电气工程及其自动化专业课程设计

四川大学网络教育（专科）电气工程及其自动化专业课程设计大纲课程设计的目的是通过一个实际工程的设计，巩固和加深对课程所学理论知识的理解；培养学生分析问题和独立解决实际问题的能力，理论联系实际的能力，技术与经济全面考虑问题的观点；初步学习工程经济的计算方法等。因此，课程设计是专业课程教学中重要的实践性环节。电气工程及其自动化专业网络教育专升本层次教学计划中设置了专业课课程设计。为此，我院开设了“电力系统分析”、“电力系统继电保护原理”、“电力系统调度自动化”、“发电厂电气部分”和“微机监控”五门专业课的课程设计，以供学生选择。“电力系统分析”课程设计大纲——区域电力网的规划设计编写：刘天琪，邱晓燕一、设计要求根据“电力系统分析”课程所学理论知识和电力系统规划设计的基本任务，在电源及负荷大小及其相对地理位置已确定的情况下，完成一个区域电力网络的设计。要求对多个方案进行技术经济比较和分析，选择出最优方案，并对所选方案进行必要的技术计算（如调压计算、稳定性计算），提出解决技术问题的措施。二、原始资料电源点和负荷点的相对地理位置；发电厂装机容量、额定电压和功率因数；各负荷点的最大最小负荷、最大负荷利用小时数和额定电压等。三、电力网规划设计的基本内容根据前述课程设计的要求，在电源和负荷大小及其相对地理位置已确定的情况下，完成以下设计内容：制订网络可能的接线方案，选择电力网的电压等级；选择各方案发电厂及变电站的主接线，根据电网运行的可靠性、灵活性和经济性，比较各方案的负荷矩、线路长度和高压开关数等指标，摒弃显然不合理的方案；对待选的各方案，确定其输电线路的导线截面及发电厂、变电站的主要电气设备（变压器及断路器）；计算各方案的一次投资，对待选方案进行工程经济计算。进行技术经济比较，选定最优设计方案；对所选方案进行调压或稳定性计算，提出调压或提高稳定性的措施。物资统计，列出设备清单。四、设计成果设计说明书全网主接线图潮流计算结果及潮流分布图设备清单“电力系统继电保护原理”课程设计任务及指导书 元件保护的设计及整定计算编写：陈浩一、原始资料1、 发电厂（或变电所）电气主结线图（附元件参数）。2、 电力系统主接线图（附元件参数）二、设计要求1、 根据厂、所继电保护、自动装置、励磁装置、同期装置及测量表计的要求，配置相应的电流互感器及电压互感器，并选择出相应的电流互感器及电压感器的型号和变比。2、 编制3—4种运行方式。3、 决定变压器中性点接地的位置及台数。4、 根据发电机、变压器的型式和容量及出线的电压等级，配置发电机，变压器（或发一变组）、母线及出线的继电保护方案，并计算出相应的继电保护的整定值。5、 对电网各线路配置继电保护及重合闸方案，并计算出相应的继电保护定值。三、设计成果编写整计算说明书一份，包括以下内容（1） 所选择的电流、电压互感器的型号及变比（2） 变压器中性点接地位置及台数（3） 各元件、线路参数的计算，各序网的制定；（4） 短路电流计算的过程（要求列出短路电流计算成果表）；（5） 各种继电保护整定计算的过程（要求列表给出整定计算成果表，包括各保护整定值，动作时间，灵敏度等）。2、在原主结线图的基础上，绘制发电机，变压器（或发一变组），母线及出线继电保护，自动装置配置方案结线图一张。四、参考资料1、发电厂电气设计与CAD应用 四川大学电力工程系 刘继春2、 电力系统继电保护配置及整定计算成都科技大学电力工程系潘和勋四川电力调度局 张军文3、电力工程电气设计手册（电气二次部分） 能源部西北电力设计院4、水电站机电设计手册（电气二次） 水电站机电设计手册写组5、电力系统分析 华中理工大学何仰赞五、设计指导（设计的方法和步骤）1、 根据厂、所继电保护、自动装置、励磁装置、同期装置及测量表计的要求，配置和选择相应的电流、电压互感器。见参考资料［1］,P89发电厂中互感器配置图，互感器的选择（包括互感器的技术数据）见1：P95—98。2、 拟定四种远行方式，确定变压器中性点接地位置及台数。见参考资料［2］见P164。进行短路电流的计算：（1） 有关元件（包括线路）参数的计算，见参考资料P55—56的表3--2，表3---3，表3---4。（2） 有关序网的制定及变压器零序等值电路和参数的计算，见参考资料［5］，P110—114，P116—120o（3） 有关网络变换与简化，见参考资料P57—58，表3—5，表3—6。（4） 计算继电保护所需的短路电流（包括残压）允许按倒数法（/二上）*dX*Z（注意：I**X*£在计算不同的短路故障时，有不同的含意和内容），然后求出所需的支路电流及母线电压。3、 进行继电保护的整定计算（1） 根据线路在系统中的重要性及电压等级，配置相应的继电保护，对终端线路所选保护的二、三段可以按灵敏度的要求，计算定值，例如距离保护、零序保护，（零序保护也可设四段）。（2） 根据母线、发电机、变压机、变压器（或发一变组）的型式和容量，配置相应的继电保护，并整定其定值。以上两项整项整定的内容及方法，见参考资料⑵的有关内容。4、 绘制继电保护，自动装置配置方案结线图时，其有关的图形符号，见参考资料［1］P211〜212，附录。继电保护装置（包括自动重合闸），可以选择电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型或微机型的成套保护装置。“调度自动化及信息管理系统”程设计教学大纲 县级调度自动化系统的结构功能设计本大纲主笔人：滕欢周步祥一、 课程设计的目的通过本课程设计，使学生能够对调度自动化系统的体系结构有一个感性认识，通过查阅资料，了解调度自动化系统设计的国家标准，掌握调度自动化系统的基本功能、硬软件结构、技术指标。二、 课程设计要求（1） 范围：包括厂站RTU、主站计算机系统及其通信通道；（2） 内容：设计基本功能、硬软件结构、技术指标；三、 设计报告（1） 设计名称、目的、作用（2） 设计基本要求（3） 设计过程及结果（设计图纸）（4） 结论（5）参考资料“电气设备”课程设计任务及指导书本大纲主笔人：李长松一、 课程设计的目的本课程设计是在《电气设备》课程教学过程中进行的，是《电气设备》课程的课堂讲授、课程设计及生产实习三大教学环节之一。通过该课程设计，目的是使学生达到：⑴理论联系实际，巩固《电气设备》课程的理论知识；⑵培养工程计算、独立分析和解决问题的能力；⑶树立工程观点，初步学习和掌握发电厂和变电所电气部分设计的基本方法，获得计算、分析和解决问题的能力的训练。二、 课程设计的依据整个课程设计应根据设计任务书和国家现行的有关政策和已颁布的设计技术规程、规范进行。三、 课程设计的内容本课程设计不是发电厂电气部分的全面设计，大体只相当于实际工程电气一次部分初步设计的内容，其中一部分可达技术设计的要求深度。具体设计内容如下：⑴对原始资料的分析包括本工程情况、电力系统情况、负荷情况以及环境条件等。⑵电气主接线的设计包括各级电压接线方式、主变压器的选择；不同可行方案的技术经济比较及最终方案的确定。⑶短路电流的计算在确定的主接线方案中，按电器设备选择的需要选定短路点，计算各个支路10、I01（35kV及以上电压等级处短路点）、I02（6〜10kV电压等级处短路点）、1必ish的短路电流值。•⑷主要电器设备的选择包括全厂的主变压器、断路器、隔离开关、电抗器、母线、电缆、电压互感器、电流互感器、绝缘子、熔断器。选择电器时，应参考最近的产品目录，选出我国目前生产的设备。四、 课程设计的成果设计说明书应分以下各章：⑴总论：说明设计依据和原始资料分析⑵电气主接线的设计：可行方案及其技术经济比较及最终方案⑶短路电流计算：计算依据、计算方法和计算结果表设计图纸⑴电气主接线图⑵其它（由指导教师指定）四川大学网络教育学院专科生（业余）课程设计题目 调度自动化系统体系结构设计办学学院 四川大学电气信息学院教学部 汕头经济管理干部学校专 业 电气工程及其自动化年 级08#学生姓名 XXX 学 号 XXXXXXXXX2010年4月11日调度自动化系统体系结构设计摘要电力调度自动化系统在电力系统的运行生产中，起着举足轻重的作用 。现代的调度自动化系统包括三种含义： 。调度自动化系统收集、处理电网运行实时信息，通过人机联系系统把电网运行状况集中而有选择的显示出来进行监控。调度人员可以借此统观全局 本次调度自动化体系结构设计， ，达到增进知识、提高实际工作能力的目的。关键词：调度自动化体系结构设计刖言 5第一章设计依据 第二章设计目标 第三章设计原则 第四章设计内容 电网结构 调度自动化系统功能 基准厂站布置 基准厂站的主接线设计 信息的组织原则 基准站信息的组织和信息量 4.7调度中心主站计算机系统结构 4.8调度自动化系统的技术指标 参考文献： 附图：附图1：毕业设计基准A变电站主接线图附图2：毕业设计基准B变电站主接线图刖言随着电网的发展和自动化程度的提高，调度自动化系统已成为调度员实施生产指挥和控制电网运行必不可少的工具。但在实际运行过程中，由于调度自动化系统自身也可能出现各种异常情况，如:自动化系统故障、网络中断、数据采集通道中断、系统软件异常等，倘若发生异常情况而没有及时发现，则可能导致调度人员无法进行正常的调度指挥，严重时可能影响整个电网的安全运行，造成巨大的经济损失。TOC\o"1-5"\h\z为保障自动化系统安全、稳定、连续、有效的运行，南方电网有限公司汕头供电分公司调度开发了自动化综合监控系统。该系统是 。第一章设计依据一、 系统的技术特点该系统是一套电力自动化系统运行及管理的综合监控系统 。系统真正实现了“数据级监视报警”。 。系统具有良好的开放性，在网络环境下，与 。在系统分析、设计和编码的全过程中，严格按照软件工程标准，采用……。二、 设计要求按《地区电网调度自动化系统功能规范》规定的大型地调规模设计。系统采用开放式结构，能在原有基础上进行再开发和升级，以满足电网8〜10年发展的需要。提供实时数据库、历史数据库和人机界面通用访问接口，满足进一步开发应用软件的需要。4.SCADA数据采集的技术分析。具有与MIS网的标准接口，可以向MIS网发送各种类型的实时和历史数据。预留与负荷控制系统的标准接口，可与负荷控制系统对用户负荷进行协调控制。具有向地调实时转发各种数据的功能。满足变电站自动化、配网自动化系统接入功能。系统总体达到国内先进水平。三、系统总体设计及构成系统设计思想……系统构成……系统硬件……核心监控管理系统……多媒体报警信息发布系统……WEB综合查询系统……网上视频及控制系统…电话语音查询系统 虚拟RTU反馈系统……

数据库维护系统 系统总体结构设计分析……功能要求分析……系统实施后的效果本次调度自动化系统体系结构毕业设计不涉及调度管理体制方面的内容，仅从技术的角度进行考虑，以毕业设计任务书作为设计依据，电网网络接线示意图如下：KK35/10KV变电站监控中心图1电网结构地理拓扑图第二章设计目标新一代的电网调度自动化系统应考虑到Internet/Intranet技术对电力企业的影响，在设计、开发时应以SCADA功能为基础，DA/DMS、AM/FM/GIS、MIS及其他子系统为扩展功能的、具有一体化平台的网络化、多功能系统。系统的硬件方面：优先采用最新的、高可靠性的微型计算机硬件技术，作为系统工作站、服务器的硬件平台。有条件的也可采用最新的RISC或UNIXX作站系统。系统的软件方面：调度自动化系统的操作系统采用新一代的MicrosoftWindowsNT/2000；数据库采用高性能的商用关系型数据库，如MSSQLServer，Oracle，Sybase等，使系统软件配置标准、规范；系统的输出形式采用MicrosoftOffice的Excel等优秀工具软件，使报表系统更加方便易用；软件结构采用网络分布式的客户/服务器模式。本次调度自动化系统体系结构设计本着学以致用、加深《电力系统调度自动化》知识的理解和结合学生工作实践经验的原则，在指导老师的引导下，达到以下设计目标：⑴、充分理解现代调度自动化系统包括的含义；⑵、熟悉调度自动化系统的功能；⑶、熟悉并巩固变电站主接线图的设计方法和相关规范；⑷、掌握调度自动化系统的设计原则；⑸、掌握电力系统中调度自动化基准厂站选择的方法和原则；⑹、掌握调度信息的组织和信息量的估算；⑺、掌握调度中心主站计算机系统的结构；⑻、掌握调度自动化系统应该达到的技术指标；⑼、掌握电网结构分析的基本知识。第三章设计原则本次电网调度自动化系统体系结构设计必须遵循以下原则（本次毕业设计侧重系统的体系结构）：（1） 稳定性：应用于电网中的调度自动化系统，稳定性是第一位的。落后的系统会增加技术人员掌握的难度，甚至导致系统无法发挥作用；（2） 实用性：坚持人机对话简洁、明了、方便的原则，且能完成调度系统与MIS系统之间的信息共享；（3） 易维护：系统的硬件设计与选择应具有通用性，系统的软件设计应具有远程维护功能；（4） 先进性；（5） 可扩性；（6） 伸缩性：根据用户应用系统的需要和投资状况，系统应能灵活地选择软硬件配置，并具有跨多硬件平台的特点，系统的规模可从单台机器到多台机器、单种机型到多种机型任选；（7） 灵活性：组成系统的各功能模块，多数要能做到〃即装即用〃；（8） 安全性：系统硬件采用冗余设计，保证系统的不间断可靠运行；由操作系统、数据库以及应用软件的操作等级三方面来满足严格的安全操作要求。

系统有统一的模块化电网描述数据库；系统必须能够进行高效的实时数据处理；系统要有友好方便的人机界面；系统要有功能强大的电子报表软件，具有灵活的报表处理功能，并能做到图文并茂；系统对大量的历史数据具有强大的归纳分析和趋势预测功能。第四章设计内容1电网结构4.2调度自动化系统功能调度自动化系统的四级功能见下表:调度自动化系统功能第一级：直接控制2、自动发电控制调度自动化系统功能第一级：直接控制2、自动发电控制3、运行安全的分析4、无功和电压控制第二级：最优控制1、经济调度控制2、发电计划控制(水火电出力最优计划)3、系统运行安全最优控制4、负荷管理第三级：适应控制1、短期负荷预测(发电计划控制)2、系统能量管理3、系统紧急控制4、系统恢复控制第四级：综合控制1、最优潮流控制2、系统动态过程控制3、系统可靠性控制4、长期负荷预测(结构控制)5、系统发展规划控制1、运行参数的安全检测和控制6、总效益核算控制基准厂站的选择按照冗余度高、校核厂站数少的原则进行选择，随着无人值班变电站的普及和调度自动化系统对厂站信息可靠性要求的不断提高，一般要求冗余度rN2,平均冗余度r-〉2,以满足提高可靠性的需求。为便于方案比较，对电力网络中的各厂站编号如下：基准厂站方案对比选择见下表:方案编号123校核站A、E、GA、E、G、DA、G、E、I冗余A233B222C222D343E223F233G232H223根据上表所示基准厂站选择方案比较结果分析，三个方案均达到了冗余度rN2,平均冗余度r-〉2的可靠性需求，但结合基准站选择的判据是要求基准厂站量少，信息冗余度高，于是先择方案1和方案2被淘汰；方案3的基准站数有4个，即图中的A、C、E、I变电站，方案3作为本次体系结构毕业设计基准厂站布置的实施方案。4.4基准厂站的主接线设计根据毕业设计任务书内容所示，A、E两站的主接线基本情况如下表：序号项目变电站A变电站B135KV出线路数32310KV出线路数10104主变压器台数225备 注枢纽站一般站变电站电气主接线的设计和电气设备的选择以及动稳定、热稳定的校验在此不再赘述（学生本次课程设计题目为：《发电厂电气部分》课程设计一降压变电所），基准厂站A和E的主接线图见附图：⑴、毕业设计基准变电站A主接线图⑵、毕业设计基准变电站E主接线图4.5信息的组织原则根据相关调度自动化设计技术规程，信息的组织和信息量的计算，可参照如下规定：4.5.1有人值班厂站的远动信息4.5.2无人（少人）值班厂站的远动信息4.6基准站信息的组织和信息量4.6.1结合上述设计规程，对本次毕业设计基准厂站遥测量、遥信量的设计如下：毕业设计基准变电站A状态信息表J-P.点号遥测1遥测2J-旦点号遥测1遥测2J-旦点号遥测1遥测21UA110IUB110I27IA6IB653P14COS6142UC110IUAB山I28IC6Q654IA15IB153UA110IIUB110II29P6COS6655IC15Q154uc110IIUAB110II30IA7IB756P15COS6155UA10IUB10131IC7Q757IA16IB166uc10IUAB10I32P7COS6758IC16Q167UA10IIUB10II33IA8IB859P16COS6168uc10IIUAB10II34IC8Q860IA17IB1793U011013U°110II35P8COS6861IC17Q17103U010I3U°10II36IA9IB962P17COS61711HZ110HZ1037IC9Q963IA18IB1812IA1IB138P9COS6964IC18Q1813IC1Q139IA10IB1065P18COS61814P1COS6140IC10Q1066IA19IB1915IA2IB241P10COS61067IC19Q1916IC2Q242IA11IB1168P19COS619

JH1=1.点号遥信内容79遥信字1绝缘1101绝缘110n绝缘10I绝缘10n母差110母差101T轻瓦斯1T重瓦斯遥信字21T温度升高1T温度过高1T过负荷2T轻瓦斯2T重瓦斯2T温度升高2T温度过高2T过负荷80遥信字1厂变温度升高厂变温度过高厂变过负荷厂变电压过低厂变电压过高直流电压过高直流电压过低直流屏异常遥信字2合闸开关1合闸开关2合闸开关3合闸开关4控制开关1控制开关2控制开关3控制开关481遥信字11QF位置1QS位置1QF差动1QF过流1QF过负荷1QF后备1QF备用1QF备用遥信字22QF位置2QS位置2QF差动2QF过流2QF过负荷2QF后备2QF备用2QF备用82遥信字13QF位置3QS位置4QS位置4QSD位置3QF高频3QF距离3QF零序3QF装置异常遥信字24QF位置5QS位置6QS位置6QSD位置4QF高频4QF距离4QF零序4QF装置异常83遥信字15QF位置7QS位置8QS位置8QSD位置5QF高频5QF距离5QF零序5QF装置异常

遥信字26QF位置9QS位置10QS位置10QSD位置6QF高频6QF距离6QF零序6QF装置异常84遥信字17QF位置11QS位置12QS位置12QSD位置7QF高频7QF距离7QF零序7QF装置异常遥信字28QF位置13QS位置14QS位置14QSD位置8QF高频8QF距离8QF零序8QF装置异常85遥信字19QF位置9QF过流9QF过负荷9QF后备15QS位置16QS位置1TV异常2TV异常遥信字210QF位29QS位10QF差10QF过10QF过10QF电10QF电10QF装置置动流负荷流一段流二段置异常JH1=1.点号遥信内容遥信字18611QF位置30QS位置11QF差动11QF过流11QF过负荷11QF电流一段11QF电流二段11QF装置异常遥信字212QF位置17QS位置18QS位置单相接地12QF电流一段12QF电流二段12QF电流三段12QF装置异常遥信字18713QF位置19QS位置20QS位置单相接地13QF电流一段13QF电流二段13QF电流三段13QF装置异常遥信字214QF位置21QS位置22QS位置单相接地14QF电流一段14QF电流二段14QF电流三段14QF装置异常遥信字18815QF位置23QS位置24QS位置单相接地15QF电流一段15QF电流二段15QF电流三段15QF装置异常遥信字216QF位置25QS位置26QS位置单相接地16QF电流一段16QF电流二段16QF电流三段16QF装置异常遥信字18917QF位置27QS位置28QS位置单相接地17QF电流一段17QF电流二段17QF电流三段17QF装置异常遥信字218QF位置29QS位置30QS位置单相接地18QF电流一段18QF电流二段18QF电流三段18QF装置异常90遥信字1

19QF位置31QS位置32QS位置单相接地19QF电流一段19QF电流二段19QF电流三段19QF装置异常遥信字220QF位置33QS位置34QS位置单相接地20QF电流一段20QF电流二段20QF电流三段20QF装置异常91遥信字121QF位置35QS位置36QS位置单相接地21QF电流一段21QF电流二段21QF电流三段21QF装置异常遥信字222QF位置22QF过流22QF过负荷22QF电流一段37QS电流二段38QS电流三段3TV异常4TV异常毕业设计基准变电站E状态信息表4.6.2帧格式的设计及信息流量的估算⑴、对于CDT规约，RTU按照更新周期循环不停地一帧一帧地向主站传送信息，每一个周期，传送一帧信息，这一帧信息包括了该厂站所有的遥测量和遥信量。帧结构由同步字开头，控制字和信息字组成，信息字的数量依实际需要设定，帧长度可以改变。帧结构通常如下：同步字EB90X30点控制字1点信息字12点信息字2::32点信息字3233点信息字33

34点信息字34其中，第一点到第32点为遥测信息，共64路；第33点到第34点为运行信息，共32路。遥测信息字的格式如下所示:——7 功能码（OOH〜7FH）————7 功能码（OOH〜7FH）——o b7b6b5b4b3b2bib0b 15 b 14 b 13 b 12 b ii b 10 b 9 b 8 b——7 b——6 b——5 b——4 b——3 b——2 b——i b——0 b 15 b 14 b 13 b 12 b u b 10 b 9 b 8 校验码bb遥测1遥测2Bn字节Bn+1Bn+2Bn+3Bn+4Bn+5说明：、每个遥测信息字传送两路遥测量；、bii^b0传送一路模拟量，以二进制码表示,bjjO时为正数，bii=1时为负数，以2的补码表示负数；、bi4=1表示溢出，bi5=1表示数无效。、每个信息字由6个字节，共48位二进制位。遥信信息字的格式如下所示：4.7调度中心主站计算机系统结构目前调度中心的计算机系统多采用多机分布式系统，结构如下图:

RTU1RTUn椿浚RTU1RTUn椿浚图2系统配置图分布式系统结构主要完成以下功能：…4.7.1系统特点4.7.2效益分析4.7.3计算机系统配置原则4.7.4计算机选型原则4.7.5随着电力系统的发展，进行科学管理所需信息增多，对于电力系统。主要有办公数据和事故记录数据及生产运行数据这三类信息构成；信息管理系统可采用拓扑结构。在电力局内部有一个文件服务器。系统为整个公司服务，内部存储各个科室的信息以及各种数据。调度数据则通过网桥机传送到服务器中，网桥机同时还负责事故的分合报警。4.7.6计算机