10电气1电气工程综合课程设计题目

信电工程学院
电气工程及其自动化专业课程设计任务书（综合实
践）
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。

设计题目1：
220kV降压变电站电气一次部分设计
1、设计任务
根据电力系统规划需新建一座220kV终端变电站。

该站建成后与A、B、C三个220kV电网系统相连并供给110、10kV近区用户供电。

2、原始资料
2.1 按照规划要求该所有220kV、110kV和10kV 三个电压等级。

本期投产2台变压器预留1台变压器的扩建间隔220kV出线7回其中备用2回110kV出线10回其中备用2回10kV出线14回其中备用2回。

2.2 根据规划本所与系统的连接方式为220kV侧
与A及C系统各通过2回架空线路相连与B系统通过1回架空线路相连A与B及B与C之间各有1回架空线路联络。

2.3系统阻抗220kV侧电源A、B、C三个系统容量分别为SA2000MVASB1500MVASC4000MVA系统阻抗标幺值分别为XA 0.3XB 0.4XC 0.2各电抗均以各电源容量为基值计算的标幺值110及10kV侧没有电源。

2.4 110kV侧负荷主要为工厂和地区变电站最大负荷约231MW功率因数cosφ0.9-0.8负荷同时率为0.8其中I、II级负荷占8510kV侧总负荷为12.4MW 功率因数cosφ0.9-0.8负荷同时率为0.7Ⅰ、Ⅱ级负荷占70最大一回出线负荷为2500kW所用负荷为400kVAⅠ、Ⅱ级负荷占50。

2.5 220kV和110kV侧出线主保护动作时间为0.2s后备保护时间为2s变压器主保护动作时间为0.2s后备保护时间为1s220kV和110kV侧断路器燃弧时间按0.05s考虑。

2.6 本站拟建地区位于山坡上南面靠丘陵东西北地势平坦、地质构造稳定、土壤电阻率为 1.5×102欧·米。

2.7 本站拟建地区最高月平均温度为23°C年平均气温10.7°C绝对最高气温为40° C风向以东北风
为主。

3、设计内容及要求
3.1主接线设计分析原始资料根据任务书的要求拟出各级电压母线接线方式选择变压器型式及连接方式通过技术经济比较选择主接线最优方案。

3.2短路电流计算根据所确定的主接线方案选择适当的计算短路点计算短路电流并列表表示出短路电流计算结果。

3.3主要电气设备选择
3.3.1选择220kV主变、线路侧、110kV主变、最大一回负荷出线侧的断路器及隔离刀闸。

3.3.2选择220kV、110kV主母线及主变低压侧10kV母线桥导体。

3.3.3选择220kV、110kV、10kV主母线的支持绝缘子及穿墙套管。

3.3.4选择限流电抗器如有必要装设及10kV最大一回负荷出线电缆。

3.4电气配电装置设计
3.4.1 220kV、110kV侧配电装置选择。

3.4.2 10kV侧配电装置选择。

3.5防雷及接地装置设计。

3.6进行继电保护的规划设计。

4、设计报告要求
4.1.编制设计说明书。

4.2.编制设计计算书。

4.3.绘图若干张。

4.3.1绘制变电站电气主接线图。

4.3.2绘制变电站平面布置图。

4.3.3绘制220kV高压配电装置断面图。

4.3.4绘制或110kV高压配电装置断面图。

设计题目2：发电厂主接线及线路电流保护设计
一、设计原始材料：
1.此发电厂安装3 台发电机，额定电压为10.5kv
2.发电厂升压至110kv 和35kv 后接入电网
3.各电压侧出线回路数：110kv 侧6 回，35kv 侧2 回
二、主要参数
1.发电机阻抗XG1=15Ω，XG2=10Ω，XG3=10Ω
2.线路参数 L1=L2=L3=60km、LBC=50km,L CD
=30km,L DE =20km,线路阻抗 0.4Ω/km
3.可靠系数K Ⅰ rel =1.2 ，K Ⅱ rel =K Ⅲ rel =1.15， K st =1.5，K re =0.85
4.负荷电流I BC·Lmax =300A，I CD·Lmax =200A，
I DE·Lmax =150A
5.发电机最多三台运行，最少一台运行，线路最多三条运行，最少一条运行。

三、设计内容：
1．制订网络可能的接线方案，选择电力网的电压等级；
2．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；
3．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）； 4．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； 5．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。

2. 继电保护方式选择和整定的计算；
6．物资统计，列出设备清单；
7. 继电保护方式选择和整定的计算；
8. 绘图；
9. 整理说明书及计算书
设计题目3：电力系统短路计算：
要求：针对某一（自选）较复杂的电网进行电力系统三相短路起始次暂态电流的计算，短路后指定时刻短路电流周期分量的计算；不对称短路时短路点故障相电流和非故障相电压的计算，对称和不对称短路后任意支路故障电流和节点电压的计算。

设计题目4：电力系统潮流和稳定计算：
要求：针对一个有 10 台机，39 条母线，19 个负荷，46 条支路的典型交流系统或自己选择其他系统，进行指定运行方式下的潮流分布计算，对该运行方式进行 N－L 静态安全校核并分析潮流转移状况；进行主要故障形式下的暂态稳定计算并进行稳控措施的设计。

设计题目5：设计 110kV 变电站及配电系统设计要求：（1）电气主接线的设计：主接线方式、主变压器的选择、变电所用电线路和变压器的选择；（2）短路电流计算；（3）电气设备的选择：断路器、
隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线等。

设计题目6：区域电网规划设计
要求：（1）校验系统有功、无功的平衡和各种运行方式；（2）通过方案比较，确定系统接线方案；（3）确定发电厂、变电所接线方案，和变压器的容量、型号和参数；（4）进行系统的潮流计算；（5）进行系统的调压计算，选择变压器的分接头；（6）统计系统设计的主要指标。

设计题目7：35KV变电所及配电线路设计
要求：35KV工厂供电设计包括负荷的计算及无功功率的补偿；变电所主变压器台数和容量、型式的确定；变电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路计算和开关设备的选择；二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定；防雷保护与接地装置的设计；车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择；以及电气照明的设计和电路图的绘制。

设计题目8：10KV变电所及低压配电系统设计
要求：根据电厂所能取得的电源及厂内负荷的实际情况,并适当考虑工厂生产的发展按着安全可靠技术先进,经济合理的要求,确定变电所的位置,主变压器的台数的容量;确定变电所的主接线方案;选择一次设备及高低压进出线;确定二次回路方案,选择和整定继电保护装置;防雷保护与接地装置的设计；车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择；以及电气照明的设计，还有电路图的绘制。

设计题目9：基于PLC电机故障诊断系统设计要求：设计一种基于PLC电机故障诊断系统设计，根据设计要求对PLC的输入输出I/O进行了分配，并且编写系统运行的梯形图。

准备开机时，按下开机按钮后，首先检测断路器状态，如果断路器初始状态为闭合，电机无法启动，并且声光报警。

如果断路器初始状态为断开，断路器合闸，电机开始启动。

在启动过程中，若发生一级故障，PLC进行相应的保护动作。

启动完成后，"电机开/关指示灯"亮，电机正常运行。

运行过程中，PLC依次循环检测电机是否发生相间短路、断相、低电压、单相接地、过负荷、过电流等故障，若有发生，PLC进行相应保护动作。

关机时，PLC
接到关机命令后，断路器跳闸，"电机开/关机指示灯"灭。

故障声光报警后，按"报警复位按钮"复位。

参考书目：电力系统分析、机电保护、发电厂电气部分、电力系统规划等方面的书籍和论文等资料实施办法：
采取手算算法和计算机算法相结合，并相互验证结果的正确性。

撰写设计报告（正文不超过25 页）（字体字号按给定格式要求，标题可以加粗；公式和图形－自己画、自己编辑，不能截图）
考核办法：手工计算的正确性，上机计算的调试，设计水平和完成质量；设计报告的质量答辩。

注意：提交时间为 15 周周五下午 16：00 前，班级统一提交，过期不候！
控制类课程综合设计题目
题目10：空调控制系统设计
设计内容
设计一空调房间温度控制系统，该系统能准确测量房间温度，并根据设定温度进行有效控制。

空调设计变频空调制冷（热）量与压缩机转速有关，通过控制
压缩机转速频率来控制所需热量。

空调模型相当于一个积分环节与一个惯性环节的串联。

房间模型主要考虑室内外温度干扰与散热片热量共同作用于具有初始温度房间，经空气导热延迟，简化为具有大延迟的一阶惯性环节。

设房间热惯性时间常数Ty=450,空气导热延迟τ＝35，
选择合适的控制算法进行控制。

设计步骤
一、总体方案设计
二、控制系统的建模和数字控制器设计
三、硬件的设计和实现
1. 选择计算机机型（采用51内核的单片机）；
2. 设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等）；
3. 设计输入信号接口电路；
4. 设计信号输出控制电路；
5. 设计串行通讯接口。

6. 其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）
四、软件设计
7. 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；
8. 编写A/D转换和位置检测子程序框图；
编写控制程序和D/A转换控制子程序模块框图；
10. 其它程序模块(显示与键盘等处理程序) 框图。

五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（A3幅面）。

课程设计说明书要求
1. 课程设计说明书应书写在学院统一印制的课程设计（论文）说明书上，书写应认真，字迹工整，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。

2. 论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。

3. 课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方框图和电路原理图。

4. 课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识。

控制类课程综合设计题目
题目11：煤气退火炉控制系统设计
设计内容
煤气罩式退火炉主要用于对冷轧钢板进行热处理，采用高炉煤气作为燃料。

炉体分内罩和外罩，在内罩内放入退火钢卷，并投入保护性气体防止氧化。

燃烧在内罩和外罩之间进行。

12个喷嘴分为上下两层，每层6个环绕排列。

煤气和空气的喷燃比由连接两个阀门的连杆所固定，这样在燃烧时，其空燃比不变。

煤气和空气阀均为蝶阀，由一台电动执行器通过连杆共同带动。

设计系统保护气体温度为输入及控制量，以电动执行器带动的蝶阀开度（对应于煤气输入量）为
输出的一个单输入单输出的温度控制系统。

设计系统要求温度在升温、保温过程中按一定的工艺曲线升温和保温，在400℃温度内，保护气体温度在供气阀门开到最大情况下，以自由升温的速率再最短的时间内升到400℃。

从400℃开始到700℃的保温点，温度按45~75℃/h的速率上升，此段为升温段。

到达700℃点，则开始进入保温段，以700℃为恒值温度进行保温。

钢卷保温一定时间后停火，进入降温段，而降温过程为自由降温，在此段中温控系统停用。

选择合适的控制算法进行控制。

设计步骤
一、总体方案设计
二、控制系统的建模和数字控制器设计
三、硬件的设计和实现
1. 选择计算机机型（采用51内核的单片机）；
2. 设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口、键盘、显示接口电路等）；
3. 设计输入信号接口电路；
4. 设计信号输出控制电路；
5. 设计串行通讯接口。

6. 其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）
四、软件设计
7. 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块
框图；
8. 编写A/D转换和位置检测子程序框图；
9.编写控制程序和D/A转换控制子程序模块框
图；
10. 其它程序模块(显示与键盘等处理程序) 框
图。

五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（A3幅面）。

课程设计说明书要求
1. 课程设计说明书应书写在学院统一印制的课程设计（论文）说明书上，书写应认真，字迹工整，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。

2. 论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。

3. 课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方框图和电路原理图。

4. 课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识。

控制类课程综合设计题目
题目12：基于数字PID的电加热炉温度控制系统设计
设计内容
电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。

在本控制对象电阻加热炉
功率为8KW ，有220V 交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。

本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制温度范围50-350℃，保温阶段温度控制精度为±1℃。

选择和合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。

其对象温控数学模型为： 1s T e K s G d s
-d +=τ）（
其中：时间常数 T d ＝350秒
放大系数 Kd ＝50
滞后时间 τ=10秒
控制算法选用改进的PID 控制。

设计步骤
一、总体方案设计
二、控制系统的建模和数字控制器设计
三、硬件的设计和实现
1. 选择计算机机型（采用51内核的单片机）；
2. 设计支持计算机工作的外围电路（EPROM 、RAM 、I/O 端口、键盘、显示接口电路等）；
3. 设计输入信号接口电路；
4. 设计D/A 转换和电流驱动接口电路；
5. 其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）
四、软件设计
1. 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块框图；
2.编写A/D转换和温度检测子程序框图；
3.编写控制程序和D/A转换控制子程序模块框
图；
4. 其它程序模块(显示与键盘等处理程序) 框图。

五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（A3幅面）。

课程设计说明书要求
1. 课程设计说明书应书写在学院统一印制的课程设计（论文）说明书上，书写应认真，字迹工整，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。

2. 论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。

3. 课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方框图和电路原理图。

4. 课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识。

课程设计说明书要求
1. 课程设计说明书应书写在学院统一印制的课程设计（论文）说明书上，书写应认真，字迹工整，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。

2. 论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。

3. 课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方框图和电路原理图。

4. 课程设计说明书应包括按设计步骤进行设计的
分析和思考内容和引用的相关知识。

参考文献：
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