電氣工程及其自動化開題報告
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設計(論文)題目： 電力系統規劃及發電廠電氣部分設計
1.結合畢業設計(論文)課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
一 電力系統規劃
1. 電力系統概述
電力系統由發電、變電、輸電、配電和用電等環節組成的電能生產與消費系統。它的功能是將自然界的一次能源通過發電動力裝置(主要包括鍋爐、汽輪機、發電機及電廠輔助生產系統等)轉化成電能，再經輸、變電系統及配電系統將電能供應到各負荷中心，通過各種設備再轉換成動力、熱、光等不同形式的能量，為地區經濟和人民生活服務。[1] 電源點與負荷中心多數處于不同地區，也無法大量儲存，故其生產、輸送、分配和消費都在同一時間內完成，并在同一地域內有機地組成一個整體，電能生產必須時刻保持與消費平衡。因此，電能的集中開發與分散使用，以及電能的連續供應與負荷的隨機變化，就制約了電力系統的結構和運行。據此，電力系統要實現其功能，就需在各個環節和不同層次設置相應的信息與控制系統，以便對電能的生產和輸運過程進行測量、調節、控制、保護、通信和調度，確保用戶安全、經濟、優質的電能。[2]
2. 電力系統規劃設計的重要性
電能是當今社會應用最廣泛的二次能源。國民經濟的建設與發展，人民物質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濟的各個部門。“科技要發展，電力要先行”，因此，做好電力工程建設的前期工作，落實發、送、變電本體工程的建設條件，協調其建設進度，優化其設計方案，最大限度地節約國家基建投資，意義尤為重大。而電力系統規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劃，是具體建設項目的方針和原則，是一項具有戰略意義的工作。[3]
3. 電力系統規劃設計的任務
其任務是根據規劃地區的國民經濟和長期社會發展目標、經濟布局和能源資源開發與分布情況，宏觀分析電力市場需求，進行煤、水、電、運和環境等綜合分析，提出電力可持續發展的基本原則和方向，電源的總體規模。設計電網布局、結構和建設項目。對建設資金、電價水平、設備、燃料及運輸等進行測算和分析。[4]在該規劃設計中要選擇電力系統電源容量、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：
�、�.確定電力系統需要的發電設備容量。
�、�.確定電力系統需要的備用容量。
�、�.確定電力系統需要的調峰容量，使之能滿足設計年不同季節的系統調峰需要。
其中備用容量的考慮：
�、儇摵杉皣窠洕鷤溆茫阂话闳∽畲筘摵傻�2%~5%，低值適用于大系統，高值適用于小系統。
�、谑鹿蕚溆茫喝∽畲筘摵傻�10%與最大一臺單機容量的最大值。
�、蹤z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，是發電廠、變電所電氣部分的主體，也是電網的重要組成部分。
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).發電廠及變電所主變壓器的選擇
發電廠變壓器臺數選擇：當有發電機電壓直配線時，按在機壓母線上的主變一般不少于兩臺選擇;大容量的發電機一般采用單元接線。
變電所變壓器臺數的選擇：變電所一般裝設兩臺主變壓器。
發電廠主變壓器容量的選擇：采用單元接線的主變容量應與發電機容量配套，按發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;接于發電機電壓母線上的主變容量選擇應取以下三種結果的最大值：[發電機出力最大，而發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;發電機電壓母線上的最大一臺機停機或因故限制出力，主變應能從系統倒送功率來滿足負荷和廠用電;若發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)繪制相應電力系統發電廠，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定和熱穩定。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、熱穩定校驗、動穩定校驗。
(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絡中各元件通過的功率和產生的功率損耗。
(7).無功功率的平衡和電壓調整
電力系統中的無功功率電源有發電機、電容器和調相機、靜止調相機和靜止補償器、并聯電抗器等。電力系統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。
電力系統調壓方式有：順調壓、逆調壓、常調壓。調壓手段有：借改變發電機端電壓調壓、借改變變壓器變比調壓、借補償設備調壓和組合調壓等。[ 5 ]
(8).方案的技術經濟指標比較
在進行電氣主接線設計時，一般根據任務書的要求，綜合分析有關基礎資料，擬定若干種技術經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。經濟比較有靜態比較法和動態比較法兩種。
(9).電力系統的發展
能源方面：優化電源結構，加強電網建設。水電、核電、風電、太陽能發電等可再生能源及新能源必將成為優先發展的對象，煤電則立足于優化結構，節約能源，重視環保，提高技術經濟水平。
電網方面：電網的覆蓋范圍不斷擴大，電網的運行管理要求愈來愈嚴，電網的自動化水平愈來愈高，以計算機及通信技術為核心的數據網絡將成為電網發展的`必然趨勢。
二 發電廠廠用電規劃設計
1. 廠用電規劃設計的需求
發電廠廠用電系統設計和設備選擇，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展規劃，廠用主要設備布置合理，便于維護管理;4)調度靈活，檢修調試方便;5)設備選用合理、技術先進。[8]
其設計內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發電機的額定電壓、廠用電動機的額定電壓和廠用電網絡的可靠、經濟運行等因素，經過技術經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
發電廠廠用電系統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。其選擇內容包括變壓器的臺數、型式、額定電壓、額定容量和短路阻抗。
三 電力系統繼電保護
1. 概述
電力系統運行過程的不確定性，使發生故障和出現不正常運行狀態在所難免，因此需要繼電保護來實現對一次系統的運行狀態進行監視、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。電力系統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中切除，使故障元件免于繼續遭受損壞，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，并依據運行維護條件，而動作于發出信號或跳閘。[ 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、縱聯保護，自動重合閘(ARD)。
發電機保護的配置：縱差保護、橫差保護、定子單相接地保護、發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。
發電機—變壓器組保護的配置：大差動繼電保護。
四 防雷保護規劃設計
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;在發電廠、變電所的進線段上設置進線保護段，以限制流經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，應根據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，并結合配電裝置的接線方式來確定。
參考文獻
[1] 袁小華.電力工程.北京：中國電力出版社，2007.
[2] 楊淑英.電力系統概論. 北京：中國電力出版社， 2003..
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[4] 費翊群.電力系統規劃.北京：電力工業部干部學校，1981.
[5] 陳珩.電力系統穩態分析(第三版).北京:：中國電力出版社,2007.
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[9] 陳躍.電氣工程專業畢業設計指南(電力系統分冊).北京：中國水利水電出版社，2003.
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[11] 王維儉.發電機變壓器繼電保護應用.北京：中國電力出版社， 2004.
[12] 周澤存.高電壓技術(第三版).北京：中國電力出版社，2007.
[13] 曹繩敏.電力系統課程設計及畢業設計參考資料.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規劃及發電廠電氣部分設計。本次畢業設計的是通過學習電力系統規劃設計的方法，然后再根據具體方向，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整
(8).方案的技術經濟指標比較
查閱文獻，搜集資料，調查研究，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，提高理論聯系實際的能力。
具體設計步驟如下：
基本設計內容：
1、根據給定的負荷資料確定備用容量及需要的裝機容量。
2、選擇電力系統的導線截面，回路數，電壓等級及系統接線圖。
3、方案的技術經濟指標比較。
4、選擇各發電廠及變電所的主接線。
5、選擇各發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壓計算。
10、火電廠廠用電規劃設計及配電裝置規劃設計。
11、火電廠防雷保護設計及繼電保護規劃設計。
專題設計內容(發電廠)：
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。
專題設計內容(繼電保護)：
1、發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、發電機-變壓器組保護配置與整定計算。
4、全系統繼電保護與自動裝置配置。
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