电力系统自动化本科毕设开题报告

一、毕业设计(论文)课题来源、类型宝兴河宝兴水电站位于青衣江干流上游，是宝兴河开发一期工程之一，属梯级最末一级电站。由四川华能宝兴河电力股份有限公司建设、管理。实现了当年签约、当年施工、当年截流和当年浇筑的可喜成绩。宝兴河宝兴水电站是一座河床式电站，装机容量3×2万kW，设计水头15.5米，引用流量450立方米/秒，年利用小时数5233小时。电站于1993年11年开工，1995年10月首台机组投产，1996年7月全部机组投产发电。电站总投资4.35亿元，单位千瓦7250元。截至2006年12月31日已经累计发电26亿kWH，连续安全生产3924天。二、选题的目的及意义目的：（1）巩固课程的理论知识；（2）学习和掌握发电厂(变电所)电气部分的基本设计方法；（3）培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。意义：我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高，现在已有许多电厂实现了集中控制和采用计算机监控．电力系统也实现了分级集中调度，所有电力企业都在努力增产节约，降低成本，确保安全远行。随着我国国民经济的发展，电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。水力发电厂是生产工艺系统严密、土建结构复杂、施工难度较大的工业建筑。电力工业的发展,单机容量的增大、总容量在百万千瓦以上水电厂的建立促使水电厂建筑结构和设计不断地改进和发展。电厂结构的改进、新型建材的采用、施工装备的更新、施工方法的改进、代管理的运用、队伍素质的提高、使水电厂土建施工技术及施工组织水平也相应地随之不断提高。设计本课题，是对已学知识的整理和进一步的理解、认识，学习和掌握发电厂(变电所)电气部分设计的基本方法培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。电力工业的迅速发展，对发电厂（变电所）的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势1.继电保护方面1.1继电保护发展历程电力系统继电保护先后经历了不同的发展时期,机电式继电保护、晶体管继电保护、基于集成运算放大器的集成电路保护,到了20世纪90年代,1继电保护技术进入了微机保护时代,微机保护有强大的逻辑处理能力、数值计算能力和记忆能力,它不仅具有传统保护和自动装置的功能,而且还能发展到故障测距、故障录波等功能。微机保护经过20多年的发展,已经取得巨大的成功并积累了丰富的运行经验。随着计算机技术的飞速发展以及计算机在继电保护领域中的普遍应用,新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中,以期取得更好的效果,从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展。1.2继电保护新技术许多新技术都不断应用到继电保护的领域,例如IT技术的应用,实现了保护、控制、测量、数据通信一体化;应用人工神经网络,可以解决复杂的非线性化问题;应用光电互感器解决电流互感器的饱和问题;应用可编程控制器(PLC)代替传统的机械触点继电器等等。1.2.1信息网络技术在继电保护中的应用当代继电保护技术的发展,正在从传统的模拟式、数字式探索着进入信息技术领域。在变电站综合自动化方面,保护的配置比较灵活。如果变电站综合自动化采用传统模式,也就是远方终端装置(RTU)加上当地监控系统,保护装置的信息可以通过遥信输入回路进入RTU,也可以通过串行口与RTU按照约定的通信规约进行信息传递。如果变电站综合自动化采用全分散式,也就是按一次主设备为安装单位,将保护、控制等单元分散,就地安装在主设备旁。具体实施又分为两种模式:保护相对独立,控制和测量合一,如SIEMENS的LSA678系统;保护、控制和测量合一,如CSC-2000。1.2.2可编程控制器在继电保护中的应用可编程控制器(PLC)可以视为具有特殊体系结构的工业计算机,更适应于控制要求的编程语言。在由继电器组成的控制系统里,要把各个分立元件用导线连接起来,这对于实现复杂的逻辑关系以及需要定期改变操作任务来说显然是不适宜的。而使用PLC就可以解决上述问题,通过软件编程的方式来代替实际的各个分立元件之间的接线。为了减少占地面积,还可以用PLC内部已定义的各种辅助继电器来取代传统的机械触点继电器。1.2.3智能化进入20世纪90年代以来,人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用,电力系统保护领域内的一些研究工作也转向人工智能的研究。人工神经网络(ANN)具有分布式存储信息、并行处理、自组织、自学习等特点,其应用研究发展十分迅速,目前主要集中在人工智能、信息处理、自动控制和非线性优化等问题。近年来,电力系统继电保护领域内出现了用人工神经网络(ANN)来实2现故障类型的判别、故障距离的测定、方向保护、主设备保护等。1.2.4自适应控制技术在继电保护中的应用自适应继电保护的概念可定义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的新型继电保护。自适应继电保护的基本思想是使保护能尽可能地适应电力系统的各种变化,进一步改善保护的性能。自适应继电保护具有改善系统的响应、增强可靠性和提高经济效益等优点,在输电线路的距离保护、变压保护、发电机保护、自动重合闸等领域内有着广泛的应用前景。1.2.5新型互感器的应用引起继电保护应用的另一个根本性的革命可能是光电流互感器(OTA)、光电压互感器(OTV)以及基于该种互感器的保护在电力系统中的应用。国外已制造出OTA,OTV,并在现场运行。其与传统的TA,TV相比有其明显的优点:实现了高压和弱电的完全绝缘隔离,用光纤传递测量量无电磁干扰影响,无CT饱和问题,频率响应宽。这些特点将使各种保护的技术性能得以改善并彻底改变保护的应用条件和应用方式。1.2.6微机保护设计新思想微机保护新算法是微机保护不断发展的重要原因,模糊控制原理、自适应原理、综合优化原理已在微机保护中获得了良好的应用效。果。华北电力大学四方研究所提出了网络化通用硬件平台和层次结构软件平台的设计思想,并对网络应用的关键问题进行了深入研究和大量试验,证实了网络应用的高可靠性,还对变电站自动化中微机保护网络通信功能、智能化状态检测新特点以及全自动化测试提出了新想法和实现方式【1】。2.电网设备投运方面2.1当前投运模式现状传统模式中，投运方案完成审批后，交给调度员执行，从投运前的运行方式改变、投运指令票编写及预令下达、具体操作指令下达等一系列操作，均是由调度员进行。调度员向现场值班员下达投运指令，现场值班员接到指令后进行现场操作，操作完毕后向调度员汇报，然后调度员继续下达下一步指令，直至整个投运操作完毕。2.2存在的问题在这种投运模式中，投运方案经过调度员再次审核把关，增加了一道安全防线，同时当班调度员对于当前全网的统一管理性强，能够更好地协调解决投运工作与大电网之间的问题。但该投运模式单纯依赖调度员来完3成，也存在一定的问题：1.分散性，环节多，投运时间长2。风险性过于集中3.现场状况不清【2】。2.3新投运模式及特点2.3.1新投运模式投运方案完成审批后，若为旧设备(但包含有部分新设备)的操作，由启动试运行组长(一般委托由调度运行方式专责担任)协同保护专责、调度员到现场下令，投运前后通知调度。投运内容若涉及到对侧变电站或与其它网络有密切联系的操作，则到具体操作步骤时与调度联系，由当班调度员来协助完成操作；而对于未移交的全新的投运设备，是由启动试运行组长(一般是由施工方负责人担任)下令，启动试运行副组长(调度运行方式专责)监护，正常运行24h后移交运行单位进行管理。2.3.2新投运模式特点（1）针对性强投运方案一般是由调度运行方式专责审核，其对整体方案较为熟悉，对于全网和局部设备有很清晰的了解。对于旧设备(但包含有部分新设备)的操作，运行方式专责代替调度员进行下令投运，对于未移交的全新的投运设备，运行方式专责作为监护，此模式在很大程度上提高了调度的针对性，在未影响电网安全的情况下，突破了调度交叉下令的瓶颈问题，减少了影响新设备投运的相关多余环节，增强了下令的连贯性和可靠性，减轻了调度员的压力，降低了风险。（2）能优化操作顺序运行方式专责代替调度员投运，有充足的时间和精力来考虑优化操作顺序，可以根据操作人员配置进行A，B，C分组，对于投运方案中没有逻辑关联或先后顺序的操作可以同时并列下令。例如A组在给新1号主变充电5次的较长时间里，可以下令B组将10kV出线空间隔转至热备用，C组则可以核对并投入新2号主变保护，这样合理优化操作顺序，可以大大缩短投运时间，合理有效推进投运进度，减轻单组操作人员的压力。（3）熟悉现场状况由于在新设备投运过程中，任何突发的事件都可能发生，这需要指挥者对现场状况有较为清楚的了解。指挥者在现场监督投运的每一个细节，对现场状况最为熟悉，能全面地控制整个投运进程和局势，遇到缺陷也能快速地进行下令隔离和处理。（4）对现场下令指挥者素质要求高由于现场投运下令不但要求现场指挥者必须熟悉方案、了解现场、掌握电气操作具体步骤及电网当前运行方式等，还要能做到合理优化操作顺4序、灵活把握投运节奏，涉及决策、组织、协调、控制、指挥、用人、沟通等诸方面，这些都要求投运指挥者必须具有清晰、冷静、果断、灵活的头脑，这对现场下令指挥者提出了高素质的要求【3】。3.国内水电站新技术的应用：3.1碾压混凝土筑坝技术的应用1986年8月原水电部科技司召集的“科技协调会”确定,在首部枢纽拦河坝的滋流坝段和左岸挡水坝段,将原设计的常规混凝土筑坝改为采用碾压混凝土筑坝新技术这是我国首批将这一新技术应用于国家重点工程、主体工程部位和在南方炎热季节下施工的工程。1986年8月~1987年4月进行了设计、试验和施工准备工作。1987年4月~1990年6月先后在滋流坝的#8~#17坝段和左岸挡水坝的#4~#6坝段共进行了19次碾压混凝土施工,完成混凝土±101620m3。3.2混凝土“双掺”技术的应用混凝土“双掺”技术就是在混凝土中大量掺用外加剂和粉煤灰,其经济效益十分显著,并能很好改善混凝土的和易性和物理力学性能,且施工简便易行天生桥二级水电站“双掺”的特点是经大量试验成果资料比较,采用了高效外加剂和优质粉煤灰,使用范围广,应用普遍,掺量较大,长期坚持使用,对提高混凝土生产质量和改善混凝土性能效果好,经济效益显著。3.3微膨胀补偿收缩混凝土的试验研究和应用根据天生桥一、二级水电站的实际情况,为了寻求解决混凝土防裂抗渗问题的有效途径,根据中国建材研究院的研究成果和国内许多重要工程应用的经验,进行了在混凝土中掺人U型混凝土膨胀剂、制成微膨胀补偿收缩混凝土的试验研究和初步应用工作成果资料表明,该新型混凝土由于在水化过程中生成大量微膨胀性结晶水化物——水化硫铝酸钙钙钒石,使混凝土产生适度膨胀,在钢筋和邻位约束下,在结构中建立0.2~0.7MPa预压应力,以抵消混凝土产生的收缩拉应力,从而防止或减少混凝土收缩裂缝,产生的钙钒石晶体填充、切断混凝土中的毛细缝,提高混凝土抗渗性能。因此,这一新技术是一种混凝土防裂抗渗的有效方法,简便易行,具有重要的发展应用前景。3.4新型混凝土修补材料——聚合物乳液的试验和应用天生桥二级水电站共有三条总长约30km的长大引水隧洞,衬砌混凝土量大,延续的施工时间长,参加单位多,施工中由于各种原因造成需要进行的混凝土缺陷修补工作量比较大,工期要求紧原采用的环氧树脂修补材料存在着潮湿混凝土面粘结强度低粘度大,粘性强,施工操作很不方便有关材料刺激味大,毒性强,有害健康成本高固化时间较长,固化后在耐久性上存在老化问题等几个较大的问题,因此施工单位不愿使用为此,经过试验,采用了中国建材研究院研制生产的新型混凝土修补材料—聚合物乳5液由乳液、固化剂、水泥等材料配制浆液、砂浆应用,根据实际情况,试验摸索出不同情况下的使用配方,初步总结出一些使用技术问题。3.5其他各种新技术、新材料的试验研究和应用第一,特制DH4A强缓凝型高效减水剂在碾压混凝土夏季高温季节施工中的试验和应用。在天生桥二级水电站首部枢纽进行的碾压混凝土施工中,实行大仓面通仓碾压浇筑,且为干硬性混凝土,为了渡汛抢工期,在夏季气温最高达3