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毕业设计]电网自动化系统的设计原则.doc

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毕业设计]电网自动化系统的设计原则.doc

摘要我国目前已形成1000万kW以上的电力系统有8个,其中华北、东北、华东及华中电力系统发电设备容量都已超过2000万kW。再发电设备容量增长的同时,我国输电线路也有较大的发展。1974年建成了我国第一条330kV的输电线路,从甘肃刘家峡水电厂到陕西关东地区。1981年建成了第一条500kV输电线路,由河南姚孟火电厂到武汉。1988年从葛洲坝水电厂到上海南桥变电站的500kV左右直流输电线路投入运行,全长达1080km。这些输电线路都设计有各种自动保护、量测与监控装置等。电网设计可以用常规方式或优化方式进行。常规电网设计主要采用技术经济比较的方法。设计人员首先根据自己的判断提出几种接线方案,然后通过技术分析改善这些方案的技术指标,使它们在技术上可行,最后通过经济比较决定最终方案。电网优化设计是利用数学模型在计算机上进行的。一般包括分析模型和综合模型两部分前者用来分析电网的技术指标,校验是否满足技术要求后者则用来产生电网扩建方案,并从中选取最优方案。【关键词】电网自动化监控装置保护装置设备选择1目录一、电网设计应考虑的因数31、可靠性42、投资43、运行费用44、灵活性与适应性4二、电网接线的基本类型41、无备用开式接线方式42、有备用开式接线方式43闭式电网接线方式54、复杂闭式电网接线5三、电网方案的技术经济比较5四、导线与电缆的选择51、选择导线与电缆的截面应考虑以下因数52、按经济电流密度选择导线截面53、按允许电压损耗选择导线截面54、按允许载流量、电晕和机械强度校验导线截面6五、变压器的选择61、变压器的负荷能力62、变压器台数及容量的选择63、变压器类型的选择7六、电气设备选择的基本原则71、按正常工作条件选择电气设备72、按短路情况校验7七、电气设备的选择81、母线的选择82、断路器及隔离开关的选择93、高压熔断器的选择92八、经济评价方法9九、电网的电流保护10十、电网的距离保护10十一、电网的高频保护10十二、纵联差动保护10十三、大型电动机及并联电力电容器组的保护10十四、电力系统的监控系统的设置11结论、11【引言】电力系统由发电、输电、配电及用电各个环节组成。随着电力工业的迅速发展,电力系统的规模不断地扩大。电网设计的目的在于确定未来有关地区电网的电压等级、输电网络的结构,解决在何时、何地架设什么样的输电线路的问题。电网设计是输电线路及变电站设计的基础和依据,电力网络的可靠性和经济性有很大的影响。近年来,随着两网改造的深入和电网运行水平的提高,大量采用远方集中控制、操作等自动化技术的电力系统投入运行,系统的运行方式越来越复杂,对自动化水平的要求越来越高既提高了劳动生产率,又减少了人为误操作的可能,从而促进了电力系统自动化技术的不断发展。采用自动化技术是电网发展的趋势,调度自动化等都已成功运用到电力系统中。与自动化程度相适应,对电力系统继电保护装置。一、电网设计应考虑的因数在进行电网设计时应考虑以下因数1、可靠性设计的电网应满足正常情况下及个别元件故障时不引起其他线路或变压器过负荷,不引起母线电压超过容许范围。当系统中任何一个元件故障都满足上述条件时,则称该电网满足N1校验当系统中任何两个元件故障都满足以上条件时,则称该电网满足N2校验,以此类推。2、投资3电网的投资应包括输电线路投资及变电站投资两部分。对于输电线路投资应区分同杆塔第一回路及第二回路投资以及输电线路是利用原有出线走廊还是新的出线走廊等。当采用不同电压等级时,变电站的投资差别应详细比较。3、运行费用应包括管理、维修及网损费用。不同的电网接线方案将产生不同的功率损耗,这不仅使供电成本提高,而且还需要增加系统装机容量进行补偿,因而间接地增加了投资。通常在进行经济比较时应考虑这些费用和投资的时间因数。4、灵活性与适应性灵活性是指所定电网方案应能在各种情况下安全可靠的运行。在这里应考虑各种检修情况下正常运行问题适应性是指当涉及的地区负荷增长时或出现新的用户时,电网易于发展扩建,且能充分利用原有设备。随着电网的发展,系统短路电流也会不断增大。在选择电网接线时,应注意使短路电流限制在一定范围内,否则开关设备的切断能力可能出现问题。以上各因数在选择方案往往是相互矛盾的,因此需要多选择一些方案进行全面的分析比较。二、电网接线的基本类型电网的接线形式大致可分为四类,既无备用开式接线方式、有备用开式接线方式、简单闭式接线方式和复杂闭式接线方式,现分别简述如下。1、无备用开式接线方式当电网中受电变电站只有一个电源供电时,该电网称为开式电网。开式电网又可分为辐射型和干线型两种。2、有备用开式接线方式一般来说,无备用开式接线方式的可靠性不高,只能向不太重要的小型变电站或用户供电。为了提高其可靠性,可以对上述开式接线方式增加备用设备。3、闭式电网接线方式当负荷或变电站需要备用电源时,在很多情况下可以采用由不同出线走廊的输电线路供电,因而有较高的可靠性。另一方面,和有备用的开式电网相比,这种接线方式的输电线路要短一些,可以节约投资。4、复杂闭式电网接线4110kV输电系统通常形成复杂闭式电网接线方式电网由许多环形电网和双回路或多回路输电线路构成。这种电网具有较大的输电容量和较高的可靠性但其运行和继电保护比较复杂。三、电网方案的技术经济比较方案的技术和经济两方面的分析比较。技术比较主要计算方案的技术指标,校验方案是否可行。分析内容包括潮流计算、安全校验计算、短路电流计算,在涉及高压远距离输电情况时还要进行各种运行方式下的稳定计算。四、导线与电缆的选择导线与电缆的选择,包括结构、型号的选择及导线截面的选择,重点是导线截面的选择。1、选择导线和电缆的截面应考虑以下因数○1、经济问题○2、发热问题○3、电压损失问题○4、线路的机械强度问题2、按经济电流密度选择导线截面当输电线路输送电时会产生电损耗。此损耗的大小及相应的费用与导线及电缆的截面有关。增大导线截面虽然可以使电能损耗费用减小,却增加了线路的投资。因此总可以找到一个理想的截面使整体费用最小。这一导线截面称为经济截面,与此经济截面对应的导线电流密度称为经济电流密度。3、按允许电压损耗选择导线截面当线路输送电力一定时,导线截面愈小则因线路的电阻和电抗愈大,从而使线路的电压损耗也愈大。对于10kV及以下的电网而言,其负荷小而分散,在每个负荷点装设调压设备显然不合理。因此,往往用电压损耗作为控制条件选择配电网的导线截面。设计规程规定,对1~35kV配电线路自供电的母线至线路末端最大电压损耗不得超过5。对35kV以上的电网依靠无工补偿等调压手段来满足电压质量最合理。4、按允许载流量、电晕和机械强度校验导线截面○1、按允许载流量校验导线截面为了保证架空线路的安全可靠运行,导线的温升应限制在一定允许范围内。允许载流量是根据热平衡条件确定的导线长期允许通过的电流,有时也称为线路的热极限输送能力。5○2、按电晕校验导线截面高压输电线路产生电晕会引起电能损耗、导线腐蚀、无线电干扰等。为了避免电晕现象,导线截面(或外径)不能过小。在设计输电线路时,应校验所选导线能否满足在晴朗天气不发生电晕现象的要求。○3、按机械强度校验导线截面架空线路在运行时要承受机械负载,此外还应考虑在一定偶然载荷情况下具有适当的过载能力,这就要求导线截面不能过小。例如,一般铜导线及钢芯铝绞线的截面不能小于25平方毫米,而铝及铝合金导线的截面不能小于35平方毫米。五、变压器的选择变压器选择包括变压器台数、容量、及型式的选择。1、变压器的负荷能力变压器的负荷能力与变压器的额定容量具有不同的意义。变压器的额定容量即铭牌上所标容量是指在规定的环境温度及冷却条件下,按该容量进行时变压器具有经济合理的效率和正常使用的寿命年限。变压器的负荷能力是在一段时间内所能输出的功率,该功率可能大于变压器的额定容量。负荷能力的大小和持续时间根据一定运行情况和决缘老化等条件决定。因此,利用等值老化原则可以使变压器在一定时间间隔内所损失的寿命为一常数。这就是确定变压器负荷能力的基本依据。2、变压器台数及容量的选择变电站主变压器的台数对主接线的形式和配电装置的结构有直接影响。在确定变压器容量时应考虑两个因数即负荷增长因数及变压器过负荷因数。在确定变压器容量时应注意变压器过负荷能力,应考虑以下因数○1变压器所带负荷的负荷曲线○2变压器的冷却方式○3变压器周围环境的气象条件○4冬季和夏季的负荷曲线差异等。3、变压器类型的选择变压器类型选择包括确定变压器的相数、绕组数、绕组的接线方式,以及是否需要带负荷调压等6在电力系统中为了简化配电装置,减少占地面积,应尽可能选用三相变压器。只有在特大型变电站,由于变压器容量过大而发生制造困难或运输困难时,才考虑采用单相变压器组连接成三相变压器。同样道理,当变电站有三极电压时,例如220/110/10kV,只要任何一级电压绕组的容量不小于其它绕组容量的15,则应选择三绕组变压器,以减少变压器台数,简化配电装置。此外,在选择变压器时,还必须考虑是否采用带负荷调压变压器。一般,对用户电压质量要求较高的终端变电站,以及潮流变化较大从而电压波动较大的枢纽变电站应考虑装设带负荷调压变压器。六、电气设备选择的基本原则电力系统是由各种电器设备按需要组合而成的,为了保证电力系统的安全运行和可靠地向用户供电,必须正确选择电气设备。在选择电气设备时,除了把额定电压、额定电流等作为选择的依据外,为了保证设备在系统故障情况下通过最大可能的短路电流时不致遭受损坏,应按短路电流所产生的电动力及热效应对电器设备进行校验。因此按正常运行条件进行选择,按短路条件进行校验是选择电气设备的一般原则。1、按正常工作条件选择电气设备按正常工作条件选择电气设备应满足下述五个条件○1、电压条件○2、电流条件○3、机械负载○4、环境条件○5、环保条件2、按短路情况校验电力系统不可避免的会发生各种故障,其中尤以各种短路故障对电气设备的危害最大。因此,在按照上述正常运行条件选择电气设备后,还比须按其最大可能通过的短路电流进行热稳定的校验。校验一般按最严重的短路情况三相短路进行校验。○1、短路的热稳定校验通常把载流导体和电器经受短路电流的热效应而不致损坏的能力称为热稳定性。○2、短路电流的动稳定校验7电力系统发生短路时,导体通过很大的短路电流,引起巨大的电动力。如果导体的机械强度不够将会导致导体变形或设备损坏。为了安全运行,在选择电气设备时必须考虑设备具有承受短路情况下电动力作用而不致损坏的能力。这种能力称为电气设备在短路时的动稳定性。○3、短路计算条件短路电流计算是校验电气色被的根据,计算应选取最严重的故障情况。在进行短路电流计算时应考虑以下条件○1、计算电流所用的电路图应为导体和电气设备装设处可能发生最大电流时的正常接线方式。同时还应兼顾导体或电气设备投入运行后电力系统的发展情况。○2、计算短路电流时一般按三相短路考虑。如果单相或两相线路比三相线路严重时,则应按最严重的情况校验。○3、计算时短路点应按导体和电气设备处最严重情况选择。○4、正确估计线路切除时间。通常,短路计算时间由继电保护动作时间和断路器的切断时间之和来决定。七、电气设备的选择1、母线的选择母线有封闭式和敞露式两类。封闭式母线可根据制造厂提供的有关参数,按电气设备选择的一般条件进行选择和校验。敞露式母线的选择和设计比较复杂,应选择其导线材料、导体类型、敷设方式以及导体截面,并应对电晕、热稳定及动稳定等进行校验。1、母线的选型母线常用的材料有铜和铝两种。铜的电阻率低,抗腐蚀性强,机械强度大,是较好的导体材料,但价格较贵。因此,铜母线一般用于持续工作电流大,且位置特别狭窄的发电机、变压器出线处或有严重腐蚀的场合。铝的电阻率为铜的1.7~2倍价格较低,是我国电力系统中母线的主要材料。母线的截面形状应保证散热良好,机械强度高,趋肤效应系数尽可能小。此外在选择母线形状时还应考虑安装简单和连接方便等问题。常见的母线截面形状有矩形、双槽形、菱形和管形等。2、母线截面的选择8选择母线截面可按导体长期发热允许电流选择截面,也可按经济电流密度选择截面并按电晕条件进行校核等2、断路器及隔离开关的选择断路器和隔离开关书与开关电器是变电站的重要组成部分。断路器应根据安装地点、环境及使用条件等选择其种类和形式。少油断路器价格低、维护简单,故在3~220kV电压等级得到广泛应用对于110~330kV电压等级的配电装置而言,当少油断路器的技术性能难以满足要求时,可选用压缩空气断路器。隔离开关的形式较多,,按安装地点可分为屋内式和屋外式,按安装方式可分为单柱式、双柱式和三柱式。隔离开关的选择对配电装置的布置及占地面积有很大影响,故其选型应根据配电装置的特点并经技术经济比较确定。3、高压熔断器的选择熔断器为最简单的保护电器,保护电气设备免受过载和短路电流的损害。高压熔断器主要根据额定电压、额定电流及开断电流来选择。八、经济评价方法工程项目的经济评价是其可行性研究的重要内容和确定方案的重要决策依据。目前采用的经济评价方法很多,可以归纳为以下三种○1、静态评价法○2、动态评价法○3、不确定性评价法。静态评价法一般只用于简单项目的初步可行性研究。目前,电力建设项目大多采用动态评价法。该方法考虑了资金的时间因数,比较符合资金的动态规律,因而得到的经济评价更符合实际。常用的动态评价法有以下四种○1、净现值法○2、内部收益率法○3、费用现值法○4、等年费用法

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