电站电气一二次的设计，着重在于锻炼我们对发电厂电气设计、继电保护、微机保护、计算机监控系统等课程的熟悉和运用的能力。

通过本次设计要掌握和巩固我们所学的专业课的理论知识，并且学会根据实际的要求运用理论知识去解决。

熟悉电力系统电气一次和计算机监控自动化的设计步骤和设计技能，根据相关的技术规范，对电气一次设备的选型和校验，确保选型的正确，并且培养自己在实践工程中的应用能力、创新能力以及独立工作的能力。

计算机监控系统是发电站自动化的重要部分，可以说，没有计算机监控系统的发展，就没有现代电力系统的自动化。

随着我国电力工业的迅速发展，各大电力系统的容量和电网的区域不断扩大，网络接线越来越复杂，使得电力系统自动化的地位越发的显著。

对电站的自动化系统的要求也越来越高。

电站的自动化设计与配置直接影响到电力系统自动化的安全运行。

如果设计的不合理，就会影响电站的效率和速率，不利于自动化运行，增大了系统运行的负担，对于实现少人值守、无人值守有很大的影响，也对将要实现的智能电网造成很大的阻碍。

因此，合理的选择设备的型号，进行正确的校验计算对电站一次设计，电站的正常安全运行有很重要的意义。

编制正确的计算机软件程序，设计完整的自动化设备，为保证电力系统的安全、自动、迅速、经济运行有着非常重大的意义。

三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势

1、电气一次设计的现状及发展

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。

（1）水电站应用的是水轮发电机组，而水轮发电机又分为冲击式水轮机和反击式水轮机。

冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换，按水流的流向可分为切击式（又称水斗式）和斜击式两类；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换，可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。

50年代以来，抽水蓄能机组在世界各国受到普遍重视并获得迅速发展。

早期发展的或水头很高的抽水蓄能机组大多采用三机式，即由发电电动机、水轮机和水泵串联组成。

它具有较高效率，可以利用水轮机来启动机组而且可以迅速的改变工作方式，但由于造价高，电站投资大，因此应用不是很广泛。

斜流式水轮机有良好的运行性能，但受水力特性和材料强度的限制，到80年代初，。

对于更高的水头，需要采用混流式水泵水轮机。

20世纪以来，水电机组一直向高参数、大容量方向发展。

随着电力系统中火电容量的增加，核电、风力发电、太阳能和潮汐发电的发展，为解决合理调峰问题，世界各国都在积极兴建抽水蓄能电站，水轮机因而得到迅速发展。

为了充分利用各种水力资源，落差很低的平原河流甚至波浪等也引起普遍的重视，从而使得贯流式水轮机和其他小型机组迅速发展。

（2）变压器按电源相数分为单相变压器、三相变压器和多相变压器；按用途分为电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器和脉冲变压器。

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。

变压器作为输电、配电和变电中一个主要的电气设备，在电力系统、电网输配电中处于极其重要的位置，因此随着电力的快速迅猛发展，变压器的发展处于越来越关键的位置。

由于中国西电东送，南北互供，全国联网的实施，对变压器的质量及数量的需求也将持续增长。

（3）以计算机为基础的输电、配电管理系统及配电自动化普及和发展，要求采用高度分布式的智能化设备；电网设备由定期检修转向状态检修以提高设备的可用率，降低成本；近十年来，柔性输电系统受到热切的关注，而电力电子器件的扩大应用有助于它本身的发展和成熟。

电力系统的这些发展使得开关电源的发展更加迅猛。

断路器将会从少维护走向无维护，并且具有高度智能化的特征（具有自诊断功能和多方面的状态监测功能）。

同时为了使得产品小型化、简单化、降低成本，新材料、新工艺和新结构将会取代电瓷技术。

随着电力工业的迅速发展，电气一次设计的技术也越来越成熟。

由于目前我国的电力还不能满足国民经济的发展需要，必须加快发展，而这也促进了电气一次设计的进一步改进，使得主接线和相关设备的选择越来越符合电力系统自动化的经济、灵活、安全的要求。

2、电气二次技术的现状及发展

（1）计算机监控技术的现状及发展

随着电力工业的发展，水电站应用计算机监控技术已经非常普遍了，在2005年发达国家的水电站自动化率已经达到95%以上。

我国水电站计算机监控技术的研究与开发起步于20世纪80年代初，随着我国科学技术的不断进步，研制开发的水电站计算机监控设备也开始普及至各个大中型水电站，以至到小型的水电站，使得我国的水电站自动化程度快速上升。

1994年,电力系统开展水电厂“少人值班”试点及“创一流水电厂”工作,一个以计算机监控系统为核心的水电厂自动化改造热潮蓬勃兴起,为监控系统技术的发展创造了良好的局面。

2000年初,随着国内水电厂运行管理的目标，水电站计算机监控技术进一步由“少人值班”向无人值班发展,进一步完善了计算机监控系统的功能,提高了电厂运行的可靠性,满足无人值班电站的要求。

经过20多年的努力,我国水电厂自动化技术已接近世界先进水平,在国际招标中已有一定的竞争力。

如今，水电站所使用的计算机监控技术已经日益成熟，它的优点也越来越明显：

强大的数据采集与处理功能、完善的安全性与可靠性措施、用户友好的人机联系系统、信息WEB发布技术、自动发电控制、开放的报表定制技术、历史数据管理系统、培训仿真系统、状态趋势分析系统。

同时它采用分层、分布式结构,系统结构简洁,可靠性高,扩展性强,符合自动化技术的发展方向；现地控制单元采用可编程序控制器（PLC）,功能强大,抗干扰性能强,模块化设计、组态灵活、维修方便,各装置相对独立,某一装置故障不会影响其它装置的运行。

由于采用了分布式结构设计,自动化程度极高,可以实现水电站控制的无人值守或少人值守。

这些优势和特点使得计算机监控技术能够大大提高水电站的安全性、可靠性；在很大程度上提高了水电站的电能质量；降低运行人员强度，减少故障，使得电站经济效益显著增加；提高了水电站的运行管理水平，并取得了较好的经济效益；这种技术对水电工程已产生一系列的积极影响，甚至形成一种新的建设管理方式。

因此，水电站使用计算机监控技术在一定的范围内和程度上的普及已成为不可阻挡的趋势。

但同时我们也应该清醒地认识到差距的存在,这表现在设计思想、软件组织、工艺水平等多方面。

因此,我们要善于找出差距,消除差距,把握相关技术的发展趋势,并及时应用于实践,使我国的水电厂自动化技术真正处于世界领先行列。

小型水电站计算机监控技术是现代电力系统自动化的的必备技术，虽然它的发展越来越迅速，使得技术也越来越成熟，但是计算机监控技术还是有很大的发展前景的。

随着技术的不断进步和人们观念的不断变化,水电站对自动化技术会不断提出新的要求,技术的发展方向也开始更高层次拓展。

随着智能电网的提出，以无人值班为目标的水电厂运行管理水平及相应的自动化技术将进一步发展，而这也将使得系统对计算机监控技术的要求有了更高要求，这将进一步带动该技术的发展。

状态检修是设备管理

水平的标志,是确保安全稳定运行、增加效益的重要途径,也是水电厂自动化技术发展的一个重要方向。

目前的技术与应用仍处在初级阶段,许多基础性的准备工作仍然需要去做，所以我们应该不断开拓思路,不断探索创新，时刻保持清醒的头脑，应对不断变化的市场需求和管理目标,使得信息化技术、通讯技术、智能技术能够更快更广的应用于电力系统自动化生产之中。

（2）继电保护原理及装置的现状及发展

继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的。

电力系统运行中经常伴随着短路的发生，引起电流的增大，为了保护发电机免受短路电流的破坏，出现了反应电流超过一预定值的过电流保护。

熔断器就是最早的、最简单的过电流保护。

由于电力系统的发展，用电设备的功率、发电机的容量不断增大，发电厂、变电站和供电网的接线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置的过电流继电器。

上个世纪90年代出现了电磁型过电流继电器。

本世纪初随着电力系统的发展，继电器开始广泛应用于电力系统的保护。

从1901年的感应型过电流继电器，1908年的电流差动保护原理，1910年的方向性电流保护到本世纪20年代初距离保护装置的出现，继电器的发展十分迅速。

随着电力系统载波通讯的发展，在20年代末，出现了高频相差和高频方向保护装置。

随着光纤通讯将在电力系统中大量采用，利用光纤通道的继电保护也必将得到广泛的应用。

在60年代末，有人提出可以用微型计算机来实现继电保护。

在经过70到80年代的发展，微机保护在硬件结构和软件技术方面已趋成熟，可以实现任何性能完善且复杂的保护原理。

微机保护可连续不断地对本身的工作情况进行自检，其工作可靠性很高。

此外，微机保护可用同一硬件实现不同的保护原理，这使保护装置的制造大为简化，也容易实行保护装置的标准化。

微机保护除了保护功能外，还可兼有故障录波、故障测距、事件顺序记录、和调度计算机交换信息等辅助功能，这对简化保护的调试、事故分析和事故后的处理等都有重大意义。

国内微机保护的研究开始于70年代末期，起步较晚，但发展很快。

1984年我国第一套微机距离保护样机在试运行后通过鉴定并批量生产，1990年第二代微机线路保护装置正式投入运行。

经过长时间的运行经验，微机保护的正确动作率要明显高于其他保护，%～%。

国产的微机保护经过多年的实际运行，依靠先进的原理和技术及良好的工艺已全面超越进口保护，反映了继电保护技术在我国发展之迅速，同时也体现了国产继电保护设备的明显优势。

微机保护经过近20年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了电力系统运行管理水平。

近年来，随着计算机技术的飞速发展以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，其未来趋势将向着计算机化、网络化、智能化以及保护、控制、测量和数据通信一体化的方向发展。

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四、本课题主要研究内容

1、根据安果水电站特点，制定出安果水电站电气主接线设计方案。

2、根据制定出的设计方案进行论证选择，画出最终的电气主接线图，并对其设备进行选型。

3、根据电站特点，设计出电站的厂用电系统，绘出厂用电接线图，并计算出各条线路的容量，根据容量进行设备选型。

4、根据电站特点，设计升压站，对其设备进行选型，画出升压站设备布置图。

5、考虑实际机组的情况，设计电站的计算机监控网络结构图。

6、设计机组LCU、公用LCU、发电机保护、变压器保护和线路保护柜，进行机组顺序控制设计，并编制PLC程序。

7、撰写相关的设计说明书。

五、完成论文的条件和拟采用的研究手段（途径）

通过图书馆文献查阅相关的电气一次设计手册规程和相关资料，阅读保护产品使用说明书。

根据翻阅老师提供的设计手册，进行电气一次的设备选型。

借鉴网络上共享的相关期刊、论文和研究报告来解决自己遇到的问题。

遇到是在解决不了的问题，积极与老师沟通以尽快得到解决。

六、本课题进度安排、各阶段预期达到的目标。

第1-2周：

查阅相关设计手册，收集论文所需资料，完成开题报告以及外文翻译。

第3-4周：

确定水电站电气主接线设计方案，并对设计方案进行论证选择，画出主接线图，对其主要设备进行选型。

第5-6周：

根据电站特点，设计出电站的厂用电系统，绘出厂用电接线图，并计算出各条线路的容量，根据容量进行设备选型。

第7周：

根据电站特点，设计升压站，对其设备进行选型，画出升压站设备布置图。

第8周：

绘制电站及升压站电气一次部分相关CAD图纸。

第9-11周：

考虑电站实际情况，设计出电站的计算机监控系统总体结构图，设计机组LCU、公用LCU、进行机组顺序控制设计，并编制PLC程序。

第12-13周：

设计水电站发电机保护、变压器保护和线路保护柜。

第14周：

绘制电站电气二次相关CAD图纸。

第15-16周：

撰写论文并准备论文答辩。

七、指导教师意见

对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

八、所在专业审查意见

负责人：