--水电站电气部分设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告题目~~水电站电气部分设计专业热能与动力工程班级学生指导教师2013年1一、毕业设计(论文)课题来源、类型毕业设计（论文）课题来源：本着毕业设计课题应与科学研究、技术开发、经济建设和社会发展紧密结合的原则，在调查研究、阅读学科文献资料的基础上，积极与专业老师交流，结合个人兴趣爱好，并广泛征求意见后，我选择“石泉水电站电气部分设计”作为毕业设计的研究课题。本课题属于工程设计类题目。该课题具有较强的综合性，涵盖了本学科的《电路》、《水电厂自动运行》、《发电厂电气部分》、《电机学》等多门主干课程，设计过程中能够较系统的运用所学过的专业知识，与专业培养目标密切相关。另外，选题也很具有代表性。石泉水电站电气部分设计可以反映出条件类似水电站相关工程设计的基本思路和设计经验。基于以上的认识和思考，《石泉水电站电气部分设计》成为我毕业设计的选题。毕业设计(论文)课题类型：工程设计。二、选题的目的及意义选题的目的：通过此次的课程设计，熟悉电厂电气部分设计的流程，将本科四年来所学的知识应用到实践中去。在设计的过程中，通过对电气主接线的方案确定，比较选择最佳方案，短路计算，厂用电设计等内容的进行，提高自己的动手能力，将电气部分设计的新技术运用到本设计中。特别是通过对配电设备的选型，了解当前国内外输配电设备的现状。在将来的工作学习中，更好的适应环境。在设计中，特别要提高独立工作和综合运用所学理论、知识和技能解决实际工程问题的能力。通过对资料的收集和分析，结合工程实际进行分析论证，提出设计计算方案，进行有关的设计、计算、绘图和文字表达。选题的意义：研究“石泉水电站电气部分设计”的意义体现在以下几个方面：2第一、电气主接线图是电厂设计的重要部分。同时也是运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，了解电路中各种电气设备的用途，性能及维护，检查项目和运行操作的步骤等都离不开对电气主接线的掌握。第二、电气主接线表明了发电机，变压器，断路器和线路等电气设备的数量，规格，连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择，配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。第三、通过设计工作，我会受到理论联系实际的综合训练，培养运用所学理论知识和基本技能来解决工程实际问题的能力；还会了解、掌握工程设计全过程，提高工程实践能力。第四、可以提高个人综合素质。例如，对设计质量的不懈追求，有助于探求真理、严谨求实的工作作风和学习态度养成；对多种工程技术方案的论证比较，能够提高个人科学认识、分析问题的能力。第五、设计工作强化了我的社会意识和坚定了服务祖国人民的美好愿望。第六、由于电能生产的特点是：发电，变电，输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全，稳定，灵活和经济运行，也直接影响到生产和生活。第七、考虑到石泉水电厂是上世纪的一个老电厂，已经运行有40年有余。在这40年里，随着全球经济的迅猛发展，全球用电需求随之加大，进而促进了电力工业的发展，我国在这40年里，特别是改革开放以来，对电力工业加大了投入，输变电设备的制造水平和质量都有所提高，对电气设计也有了一些新的研究方法，石泉电厂电气设计在运行中也显现出了不少的问题，所以有必要采用新的方法与技术进行再设计，力求做到电气设计可靠、灵活、经济的要求，如果可能，实现无人值班，少人值守也是可以的。三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势3研究现状及发展趋势：从图书馆数据库及互联网上的资料分析，并结合自己的专业知识及实习过程中的所见所闻所感，觉得当下发电厂电气部分设计、研究及实际工程实际应用的现状及趋势表现为以下五个个方面：①电气主接线可靠性与经济性评估②发电厂主接线可靠性的关键因素③常用电气主接线的研究与发展④SF6封闭组合电器—GIS的应用⑤断路器的发展方向。1、电气主接线可靠性与经济性评估发电厂是电力系统的主要组成部分,电气主接线则是发电厂的主体结构,主接线的正确、合理设计,必须综合处理各个方面的因素,经过技术、经济比较后方可确定。对电气主接线的基本要求,概括地说应包括可靠性、灵活性、经济性3个方面。定量分析电气主接线的可靠性是电力系统可靠性研究的一个重要领域。[1]变电所是联系发电厂和用户的中间环节,其电气主接线的可靠性可表述为:在组成主接线系统元件(断路器、变压器、隔离开关、母线等)可靠性指标已知可靠性准则给定的条件下,按可靠性评估准则评估整个主接线系统满足电力系统电能需求能力的量度。对变电所主接线可靠性的分析既可作为设计和评价电气主接线的依据,又可作为选择最优方案和最佳运行方式的依据,通过分析也可发现电气主接线薄弱环节,以便合理安排计划检修。自1970年在电力系统可靠性分析中引入了开关操作过程对输电系统可靠性的影响开始,主接线可靠性的分析已经有30多年的历史,1971年断路器三状态模型的提出使主接线可靠性研究正式成为电力系统可靠性分析的一个独立分支发展起来。在元件故障不独立性及故障模式的复杂性方面,Grover等人引入了扩大型故障概念,Guerin等人研究了常开元件的处理,而Allan等人进一步研究了由于常开断路器及备用电源故障造成备用电源失灵的影响,此外Singh和Billiton等分别考虑了继电保护的影响,Brando考率了变压器过负荷的影响。1988年顾克提出了用相关事件的概念理论研究电气主接线可靠性的思想。1997年Billiton提出了一种广义的4n+2状态系统的马尔可夫模型,此模型克服了三状态模型的不足,并在单独的主接线评估中得到应用。[2]电气主接线可靠性分析的方法有：基本方法、混合方法和MonteCarlo-FD混合法。基本方法包括逻辑表格法及改进方法、马尔可夫(Markov)过程、状态空间法、网络法(故障模式与后果分析法FMEA)、最小割集法、频率和持续时间(FD)法、蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟法、关联矩阵法等。[3]混合方法有：网络法和状态空间法相结合、基于元件状态空间的最小割集法、基于时序模拟法并结合解析法的混合法、基于时序模拟法和Petri网的分析方法等。在对电气主接线可靠性进行评估时,由于数学工具制约或系统规模过大,单纯使用一种方法分析可靠性相当困难,所以有必要研究一些混合法。[2]总之几种基本方法在分析电气主接线时各有特点,但因数学工具制约,或因系统规模过大,难以在计算机上实现通用化、程序化的算法,为可靠性分析的实际应用带来一定的困难。采用混合方法时可以显著提高了模拟效率和模拟精度。可靠性经济评价方法：可靠性经济学属于工程经济学的范畴，与系统工程中的价值分析相通，是随着可靠性工程技术的形成和发展而发展起来的学科，也是可靠性工程与管理学的一个重要组成部分。[4]当前可靠性经济评价方法有：绝对可靠性评价法、可靠性排列法、可靠性比较分析法、成本－效益分析法、可靠性优化法。同时，近年来,国内外的高校、研究机构和电力部门已相继研制了各种主接线可靠性分析软件。上海交通大学开发了基于面向对象技术的变电站供电可靠性分析计算软件包,通过定量计算,可以分析不同类型、不同接线形式的变电站在任意运行方式下的供电可靠性以及各种设备故障对变电站可靠性的影响程度,还可分析继电保护装置配置及动作的影响；清华大学电机系开发的发电厂及变电所电气主接线可靠性评估软件SSRE-TH用于对水电站/变电所各种电气主接线方案进行可靠性及经济性评估,可5计算电气主接线在各种运行、检修和元件故障组合状态下的停电容量、频次、时间及停电损失等指标,还可以进行电气主接线方案的技术经济综合评价,为主接线方案决策提供辅助信息。文献[5]提出了抽水蓄能电站主接线可靠性评估的模型和算法,在此基础上开发了抽水蓄能电站主接线可靠性评估的REBUSO软件。该软件已经成功地应用于多个抽水蓄能电站主接线的优化设计中。文献[4]介绍的电站主接线可靠性综合分析系统SSRE已在瀑布沟、向家坝等大型水电工程以及安顺500kV变电站电气主接线设计中推广应用。[2]2、发电厂主接线可靠性的关键因素[6](1)断路器在整个主接线系统中，断路器是操作元件中最为重要的部分，操作结果可以改变整个电厂的主接线拓扑结构。但是断电器自身的结构十分复杂，如操作不当就会造成主接线系统故障，并且故障的形式也是多样的。作为主接线系统的关键性操作元件，断路器引起系统恶性连锁反应事故是最为严重的，断路器的安装及操作也是值得工作人员注意的事项。(2)输电线路和变压器输电线路以及变压器作为系统的重要连接节点，均属于系统静态元件，引起的故障大多是扩大性故障。同时两者的故障也导致了系统状态的改变，将引起相邻的断路器的动作。此外，对系统的修复必须在其关联断路器动作并切除故障后进行。3、常用电气主接线的研究与发展经过了多年的发展，电气主接线的方式经历了由简到繁的过程，这是由于电网规模越来越大，但配电设备的制造水平无法满足主接线要求这一客观条件决定的。随着国家对电力工业投入的加大，制造水平的提高，电气主接线有由繁到简的发展趋势，但不是很明显，常有的电气主接线还是那么几种：单母线分段接线、双母线接线、双母线带旁路接线、双母线分段带旁路接线、3/2（4/3）断路器接线、线路-变压器组接线、桥形接线、6角形接线等传统的接线方式。各种接线方式各有千秋，在电气主接线的选择确定过程中通过详细分析系统原始的数据、系统负荷的大小以及分配，同时结合各种主接线的特点综合考虑，以较优化组合方式组成最佳可能方案；然后筛选，组合，保留可能接线方案；最后，对这几个方案进行综合比较：通过对主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，辨证统一，确定最终方案。以上是多年来电气主接线所采用的方法。4、SF6封闭组合电器—GIS的应用随着经济的迅猛发展，GIS（Gas-insulatedMetal-enclosedSwitchgear）组合电器的使用量每年大约按15％的速度增加。GIS的中文意思也可以称为高压全封闭组合电器。它将一座变电站中除变压器以外的一切设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、CT、PT、母线、避雷器进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。与传统的开关站相比较，GIS的优点很显著。GIS有效地缩小占地面积，元件全部密封不受环境干扰、运行可靠性高、开断绝缘能力大、连续开断能力强、运行方便、检修周期长、维护工作量小、安装迅速、运行费用低、无电磁干扰等优点，已经成为现代高电器发展的主流。同时GIS实现了小型化，模块化，绝缘不受外界影响；对周围不产生电磁场，杂音和无线电干扰，合乎环保要求；具有可靠性高，安全性能好，配置灵活，安装期短，维护方便和检修周期长等优点的开关装置。GIS组合电器最大限度地缩小整套配电装置的占地面积和空间体积，结构十分紧凑，采用积木式结构组合在一起，并全部封闭在金属外壳内，对周围不产生电磁场，杂音和无线电干扰，合乎环保要求，具有可靠性高。GIS的安装也很方便,它的整套运输一般是通过整体运输,或者分开运输也可以,因此整体运输就大大缩减了施工的时间,同时大大的减少了工作量,缩短了施工周期。还有,由于全密封设备的外壳是安装在地面上,直接接地的,这样又减少了空间和材料。俗话说的好：坐车就得买票。当然GIS的优点是令人欣慰的，但是7其不容乐观的地方却不容忽视。其缺点如下：GIS的安装与调试作为GIS质量控制中的重要一环,其安装质量的好坏直接影响到GISER日后的运行质量与安全，而且其投资造价与一般的敞开式开关站相比较高。同时，还有一定的危险性。以上关于GIS组合电器的优缺点，不得不提及SF6气体。六氟化硫气体(SF6)于1900年由法国两位化学家Lebeau和Moissan合成。大约从60年代起,高压开关及其设备成功地使用了SF6气体作为优异的绝缘和灭弧介质。在如今的高压、特高压及超高压电力系统中,SF6气体已经成为断路器和GIS灭弧和绝缘的唯一介质，SF6气体具有优越的绝缘性能和灭弧性能。正常情况下纯净的、合格的SF6气体是无臭、无味、无色、不燃的,他的化学反应不会发生变化,属于惰性气体。但是SF6气体应用