500kV變電站電氣一次部分及其監(jiān)控系統(tǒng)設計.doc

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1、XX學院畢業(yè)設計（論文）開題報告 姓 名 專 業(yè) 班 級 學 號 指導教師 題目類型 題 目 500kV變電站電氣一次部分及其監(jiān)控系統(tǒng)設計 一、畢業(yè)設計的技術背景和設計依據 隨著國民經濟的持續(xù)發(fā)展，我國的電力工業(yè)已開始進入“大電網”、“大機組”、“超高壓交、直流輸電”等新技術發(fā)展的新階段，電力供應緊張狀況已暫時得到緩解。但隨之而來的問題便是輸電網薄弱，電壓質量和電網結構難以滿足用戶對供電質量和可靠性的要求。僅以2008年年初我國南方地區(qū)發(fā)生的雪災為例，我國南方地區(qū)廣西、廣東、貴州、湖南等省份的電網大部分受到破壞，短時間內無法恢復電

2、力供應，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，以及對國家的工業(yè)生產造成了極大的破壞。 因而，要實現在21世紀初全面建設小康社會的要求，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，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，實施廠網分開、競價上網，并建立起符合社會主義市場經濟法則的、規(guī)范的電力市場。 進入2l世紀以來，電力系統(tǒng)正向高參數、大容量、超高壓快速發(fā)展，500kV電網已形成環(huán)網并成為我國電網的主網架.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、電網互聯(lián)的趨勢，使電網結構

3、越來越復雜。因此，人們自然提出這樣一個問題，是否應該從全局出發(fā)來考慮全微機化的變電站的優(yōu)化設計，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、結構電腦化。3、操作監(jiān)視屏幕化。4、運行管理智能化。 畢業(yè)設計的主要參考文獻和技術資料： [1] 電力工程電氣設計手冊（電氣一次部分、電氣二次部分），水利電力出版社，1990 [2] 王錫凡，電力工程基礎，西安交通大學出版社，1998 [3] 丁書文等

4、，變電站綜合自動化原理及應用，中國電力出版社，2003 [4] 黃益莊，變電站綜合自動化，中國電力出版社，2000 [5] 丁毓山等，中小型變電所實用設計手冊，中國水利水電出版社，2000 [6] 宋繼成，220～500kV變電所電氣接線設計，中國電力出版社，2004 [7] 國家電網公司330kV變電站典型設計，中國電力出版社，2005 [8] 吳作明，工控組態(tài)軟件與PLC應用技術，北京航天航天大學出版社，2006 二、主要設計內容、功能及技術指標 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；1

5、10kv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（4370MVA），系統(tǒng)按照無窮大考慮。 1.變電站電器一次部分設計 （1）、變電所主接線方案設計 （2）、主要電氣設備選擇； 2.監(jiān)控系統(tǒng)設計實現的主要功能 實時顯示變電站綜合自動化系統(tǒng)的運行參數（包括電壓、電流、功率、頻率、cosφ等參數）和運行趨勢圖，故障報警顯示，建立實時和歷史數據庫，實現SCADA功能。實現無人值守變電站綜合自動化功能。 3.主要技術指標 變電站運行滿足可靠性和經濟性要求。 三、主要設計思想 圖1-1 變電站一次部分系

6、統(tǒng)框圖 本設計主要包括以下幾個設計流程： 1. 變電站電氣一次部分實現 該部分的設計主要包括電氣主接線設計、短路電流計算、設備的選擇以及動、熱穩(wěn)定校驗等方面。 變電所電氣主接線設計是依據變電所的最高電壓等級和變電所的性質，選擇出一種與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應的接線方式。在選擇主接線時應滿足可靠性、靈活性和經濟性三項基本要求，三者是一個綜合概念，不能單獨強調其中的某一種特性，也不能忽略其中的某一種特性。但根據變電所在系統(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重。 本次設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連接區(qū)域電網并與多個大電源相

7、連接，高壓側有大量電力轉送。變電所裝有多臺大容量降壓變壓器，從區(qū)域電網中下載電力，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，應采用可靠性和靈活性都高的接線方式。 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）和斷路器接線（如圖1-3所示）。本次設計使用的是斷路器接線方式。 圖1-2 雙母線分段接線 圖1-3 斷路器接線 短路電流的計算通常采用近似標幺值計算。取，各級基準電壓為平均額定電壓。計算公式為： 計算每個繞組的短路電壓百分數： ＝（＋－） ＝（＋－） ＝（＋－） 當短路電流通過電氣設備

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

9、有短路電流通過時，將產生很大的電動力，可能對電氣設備產生嚴重的破壞作用。因此，各制造廠所生產的電器，都用最大允許電流的幅值或最大有效值表示其電動力穩(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 或 式中及—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）。 2.PLC控制系統(tǒng) PLC實質上是一種工業(yè)控制計算機，專為工業(yè)現場應用而設計，采用了典型的計算機結構，主要由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入／輸出接口等電路組成。本設計所用的PLC是西門子公司生產的S7-300系列，其系統(tǒng)組成如圖1-4所示：

10、 圖1-4 S7-300PLC系統(tǒng)組成框圖 PLC控制系統(tǒng)的具體設計步驟如下: ①.根據生產的工藝過程來分析控制要求。 ②.根據控制要求確定所需要的用戶輸入／輸出設備。確定PLC的型號及I/O點數和組態(tài)軟件需要監(jiān)控的地址。 ③.分別進行控制系統(tǒng)軟件、硬件和人機界面的設計。 ④.硬件的選型調試，軟件的模擬調試。 ⑤.聯(lián)機調試，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。 ⑥.編寫技術文件。 ⑦.實驗調試。 其流程圖如圖1-5所示 圖1-5 PLC控制系統(tǒng)設計流程圖 3.上位機監(jiān)控系統(tǒng)的實現 上位機監(jiān)控系統(tǒng)的

11、界面采用組態(tài)軟件進行設計。目前，組態(tài)軟件的種類比較多，如MCGS軟件、組態(tài)王6.0等。 MCGS(Monitor and Control Generated 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能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、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)控網絡等功能。 組態(tài)王軟件經過七年開發(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)）的現場運行（包括"中華世紀壇"國家標志性工程）

12、，現已成為國內組態(tài)軟件的客戶首選，并且作為首家國內組態(tài)軟件應用于國防，航空航天等重大領域。 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) 、網絡功能、冗余系統(tǒng)等十大特點。 本次設計的監(jiān)控平臺可以實時顯示變電站的的運行參數（包括電壓、電流等參數）和運行趨勢圖、故障報警顯示、建立實時和歷史數據庫，實現SCADA功能。

13、 四、解決的關鍵問題 (1)．對設計題目的分析，認真分析才能得到正確的解決方案。 (2)．學習西門子公司S7-300系列PLC指令以及編程方法等。 (3)．上位機監(jiān)控系統(tǒng)界面設計，應學習組態(tài)王6.0軟件。 (4)．學習AutoCAD 繪圖軟件，從而繪制變電站電氣一次部分主

14、接線圖、系統(tǒng)流程圖以及程序流程圖等。 五、擬采用的技術方案 通過對各方面資料的研究，500kV電氣一次部分接線采用斷路器接線，該接線方式具有如下優(yōu)點： ①. 有較高的可靠性。 ②. 有高度的運行靈活性。任何一個元件可根據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。 ③. 運行操作方便。所有隔離開關均為檢修用，沒有倒閘操作用隔離開關。隔離開關的操作程 序簡單。 ④. 設備檢修方便。任何設備或母線檢修，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的S7-300系列PLC.該系列PLC具有緊湊的設計

15、、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、運行性能良好，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) 、網絡功能、冗余系統(tǒng)等十大特點。 六、畢業(yè)設計（論文）工作進度安排 周 次 設 計 內 容 完 成 情 況 教 師 檢 查 1 熟悉設計內容，查閱資料 2 熟悉設計內容，查閱資料 3 總體方案設計 4 一次系統(tǒng)初步設計 5 一次系統(tǒng)計算 6 主設備選型 7 監(jiān)控系統(tǒng)初步設計 8 監(jiān)控設備選型 9 人機界面設計 10 繪制一次系統(tǒng)圖 11 繪制控制系統(tǒng)圖 12 整理說明書 指 導 教 師 意 見 指導教師簽字___________ 年 月 日 共8頁，第8頁