电气工程及其自动化开题报告
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设计(论文)题目： 电力系统规划及发电厂电气部分设计
1.结合毕业设计(论文)课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：
文 献 综 述
一 电力系统规划
1. 电力系统概述
电力系统由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置(主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等)转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。[1] 电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户安全、经济、优质的电能。[2]
2. 电力系统规划设计的重要性
电能是当今社会应用最广泛的二次能源。国民经济的建设与发展，人民物质文化生活的保障与提高，都离不开电能。电能供应的中断或减少将影响国民经济的各个部门。“科技要发展，电力要先行”，因此，做好电力工程建设的前期工作，落实发、送、变电本体工程的建设条件，协调其建设进度，优化其设计方案，最大限度地节约国家基建投资，意义尤为重大。而电力系统规划设计正是电力工程前期工作的重要组成部分，它是关于单项本体工程设计的总体规划，是具体建设项目的方针和原则，是一项具有战略意义的工作。[3]
3. 电力系统规划设计的任务
其任务是根据规划地区的国民经济和长期社会发展目标、经济布局和能源资源开发与分布情况，宏观分析电力市场需求，进行煤、水、电、运和环境等综合分析，提出电力可持续发展的基本原则和方向，电源的总体规模。设计电网布局、结构和建设项目。对建设资金、电价水平、设备、燃料及运输等进行测算和分析。[4]在该规划设计中要选择电力系统电源容量、地理接线图、电气主接线图、选择各种电气设备等。
4. 基本设计内容
(1).电力电量平衡
电力电量平衡是电力电量与需求之间的平衡。主要分析研究以下几个问题：
①.确定电力系统需要的发电设备容量。
②.确定电力系统需要的备用容量。
③.确定电力系统需要的调峰容量，使之能满足设计年不同季节的系统调峰需要。
其中备用容量的考虑：
①负荷及国民经济备用：一般取最大负荷的2%~5%，低值适用于大系统，高值适用于小系统。
②事故备用：取最大负荷的10%与最大一台单机容量的最大值。
③检修备用：火电厂夏季检修，一年一次，每台机组检修时间为一个月，水电厂冬季检修，两年一次。[5]
(2).电气主接线的选择
电气主接线是由电气一次设备按电力生产的顺序和功能要求连接而成的接受和分配电能的线路，是发电厂、变电所电气部分的主体，也是电网的重要组成部分。
电气主接线设计的基本要求是可靠性、灵活性、经济性。
电气主接线的`基本接线形式一般包括单母线接线、单母线分段接线、单母分段带旁路母线接线、双母线接线、双母分段接线、双母线带旁路母线接线、一台半断路器接线、变压器—母线组接线、桥型接线、多角型接线、单元接线。针对不同情况采用不同接线。
(3).发电厂及变电所主变压器的选择
发电厂变压器台数选择：当有发电机电压直配线时，按在机压母线上的主变一般不少于两台选择;大容量的发电机一般采用单元接线。
变电所变压器台数的选择：变电所一般装设两台主变压器。
发电厂主变压器容量的选择：采用单元接线的主变容量应与发电机容量配套，按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留10%的欲度选择。对于扩大单元接线的变压器容量应按单元接线选择原则计算出的两台机容量之和选择;接于发电机电压母线上的主变容量选择应取以下三种结果的最大值：[发电机出力最大，而发电机电压母线上的负荷最小时，扣除厂用负荷后，主变将剩余的功率送入系统;发电机电压母线上的最大一台机停机或因故限制出力，主变应能从系统倒送功率来满足负荷和厂用电;若发电机电压母线上接有两台或两台以上主变时，其中最大一台主变退出运行，应保证70%以上功率送出。] [6]
变电所主变压器容量的选择：所选择的几台主变的容量和应该大于等于变电所的最大综合计算负荷;装有两台及以上主变的变电所中当其中一台主变停运时，其余主变的容量一般应满足60%(220kv及以上电压等级的变电所应满足70%)的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷和大部分II类负荷。[6]
(4).进行短路计算
主要的计算步骤：1)绘制相应电力系统发电厂，变电所的接线图2)确定短路电流有关的运行方式3)计算各元件的正，负及零序阻抗(电抗)4)绘制相应的短路电流计算阻抗图5) 根据需要取不同的短路点进行短路电流计算6) 列出短路电流、母线电压计算结果表。[7]
(5).变电所高压断路器的选择
电气设备选择原则为：先按正常工作条件选择出设备，然后按短路条件校验其动稳定和热稳定。其中选择断路器应考虑七个方面——种类和型式、额定电压、额定电流、额定开断电流、额定关合电流、热稳定校验、动稳定校验。
(6).进行潮流计算
潮流计算主要计算最大负荷运行方式，最小负荷运行方式，及故障运行方式。包括计算各母线电压高低和计算网络中各元件通过的功率和产生的功率损耗。
(7).无功功率的平衡和电压调整
电力系统中的无功功率电源有发电机、电容器和调相机、静止调相机和静止补偿器、并联电抗器等。电力系统正常运行除保证有功功率平衡外，也必须保证无功功率的平衡。系统中无功功率的平衡就是要使无功电源所提供的无功功率与负荷消费的无功功率和无功功率损耗之和平衡。
电力系统调压方式有：顺调压、逆调压、常调压。调压手段有：借改变发电机端电压调压、借改变变压器变比调压、借补偿设备调压和组合调压等。[ 5 ]
(8).方案的技术经济指标比较
在进行电气主接线设计时，一般根据任务书的要求，综合分析有关基础资料，拟定若干种技术经济上比较合理的主接线初步方案，然后对个方案进行初步技术经济比较，淘汰不合理方案，再对较好方案详细比较，最后确定方案。[6] 技术比较主要是对各方案的可靠性、灵活性进行定性的对比分析。经济比较有静态比较法和动态比较法两种。
(9).电力系统的发展
能源方面：优化电源结构，加强电网建设。水电、核电、风电、太阳能发电等可再生能源及新能源必将成为优先发展的对象，煤电则立足于优化结构，节约能源，重视环保，提高技术经济水平。
电网方面：电网的覆盖范围不断扩大，电网的运行管理要求愈来愈严，电网的自动化水平愈来愈高，以计算机及通信技术为核心的数据网络将成为电网发展的必然趋势。
二 发电厂厂用电规划设计
1. 厂用电规划设计的需求
发电厂厂用电系统设计和设备选择，直接关系到电厂的安全运行和设备的可靠，对它的要求主要有：1)保证厂用电源的可靠性，各机组的厂用系统应该相对独立，防止一台机组厂用电母线故障，影响其他机组的正常运行;2)根据用电设备的要求，对厂用工作、启动/备用电源，保安电源和交流不停电电源等容量必须可靠和充裕，限制事故波及范围，迅速进行事故处理;3)考虑全厂的扩建和发展规划，厂用主要设备布置合理，便于维护管理;4)调度灵活，检修调试方便;5)设备选用合理、技术先进。[8]
其设计内容包括确定厂用电的电压等级、厂用工作、备用电源及其引接式、厂用电接线
方式和厂用变压器及电气设备的选择。
2. 厂用电电压等级的确定
厂用电的电压等级是根据发电机的额定电压、厂用电动机的额定电压和厂用电网络的可靠、经济运行等因素，经过技术经济综合比较后确定的。低压厂用电压常采用380/220V，高压厂用电压有3、6和10kV等。[9]
3. 厂用电接线的选择
发电厂厂用电系统接地通常采用单母线分段接线形式，将高压厂用母线接在同一段母线上。火电厂高压厂用母线一般采用“按炉分段”的接线原则，对于400t/h及以上的大型锅炉，每台锅炉设两段高压厂用母线。
4. 厂用变压器的选择
厂用变压器选择时应先计算其厂用负荷，来选用厂用高压工作变压器和启动备用变变压器。其选择内容包括变压器的台数、型式、额定电压、额定容量和短路阻抗。
三 电力系统继电保护
1. 概述
电力系统运行过程的不确定性，使发生故障和出现不正常运行状态在所难免，因此需要继电保护来实现对一次系统的运行状态进行监视、测量、控制、保护。其。继电保护一词泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成的继电保护系统。电力系统继电保护的基本任务是：1. 自动、快速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭受损坏，保证其他无故障元件部分迅速恢复正常运行。2. 反应电力设备的不正常运行状态，并依据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。[ 10 ]
2.继电保护的配置
线路保护的配置：阶段式电流保护、距离保护、零序电流保护、纵联保护，自动重合闸(ARD)。
发电机保护的配置：纵差保护、横差保护、定子单相接地保护、发电机外部非相间短路保护、定子过负荷保护、定子绕组过电压保护、励磁回路一点接地和两点接地保护、失磁保护。
变压器保护的配置：瓦斯保护、纵差保护、相间短路的后备保护、接地短路的后备保护、过负荷保护、过励磁保护。
发电机—变压器组保护的配置：大差动继电保护。
四 防雷保护规划设计
运行中的电气设备，可能受到来自外部的雷电过电压的作用，必须采用有效地过电压防护器具，实现防雷保护。避雷针或避雷线是防止直接雷过电压的有效措施。发电厂、变电所的主要保护措施是装设阀型避雷器以限制入侵雷电波的幅值，使设备上的过电压不超过其冲击耐压值;在发电厂、变电所的进线段上设置进线保护段，以限制流经避雷器的雷电流和限制入侵雷电波的陡度。此外，对直配电机还在电机母线上装设电容器，限制入侵雷电波的陡度以保护电机匝间和中性点绝缘。[12 ]
避雷器限制设备所承受的雷电过电压和操作过电压。避雷器的类型主要有保护间隙、管型避雷器、普通阀型避雷器、磁吹阀型避雷器和金属氧化锌避雷器。避雷器的安装位置和组数，应根据电气设备的雷电冲击绝缘水平和避雷器特性以及侵入波陡度，并结合配电装置的接线方式来确定。
参考文献
[1] 袁小华.电力工程.北京：中国电力出版社，2007.
[2] 杨淑英.电力系统概论. 北京：中国电力出版社， 2003..
[3] 程浩忠.电力系统规划.北京：中国电力出版社，2008.
[4] 费翊群.电力系统规划.北京：电力工业部干部学校，1981.
[5] 陈珩.电力系统稳态分析(第三版).北京:：中国电力出版社,2007.
[6] 许珉.发电厂电气主系统.北京：机械工业出版社，2006.
[7] 傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算.北京：中国电力出版社，2004.
[8] 陈章潮.地区电网规划与监控.北京：水利水电出版社，1990.
[9] 陈跃.电气工程专业毕业设计指南(电力系统分册).北京：中国水利水电出版社，2003.
[10] 张保会，尹项根.电力系统继电保护. 北京：中国电力出版社 ，2005.
[11] 王维俭.发电机变压器继电保护应用.北京：中国电力出版社， 2004.
[12] 周泽存.高电压技术(第三版).北京：中国电力出版社，2007.
[13] 曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料.北京:：水利水电出版社，1995
2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径)：
本次设计的题目是电力系统规划及发电厂电气部分设计。本次毕业设计的是通过学习电力系统规划设计的方法，然后再根据具体方向，拟定设计思路即：
(1).电力电量平衡
(2).电气主接线的选择
(3).发电厂及变电所主变压器的选择
(4).进行短路计算
(5).变电所高压断路器的选择
(6).进行潮流计算
(7).无功功率的平衡和电压调整
(8).方案的技术经济指标比较
查阅文献，搜集资料，调查研究，综合分析，设计制图和编写说明等多方面的训练，巩固和提高以往学习的理论和知识，从而获得综合应用各种知识解决实际问题的锻炼，提高理论联系实际的能力。
具体设计步骤如下：
基本设计内容：
1、根据给定的负荷资料确定备用容量及需要的装机容量。
2、选择电力系统的导线截面，回路数，电压等级及系统接线图。
3、方案的技术经济指标比较。
4、选择各发电厂及变电所的主接线。
5、选择各发电厂及变电所的主变压器。
6、进行各点的短路计算。
7、选择主要电气设备(变电所的高压断路器)。
8、各种运行方式的潮流计算：最大负荷、最小负荷及故障运行方式。
9、无功功率的平衡及调压计算。
10、火电厂厂用电规划设计及配电装置规划设计。
11、火电厂防雷保护设计及继电保护规划设计。
专题设计内容(发电厂)：
1、选择厂用电的主接线。
2、选择厂用变压器。
3、选择断路器、隔离开关。
4、选择电压、电流互感器和电抗器。
专题设计内容(继电保护)：
1、发电机继电保护配置与整定计算。
2、变压器保护配置与整定计算。
3、发电机-变压器组保护配置与整定计算。
4、全系统继电保护与自动装置配置。
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