小漩水电站电气一次及同期系统设计

1、摘 要水电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，起着生产和输送电能的作用。电气主接线是发电厂的主要环节，电气主接线拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是水电站电气部分投资大小的决定性因素。本次设计水电站电气一次及同期系统。首先根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择220KV电压等级的接线方式，选取灵活的最优接线方式。其次，进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，并根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择并进行校验，然后进行厂用电设计计算。最后根据同期原理设计水电站同期系统并选配相应

2、的元器件。关键词: 电气主接线，短路电流；电气设备，厂用电，同期系统ABSTRACT Hydropower is an important part of the power system,which directly affects the entire power system security and economic operation, plays a role in the production and distribution of electrical energy. The design of the electrical station once and synchroni

3、zation system.First, according to the main terminal of economical, reliable and flexible operation 220KV voltage level required to select connection mode, select the optimal flexible wiring.Secondly, the short-circuit current calculation, according to the short circuit point were calculated for each

4、 point of impact of current steady state current and short-circuit, and according to the voltage level of the rated voltage and maximum continuous operating current for equipment selection and verified. Then, the auxiliary power design calculations.Finally, according to the same principle of synchro

5、nization system design of hydropower station and select the corresponding components.Key words :the electricity mainwiring ,the short-circuit current ,electricity 目录前 言7第一章 电气主接线设计81.1电气主接线81.1.1电气主接线设计的原则81.1.2电气主接线的设计程序91.1.3主接线形式的选择121.2主变压器的选择13第二章 短路电流的计算及负荷计算152.1短路电流计算的目的和条件152.1.1短路电流计算的目的15

6、2.1.2短路电流的计算条件162.2短路时间的计算162.3 等效电路阻抗及短路电流的计算18第三章 电气主设备的选择与校验253.1导体和电气设备选择的一般条件253.1.1一般原则253.1.2短路状态热稳定和动稳定的校验263.2设备的选择及校验273.2.1高压断路器273.2.2隔离开关303.2.3电流互感器303.2.4电压互感器313.2.5 导线323.2.6 熔断器333.2.7 避雷器333.2.8 支柱绝缘子333.2.9 穿墙套管343.2.10 消弧线圈34第四章 厂用电设计354.1 厂用电系统设计原则354.2 厂用电系统的特点354.2.1 厂用电电压354

7、.3 厂用电计算364.3.1 厂用电负荷计算364.3.2 厂用电接线图37第五章 同期系统设计385.1.1 同期原理概述385.1.2 同期系统设计研究状况385.2 同期原理图405.3 系统硬件配置图415.4 同期系统流程425.4.1 导前时间425.4.2 准同期条件435.4.3 均频控制435.4.4 均压控制435.5 软件模块设计445.5.1程序判别方法445.5.2计算电压445.5.3计算频率、滑差445.5.4计算角加速度差455.5.5计算相位455.5.6计算相位差45结 束 语47致 谢 语48参考文献49前 言电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。电能

8、既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。本次设计为小漩电站电气一次及同期系统部分初步设计，分为电气主接线设计、短路电流计算、电站主设备选择、厂用电设计、同期系统设计等四部分。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对变电站设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图、厂用电接线图、同期系统控制原理图、硬件配置图。由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免,敬请各位老师批评指正。第一章 电气主接线设计

9、1.1电气主接线电气主接线是发电厂、变电所的设计主体。采用何种形式的接线，与电力系统原始资料，发电厂、变电所本身的可靠性、灵活性、经济性的要求密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定都有较大的影响。因此，主接线的设计必须根据电力系统、发电厂或变电站的具体情况，全面分析，正确地处理好各方面的关系，合理地选择主接线方案。1.1.1电气主接线设计的原则电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以技术规定、标准为准绳，结合实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先

10、进、适用、经济、美观的原则。在设计的过程中，将根据国家经济发展及电力负荷增长率的规划，给出所设计变电所的容量、机组台数、电压等级、出线回路数、主要负荷要求、电力系统参数和对电厂的具体要求，以及设计的内容和范围。设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。设计时，在进行论证分析阶段，更应合理的统一供电可靠性与经济性的关系，以便使设计的主接线具有先进性和可行性。1.1.2电气主接线的设计程序设计步骤和内容如下：1） 对原始资料分析：(1) 工程情况，包括设计规划容量（近期、远景），变压器容量及台数，最大负荷利用小时数极可能的运行方式等。(2) 电力系统情况，包括电力系统近期及远景

11、发展规划（5-10年），变电站在电力系统中的位置（容量位置和地理位置）和作用，以及与电力系统连接方式和各级电压中性点接地方式等。(3) 变压器的中性点接地方式与电压等级、单向接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响系统供电的可靠性。2） 对电气主接线的基本要求：对电气主接线的基本要求，概括的应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。(1) 可靠性在分析电气主接线可靠性时，要考虑变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质及类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。(a) 电站在电力系统中的地位和作用。变电站是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适应。此次设计的110kV变电所在10kV电

12、压级有近区负荷，容量不大，此时10KV电压即宜采用供电可靠性较高的母线接线方式，以便适应近区各类负荷对供电可靠性的要求。(b) 负荷性质和类别。负荷按其重要性有类、类和类之分。(c) 设备的制造水平。电气设备制造水平决定的设备质量和可靠程度直接影响着电气主接线的可靠性。(d) 长期实践运行经验。(2) 灵活性电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面：(a) 操作的方便性。电气主接线应该在满足可靠性的条件下，结线简单，操作方便，尽可能使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不致在操作过程中出差错。(b) 调度的方便性。电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求

13、，方便的改变运行方式，并且在发生事故时，要能尽快的切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，不致过多的影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。(c) 扩建的方便性。对将来要扩建的变电站，其主接线必须具有扩建的方便性，应留有发展扩建的余地。(3) 经济性在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要从以下几方面考虑：(a) 节省一次投资。主接线应简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省开关电器数量、选用廉价的电器或轻型电器，以便降低投资。(b) 占地面积小。(c) 电能损耗少。在变电站中，电能损耗主要来自变压器，应经济合理

14、的选择变压器的形式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。(d) 负荷情况，包括负荷的性质、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。对电力的负荷不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着变电站电气主接线设计成果的质量，一个设计应能经受当前及较长远时间（5-10年）的检验。1.1.3主接线形式的选择1）220kV电压等级主接线的确定方案1：单母线接线方案2：单母线分段方案3：单母线带旁路单母线接线：接线简单清晰，设备少、投资低，操作方便，便于扩建，也便于采用成套配点装置。另外，隔离开关仅仅用于检修，不作为操作电器，不易发生误操作。单母线分段：母线故障或检修

15、时，不会导致全部停电。断路器检修时会造成回路停电。但接线简单、操作维修方便、设备较少、经济性好。单母线带旁路：单母线带有专用旁路断路器的旁路母线接线，可以减少设备、节省投资。随着高压配电装置广泛采用六氟化硫断路器及国产断路器、隔离开关的质量逐步提高，同时系统备用容量的增加、电网结构趋于合理和联系紧密、保护双重化的完善以及设备检测逐步由计划检修向状态检修过渡，为简化接线，总的趋势将逐步取消旁路设施。此次220kV侧采用单母线接线的接线方式。这种接线，每一回路都通过一台断路器和一组隔离开关并连接到母线上。适用范围：110220kV配电装置当出线回数不超过2回时。与双母线接线相比，单母线接线具有下述

16、优点：(1) 接线简单清晰(2) 设备少，投资低(3) 操作方便，便于采用成套配电装置(4) 有利于扩建和便于试验。1.2主变压器的选择发电厂中用来向电力系统或用户输送电能的变压器称为主变压器（简称主变），其中采用发电机-变压器单元接线时，主变压器容量应与发电机容量相配套，按照发电机容量比主变压器容量等于1:1.2进行选择。型号额定容量（kVA）额定高压（kV）额定低压(kVA)空载电流(kVA)空载损耗(kW)负载损耗(kV）阻抗电压（%）SFP7-20000/2202000022010.5124511011因为发电机容量为单机16.67MW，即主变容量应为20MW。小型发电厂，或发电厂主要

17、电能是以发电机电压向附近供出，系统电源仅作为备用时，亦可选用1台主变压器。主变：（双绕组无励磁调压电力变压器）(1) 相数根据所计算的容量，选用三台双绕组无励磁调压电力变压器。(2) 组数与结构在220kV中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器，其损耗小，价格低，但主要潮流方向应为低高压同时向低压和中压送电，且变化不宜过大，并注意自耦变压器限制短路电流的效果较差，所以选用两台双绕组变压器。第二章 短路电流的计算及负荷计算2.1短路电流计算的目的和条件2.1.1短路电流计算的目的在发电厂和变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几个方

18、面：(1) 电气主接线的比较。(2) 选择导体和电器。(3) 在设计户外高型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相同和相对地的安全距离。(4) 在选择继电保护装置和运行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。(5) 接地装置的设计，也需要用短路电流。2.1.2短路电流的计算条件为使所选设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定的时期内适应电力系统发展的需要，做验算用的短路电流应按下列条件确定：(1) 容量与接线。按设计的最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为建成后510年）；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式。(2) 短路种类。一般按三相短路计算，或其他种类较三

19、相短路严重时，则按最严重的情况计算。(3) 计算短路点。在计算电路图中，同电位的各短路点的短路电流值均相等，但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同。在校验电器和载流导体时，必须确定电气设备和载流导体处于最严重的短路点，使通过的短路电流校验值为最大。2.2短路时间的计算效验热稳定的短路计算时间tk为急电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tbr之和，即 一般取保护装备的后备保护动作时间，这是考虑到主保护有死区或拒动；而指对短路器的分闸脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各相触头分离后的电弧完全熄灭为止的时间段。显然，包括两个部分，即式中，为断路器的分闸时间，它是由断路器接

20、到分闸命令起，到灭弧触头刚分离的一段时间，此值可在相应手册中查出；为断路器开断时电弧持续时间，它是指由第一个灭弧触头分离瞬间起，到最后一级电弧熄灭为止的时间，对少油断路器为0.040.06s，对SF6断路器压缩空气断路器约为0.020.04s，真空断路器约为0.015s。断路器不仅在电路中作为操作开关，而且在短路时要迅速可靠的切断短路电流，作为保护电器。为此，这种断路器应能在最严重的情况下开断短路电流，故短路计算的时间应为主保护动作时间tpr1和断路器固有分闸时间tin之和，即对于无延时保护，tpr1为主保护启动和执行机构动作时间之和，一般0.050.06s。为方便设计，此处规定各电源在不同短

21、路点的短路计算时间为=4s。2.3 等效电路阻抗及短路电流的计算用于设备选择的短路电流是按照变电所最终规模：两台40MVA主变压器及110kV远景系统阻抗，考虑两台主变并列运行的方式进行计算的。画出等值电路，如图(1)取 (1) 点短路的短路电流。，网络简化图为图（2），负荷支路断开不必画出。相同容量电源合并，简化为图（3）进一步简化为图（4）求各支路计算电抗： 求各支路供给的短路电流：供给：供给：(由0.278查曲线)系统供给：求总的短路电流和冲击短路电流：(2) 点短路的短路电流。利用上面的结果，可画出点短路时的等值电路如图（5）相同容量电源合并，进一步简化为图（6）求各支路计算电抗：供给

22、：供给：求各支路供给的短路电流：供给(由0.375查曲线)供给：(由0.375查曲线)系统供给：求总的短路电流和冲击短路电流：计算结果如下：表一 等效电路阻抗计算结果表阻抗名称发电机变压器主变线路短路阻抗标幺值1.5010.5250.5250.017表二 短路电流计算结果表短路类型短路编号短路点位置短路点平均电压（KV）基准电流（KA）短路电流冲击值（KA）短路电流最大有效值（KA）三相短路K1发电机出口10.51.01842.00915.634K2220KV母线2201.01841.48415.856第3章 电气主设备的选择与校验3.1导体和电气设备选择的一般条件正确的选择设备是使电气主接线

23、和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳定的采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。3.1.1一般原则(1) 应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；(2) 应按当地环境条件校核；(3) 应力求技术先进和经济合理；(4) 选择导体时应尽量减少品种；(5) 扩建工程应尽量使新老电器型号一致；(6) 选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。3.1.2短路状态热稳定和动稳定的校验1.短路热稳定校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值，满足热稳定的条件为

24、式中 短路电流产生的热效应 、t电气设备允许通过的热稳定电流和时间2.电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的呢公里。亦称动稳定，满足动稳定的条件：式中 、短路冲击电流幅值及其有效值、电气设备允许通过的动稳定电流及其有效值下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：(1) 用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断器时间保证，故可不验算热稳定(2) 采用有限电流电阻熔断器保护的设备，可不校验动稳定(3) 装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定3）环境条件环境条件主要有温度、日照、风速、冰雪、湿度、污秽、海拔和地震。由于设计条件有限，所以在设计中没有考虑温度因素。按照工程上的

25、规定，普通高压电器在环境温度为四十度时，允许按照额定电流长期工作。当电器安装点的环境高于四十度时，每增加一度建议额定电流减少1.8%；当低于四十度时，每降低一度建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。3.2设备的选择及校验3.2.1高压断路器断路器的种类和形式的选择发电机回路的最大长期工作电流：根据、及屋内布置要求，查附录选型号为型断路器，其额定技术数据位：,额定开断电流43.3A，动稳定电流130KA，热稳定电流，固有分闸时间，燃弧时间。确定短路计算点及相应短路电流短路热稳定时间 短路切断计算时间 设K1点短路，系统至K1点的计算电抗3则系统提供的短路电流为由发电机提

26、供的短路电流，可由直接查水轮发电机运算曲线得 其电流基准值为各有名值分别为可见，发电机提供的短路电流数值较大，故取K1点为短路计算点（如K2点短路，则仅有系统供出的短路电流流经断路器，显然较小）。校验开断能力因 故满足要求。校验动稳定满足要求。校验热稳定因故可不计非周期分量的发热影响。满足要求。以上计算表明，选型断路器可满足要求。其主要参数：型号额定电压(kV)最高工作电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(kA)动稳定电流(kA)1010.5125043.3130热稳定电流(KA)自动重合闸无电流间隔时间(s)固有分闸时间(s)燃弧时间(s)断路器本体质量 (三相)(kG)油重(kG)43.

27、30.30.060.0233601203.2.2隔离开关220KV侧：由查手册，选可满足要求。其中(2)短路热稳定和动稳定校验(a)热稳定校验满足要求(b)动稳定校验满足要求3.2.3电流互感器(1)额定电压和电流的选择(a)额定电压(b)额定电流一次侧 二次侧 因为是强电流系统，所以电流为5A，准确等级为0.5级,(300600)(6001200)/5选用LCW-220，其主要参数：型号额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷()10%倍数1s热稳定倍数(倍数)0.5级1级3级二次负荷()倍数(倍)LCW-220(1200/5)0.52460D1.2(2)热稳定校验满足要求动稳定校验满足要求

28、3.2.4电压互感器选用两台单相三绕组电压互感器：JCC5-220GY选用三台单相双绕组电压互感器及三台单相三绕组电压互感器：JDF-10主要参数：型号最大容量（VA）额定电压（KV）二次负荷（级）0.50.53P13JCC5-220GY2000300300JDF-10200010.525503.2.5 导线220KV母线：因为220KV侧为户外配电装置，所以母线选用软导线。(1)按经济电流密度选择选择LGJ-35/6型号的导线发热条件校验查表得LGJ-35的允许载流量(假设环境温度为25)为155A额定电流55A，则说明LGJ-35的允许载流量同样大于额定电流，满足要求。(4)机械强度校验查

29、表得钢芯铝绞线在35KV以上的最小截面要求为,因此所选导线满足机械强度要求3.2.6 熔断器选择型高压熔断器，,开断容量1000MVA，最大开断电流50KA。型号额定电压（KV）额定电流（A）开断容量（MVA）最大开断电流（KA）100.5100050校验开断能力：满足要求3.2.7 避雷器选择Y10W-200/520氧化锌避雷器3.2.8 支柱绝缘子选择ZS-220/4棒式支柱绝缘子，额定电压220KV，幅值1050KV，相间距离a=195mm，H=2120mm，抗弯4KN，抗扭2KNm.。型号额定电压（KV）幅值（KV）相间距离（mm）高度（mm）抗弯（KN）抗扭（KN）ZS-220/42

30、201050195212042两片平放，。应力校核:满足要求3.2.9 穿墙套管选择CRL-220/1200油纸电容式穿墙套管，额定电流1250A，相间距离a=600mm，抗弯1.25KN，外形尺寸L=6390mm型号额定电流（A）相间距离（mm）抗弯（KN）外形尺寸（mm）CRL-220/120012506001.2563903.2.10 消弧线圈选择XDJ-60/10油浸自冷式消弧线圈第4章 厂用电设计4.1 厂用电系统设计原则小漩电站厂用电供电范围主要包括：厂房、坝区、及开关站及其他分散的区域。厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟地新技术和新

31、设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证机组安全经济地运行。其具体有如下一些要求：（1）接线方式和电源容量，应充分考虑厂用设备在正常、事故、检修、启动、停运等方式下地供电要求，并尽可能地使切换操作简便，使启动（备用）电源能迅速投入。（2）尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，避免引起全厂停电故障。各台机组的厂用电系统应独立，以保证在一台机组故障停运或其辅助机发生电气故障时，不影响其他机组的正常运行。（3）充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式，特别主要对公用厂用负荷的影响。要方便过渡，尽少改变接线和更换设备。4.2 厂用电系统的特点4.2.1 厂用电电压全部厂用负荷由0.4/0.

32、23KV供电，没有高压电动机。1. 厂用电母线接线方式本电站采用单母线分段接线方式2. 厂用电工作电源当发电机与主变压器采用单元接线时，由主变压器低压侧引接，供给本机组的厂用负荷。中小容量发电机组一般在用分支线上装设断路器。3. 厂用备用或启动电源无发电机电压母线时，一般由高压母线中电源可靠的最低一级电压母线引接，或由联络变压器的低压绕组引接，并应保证在发电厂全停的情况下，能从电力系统取得足够的电源。4.3 厂用电计算4.3.1 厂用电负荷计算由于电站规模小，可将厂用坝用统一计算考虑。采用机组自用和公用混合供电方式，利用综合系数法公式：计算负荷(千伏安)综合系数,中型电站取0.79所有同时参加

33、最大运行负荷的额定功率之和(千瓦)390.455KVA，45.5KVA0.79435.96=344.4KVA厂变容量选350kVA，厂用变压器选SJ-350/104.3.2 厂用电接线图第5章 同期系统设计5.1自动准同期装置的原理5.1.1 同期原理概述同期系统有，准同期、自同期、自动准同期，其中自动准同期优点明显，易于操作，对电网和电站发电机影响较小，得到普遍应用，自动准同期并列的条件是:（1）发电机电压与电网侧电压应接近或相等，误差不应超过（5 10）；（2）发电机频率与系统频率应接近或相等，误差不应超过（0.20.5）；（3）发电机电压与系统电压相角差接近0，即=f-x0时，并列断路器

34、触头接通。微机自动准同期装置是目前实现水电站同步发电机快速并网的主要控制手段，是节约机组并网前空载能耗，机组故障时快速投入备用机组、保证系统安全稳定运行的重要保障。提高自同期的控制速度和准同期的控制精度，确保装置具有良好的均频均压功能。数字式安全自动装置是以微处理机作为基本的实现手段和方法，通过快速数字处理实现模型分析，逻辑判断，控制出口，通讯以及更为复杂的控制功能，优点是功能完善，使用及维护方便，智能化程度高，体积小，适应一次系统灵活性大，所以应用前景十分广阔，已经成为当今电力自动化的主流产品。5.1.2 同期系统设计研究状况电力系统运行中.任一母线电压都可用包含电压幅值Um 、角频率和初相

35、位的三个状态量表示为“u =UmSm（t+）。 一台同步发电机组在未投入系统运行之前, 它的电压“Uf ; 与并列点电压(系统电压)Ux, 二者的状态量往往不等，其状态量进行适当的操作, 使之与并列点的电压状态量相等或接近，再投入系统运行， 这一系列操作称为并列操作。同步发电机的并列操作是一项基本操作。随着负荷的变化电力系统中运行的发电机台数是不断变化的, 因此并列操作几乎每夭都需进行。 另外, 当系统发生某些事故时, 往往要求将备用发电机组迅速投入电网运行。可见, 在电力系统运行中并列操作是很频繁的。在最早的时候，发电机并网合闸依靠操作人员手动来进行，为了寻找合闸提前时间，常采用同期指示装置

36、，最简单的同期指示装置，电网电压和发电机电压通过电压互感器（PT）降压，二次侧接上灯泡装置，通过合适的接线，可以采用灯光熄灭法或者灯光旋转法来捕捉合闸的时机。但是由于灯泡一般在约16的额定电压时就不亮了。所以更为准确的方法是采用示零电压表来寻找并网时机。手动操作要求操作人员要比较熟练，并且并网准确度不高，风险较大。目前，大多数电厂都是依靠同期装置来进行自动并网的，手动方式只是作为紧急时候的备用同期手段。第一代自动准同期装置是模拟式自动准同期装置，以许继的ZZQ3和ZZQ5为代表，它们分立晶体管元件搭建硬件电路，对同期条件进行检测和处理。ZZQ3和ZZQ5自动准同期装置的出现，极大地提高了并网的

37、速度和可靠性，但由于模拟式同期装置用模拟电子元件构成，阻容电路作为微分电路是有条件的，必然将带来诸如导前时间不稳定，构成装置元器件参数漂移不稳定的问题。模拟式的同期装置合闸准确度较低，它无法指示装置的运行状态，不能进行故障自检等，现在已经基本被淘汰了。第二代自动准同期装置是微机式自动准同期装置，位处理器的产生对自动准同期装置技术指标的提升产生了质的飞跃，我国是世界上微机准同期装置最早研制的国家之一，深圳市智能设备开发有限公司研制的SID-2系列多功能微机准同期装置比较具有代表性。它是我国最早从事微机准同期控制器研究，开发，生产得企业之一。相继推出了QSA型，SID-1，SID-2，SID-2V

38、系列发电机用微机准同期控制器及SID-2T系列线路用微机准同期控制器，操作方便，接线简单等特点。在一定程度上提高了并网速度和可靠性，同时也大大提高了合闸准确度。1982年在安徽陈村水电站成功投入第一台微机同期装置，80年代中期又陆续推出了一些类似装置。随着计算机技术的发展，以及大规模可编程逻辑控制器的出现（PCC），都为同期装置的性能提升提供了硬件条件。微机自动准同期并列装置, 充分利用微机的高速检测、运算、判断和控制的能力, 直接检测待并发电机电压Uf与并列点电压Ux的状态量, 并通过计算、判断, 得出是否符合准同期并列条件的结论.完成并列操作的全过程。它较以往采用的自动准同期并列装置具有工

39、作差宽、并列操作过程短、工作可靠性高、硬件结构简单、操作维护方便等优点。5.2 同期原理图5.3 系统硬件配置图随着水电机组容量的不断增大，对水电站自动化水平以及发电质量的要求日益提高。其对水轮机转速频率的测量也提出了更高的要求。目前在水电站中广泛应用的模拟式转速信号装置动作不够准确而单片机的转速信号装置可靠性又相对较差，不能满足大型水电机组运行操作的要求。机频测量采用高精度PLC测频方法，可靠性较高。本测量测量设计采用残压测频方式和齿盘接近开关测速两路冗余。残压信号取自机端PT，经隔离变压器输入后，再经过滤波、放大、整形，将交流信号变成方波信号后输入到高速计数模块，由PLC计算出频率。PLC

40、选择S7-200 CPU224，SIMATIC S7-200系列PLC适用各行各业，各种场合中的检测，监测及控制自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中或相连成网络，皆能实现复杂控制功能。因此，S7-200系列具有极高的性能、价格比。S7-200 CPU224系列集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，可以连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。16K字节程序和数据存储空间，6个独立的30Hz高数计数器，2路独立的20KHZ，高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议，MPI通讯协议和自由方式通讯能力，是

41、具有较强控制能力的控制器。转速测量主要用到了PLC的高数计数器的高速计数功能，高数计数器对高速事件计数，它独立于CPU的扫描周期，频率从测量是对高速脉冲信号进行计数，从而得到转速频率。经 PLC 计算所获得的频率值和频率设定值进行比较。频率设定值可根据用户的需要通过文本显示器进行设置。并根据机组频率是高于设定值还是低于设定值向外界发出信号，从而对水电站的自动运行起到一定的作用。 该设计还提供了蠕动保护功能。该功能通过齿盘测速通道来实现。当 PLC 测得的机组转速为零时.测盘测速通道却有脉冲输入到PLC 的中断 I/O 口。 当中断次数达到一定值时就认为机组有了蠕动。转速信号装置就通过输出端子向

42、外发出报警信号。5.4 同期系统流程要完成同期功能，必须要进行相关电量的测量以及利用测量的电量进行控制，使得发电机能快速、平稳地并入电网。5.4.1 导前时间从合闸命令发出，到断路器主触头闭合，装置要经历一段固有合闸时间。该合闸时间为一恒定值，包括同期装置的合闸时间和断路器合闸机构的合闸时间两部分，这一时间称为“导前时间”。同期装置在检测到压差和频差已符合并列条件时，必须提前“导前时间”发出合闸命令，才能使断路器主触头闭合时相角差恰好为零。5.4.2 准同期条件为避免并列操作时出现较大的冲击电流和振荡现象，准同期并列条件如下：(1)待并发电机与系统的压差不能超过额定电压值的5 10；(2)待并

43、发电机与系统的频差不应超过01Hz(滑差周期在10s左右)；(3)断路器主触头闭合瞬间，待并发电机与系统的相角差不应超过5.73.5.4.3 均频控制当待并发电机与系统之间的频差、压差及滑差满足并列条件，断路器主触头在相角=0o瞬间闭合时冲击电流最小，机组冲击受损也最小，但这是理想情况。实际上不可能达到理想情况，频差、压差允许差值越小，并列的速度越慢，所以允许值要根据实际情况选定。为保证快速并网，必须对机组的频率和电压进行有效的控制，使其以最快的速度平稳地接近允许值，并在允许值范围内可以控制其不再偏离，然后准确捕捉第一次出现=0的时机，将机组并入电网。不同机组的调速器性能差异较大，因此要求准同

44、期装置必须具有优良的均频控制能力。本装置采用模糊控制理论来实施均频控制，以被控制量的偏差和其偏差的变化率按模糊推理规则来确定控制量。5.4.4 均压控制同期装置根据压差的计算，发出升压或降压控制脉冲，其控制参数可由软件整定。由于机组一般都有灵敏稳定的励磁调节器，因此机组的均压控制相对较为容易。5.5 软件模块设计5.5.1程序判别方法同期判别任务每20ms计算一次，判断满足并列条件时立即发出合闸命令。如果在用户整定的同期操作时间内未捕捉到同期点，则退出同期判别任务，取消并列操作。5.5.2计算电压模拟量计算利用电压全周波瞬时采样值计算有效值：，即（N为采样点）5.5.3计算频率、滑差通过捕捉交

45、流过零点来检测周期，然后计算待并发电机与系统的实时频率、及滑差(角速度差)。待并发电机角速度与母线角速度之差：5.5.4计算角加速度差其中计算任务每lOOms计算一次，即t=lO ms。也可以用另外一种形式表示，即，其中及都可以用来表示待并发电机与系统的频率变化快慢之差。5.5.5计算相位根据中断服务程序提供的电压模拟量全周波瞬时采样值，采用快速傅氏变换算法计算待并发电机与系统电压在某一时刻的起始相位和：5.5.6计算相位差计算导前时间以后待并发电机与系统电压的相位差：其中t为导前时间，当相角差小于整定值时即可开出合闸。结 束 语通过毕业设计这样一个综合性的教学环节，我的综合素质与工程能力得到了提高，并会运用所学的理论知识与技能去分析与解决一些本专业范围具有一定复杂程度的工程技术问题。不光理解并掌握了现代设计方法，而且懂得了严谨认真的科学态度和工作作风才是完成各项工作的基础。本设计题为“小漩电站电气一次及同期系统设计”，在设计的过程中紧扣水电站自动运行、发电厂电气部分等教材，这是对我们所学的专业知识的一次复习和实践。在这次设计中，我熟悉并掌握了水电站电气一次部分设计的一般程序，学会了查阅电气工程设计手册和各种参考资料。同时，也发现自己存在的一些缺点，主要表现在工作计划不够