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

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1、XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 姓 名 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 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(jì) 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù) 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，我國(guó)的電力工業(yè)已開(kāi)始進(jìn)入“大電網(wǎng)”、“大機(jī)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(shí)得到緩解。但隨之而來(lái)的問(wèn)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(duì)供電質(zhì)量和可靠性的要求。僅以2008年年初我國(guó)南方地區(qū)發(fā)生的雪災(zāi)為例，我國(guó)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(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)電

2、力供應(yīng)，火車等交通運(yùn)輸工具不能正常運(yùn)行，對(duì)人民的出行和生活帶來(lái)了極大不便，以及對(duì)國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)造成了極大的破壞。 因而，要實(shí)現(xiàn)在21世紀(jì)初全面建設(shè)小康社會(huì)的要求，我國(guó)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(qiáng)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(shí)施廠網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，并建立起符合社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)法則的、規(guī)范的電力市場(chǎng)。 進(jìn)入2l世紀(jì)以來(lái)，電力系統(tǒng)正向高參數(shù)、大容量、超高壓快速發(fā)展，500kV電網(wǎng)已形成環(huán)網(wǎng)并成為我國(guó)電網(wǎng)的主網(wǎng)架.隨著電力體制改革的逐漸深入和全國(guó)電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高電壓、大機(jī)組、長(zhǎng)距離輸電、電網(wǎng)互聯(lián)的趨勢(shì)，使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3、越來(lái)越復(fù)雜。因此，人們自然提出這樣一個(gè)問(wèn)題，是否應(yīng)該從全局出發(fā)來(lái)考慮全微機(jī)化的變電站的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高變電站的可控性，更多的采用遠(yuǎn)方集中控制、操作、反事故措施等，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少人為誤操作的可能，提高運(yùn)行可靠性，這就是變電站綜合自動(dòng)化。 變電站的綜合自動(dòng)化由電腦繼電保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)組成。最明顯的特征有以下四個(gè)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(yùn)行管理智能化。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要參考文獻(xiàn)和技術(shù)資料： [1] 電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（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(chǔ)，西安交通大學(xué)出版社，1998 [3] 丁書文等

4、，變電站綜合自動(dòng)化原理及應(yīng)用，中國(guó)電力出版社，2003 [4] 黃益莊，變電站綜合自動(dòng)化，中國(guó)電力出版社，2000 [5] 丁毓山等，中小型變電所實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)，中國(guó)水利水電出版社，2000 [6] 宋繼成，220～500kV變電所電氣接線設(shè)計(jì)，中國(guó)電力出版社，2004 [7] 國(guó)家電網(wǎng)公司330kV變電站典型設(shè)計(jì)，中國(guó)電力出版社，2005 [8] 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 二、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo) 本變電站為500kV樞紐變電站， 500kV進(jìn)線四回，線路長(zhǎng)度分別為250km（2回）與200km（2回）屬于四個(gè)獨(dú)立電源；1

5、10kv饋出線8回，距負(fù)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(tái)（4370MVA），系統(tǒng)按照無(wú)窮大考慮。 1.變電站電器一次部分設(shè)計(jì) （1）、變電所主接線方案設(shè)計(jì) （2）、主要電氣設(shè)備選擇； 2.監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的主要功能 實(shí)時(shí)顯示變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)（包括電壓、電流、功率、頻率、cosφ等參數(shù)）和運(yùn)行趨勢(shì)圖，故障報(bào)警顯示，建立實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)SCADA功能。實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守變電站綜合自動(dòng)化功能。 3.主要技術(shù)指標(biāo) 變電站運(yùn)行滿足可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求。 三、主要設(shè)計(jì)思想 圖1-1 變電站一次部分系

6、統(tǒng)框圖 本設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)設(shè)計(jì)流程： 1. 變電站電氣一次部分實(shí)現(xiàn) 該部分的設(shè)計(jì)主要包括電氣主接線設(shè)計(jì)、短路電流計(jì)算、設(shè)備的選擇以及動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)等方面。 變電所電氣主接線設(shè)計(jì)是依據(jù)變電所的最高電壓等級(jí)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(shí)應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三項(xiàng)基本要求，三者是一個(gè)綜合概念，不能單獨(dú)強(qiáng)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(duì)變電所主接線的性能要求也不同的側(cè)重。 本次設(shè)計(jì)的變電所屬于系統(tǒng)樞紐變電所。該變電所的主要特點(diǎn)是高壓側(cè)連接區(qū)域電網(wǎng)并與多個(gè)大電源相

7、連接，高壓側(cè)有大量電力轉(zhuǎn)送。變電所裝有多臺(tái)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(shè)計(jì)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(jì)算通常采用近似標(biāo)幺值計(jì)算。取，各級(jí)基準(zhǔn)電壓為平均額定電壓。計(jì)算公式為： 計(jì)算每個(gè)繞組的短路電壓百分?jǐn)?shù)： ＝（＋－） ＝（＋－） ＝（＋－） 當(dāng)短路電流通過(guò)電氣設(shè)備

8、時(shí)，將產(chǎn)生熱效應(yīng)及電動(dòng)力效應(yīng)，因此，必須對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。 ①.熱穩(wěn)定校驗(yàn) 校驗(yàn)電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性，就是校驗(yàn)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(guò)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(yàn)時(shí)，以通過(guò)電氣設(shè)備的三相短路電流為依據(jù)，工程計(jì)算中常用下式校驗(yàn)所選的電氣設(shè)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(shí)間（亦稱假想時(shí)間s）； --制造廠規(guī)定的在t秒內(nèi)的電器的熱穩(wěn)定電流（KA）；t為與相對(duì)應(yīng)的時(shí)間（s）。 ②.動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 當(dāng)電氣設(shè)備中

9、有短路電流通過(guò)時(shí)，將產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，可能對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)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或最大有效值表示其電動(dòng)力穩(wěn)定的程度，它表明電器通過(guò)上述電流時(shí)，不致因電動(dòng)力的作用而損壞。滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件為 或 式中及—三相短路時(shí)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(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入／輸出接口等電路組成。本設(shè)計(jì)所用的PLC是西門子公司生產(chǎn)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(shè)計(jì)步驟如下: ①.根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程來(lái)分析控制要求。 ②.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(hào)及I/O點(diǎn)數(shù)和組態(tài)軟件需要監(jiān)控的地址。 ③.分別進(jìn)行控制系統(tǒng)軟件、硬件和人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。 ④.硬件的選型調(diào)試，軟件的模擬調(diào)試。 ⑤.聯(lián)機(jī)調(diào)試，對(duì)不符合控制要求的部分進(jìn)行修改，直到符合控制要求為止。 ⑥.編寫技術(shù)文件。 ⑦.實(shí)驗(yàn)調(diào)試。 其流程圖如圖1-5所示 圖1-5 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 3.上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的

11、界面采用組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(dòng)化軟件公司開(kāi)發(fā)的一套基于Windows平臺(tái)，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。 MCGS能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)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(guò)七年開(kāi)發(fā)，五年的各種突發(fā)環(huán)境的真實(shí)考驗(yàn)，九千例工程（鋼鐵，化工，電力，國(guó)屬糧庫(kù)，郵電通訊，環(huán)保，水處理，冶金等各行業(yè)）的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行（包括"中華世紀(jì)壇"國(guó)家標(biāo)志性工程）

12、，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件的客戶首選，并且作為首家國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件應(yīng)用于國(guó)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(bào)警和事件系統(tǒng)、報(bào)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(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)的監(jiān)控平臺(tái)可以實(shí)時(shí)顯示變電站的的運(yùn)行參數(shù)（包括電壓、電流等參數(shù)）和運(yùn)行趨勢(shì)圖、故障報(bào)警顯示、建立實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)SCADA功能。

13、 四、解決的關(guān)鍵問(wèn)題 (1)．對(duì)設(shè)計(jì)題目的分析，認(rèn)真分析才能得到正確的解決方案。 (2)．學(xué)習(xí)西門子公司S7-300系列PLC指令以及編程方法等。 (3)．上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)，應(yīng)學(xué)習(xí)組態(tài)王6.0軟件。 (4)．學(xué)習(xí)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(shù)方案 通過(guò)對(duì)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(diǎn)： ①. 有較高的可靠性。 ②. 有高度的運(yùn)行靈活性。任何一個(gè)元件可根據(jù)運(yùn)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(jiǎn)單，只需操作斷路器，而不需操作隔離開(kāi)關(guān)。 ③. 運(yùn)行操作方便。所有隔離開(kāi)關(guān)均為檢修用，沒(méi)有倒閘操作用隔離開(kāi)關(guān)。隔離開(kāi)關(guān)的操作程 序簡(jiǎn)單。 ④. 設(shè)備檢修方便。任何設(shè)備或母線檢修，都不會(huì)影響其供電。 PLC控制系統(tǒng)采用德國(guó)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(jì)

15、、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格、豐富的功能模塊以及強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，可以滿足多種多樣自動(dòng)化控制的需要。 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)王6.0軟件。該軟件適用性強(qiáng)、功能強(qiáng)、運(yùn)行性能良好，具有工程管理、畫面制作系統(tǒng)、報(bào)警和事件系統(tǒng)、報(bào)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(diǎn)。 六、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度安排 周 次 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 完 成 情 況 教 師 檢 查 1 熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容，查閱資料 2 熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容，查閱資料 3 總體方案設(shè)計(jì) 4 一次系統(tǒng)初步設(shè)計(jì) 5 一次系統(tǒng)計(jì)算 6 主設(shè)備選型 7 監(jiān)控系統(tǒng)初步設(shè)計(jì) 8 監(jiān)控設(shè)備選型 9 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 10 繪制一次系統(tǒng)圖 11 繪制控制系統(tǒng)圖 12 整理說(shuō)明書 指 導(dǎo) 教 師 意 見(jiàn) 指導(dǎo)教師簽字___________ 年 月 日 共8頁(yè)，第8頁(yè)