畢業(yè)設(shè)計（論文）-XXX水電站電氣一、二次設(shè)計

劉鑄：白銀3號水電站電氣一、二次設(shè)計PAGE20PAGE1畢業(yè)設(shè)論題目。。。水電站電氣一、二次設(shè)計專業(yè)電氣工程及其自動化（電力）班級。。。學(xué)生。。。指導(dǎo)教師。。。2011年畢業(yè)設(shè)計(論文)課題來源、類型本課題是。。。水電站電氣一、二次設(shè)計，來源于生產(chǎn)實際，屬于工程設(shè)計類論文。選題的目的及意義我國水電資源豐富，但是與發(fā)達(dá)國家的水電開發(fā)程度相比，我國水電開發(fā)程度還比較低。水電是可再生、清潔、廉價電源，滿足經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展，因此我國必須加快水電的開發(fā)。電力行業(yè)是一切經(jīng)濟(jì)活動的支柱。隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求大幅增長，國家加大了電網(wǎng)建設(shè)的投資力度。對于電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生,通過本次畢業(yè)設(shè)計，對于掌握機電設(shè)備及結(jié)構(gòu)有了一定認(rèn)知。根據(jù)給定條件，初步設(shè)計出水電廠的電氣一次主接線圖，高低壓配電柜，自動化控制柜及電氣設(shè)備原理圖，并進(jìn)行了設(shè)備選型。達(dá)到可以用PLC對LCU柜進(jìn)行簡單的編程。加深了對發(fā)電機，變壓器，斷路器等的認(rèn)識，尤其將來從事和水電站電力系統(tǒng)有關(guān)的工作的同學(xué)來說,選擇水電站電氣一、二次設(shè)計作為畢業(yè)設(shè)計,有助于鞏固和增強對本專業(yè)主干課程的理解和應(yīng)用，樹立工程觀念，培養(yǎng)電力網(wǎng)設(shè)計規(guī)劃的能力。對將來走向工作崗位有很大的實用性。本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢1.水電開發(fā)現(xiàn)狀60年來中國水電建設(shè)成績斐然,但總開發(fā)率仍然很低,且東西差距極大。全國平均開發(fā)率以規(guī)劃數(shù)計,裝機總量約開發(fā)14%,以電量計則不足10%列在世界第80位以后,不僅遠(yuǎn)不及發(fā)達(dá)國家,還排在很多發(fā)展中國家如印度、越南、巴西、埃及?之后,這與中國是發(fā)展中大國的地位極不相稱,也有悖于可持續(xù)發(fā)展的原則,不利于環(huán)境的改善.水電總開發(fā)率低的原因,在于西部主要資源省的開發(fā)率低下.以大中型裝機容量計,西藏的大中型水電尚未開發(fā),新疆開發(fā)率約為3%,重慶為4%,作為水電資源第一大省的云南,開發(fā)率也不過4%,四川略高,約為8%.東中部的水電資源有限,開發(fā)率較高.除黑龍江省因國際界河暫時難以開發(fā)外,19個省、市、區(qū)的大中型水電平均開發(fā)率(含在建項目)約63%.其中遼寧、吉林、湖北、河南四省的水電開發(fā)率已高達(dá)80%左右.東部未開發(fā)的大型項目除國際界河外只剩下黑龍江省的畢拉河口(25.5萬kW)、尼爾基(25萬kW)、浙江的灘坑(60萬kW)、大均(46萬kW)和福建的街面(30萬kW)等5個水電站,共186.5萬kW.因此21世紀(jì),水電的發(fā)展要結(jié)合國家西部大開發(fā)的戰(zhàn)略部署,大力開發(fā)西部水電,并在東部受電區(qū)配置適量的抽水蓄能電站,以實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和電源結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整。從長遠(yuǎn)看,西部各省、區(qū)、市能輸出水電的主要是云、藏、川、青四省區(qū),近期鄂、黔、桂三省也可以根據(jù)自身的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和開發(fā)情況適當(dāng)輸出。[1]發(fā)電機1867年，德國發(fā)明家西門子對發(fā)電機進(jìn)行了重大改進(jìn)，制成了電磁鐵式發(fā)電機，電磁鐵式發(fā)電機室用電磁鐵代替永久磁鐵，使磁力增強，能產(chǎn)生皮克希的發(fā)電機所遠(yuǎn)不能相比的強大電流。我國自行研制電力變壓器始于1971年。在上世紀(jì)50年代以前主要采用歐美技術(shù),50年代后前蘇聯(lián)的技術(shù)在我國電力變壓器的發(fā)展中起主導(dǎo)地位,變壓器制造全面仿蘇,這一過程客觀上推動了電力變壓器技術(shù)的成長。隨著社會的發(fā)展，出現(xiàn)了多種類型的發(fā)電機，如直流發(fā)電機，交流發(fā)電機，柴油發(fā)電機，汽油發(fā)電機，同步發(fā)電機，異步發(fā)電機，汽輪發(fā)電機，水輪發(fā)電機，風(fēng)能發(fā)電機，新型水冷式交流發(fā)電機等。盡管發(fā)電機的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)原理。發(fā)電機室把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的機械設(shè)備，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，發(fā)電機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，國防及日常生活中有廣泛的用途。我國目前仍然依然以燃煤為主進(jìn)行火力發(fā)電，不但要消耗大量的能源，還造成很大的環(huán)境污染。要落實能源的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略，就要研發(fā)先進(jìn)的發(fā)電設(shè)備，研制出新型的發(fā)電機。據(jù)載，中國國家納米科學(xué)中心海外主任王中林等成功地在納米尺度范圍內(nèi)將機械能轉(zhuǎn)換為電能，研制出了世界上最小的發(fā)電機——納米發(fā)電機，它可以有效地將機械運動能（如人體的運動，肌肉的伸縮，血壓的變化等），震動能（如聲波或超聲波等）以及水壓能（如人體內(nèi)體液或血液的流動，血管的收縮于舒張甚至是自然界其他任何液體或血液的流動）轉(zhuǎn)化成電能提供給納米器件。我們期待納米發(fā)電機未來能在生物醫(yī)學(xué)，國防和人民生活中有廣泛的應(yīng)用。變壓器電力變壓器是發(fā)、輸、變、配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，它的性能、質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運行的可靠性和運營效益。(1)電力變壓器品種①配電變壓器我國中小型配電變壓器最初是以絕緣油為絕緣介質(zhì)發(fā)展起來的；進(jìn)入20世紀(jì)90年代，干式變壓器在我國才有了很快的發(fā)展。a.油浸式配電變壓器S9系列配電變壓器，S11系列配電變壓器，卷鐵心配電變壓器，非晶合金鐵心變壓器。為了使變壓器的運行更加完全、可靠，維護(hù)更加簡單，更廣泛地滿足用戶的需要，近年來油浸式變壓器采用了密封結(jié)構(gòu)，使變壓器油和周圍空氣完全隔絕，從而提高了變壓器的可靠性。目前，主要密封形式有空氣密封型、充氮密封型和全充油密封型。其中全充油密封型變壓器的市場占有率越來越高，它在絕緣油體積發(fā)生變化時，由波紋油箱壁或膨脹式散熱器的彈性變形做補償。b.干式變壓器干式變壓器由于結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，又有防火、難燃等特點，我國從20世紀(jì)50年代末即已開始生產(chǎn)，但近10來年才開始大批量生產(chǎn)。干式變壓器種類很多，主要有浸漬絕緣干式變壓器和環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器兩類。②箱式變壓器箱式變壓器具有占地少，能伸入負(fù)荷中心，減少線路損耗，提高供電質(zhì)量，選位靈活，外形美觀等特點，目前在城市10Kv、35kV電網(wǎng)中大量應(yīng)用。我國目前所使用的箱式變壓器，主要是歐式箱變和美式箱變，前者變壓器作為一個單獨的部件，即高壓受電部分、配電變壓器、低壓配電部分三位一體。后者結(jié)構(gòu)分為前后兩部分，前部分為接線柜，后部分為變壓器油箱，繞組、鐵心、高壓負(fù)荷開關(guān)、插入式熔斷器、后備限流熔斷器等元器件均放置在油箱體內(nèi)。目前有些廠家，已將卷鐵心變壓器移置到箱式變壓器中，使箱式變壓器體積和質(zhì)量都有所減小，實現(xiàn)了高效、節(jié)能和低噪聲級。③高壓、超高壓電力變壓器目前，我國已具備了110kV、220kV、330kV和500kV高壓、超高壓變壓器生產(chǎn)能力。超高壓變壓器的絕緣介質(zhì)仍以絕緣油為主，根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展的需要，變壓器的生產(chǎn)技術(shù)正在不斷提高。SF6氣體絕緣高壓、超高壓變壓器正在研究開發(fā)[3]。(2)制造水平總體講，我國電力變壓器技術(shù)處于國際20世紀(jì)90年代初的水平，少量的處于世界20世紀(jì)90年代末的水平，與國外先進(jìn)國家相比，還存在一定的差距。鐵心材料20世紀(jì)70年代，武漢鋼鐵公司在引進(jìn)消化吸收日本冷軋硅鋼片制造技術(shù)生產(chǎn)冷軋硅鋼片的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)90年代又引進(jìn)了日本高導(dǎo)磁晶粒向冷軋硅鋼片（HI-B）制造技術(shù)，制造出了節(jié)能效果更好的電力變壓器鐵心材料。但是由于產(chǎn)品數(shù)量不能滿足需求及生產(chǎn)工藝兩方面的問題，仍然要從日本、俄羅斯以及西歐等國進(jìn)口部分冷軋硅鋼片。在研制配電變壓器鐵心用非晶合金材料方面，我國于20世紀(jì)90年代初曾由原機械部、原冶金部、原電力部、國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委、原國家科委組成了專門工作組，對非晶合金鐵心材料和非晶合金鐵心變壓器的設(shè)計和制造工藝開展了深入研究，研制的非晶合金鐵心材料基本達(dá)到原計劃指標(biāo)的要求，并于1994年試制出電壓10kV、容量160～500kVA的配電變壓器，經(jīng)電力用戶試用表明，基本達(dá)到實用化的要求。但對非晶合金材料制造工藝仍需進(jìn)一步改進(jìn)，才能達(dá)到批量生產(chǎn)的要求。1998年，上海置信公司引進(jìn)了美國GE公司的制造技術(shù)，用美國非晶合金材料生產(chǎn)了非晶合金鐵心變壓器，目前已能生產(chǎn)電壓10kV、容量50～2500kVA、空載損耗34～700W之間、負(fù)載損耗在870～21500W之間的非晶合金鐵心變壓器，而且已將此種材料應(yīng)用于環(huán)氧樹脂干式變壓器上，進(jìn)一步促進(jìn)了我國非晶合金鐵心變壓器制造水平的提高。我國已有一些變壓器廠家應(yīng)用引進(jìn)非晶合金材料鐵心制造出的產(chǎn)品投入電網(wǎng)運行。工裝設(shè)備20世紀(jì)80年代以前，我國變壓專用設(shè)備技術(shù)水平，整體上是比較低的，除繞線設(shè)備有專業(yè)生產(chǎn)廠生產(chǎn)外，其余絕大部分都是企業(yè)自制的比較簡單的設(shè)備，只有少數(shù)幾家有簡易的鐵心加工縱剪線。進(jìn)入20世紀(jì)80年代變壓器行業(yè)開始引進(jìn)國外先進(jìn)的專用關(guān)鍵設(shè)備，如鐵心縱剪線、低頻電熱燥系統(tǒng)等。到20世紀(jì)90年代，由于干式變壓器的大力推廣，引進(jìn)了一批環(huán)氧澆注設(shè)備和箔式繞線機，幾個大型生產(chǎn)廠還引進(jìn)了絕緣件加工中心，使我國變壓器生產(chǎn)工裝裝備水平大大提高。國內(nèi)一些專用設(shè)備廠家經(jīng)過消化吸收，也開發(fā)了縱、橫間生產(chǎn)線等專用設(shè)備，這些國產(chǎn)專用設(shè)備，其功能及主要技術(shù)參數(shù)基本達(dá)到或接近國際水平，對保證我國變壓器產(chǎn)品量，提高變壓器的技術(shù)性能，提高生產(chǎn)效率起到了至關(guān)重要的作用。變壓器工藝設(shè)計近20年，對110kV及以下電壓等級的油浸變壓器進(jìn)行了不少優(yōu)化設(shè)計，已逐步取代了64、73、79、86等標(biāo)準(zhǔn)，目前推行的是20世紀(jì)90年代后期的99標(biāo)準(zhǔn)，形成了節(jié)能變壓器的新系列，使各種損耗進(jìn)一步降低，替代了高能耗產(chǎn)品的生產(chǎn)。1998年國家又進(jìn)一步明確，在電網(wǎng)中運行的64系列、73系列老舊變壓器必須淘汰更新，按1979年標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的S7型變壓器也必須停止生產(chǎn)。1998～2001年的城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)改造中大力推行的S9型配電變壓器，符合1999年國家標(biāo)準(zhǔn)。2000年開始，在兩網(wǎng)建設(shè)改造中還使用了卷鐵心變壓器。在干式變壓器中，在自主開發(fā)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了德國、瑞士、意大利、葡萄牙等國多家公司的有關(guān)10kV、35kV干式變壓器系列的設(shè)計、制造等多種技術(shù)，并早已批量生產(chǎn)10kV、35kV干式變壓器，目前可生產(chǎn)最高電壓等級為110kV、單相容量為1.05萬kVA的干式變壓器，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到引進(jìn)的國外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平。在高壓、超高壓設(shè)計方面，除開展了科技攻關(guān)、自主開發(fā)外，在進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來還先后引進(jìn)了日立、東芝、ABB、三菱、西門子等公司的制造技術(shù)。目前在超高壓500kV變壓器制造中，從最初的大部分依賴進(jìn)口，發(fā)展到如今可與進(jìn)口產(chǎn)品具有相當(dāng)競爭能力的產(chǎn)品。隨著三峽工程的建設(shè)需要，引進(jìn)的西門子公司變壓器制造技術(shù)，在三峽水電站左岸應(yīng)用的84kVA三相變壓器制造中，我國已同外商合作，每臺承擔(dān)30%左右的制造份額；對于西門子公司設(shè)計、制造技術(shù)的關(guān)鍵部分已能完全掌握，三峽右岸所用變壓器的制造，應(yīng)用西門子技術(shù)，要求做到由國內(nèi)承制，為參加投標(biāo)創(chuàng)造了條件。1.3計算機監(jiān)控系統(tǒng)隨著微處理機技術(shù)和局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機已深入工業(yè)生產(chǎn)過程的各個領(lǐng)域；同時由于越來越多、越來越大的水電工程開發(fā)，迫切需要更為先進(jìn)和可靠的控制系統(tǒng)去操作日趨復(fù)雜的控制設(shè)備，前者為后者提供了豐富的軟硬件基礎(chǔ)，后者為前者的充分結(jié)合提供了具體的對象。由此便產(chǎn)生了當(dāng)代的水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)[7]。從我國水電廠自動化發(fā)展概況來看，分析我國水電廠自動化技術(shù)發(fā)展的過程，以及水電站自動化面臨的機遇與挑戰(zhàn)是與計算機的監(jiān)控技術(shù)密不可分的。當(dāng)今水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的模式：以計算機在控制中的作用劃分，可分為計算機輔助監(jiān)控系統(tǒng)(CASC)，以計算機為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)(CBSC)，計算機和常規(guī)設(shè)備并存的監(jiān)控系統(tǒng)(CCSC)；以控制的方式劃分，有集中式監(jiān)控系統(tǒng)，功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)，分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，全分布全開放式監(jiān)控系統(tǒng)。而可編程序控制器則是必不可少的：可編程序控制器以其高可靠性和靈活性深受用戶歡迎。機組LCU是監(jiān)控系統(tǒng)中的基礎(chǔ)和核心部分。1.監(jiān)測、監(jiān)控早期的自動化產(chǎn)品體積龐大,性能不夠可靠,質(zhì)量不夠穩(wěn)定,只能用來實現(xiàn)監(jiān)測、測量。隨著電子應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,自動化產(chǎn)品的性能不斷提高、質(zhì)量不斷穩(wěn)定,可以逐步實現(xiàn)各種控制功能,進(jìn)而實現(xiàn)全面的監(jiān)控功能。以單功能微機裝置集成系統(tǒng)為例,每個微機裝置具有不同的、特定的功能,如有的微機裝置專門采集開關(guān)量,有的微機裝置專門采集模擬量,有的微機裝置專門進(jìn)行控制操作。這類系統(tǒng)在分布方式上進(jìn)行了一些有益的試驗,但從模式上看還不能算是很成熟的系統(tǒng)[6]。為了檢修維護(hù)的方便,以發(fā)電機組為單元,將數(shù)據(jù)采集與控制集成到一臺計算機或可編程邏輯控制器(PLC,早期的PLC有GE系列6型)中,構(gòu)成了現(xiàn)地控制單元(LCU)。LCU無法直接接入以太網(wǎng),而且計算機非常昂貴,不能使每臺LCU都配備CPU接入以太網(wǎng),只能將計算機作為前置機。這時的系統(tǒng)采用專門的計算機,在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)上已跨出了一大步,但相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)還不完善,尚不能形成理想的開放系統(tǒng)環(huán)境[4]。2.常規(guī)控制、計算機監(jiān)控在20世紀(jì)70年代及以前,水電站各種設(shè)備的控制操作以常規(guī)控制邏輯加人工技能來實現(xiàn),這種控制操作方式被稱為常規(guī)控制方式。到了80年代,開始使用計算機系統(tǒng)為控制手段,由于受各方條件的限制,水電站設(shè)備的控制仍然以常規(guī)控制方式為主,計算機監(jiān)控系統(tǒng)為輔。到了90年代,隨著計算機監(jiān)控技術(shù)的不斷成熟,計算機監(jiān)控系統(tǒng)大有取代常規(guī)控制方式的趨勢,但各方面對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的認(rèn)識不同,多數(shù)主張以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為主,以常規(guī)控制設(shè)備為輔。事實上,在以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為主的時代,常規(guī)控制方式只是在水電站投產(chǎn)試驗時發(fā)揮了一定的作用,而在以后的運行過程中,常規(guī)控制設(shè)備基本上處于閑置狀態(tài),沒有發(fā)揮多少作用,而且由于長期不操作,值班人員對常規(guī)設(shè)備也越來越生疏,不敢再使用。因此,水電站各種設(shè)備的控制操作已完全依靠計算機監(jiān)控系統(tǒng),只是為確保水電站自動化的可靠性,對于十分重要的控制操作配備以常規(guī)手動部件作為備用,如緊急停機等。3.輔機控制勵磁和調(diào)速系統(tǒng)是水輪發(fā)電機組的核心控制部分,對機組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運行起著至關(guān)重要的作用。勵磁系統(tǒng)通過對磁場能量的有效控制,調(diào)節(jié)機端電壓,優(yōu)化無功控制,保障發(fā)電機組安全運行;調(diào)速系統(tǒng)通過對水輪機輸入能量的有效控制,調(diào)節(jié)機組頻率,優(yōu)化有功控制,保障水輪發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行。1985年,南瑞的前身水利電力部南京自動化研究所研制成功國內(nèi)第1套微機型水輪機調(diào)速器和第1套微機型發(fā)電機勵磁設(shè)備,并投入應(yīng)用。隨后,以微機為主控制器的調(diào)速器和勵磁設(shè)備在國內(nèi)水電站建設(shè)中逐步得到推廣應(yīng)用,大大提高了水輪發(fā)電機組對電網(wǎng)的響應(yīng)速度,對電能質(zhì)量的提高起到了較好的作用。目前,中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的調(diào)速器和勵磁設(shè)備已具備國際先進(jìn)水平,并成功應(yīng)用于巨型水輪發(fā)電機組,為經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了積極的作用。4.開放式系統(tǒng)水電站自動化是從單個測控裝置發(fā)展起來的,由于技術(shù)條件的限制,各種測控裝置無法互聯(lián),或者只能用各個生產(chǎn)廠家專門的方式進(jìn)行互聯(lián),構(gòu)成專用的監(jiān)控系統(tǒng),由于測控裝置之間的信息無法共享,其發(fā)揮的作用也十分有限。隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,計算機應(yīng)用軟件越來越復(fù)雜、龐大,軟件開發(fā)的投入也越來越大,為使這些資源不僅能在一家公司制造的計算機上運行,也能在另一家公司制造的計算機上運行,形成了一系列的開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),如TCP/IP,POSIX,SQL,ODBC,JDBC,OPC等?；陂_放系統(tǒng)的分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有通用性和移植性,監(jiān)控系統(tǒng)的軟件可以安裝在任何具有開放系統(tǒng)特點的計算機上。開放系統(tǒng)為水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了強有力的支撐,也為水電站自動化的進(jìn)一步發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。城市遠(yuǎn)方計算機監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn),以計算機技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)為基礎(chǔ),其體系結(jié)構(gòu)與流域梯級集控計算機監(jiān)控系統(tǒng)十分相似,所不同的是,該系統(tǒng)面向的水電站可能在同一個流域上,也可能不在同一個流域上,可能只有1個水電站,也可能有多個水電站;功能上也有較多不同,沒有流域梯級的經(jīng)濟(jì)調(diào)度運行功能。有的城市遠(yuǎn)方計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)當(dāng)?shù)厮娬镜臒o人值班,有的實現(xiàn)電力營銷。雖然實現(xiàn)城市遠(yuǎn)方計算機監(jiān)控系統(tǒng)的目的不同,但實際上該系統(tǒng)就是當(dāng)?shù)赜嬎銠C監(jiān)控系統(tǒng)的延伸。因此,城市遠(yuǎn)方計算機監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用主要考慮解決遠(yuǎn)距離信息傳輸?shù)膯栴},而遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)在通信領(lǐng)域早已得到解決,只要處理好當(dāng)?shù)赜嬎銠C監(jiān)控系統(tǒng)與遠(yuǎn)方計算機監(jiān)控系統(tǒng)的控制權(quán)問題,就能實現(xiàn)城市遠(yuǎn)控功能。南瑞的SSJ3000型NARIACCess、NC2000系統(tǒng)及水科院的H9000型系統(tǒng)等就是這個時期典型的基于開放系統(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng),引領(lǐng)了國內(nèi)計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展潮流。1.4繼電保護(hù)隨著經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模和容量也隨之不斷擴(kuò)大。電力系統(tǒng)主要由發(fā)電機、變壓器、母線、輸配線路及用電設(shè)備等組成。電力系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生一些危險故障，而這些故障可能會發(fā)展成事故，使整個電力系統(tǒng)或其中部分系統(tǒng)的正常工作遭到破壞，造成對用戶少送電、停止送電或電能質(zhì)量降低等現(xiàn)象，因而對電力系統(tǒng)進(jìn)行繼電保護(hù)就顯得尤為重要[2]。自從由楊奇遜教授主研的第一套微機線路保護(hù)裝置在河北馬頭電廠投入運行以來,微機繼電保護(hù)的發(fā)展已經(jīng)歷了年的歷史,在我國,微機繼電保護(hù)的發(fā)展大體上經(jīng)歷了三個階段,第一階段為以單的硬件結(jié)構(gòu)為主,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由逐次逼近式的芯片構(gòu)成,硬件及軟件的設(shè)計符合我國高壓線路保護(hù)裝置的“四統(tǒng)一”設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),其代表產(chǎn)品為一、一型微機高壓輸電線路保護(hù)裝置,第二階段為以多個單片機構(gòu)成的多硬件結(jié)構(gòu)為主,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為電壓一頻率轉(zhuǎn)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),硬件及軟件的設(shè)計方面吸取了一型微機保護(hù)裝置的成功運行經(jīng)驗,針對型保護(hù)存在的問題進(jìn)行了改進(jìn),同時,利用多的特點,強化了自檢和互檢功能,使硬件故障可定位到插件,對保護(hù)的跳閘出口回路,具有完善的抗干擾措施及防止拒動和誤動的措施,其代表產(chǎn)品為一、一型微機高壓線路保護(hù)裝置和南瑞繼電保護(hù)工程公司研制的一系列保護(hù)裝置,第三階段為以高性能的位單片機構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)為主,具有總線不引出芯片,電路簡單的特點,抗干擾能力進(jìn)一步加強,完善了通信功能,為變電站綜合自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了強有力的環(huán)境,其代表產(chǎn)品為四方公司研制的及系列保護(hù)裝置。十年來,微機繼電保護(hù)的研究方向側(cè)重于高壓輸電線路保護(hù)方面,目前在全國各大電力系統(tǒng)中投入運行的微機線路保護(hù)裝置已超過一千套,主要產(chǎn)品為華北電力大學(xué)研究的一系列產(chǎn)品和電力部電力自動化研究院研究的一系列產(chǎn)品[12]。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，對繼電保護(hù)提出了新的發(fā)展要求。電子技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，這幾種技術(shù)的融合又為繼電保護(hù)技術(shù)的快速發(fā)展注入了新的活力。因此，在這種環(huán)境下，繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展條件得天獨厚，歷經(jīng)40余年的時間里完成了跨越式的發(fā)展。隨著微機保護(hù)裝置的深入研究，在微機保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多重要的理論成果?？梢哉f我國從20世紀(jì)90年代開始，繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)入了微機保護(hù)的時代[13]。水電站的水輪發(fā)電機保護(hù)有差動、橫差、負(fù)序電流保護(hù)、定子繞組和勵磁回路一點接地保護(hù)、過電壓、過負(fù)荷保護(hù)等。以上都要通過電流互感器、電壓互感器等感應(yīng)元器件,反應(yīng)被保護(hù)電力系統(tǒng)及設(shè)備的電流和電壓的信息。微型機保護(hù)系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成(1)模擬量輸人系統(tǒng),(2)CPU主系統(tǒng),（3）開關(guān)量輸人/輸出系統(tǒng)。若想通過微型機實現(xiàn)對機組的繼電保護(hù),首先需要從被保護(hù)電力系統(tǒng)的電流互感器,電壓互感器等變換器上取得信息,模擬信號是由系統(tǒng)電流和電壓組成,一次模擬量非常大,變換器可將信號降到一定的數(shù)值,通常最大為12V,電壓形成回路是將被保護(hù)元件工作狀態(tài)的交流電壓,電流及其相位轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)闹绷餍盘?提供給直流繼電器,它是由中間電壓變換器、中間電流變換器、中間電抗變壓器構(gòu)成。采樣保護(hù)電路(S/H)測量模擬輸人量在該時刻的瞬時值,并在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的期間內(nèi)保持其輸出不變,而后模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)將離散點上的模擬信號變換成計算機所需的數(shù)字信號,通過微機接口傳遞給計算機CPU。數(shù)據(jù)均被保留在隨機存儲器RAM中,以上這些操作都包含在膜擬量輸人系統(tǒng)中,即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[8]。輸人系統(tǒng)的開關(guān)有兩種,一種是在裝置調(diào)試時用的或運行中定期檢查裝置用的鍵盤接點及切換裝置工作方式用的轉(zhuǎn)換開關(guān)等,另一種接點是經(jīng)過端子排引人微機保護(hù)裝置的,如轉(zhuǎn)換開關(guān)以及其它保護(hù)裝置和操作繼電器的接點等。開關(guān)量輸出系統(tǒng)也是通過系統(tǒng)軟件控制其回路來實現(xiàn)的。計算機的軟件是根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器提供的輸人電氣量的采樣數(shù)據(jù),算出如電壓、電流等的有效值和相位以及視在阻抗,由這些被保護(hù)電氣量的數(shù)值,可以設(shè)計各種不同原理的保護(hù),最基本的算法如采樣定理、正弦曲線擬合法,付氏算法等。經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)應(yīng)計算二次量,如差動保護(hù)需要計算動作電流和制動電流,將這些二次量和各項預(yù)定的繼電器特性進(jìn)行比較,由繼電器整定程序把這些特性輸人計算機[11]。微型機繼電保護(hù)在其軟件程序的控制下,有很強的抗干擾和防止誤動作的能力,并可進(jìn)行綜合分析實現(xiàn)自動糾錯,所以有很高的可靠性。計算機的軟件程序是可編程序,根據(jù)需要可較容易地進(jìn)行程序的修改,還可組成不同的繼電器,因此它的靈活性也很大。在維護(hù)調(diào)試方面比較起整流型和晶體管繼電保護(hù)裝置,微型計算機的繼電保護(hù)有無可比擬的優(yōu)越性,大大減少了維護(hù)調(diào)試的強度和時間,只要檢驗微機硬件是否完好就可以了。軟件程序只要設(shè)計無誤,就可達(dá)到應(yīng)有的要求。微型計算機的價格一直在下降,并能實現(xiàn)多種功能,使它在經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)于繼電器,另外微機還有利于系統(tǒng)的相互聯(lián)系,易于獲得附加功能的優(yōu)點[10]關(guān)于無人值班(少人值守)無人值班是水電站運行管理和自動化技術(shù)水平的標(biāo)志。無人值班相對于有人值班而言,就是要求計算機監(jiān)控系統(tǒng)來完成值班人員日常的工作,包括定時巡視運行設(shè)備、記錄各設(shè)備有關(guān)參數(shù)和相關(guān)事件、按操作票形式進(jìn)行設(shè)備的正常操作、發(fā)生事故或故障時進(jìn)行反事故處理、采取有效措施防止事故擴(kuò)大等,實現(xiàn)比有人值班更迅速、更可靠、更安全的運行方式。雖然自動化系統(tǒng)具有一定的反事故處理能力,在局部范圍內(nèi)起到防止事故擴(kuò)大的作用,但是事故或故障的出現(xiàn)原因是非常復(fù)雜的,少數(shù)可以通過一定的處理恢復(fù),大多數(shù)則無法迅速恢復(fù),需要檢修維護(hù)人員及時前往現(xiàn)場分析處理。3.水電開發(fā)展望隨著自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步以及水電站運行管理水平的不斷提高,水電站自動化技術(shù)也將不斷發(fā)展,主要表現(xiàn)在以下方面。1)深入推進(jìn)水電站無人值班技術(shù)的各項工作無人值班技術(shù)的應(yīng)用是水電站運行管理和自動化水平的標(biāo)志。無人值班技術(shù)不只是使用高性能的自動化元件或控制部件,更是要進(jìn)一步提升其技術(shù)可靠性水平,采用先進(jìn)的智能傳感器、智能控制回路以及LCU數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),簡化各種復(fù)雜環(huán)節(jié),如光電壓互感器/電流互感器的應(yīng)用、高速的現(xiàn)場總線等,計算機監(jiān)控系統(tǒng)的開放性將進(jìn)一步提高。2)技術(shù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺數(shù)字化水電站平臺技術(shù)的構(gòu)建隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)在水電站的應(yīng)用越來越廣泛,水電站的智能系統(tǒng)和設(shè)備越來越多,包括監(jiān)控系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測和分析系統(tǒng)、培訓(xùn)仿真系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等,而綜合應(yīng)用這些相關(guān)信息的決策部門卻離生產(chǎn)現(xiàn)場越來越遠(yuǎn)。對這些相關(guān)信息進(jìn)行綜合分析與有效挖掘,必將全面提升水電站運行與管理水平,提高企業(yè)資源利用率,保障安全生產(chǎn),降低運行維護(hù)成本,推動發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益的提高。南瑞在傳統(tǒng)SCADA技術(shù)的基礎(chǔ)上,針對數(shù)據(jù)采集量大、數(shù)據(jù)采集頻率高以及數(shù)據(jù)采集與時間密切關(guān)聯(lián)等特點,開展了大型通用實時數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)軟件的研究,為工業(yè)化與信息化的融合提供了強有力的保障工具,為進(jìn)一步加快傳統(tǒng)水電站自動化技術(shù)的升級發(fā)揮了作用[15]。3)適用于水電站的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的iPLC將被廣泛應(yīng)用隨著水電站自動化技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的、通用的國外品牌PLC在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中,越來越無法適應(yīng)水電站自動化技術(shù)的真實需求,必須進(jìn)一步提升其技術(shù)水平、擴(kuò)展相關(guān)功能,因此,既具有通用PCL功能又具有水電站自動化專業(yè)特點的iPLC將被廣泛應(yīng)用。改革開放30年來,電子信息技術(shù)及機械設(shè)計加工水平都發(fā)生了本質(zhì)的變化,南瑞MB系列iPLC就是在這樣的環(huán)境中誕生并發(fā)展起來的。4)服務(wù)專業(yè)化或代理化各電力生產(chǎn)企業(yè)在不斷發(fā)展,對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的要求也越來越高,水電站自動化技術(shù)也越來越復(fù)雜,相應(yīng)的維護(hù)人員卻在減少,生產(chǎn)企業(yè)一般只進(jìn)行日常的改進(jìn)和部分設(shè)備的更換,大修、小修及平時突發(fā)事件發(fā)生后需要專業(yè)的服務(wù),因此,廠家服務(wù)和專業(yè)化服務(wù)的需求已經(jīng)出現(xiàn)。2011～2049年,即建國100周年,實現(xiàn)鄧小平同志第三步戰(zhàn)略部署時,我國達(dá)到或超過中等發(fā)達(dá)中國家的水平,在節(jié)能的原則下,人均裝機經(jīng)1kW計,全國總裝機約15億kW.這時基本完成常規(guī)水電的開發(fā),開發(fā)率達(dá)到90%左右,裝機約4.3億kW,以4380(或3800)萬kW的墨脫電站為代表的十幾座500萬kW以上的巨型電站基本開發(fā)完畢.西電東送的規(guī)模超過1.5億kW,東中部受電區(qū)的抽水蓄能電站也將相應(yīng)得到發(fā)展,如有關(guān)省、市、區(qū)按相應(yīng)裝機的8%配置抽水蓄能機組,則裝機規(guī)模將達(dá)到0.7億kW,水電總裝機可能達(dá)到5億kW,占總裝機的比例約為33%.大庫容抽水蓄能電站的建設(shè),也為東部沿海風(fēng)電的大量開發(fā)創(chuàng)造了有利條件.中國的水電技術(shù)隨著建設(shè)達(dá)到世界領(lǐng)先水平,進(jìn)一步由生產(chǎn)數(shù)量上的水電第一大國變?yōu)檎嬲摹⑷?包括數(shù)量、質(zhì)量、科技、管理、效益等)的水電第一大國[5]。本課題主要研究內(nèi)容根據(jù)。。。水電站特點，給出。。。水電站電氣主接線設(shè)計方案，并對設(shè)計方案進(jìn)行論證選擇，畫出主接線圖，對其設(shè)備進(jìn)行選型；2.根據(jù)電站特點，設(shè)計出電站的廠用電系統(tǒng)，繪出廠用電接線圖，并計算出各條線路的容量，根據(jù)容量進(jìn)行設(shè)備選型；

3.根據(jù)電站特點，設(shè)計升壓站，對其設(shè)備進(jìn)行選型，畫出升壓站設(shè)備布置圖；4.考慮實際機組的情況，設(shè)計出電站的計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計機組LCU、公用LCU、發(fā)電機保護(hù)、變壓器保護(hù)和線路保護(hù)柜，進(jìn)行機組順序控制設(shè)計，并編制PLC程序；完成論文的條件和擬采用的研究手段（途徑）通過原始資料進(jìn)行系統(tǒng)、全面的分析，結(jié)合所學(xué)專業(yè)理論知識，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面的因素，擬定電氣主接線方案。通過該水電站設(shè)計要求方面相關(guān)資料的分析，根據(jù)合理的運行方式和故障類型，完成電氣主接線的設(shè)計。在設(shè)計過程中，充分考慮各種可能出現(xiàn)的情況，并結(jié)合國內(nèi)外對水電站的研究狀況及本課題的發(fā)展趨勢，力求使該水電站電氣一次、二次主接線、達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。在滿足經(jīng)濟(jì)性、安全性的前提下，確保可靠的運行。在老師的悉心教導(dǎo)，同學(xué)們的相互幫助，擬采用查閱圖書館藏書以及借助專業(yè)學(xué)術(shù)性網(wǎng)絡(luò)等工具。本課題進(jìn)度安排、各階段預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)第1-2周：查閱相關(guān)設(shè)計手冊，收集論文所需資料，完成開題報告以及外文翻譯；第3-4周：確定水電站電氣主接線設(shè)計方案，并對設(shè)計方案進(jìn)行論證選擇，畫出主接線圖，對其主要設(shè)備進(jìn)行選型。第5-6周：根據(jù)電站特點，設(shè)計出電站的廠用電系統(tǒng)，繪出廠用電接線圖，并計算出各條線路的容量，根據(jù)容量進(jìn)行設(shè)備選型；第7周：根據(jù)電站特點，設(shè)計升壓站，對其設(shè)備進(jìn)行選型，畫出升壓站設(shè)備布置圖；

第8周：繪制電站及升壓站電氣一次部分相關(guān)CAD圖紙。第9-11周：考慮電站實際情況，設(shè)計出電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計機組LCU、公用LCU、進(jìn)行機組順序控制設(shè)計，并編制PLC程序；第12-13周：設(shè)計水電站發(fā)電機保護(hù)、變壓器保護(hù)和線路保護(hù)柜；第14周：繪制電站電氣二次相關(guān)CAD圖紙。第15-16周：撰寫論文并準(zhǔn)備論文答辯。參考文獻(xiàn)[1]劉海龍淺談電氣自動化的現(xiàn)狀與發(fā)展方向(哈藥集團(tuán)中藥二廠，黑龍江哈爾濱150001)[2]李玉璽電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展(