500kV變電站電氣一次部分及其監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、500kV變電站電氣一次部分及其監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計姓名專業(yè)班級學(xué)號指導(dǎo)教師題目類型題 目500kV變電站電氣一次部分及其監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計一、畢業(yè)設(shè)計的技術(shù)背景和設(shè)計依據(jù)隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，我國的電力工業(yè)已開始進入“大電網(wǎng)”、“大機組”、“超高壓交、直流輸電”等新技術(shù)發(fā)展的新階段，電力供應(yīng)緊張狀況已暫時得到緩解。但隨之而來的問題便是輸電網(wǎng)薄弱， 電壓質(zhì)量和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)難以滿足用戶對供電質(zhì)量和可靠性的要求。僅以2008年年初我國南方地區(qū)發(fā)生的雪災(zāi)為例，我國南方地區(qū)廣西、廣東、貴州、湖南等省份的電網(wǎng)大部分受到破壞，短時間內(nèi)無法恢復(fù)電力 供應(yīng)，火車等交通運輸工具不能正常運行，對人民的出行和生活帶來了極大不便，以

2、及對國家的工業(yè)生 產(chǎn)造成了極大的破壞。因而，要實現(xiàn)在21世紀初全面建設(shè)小康社會的要求，我國的電力工業(yè)必須持續(xù)、穩(wěn)步地大力發(fā)展，一方面是要大力加強電源建設(shè)，搞好“西電東送”，以確保電力先行，另一方面，要繼續(xù)深化電力體制改革，實施廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)，并建立起符合社會主義市場經(jīng)濟法則的、規(guī)范的電力市場。進入21世紀以來，電力系統(tǒng)正向高參數(shù)、大容量、超高壓快速發(fā)展，500k V電網(wǎng)已形成環(huán)網(wǎng)并成為我國電網(wǎng)的主網(wǎng)架隨著電力體制改革的逐漸深入和全國電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，高電壓、大機組、長距 離輸電、電網(wǎng)互聯(lián)的趨勢，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。因此，人們自然提出這樣一個問題，是否應(yīng)該從全 局出發(fā)來考慮全微機化的

3、變電站的優(yōu)化設(shè)計，提高變電站的可控性，更多的采用遠方集中控制、操作、 反事故措施等，提高勞動生產(chǎn)率，減少人為誤操作的可能，提高運行可靠性，這就是變電站綜合自動化。變電站的綜合自動化由電腦繼電保護和監(jiān)控系統(tǒng)組成。最明顯的特征有以下四個方面：1、功能綜合化。2、結(jié)構(gòu)電腦化。3、操作監(jiān)視屏幕化。4、運行管理智能化。畢業(yè)設(shè)計的主要參考文獻和技術(shù)資料：1 電力工程電氣設(shè)計手冊（電氣一次部分、電氣二次部分），水利電力出版社，19902 王錫凡，電力工程基礎(chǔ)，西安交通大學(xué)出版社，19983 丁書文等，變電站綜合自動化原理及應(yīng)用，中國電力出版社，20034 黃益莊，變電站綜合自動化，中國電力出版社，20005

4、 丁毓山等，中小型變電所實用設(shè)計手冊，中國水利水電出版社，20006 宋繼成，220500kV變電所電氣接線設(shè)計，中國電力出版社，20047 國家電網(wǎng)公司330kV變電站典型設(shè)計，中國電力出版社，20058 吳作明，工控組態(tài)軟件與PLC應(yīng)用技術(shù)，北京航天航天大學(xué)出版社，2006、主要設(shè)計內(nèi)容、功能及技術(shù)指標本變電站為500kV樞紐變電站，500kV進線四回，線路長度分別為 250km （2回）與200km （ 2回）屬于 四個獨立電源；110kv饋出線8回，距負荷端分別為： 50km （2回）、60km （2回）、70km （2回）、80km （2 回）。本變電站安裝主變四臺（4 X 370M

5、VA,系統(tǒng)按照無窮大考慮。1. 變電站電器一次部分設(shè)計（1 ）、變電所主接線方案設(shè)計（2 ）、主要電氣設(shè)備選擇；2. 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的主要功能實時顯示變電站綜合自動化系統(tǒng)的運行參數(shù)（包括電壓、電流、功率、頻率、cos 0等參數(shù)）和運行趨勢圖，故障報警顯示，建立實時和歷史數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)SCADA功能。實現(xiàn)無人值守變電站綜合自動化功能。3. 主要技術(shù)指標變電站運行滿足可靠性和經(jīng)濟性要求。三、主要設(shè)計思想圖1-1變電站一次部分系統(tǒng)框圖本設(shè)計主要包括以下幾個設(shè)計流程：1. 變電站電氣一次部分實現(xiàn)該部分的設(shè)計主要包括電氣主接線設(shè)計、短路電流計算、設(shè)備的選擇以及動、熱穩(wěn)定校驗等方面。變電所電氣主接線設(shè)計是

6、依據(jù)變電所的最高電壓等級和變電所的性質(zhì)，選擇出一種與變電所在系統(tǒng) 中的地位和作用相適應(yīng)的接線方式。在選擇主接線時應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三項基本要求，三 者是一個綜合概念，不能單獨強調(diào)其中的某一種特性，也不能忽略其中的某一種特性。但根據(jù)變電所在 系統(tǒng)中的地位和作用的不同，對變電所主接線的性能要求也不同的側(cè)重。本次設(shè)計的變電所屬于系統(tǒng)樞紐變電所。該變電所的主要特點是高壓側(cè)連接區(qū)域電網(wǎng)并與多個大電 源相連接，高壓側(cè)有大量電力轉(zhuǎn)送。變電所裝有多臺大容量降壓變壓器，從區(qū)域電網(wǎng)中下載電力，為地 區(qū)的中間變電所提供電源，該變電所電氣主接線的可靠性、靈活性要求都很高。因此，應(yīng)采用可靠性和 靈活性都高的接

7、線方式。1目前，500kV變電所使用最多的接線方式為雙母線分段接線（如圖 1-2所示）和1 1斷路器接線（如 21圖1-3所示）。本次設(shè)計使用的是1斷路器接線方式。2圖1-2雙母線分段接線圖1-31；斷路器接線短路電流的計算通常采用近似標幺值計算。取SB =100MW，各級基準電壓為平均額定電壓。計算公式為:av1.1Un +Un kV計算每個繞組的短路電壓百分數(shù):1U S1% =2 1U S2 % =2 1U S3% =2(U s(1 2) % + U S(3 1) % U S(2 3) % )(U S(1 2) % + U S(2 3) % U S(3 1) % )(U s(2 3) %

8、+ U S(3 1) % U S(1 2) %)當短路電流通過電氣設(shè)備時，將產(chǎn)生熱效應(yīng)及電動力效應(yīng)，因此，必須對電氣設(shè)備進行熱穩(wěn)定和動 穩(wěn)定校驗。 .熱穩(wěn)定校驗校驗電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性，就是校驗設(shè)備的載流部分在短路電流的作用下，其金屬導(dǎo)電部分的溫度 不應(yīng)超過最高允許值。如能滿足這一條件，則所選出的電氣設(shè)備符合熱穩(wěn)定的要求。作熱穩(wěn)定校驗時，以通過電氣設(shè)備的三相短路電流為依據(jù)，工程計算中常用下式校驗所選的電氣設(shè) 備是否滿足熱穩(wěn)定的要求，即式中，I -三相短路電流周期分量的穩(wěn)定值 teq等值時間（亦稱假想時間 S ）；Ith -制造廠規(guī)定的在t秒內(nèi)的電器的熱穩(wěn)定電流（KA）; t為與Ith相對應(yīng)的時間

9、（s ）。 .動穩(wěn)定校驗當電氣設(shè)備中有短路電流通過時，將產(chǎn)生很大的電動力，可能對電氣設(shè)備產(chǎn)生嚴重的破壞作用。因 此，各制造廠所生產(chǎn)的電器，都用最大允許電流的幅值imax或最大有效值lmax表示其電動力穩(wěn)定的程度,它表明電器通過上述電流時，不致因電動力的作用而損壞。滿足動穩(wěn)定的條件為shWax 或 Ish式中ish及Ish 三相短路時的沖擊電流及最大有效值電流（沖擊電流有效值KA）o2. PLC控制系統(tǒng)PLC實質(zhì)上是一種工業(yè)控制計算機，專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要由CPU電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入/輸出接口等電路組成。本設(shè)計所用的PLC是西門子公司生產(chǎn)的S7-300系列

10、，其系統(tǒng)組成如圖1-4所示：編程工具圖1-4 S7-300PLC系統(tǒng)組成框圖PLC控制系統(tǒng)的具體設(shè)計步驟如下： 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程來分析控制要求。 .根據(jù)控制要求確定所需要的用戶輸入/輸出設(shè)備。確定PLC的型號及I/O點數(shù)和組態(tài)軟件需要監(jiān)控的地址。 .分別進行控制系統(tǒng)軟件、硬件和人機界面的設(shè)計。 .硬件的選型調(diào)試，軟件的模擬調(diào)試。 .聯(lián)機調(diào)試，對不符合控制要求的部分進行修改，直到符合控制要求為止。 .編寫技術(shù)文件。 實驗調(diào)試。其流程圖如圖1-5所示確認控制對象及控制任務(wù)圖1-5 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖3. 上位機監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)MCGS軟件、組上位機監(jiān)控系統(tǒng)的界面采用組態(tài)軟件進行設(shè)計。目前，組

11、態(tài)軟件的種類比較多，如 態(tài)王6.0等。MCGS(Mo nitor and Control Gen erated System)是由北京昆侖通態(tài)自動化軟件公司開發(fā)的一套基于 Windows平臺，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。MCGS能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨 勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。組態(tài)王軟件經(jīng)過七年開發(fā)，五年的各種突發(fā)環(huán)境的真實考驗，九千例工程(鋼鐵，化工，電力，國屬糧庫，郵電通訊，環(huán)保，水處理，冶金等各行業(yè))的現(xiàn)場運行(包括中華世紀壇”國家標志性工程)，現(xiàn)已成為國內(nèi)組態(tài)軟件的客戶首選，并且作為首家國內(nèi)組態(tài)

12、軟件應(yīng)用于國防，航空航天等重大領(lǐng)域。組態(tài)王6.0具有工程管理、畫面制作系統(tǒng)、報警和事件系統(tǒng)、報表系統(tǒng)、控件、OPC、通訊系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)功能、冗余系統(tǒng)等十大特點。本次設(shè)計的監(jiān)控平臺可以實時顯示變電站的的運行參數(shù)(包括電壓、電流等參數(shù))和運行趨勢圖、 故障報警顯示、建立實時和歷史數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)SCADA功能。四、解決的關(guān)鍵問題(1) 對設(shè)計題目的分析，認真分析才能得到正確的解決方案。(2) .學(xué)習西門子公司 S7-300系列PLC指令以及編程方法等。(3) .上位機監(jiān)控系統(tǒng)界面設(shè)計，應(yīng)學(xué)習組態(tài)王6.0軟件。(4) .學(xué)習AutoCAD繪圖軟件，從而繪制變電站電氣一次部分主接線圖、系統(tǒng)流程圖以及

13、程序流程圖等。五、擬采用的技術(shù)方案1通過對各方面資料的研究，500kV電氣一次部分接線采用1 -斷路器接線，該接線方式具有如下優(yōu)點：2 .有較高的可靠性。 .有高度的運行靈活性。任何一個元件可根據(jù)運行的需要接在不同的母線系統(tǒng)中。母線系統(tǒng) 之間的元件可任意分配。其操作程序簡單，只需操作斷路器，而不需操作隔離開關(guān)。 .運行操作方便。所有隔離開關(guān)均為檢修用，沒有倒閘操作用隔離開關(guān)。隔離開關(guān)的操作程 序簡單。 .設(shè)備檢修方便。任何設(shè)備或母線檢修，都不會影響其供電。PLC控制系統(tǒng)采用德國西門子公司生產(chǎn)的S7-300系列PLC.該系列PLC具有緊湊的設(shè)計、良好的擴展性、低廉的價格、豐富的功能模塊以及強大的指令系統(tǒng)，可以滿足多種多樣自動化控制的需要。上位機監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)王6.0軟件。該軟件適用性強、功能強、運行性能