【精品】电气工程自动化的应用原理及发展趋势

1、郑州大学现代远程教育毕业设计题目:电气工程自动化的应用原理及发展趋势入学年 月：2007年秋姓名：纪双龙学号：0717279183专业：电气工程自动化学习中心：无锡机电工业学校指导教师：袁方完成时间2010 年10月24 h电气工程自动化的应用原理及发展趋势摘要：电气口动化在水电站屮的应用主要体现在水电站的口动化方血，本文在此基础 上阐述了水电站自动化的作用和内容，并进一步分析了设备选型及自动化设计。关键词：电气口动化水电站应用题目1摘要1关键词1目录2一、设计说明3二、主要保护原理及整定4三、主要的系统设计11结束语12致谢12参考文献13随着电力电子技术、微电子技术迅猛发展，电气口动化在水

2、电站中也得到了广泛应用， 这乂丄要体现衣水电站的自动化方而。水电站的自动化是实现水轮发电机组自动化的关键部 分，是利用计算对整个水电生产过程监控的“耳目”“手脚”，它担负口动监测机组和辅助 设备的状态，发出拟定的报警信号、执行自动操作任务。水电站自动化的程度取决于电站的 规模，电站的型式及主要机电设备的性能。水电站自动化就是要使水电站生产过程的操作、控制和监视，能够在无人（或少人）直接 参与的情况下，按预定的计划或程序a动地进行。水电站自动化程度是水电站现代化水平的 重要标志，同时，自动化技术乂是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。水电站自动化 具有提高工作的可靠性、提高运行的经济性、保证电

3、能质量、提高劳动生产率、改善劳动条 件等作用。一、设计说明1.1主接线300mw发电机一变压器组主要保护原理设计，适用于发电机一变压器组采用单元接线，高压 侧接入500rv 11/2接线系统；发电机出口侧无断路器；励磁方式为静态励磁系统； 在发电机岀口侧引接一台高压厂用工作变压器（采用三相分裂线圈）。接地方式：发电机中性点为经配电变压器（二次侧接电阻）接地；主变压器高压侧中性点为 直接接地；高压厂用分裂变压器6kv侧中性点为中阻接地系统。1.2 ct、pt 配置发电机的出线侧和中性点侧各装设4组ct；主变压器高压侧套管上装设3组ct；高压厂用变压器高压侧套管上（或封闭母线内）装设4组ct； 发

4、电机差动保护与主变压器差动保护，当ct不够分配时，允许共用发电机出线侧的一组ct； 发电机一变压器组差动保护中，其屮的一臂是差接在髙压厂川变压器低压侧的ct上； 发电机一变压器纽差动保护装置，不接入励磁变压器的ct,其差动范围为：从500kv侧ct 到发电机中性点ct及高压厂用变压器低压侧ct；ct的二次电流:500kv侧选用1a；其它各侧可为1a或5a。发电机出线侧设有2组pt,其中1组可供匝间保护用（一次侧中性点不直接接地）；2组 pt均要求设有3个二次线圈。主变压器高压侧设1组pt （三相）。二、主要保护原理及整定计算iw'2.1发电机纵差动保护2. 1. 1保护原理变数据窗式标

5、积制动原理i tt-tn | 2kbitincos4>其中：i t发电机机端电流in发电机中性点电流“it、in之间的相角差标积制动原理的动作量利比率差动保护一样。在区外发牛故障时，该原理的表现行为和比率 制动原理也完全-样。但在区内发生故障时，山于标积制动原理的制动量反应电流之间相位 的余弦，当相位大于90度，制动量就变为负值，负值的制动量从概念上讲即为动作量，因 此可极大地捉高内部故障发牛时保护反应的灵敏度。而比率制动原理的制动量总是大丁 0 的。动作逻辑方式1:循环闭锁方式原理：当发电机内部发生相间短路时，二相或三相差动同时动作。根据这一特点，在保护跳 闸逻辑上设计了循环闭锁方式。

6、为了防止一点在区内另外一点在区外的两点接地故障的发 生，当有一相差动动作且同时有负序电压时也出口跳闸。2.1.2整定内容（假定：ta二次额定电流为5 （a）1 ）比率制动系数k整定差动保护的比率制动系数。标积制动原理的kb和k有一理论上的对应关系，装置自动 完成它们之间的转换，对用户仍然整定k。无单位。一般：k=0. 3-0. 52）启动电流lq整定差动保护的启动电流。单位（a）。一般lq二0.6-2. 0（a）3）ta断线解闭锁电流定值（仅保护方式ii有效）let当发电机差电流大于该定值时，ta断线闭锁功能自动追出。单位（倍）它是以电流互感器的二次额定电流为基准的。一般：let二0.8-1.

7、 2 （倍）4）差动速断倍数lsd当发电机差电流大于该定值时，无论制动量多大，差动均动作。单位：（倍）它是以电流互感器的二次额定电流为基准的。一般：lsd = 38 （借）5）负序电压定值（仅保护方式i有效）u2. dz当负序电压达该定值，允许一相差动动作出口跳闸。单位（v） o 一般：u2. dz=4-10（v）6）ta断线延时定值tet经该定值时间延时发ta断线信号。单位：秒。2.2发电机定子匝间保护2. 2. 1原理反应发电机纵向零序电压的基波分量。“零序”电压取口机端专川电压互感器的开口三角形 绕纽，此互感器必须是三相五柱式或三个单相式，其中性点与发电机中性点通过高压电缆相 联。“零序

8、”电压屮三次谐波不平衡量由数字付氏滤波器滤除。为准确、灵敏反应内部匝间故障，同吋防止外部短路时保护误动，本方案以纵向“零序”电 压中三次谐波特征量的变化来区分内部和外部故障。为防止专川电压互感器断线时保护误动作，本方案采川可靠的电压平衡继电器作为互感器断 线闭锁环节。本保护能在一定负荷下反应双y接线的定子绕组分支开焊故障。保护分两段：i段为次灵敏段:动作值必须躲过任何外部故障时可能出现的基波不平衡暈，保护瞬时出口。 ii段为灵敏段：动作值可靠射过正常运行时出现的最大基波不平衡量，并利用“零序”电压 中三次谐波不平衡量的变化來进行制动。保护町带0. 1-0. 5秒延时出口以保证可靠性。 保护引入

9、专用电压互感器开口三角绕组零序电压，及电压平衡继电器用2组pt电压量。 2.2.2整定内容1）次灵敏段基波“零序”电压分量定值uh单位（v）2）灵敏段基波“零序”电压分量定值u1单位（v）3）额定负荷下“零序”电压三次谐波不平衡量整定值u3vn单位（v）4）灵敏段三次谐波增量制动系数k2单位：（无）5）灵敏段延时tzj单位：（秒）2. 2. 3整定计算1）uh次灵敏段“零序”电压基波分量定值（幣定范围1-10v）动作值按躲过任何外部故障时可能出现的棊波不平衡量整定uh=kuo*bp*max式中：uh=kuo*bp*max外部短路故障时口j能出现的"零序”电压最大基波不平衡量。k 一可

10、靠系数，可取2-2.52）u1灵敏段“零序”电压基波分量定值（整定范围0. 1-5v）动作值按口 j靠躲过止常运行时出现的最大基波不平衡量整定ul=kuo*bp*n式中：u1二kuobpn 额定负荷下固有的“零序”电压基波不平衡量，由实测得到（木机有监测软件）。k可靠系数，可取1.5-23）u3wn额定负荷下“零序”电压三次谐波不平衡量整定值（整定范围1-10v）开始可整定彳（v）,开机片由实测得到准确直，然斤整定。4）灵敏段三次谐波增量制动系数（整定范围0-0.9）由经验决定。一般取0. 3-0. 55）tzj灵敏段延时（整定范围0 1秒）为增加此段可靠性而设。一般取0. 1-0. 2秒。2

11、.3发电机（变压器）过激磁保护原理发电机（变压器）会市于电压升高或者频率降低而出现过励磁，发电机的过励磁能力比变压 器的能力要低一些，因此发变组保护的过盛磁特性一般应按发电机的特性整定。过激磁保护反应过激磁倍数而动作。过激磁倍数定义如下：b u/fu*n=be ue/fef*其中：u> f电压、频率ue、fe额定电压、额定频率u*、f *电压、频率标么值b、be磁通呈和额定磁通童过激磁电压取自机端tv线电压（如513电压）。出口方式i ：定时限方式定时限tl发信或跳闸定时限t2发信或跳闸u/f> tl/o发信或跳闸t2/o发信或跳闸出口方式ii：反时限方式定时限发信反时限发信或跳闸

12、反时限曲线特性山三部分纽成：q上限定时限：b）反时限;c）下限定时限。当发电机（变压器）过激磁倍数人于上限整定值时，则按上限定时限动作；如果倍数超过卜 限整定值，但不足以使反时限部分动作时，则按下限定时限动作；倍数在此z间则按反时限 规律动作.2. 4发电机失磁保护2. 4. 1原理失磁保护由发电机机端测量阻抗判据、转子低电压判据、变压器高压侧低电压判据、定子过 流判据构成。一般情况卜-阻抗整定边界为静稳边界圆，但也可以为其它形状。当发电机须进相运行时，如按静稳边界整定恻整定不能满足要求时，一般可采川以下三种方 式之一來躲开进相运行区。a）下移阻抗圆，按异步边界整定b）采川过原点的两根直线，将

13、进相区躲开。此时，进相深度可整定。c）采用包含可能的进相区（圆形特性）挖去，将进相区躲开。转子低电压动作方程vfd<vf 1. dzvfd<vfl.dzvfdovfd<（p-pt） 当 vfd<vfl.dzkfxsn其中：vfd转子电压vfl.dz-转子低电压动作值vfdo发电机空载转子电压sn发电机额定功率kf一一转子低电压系数p一发电机出力pt发电机反应功率2.4.2保护的整定计算1）高压侧低电压uhidz按照系统长期允许运行的低电压整定。2）阻抗圆心-xc以静稳圆整定，也可按异步圜整定。3）阻抗圆半径-xr以静稳恻整定，也可按异步恻整定。4）转子低电压vfl*dz

14、转子低电压可按发电机空载励磁电压的0. 2-0. 5倍整定。5）转子低电床判据系数kf转子低电压系数，川丁整定转子电压动作曲线斜率。单位（元）kkkf =式中，xd£=xd+xsxdl若实际基准为vfdo, p0,与装置假定值vfdo = 125v, sn = 866va相差较大时,可修正kf整=125866peokfvfdoxs为升压变压器及系统等值电抗之和（标么）kk=l. 1为可靠系数，xd为发电机电抗（标么）5）反应功率pt考虑凸极效应。单位（w）1 1 1pt 二()sn,式屮:xde=xd+xs, xdl=xq+xs2 xq 工 xdexd及xq分别为发电机d轴和q轴电抗

15、（标么），sn为二次基准功率。7）定子过流lgdz可按发电机过载异步功率整定。单位（a）。一般lg*dz=1.05 le8）动作时间tl整定保护的延时动作时间。单位（s）9）动作时间t2整定保护的延时动作时间。单位（s）10）动作时间t3整定保护的延时动作时间。单位（s）2. 5发电机反时限负序过流保护2. 5. 1保护原理保护反应发电机定子的负序电流大小。保护发电机转子以防表而过热。保护山二部分组成：负序定时限过负荷和负序反时限过流。电流取自发电机中性点（或机端）ta三相电流。反时限曲线特性由三部分组成：小上限定时限；b）反时限；c）下限定时限。当发电机负序电流大于上限整定值时，则按上限定时

16、限动作；如杲负序电流超过卜-限整定值, 但不足以使反时限部分动作时，则按下限定时限动作；负序电流在此z间则按反时限规律动 作。负序反时限特性能真实地模拟转子的热积累过程，并能模拟散热，即发电机发热后若负序电 流消失，热积累并不立即消失，而是慢慢地散热消失，如此时负序电流再次增大，则上一次 的热积累将成为该次的初值。反时限动作议程：（122-k22）t>k21其屮：12发电机负序电流标么值k22 发电机发热同时的散热效应k21发电机的a值出口方式：可发信或跳闸2. 5. 2保护的整定计算1）定时限负序过负荷电流定值i2-ms-dz按发电机长期允许的负序电流下能可靠返冋的条件幣定。2）定时限

17、负序过负荷动作时间ts按躲后备保护的动作延时整定。3）反时限负序过流启动定值t2-m-dz按保护装冒所能提供的最大跳闸时间确定（通常为1000秒），据此发电机能承受的负序 电流整定。此值一般应接近于负序过负荷保护的动作电流。4）反时限负序过流速断定值12updz按躲过主变压器高压侧两相短路的条件整定。5）散热系数k22一般按发电机长期允许的负序电流标么值整定。k22二（t2oc/ je） 2当发电机实际额定电流为le,与ct二次额定电流in相差较人时，需折算lek22 整=（）2k221nlek21 整二（）2k211n其屮：12s 发电机长期允许的负序电流le 发电机额定电流6）热值系数k2

18、1按发电机a值整定7）长延时动作时间tl按12-m-dz电流能够承受的时间整定（一般1000秒）。8）速断动作时间tup当与其它保护在动作时间的配合上lli现矛盾时，应兼顾保护的选择性和灵敏性要求。2. 6发电机逆功率保护保护原理逆功率保护用于保护汽轮机，当主汽门谋关闭，或机组保护动作于关闭主汽门而出口断路器 耒跳闸时，发电机将变为电动机运行，从系统中吸收有功功率。此时由于鼓风损失，汽机尾 部叶片有可能过热，赞成汽机损坏。因此一般不允许这种情况长期存在，逆功率保护可很好 地起到保护作用。在大型发电机组上一般为可靠装设二套独立的逆功率保护。逆功率保护反应发电机从系统吸收有功的大小。逆功率受tv断

19、线闭锁。电压取口发电机机端；电流取口发电机中性点（或机端）tao出口方式：可发信或跳闸p<-p1. dztl/o发信或跳闸t2/o发信或跳闸2.7发电机转子两点接地保护反应定子电压中二次谐波的“正序”分量,此分量是由转子绕组不对称匝间短路时含二次谐 波的磁场以同步转速正向旋转而在定子绕组中生成。保护受一点接地保护闭锁，发生一点接 地时保护口动投入。保护经入机端三相电压。8.6.1整定内容1）二次波电压动作值uido单位：（v）2）保护动作延时tid。单位：（s）8.6.2整定计算方法1）uid二次谐波电压动作值（整定范围0 10v）uld=kkxubpnubpn为额定负荷下二次谐波电压实

20、测值；kk为可靠系数，可取2. 5-32）lld保护动作延时（整定范围0.1-2秒），为增加可靠性而设。2. 8主变压器（发变组、厂变、高备变）差动保护保护原理变压器差动保护釆用有二次谐波制动的比率走动原理，并使用了变数据窗快速算法。 比率制动原理i t1+i2 | >kmaxil, 12（二侧差动）i t1+t2+t3 | kmax11+12+13（三侧差动）其中：ii 第一侧电流12第二侧电流13第三侧电流k制动系数max（x, y）取x, y中最大值变数据窗算法原理所谓变数据窗算法是指差动保护能够在故障刚开始发生h故障采样数据量较少时自适应地 提高保护的制动曲线，随着故障的进一步发

21、展、计算精度的进一步提高，能逢动降低制动特 性曲线，以其为算法精度完全相配套。这种口适应的制动曲线，最终的（也是最精确的）是 川户整定的特性。采川这一算法可以人大提离严重内部故障时的动作速度，同时丝毫不会降 低轻微故障时的灵敏度。出口方式原理：任一相差动保护动作即出口跳闸。这种方式另外配有ta断线检测功能。在ta断线时 瞬时闭锁差动保护，并延时发ta断线信号。ta断线可根据需要投退运行。保护的 8.7.2整定内容（假定ta二次额定电流为5 （a）1）比率制动系数k整定差动保护的比率制动系数。单位（无）一般：k二0.4-0.72）二次谐波制动比整定差动二次谐波制动比。单位（无）。一般：nec二0

22、. 12-0. 243）丿动电流lq整定差动保护的启动电流。（归算到低床侧）。单位（a） 0 一般：lq二1.0-3.0（a）4）ta断线解闭锁电流定值let当差电流人于该定值时，ta断线闭锁功能自动退出。单位：（倍）它是以ta的二次额定电流为基准的。（装置内部默认为5 （a）或1 （a）一般:let二0.8-1. 5 （倍）。（归算到低压侧）5）速断电流 lsd整定差动保护速断电流倍数。它是以ta的二次额定电流为基准的。（装置内部默认为1n5（a）或 1 （a）单位（倍）。一般lsd = 3.0-7.0（倍）（归算到低压侧）6）启动电流lq按躲过最人负荷电流条件下流入保护装置的不平衡电流整定

23、。最小动作电流宜在0.21s以±0装置上一般以归算到低压侧（如发电机侧）电流來整定。7）ta断线解闭锁电流定值let按躲开变压器最大负荷电流整定。该电流装置上一般以归算到低压侧（如发电机侧）电流来整定计算。它是以ta的二次额定电流为基准的。let =（1. 2-1. 3） if *max/（nlx ict*e）其'1*: lf*max 变压器最人负荷电流icfe 电流互感器二次额定电流8）速断电流lsd该电流装置上一般以归算到低压侧（如发电机侧）电流来整定计算。它是以ta的二次额定电流为基准的。如整定n倍额定电流,且ta二次额定电流为5（a）:则：lsd=nx le/（nl

24、x5）（倍）推荐n用4一8。2.9变压器复合电压过流保护原理保护反应变压器电压、负序电压和电流大小。电流电压一般取自变压器的同一侧ta和tv出口方式：可发信或跳闸。整定内容1）电流定值lg*dz整定电流。单位（a）2）低电夺定值uldz整定低电压。单位（v）3）负序电床定值u2-dz整定负序电压。单位（v）4）动作时间tl整定保护的延时动作时间。单位（s）5）动作时间t2整定保护的延时动作时间。单位（s）三.主要的系统设计实验室用400hz可调压交流电源的设计基于工控组态软件的汽轮机一压缩机监测系统数字直流调速系统的仿真某电机修造厂总降压变电所及高压配电系统设计智能温度变送器的设计（硬件部分）

25、慕于plc的交通灯控制系统设计单片机实现可编程吋序控制器微机控制双闭坏町逆直流脉宽调速系统的研究某冶金机械修造厂降压变电所的电气设计基于专家系统的三相异步电动机电气故障诊断系统设计 智能型水温控制系统设计基于人工免疫系统的机组故障监测系统的设计某工厂60kv总降压变电所设计基于专家系统的hokv电网继电保护整定计算双闭环不可逆数字立流调速系统的设计逻辑无环流直流调速系统的数字控制触发器设计再生功率循环控制的节能型交流电动机负载性能测试系统设计 自动罐装机系统设计三相异步电动机智能节能控制系统设计基于单神经pt控制的转差型交流调速系统设计某塑料制品厂总配变电所及高压配电系统设计某机械制造厂总降压

26、变电所设计蕉111智能灌溉系统基于spmc75单片机的变频调速系统的设计1okv无功补偿系统设计滤池口动控制系统的设计单片机控制的多功能窗s7-200plc在水厂虹吸刮泥机系统中的应用直流电机数字控制系统智能化电话控制与报警器设计慕于plc编程设计电梯白动控制系统基于单片机的步进电机驱动系统的设计基于单片机的无刷直流电机系统的设计数字式pi控制双闭环不可逆直流调速系统设计基于神经网络pid控制的直流无刷电机控制系统的研究 基于模糊-pi控制的转差型交流调速系统设计11okv黄坡变电站电气部分设计押能楼宇综合控制系统设计基丁 80c196mc异步电而svpwm变频调速控制系统的研究co自动检测报

27、警系统的设计基丁 plc的楼宇变频恒压供水口控系统的设计某重型机械厂变电所设计 海上石油平台远程监控方法的研究 工厂变电所二次接线系统设计 某标准件厂冷锻车i'可低压配电系统及车间变电所设计结论这次设计的新建110kv变电所本着为国民经济各个部门提供充足的电能，最大限度地满 足用户的用电需要，保证供电的口j靠性，保证良好的电能质量，提高电力系统运行经济性的 原则进行设计。是针对接入系统设计：确定接入系统输电线路冋路数及导线截面。地区供电 系统设计：根据地区负荷性质及供电距离，确定供电线路数及导线截血。通过技术、经济比 较，确定变电所主变压器台数及容量、型号、规格。通过电压计算、选择主变分接头或调压 方式。根据所确定的主变方案和进出线回路数，通过技术分析、论证，确定待建变电所的主 接线。确定待