《区域电网规划设计》word版.doc

成绩电气工程综合课程设计报告区域电网规划设计Planning and design of regional power grid学生姓名学 号学院名称专业名称指导教师2013年12月13日摘 要随着电力在国民经济发展中作用的日益突出，电网的建设与发展正扮演着越来越重要的角色。电网作为联系电能生产企业与用户的桥梁，对供电的可靠性与稳定性不言而喻，而电网的设计作为电网建设中的重要一环，必须给予高度的重视。本文简明扼要地介绍了区域电网设计的过程与方法。区域电网的设计应根据用户负荷的相关资料，各变电站的地理位置和供电情况做出相应的功率平衡，确定各变电站变压器的主变容量与台数。根据已有的知识做出几种备选的方案，通过技术经济比较，主要从以下几个方面：(1) 按经济截面选择导线，按机械强度、载流量等情况校验导线，确定各段导线型号。(2) 对各种备选方案进行正常和故障情况下的电压和电能损耗的计算，本过程的计算主要采用手工算潮流电能的方法，得出各种正常及故障时的电压损耗情况，评定各种接线方案。(3) 从各种方案线路的损耗，线路投资，变电所的投资以及年运行费用等方面进行经济比较。综合以上三个方面确定最佳的方案，即为本设计的选定方案。最后对最优方案进行潮流计算，根据其结果对最优方案评定调压要求，选定调压方案。关键词：潮流计算；调压方案；电网接线方案目 录1 设计题目和原始资料11.1 概述11.2 原始资料12 负荷合理性校验，功率平衡校验及确定运行方式32.1 负荷合理性校验32.2 功率平衡校验32.3 确定发电厂运行方式43 确定网络结线方案和电压等级53.1 网络电压等级的确定53.2 网络结线方案初步比较53.3 网络结线方案精确比较54 确定发电厂、变电所的结线方式114.1 选择发电厂主结线114.3 确定变压器型号、台数及容量125调压方式的选择和计算145.1 系统参数计算145.2 各点的计算负荷和功率损耗计算及结果155.3 作出网络的功率分配图175.4网络电压损耗计算和变压器抽头选择185.5 调压计算结果分析236 统计系统设计的主要指标246.1 线损率的计算246.2 全年平均输电效率246.3 输电成本计算256.4 小结25结论26参考文献271 设计题目和原始资料1.1 概述一、设计题目： 区域电力网规划设计 二、设计主要内容： 1. 校验系统有功、无功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、变电所的接线方案和变压器的型号、容量及参数； 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。1.2 原始资料一、发电厂资料 项目台数容量（MW）电压（kV）额定功率因数365010.50.85二、发电厂和变电所负荷资料项目变电所（1）变电所（2）变电所（3）最大负荷（MW）203030最小负荷（MW）101520最大负荷功率因数0.850.90.9最小负荷功率因数0.80.850.85最大负荷利用小时550055005500二次母线电压（kV）101010一类用户的百分数504030二类用户的百分数304050三类用户的百分数202020调压要求逆逆逆注意：(1)、发电厂的负荷包括发电厂的自用电在内；(2)、建议采用的电力网额定电压为110kV。27徐州工程学院课程设计说明书2 负荷合理性校验，功率平衡校验及确定运行方式2.1 负荷合理性校验 根据最大负荷利用小时数的定义，最大负荷运行Tmax 小时所消耗的电量等于全年实际耗电量，所以应大于全年以最小负荷运行所消耗的电量，即：PmaxTmaxPmin8760 8760全年小时数1、发电厂负荷 （PmaxTmax805500440000）（Pmin8760458760394200） （MWh） 2、变电所1 负荷 （PmaxTmax205500110000）（Pmin876010876087600） （MWh） 3、变电所2 负荷 （PmaxTmax305500165000）（Pmin8760158760131400） （MWh） 4、变电所3 负荷 （PmaxTmax305500165000）（Pmin8760208760175200） （MWh） 结论：所以负荷均满足合理性要求。2.2 功率平衡校验 一、有功功率平衡校验（最大方式下） 系统最大有功综合负荷：系统最小有功综合负荷：K1 同时系数取1K2 厂用网损系数取1.15（其中网损7%，厂用8%）PXmax=11.15(20+30+30)=92 MWPXMIN=11.15(10+15+30)=63.25 MW发电厂装机容量：PFmax=506=300MW有功备用容量：PB= PFmax- PXmax=300-92=208MW备用容量占系统最大有功综合负荷的百分比：69.310二、无功功率平衡校验（最大方式下）系统最大综合无功负荷：QXmax=PXmax.tan(cos-1)QXmax=92tan（cos-10.85）=57 MVar发电机能提供的无功功率：QFmax=PFmax.tan(cos-1e)QFmax（506）tan(cos-10.85)=185.9 MVar无功备用容量：QB=QFmax- QXmax=185.9-57=128.9 MVar无功备用容量占系统最大综合无功功率的69.410%三、功率平衡校验结论 发电厂有功储备为 208MW，达到系统最大综合有功综合负荷的 69.3，大于10，基本满足系统有功平衡的要求。 发电厂无功储备有 128.9MVar，达到系统最大综合无功功率的 69.4，已满足系统无功平衡要求的大于10%储备要求。 综上所述，该发电厂装机容量可以满足系统功率平衡的要求，而且不用无功补偿。 2.3 确定发电厂运行方式 系统以最大负荷方式运行时，系统最大有功综合负荷为 92MW，而发电厂最大出力为300MW，因备用容量不足一台发电机组的容量，所以所有机组都须带负荷运行。机组间负荷分配，可以按机组容量来分配。 当系统以最小负荷方式运行时，系统有功功率只有 63.25MW，此时发电厂以最大方式运行时。无论最大最小，都要2台50MW 机组投入运行，即两台50KW机组带负荷，而另四台50KW机组作备用，用作轮流检修和事故备用。徐州工程学院课程设计说明书3 确定网络结线方案和电压等级 3.1 网络电压等级的确定 本设计的网络是区域电力网，输送容量2037MVA，输送距离从 100169.7kM。根据各级电压的合理输送容量及输电距离，应选择 220KV 电压等级（其输送能力为100500MW，100300kM）。 故网络电压等级确定为：220kV3.2 网络结线方案初步比较方案结线图线路长度（kM）高压开关数优缺点665.910优点：供电可靠性高。缺点：电厂出线多，倒闸操作麻烦；有环网，保护须带方向3.3 网络结线方案精确比较 确定导线材料和杆塔的类别及导线的几何均距。目前我国高压输电线主要采用钢芯铝绞线。 按电力设计手册， 当负荷的年最大利用小时数达 5000 小时以上时，钢芯铝绞线的经济电流密度取 J=0.9A/mm2，在高压区域电力网，用经济电流密度法选择导线截面，用发热校验。因本设计是 220kV电压等级，为了避免电晕损耗，导线截面不得小于LGJ-70。 在LGJ-240以下者， 均采用单杆三角形排列， 在LGJ-300以上者，采用型杆塔。有关数据查参考书电力系统规划设计手册（摘录），综合如下：导线截面载流量（A）ro(/km)xo(/km)导线投资（万元）线路综合投资（万元）LGJ-70 2750.450.4320.291.95LGJ-953350.330.4160.42.1LGJ-1203800.270.4090.492.25LGJ-1504450.210.4030.622.45LGJ-1855150.170.3950.762.7LGJ-2406100.1320.1880.982.95LGJQ-3007100.1070.3821.463.4 初选出来的、方案技术和经济精确比较见下表：方案IIIIIIV结线图 潮流（MVA） 线路A-1： +j 线路A-2： +j 线路2-A： +j 线路1-3： +j 线路3-2： +j选导线 A-1：2LGJ-300 A-2： LGJ- 1501-3： LGJ- 703-2： LGJ- 300线路阻抗（） A-1：7.062+j 25.212A-1：11.55+j22.165 1-3：38.66+j 37.1153-2：9.99+j 35.66正常时U% A-1：占额定电压的2.0%A-2：占额定电压的1.46% A-3：占额定电压的2.4%A-4：占额定电压的1.8%故障时最大 U% 在线路A-4断开时， 18.6 在线路A-4断开时，18.6 在线路A-3断开其中一回路时，9.8 投资（K） 线路线路：735.75万元总计：792.75万线路：707.81万元总计：774.31万元线路：670.74万元总计：746.74万元断路器断路器：80万元断路器：80万元断路器：80万元年运行费用（N） 线路及断路器折旧折旧费63.42万元年运行费288.59万元折旧费61.94万元年运行费219.68万元折旧费59.74万元年运行费121.30万元线损费用线损费225.17万元线损费157.74万元线损费61.56万元年计算费用（万元）由上表的技术及经济比较可以看出，方案在技术上满足要求（正常时U5，故障时U15） ，经济上又最省，故选择方案为网络结线方案。 表中数据算法及算例如下（以方案为例，方案、方案类同） ： 线路潮流分布计算的两个假定：1、计算时不考虑线路功率损失；2、功率大小按导线的长度均匀分布。1、潮流计算：线路A-1：P=20/2=10MW Q=Ptan(cos-1)=10tan(cos-10.85)6.20 MVar线路A-2：P=25/2=12.5MW Q=Ptan(cos-1)=12.5tan(cos-10.85)7.75 MVar线路A-3： Q=Ptan(cos-1)=26.46tan(cos-10.85)16.40 (MVar)线路A-4： Q=Ptan(cos-1)=33.54tan(cos-10.85)20.79 (MVar)线路3-4：P=PA-4-P4=33.54-30=3.54 (MW) Q=Ptan(cos-1)=3.54tan(cos-10.85)2.19 (MVar)2、选导线：线路A-1： 故选2LGJ-70 Imax=275A线路A-2： 故选2LGJ-95 Imax=335A线路A-3： 故选LGJ-185 Imax=515A线路A-4： 故选LGJ-240 Imax=610A线路3-4： 故选LGJ-70 Imax=275A3、线路阻抗计算Z= r+jx =r0L+jx0LA-1：r+jx=0.4568/2+j0.43268/2=15.30+j14.69（）A-2：r+jx=0.3348/2+j0.41648/2=7.92+j9.98（）A-4：r+jx=0.13250+j0.18850=6.60+j9.40（）3-4：r+jx=0.4527+j0.43227=12.15+j11.66（）4、正常运行时的电压损失：A-1：A-2：A-3：A-4：5、故障时最大电压损失：A-3-4-A网络中，当A-4断开电压损失最大：U%=UA-3U3-4=13.8%+4.8%=18.6%6、投资（K）：线路：（双回路线路投资，线路计算长度为两线路长度之和的70）K1=KA-1+KA-2+KA-3+KA-4+K3-41.9595.2+2.167.2+2.767+2.9550+1.9527707.81万元断路器：K80万元（单价4.75万元）总投资：KK1K707.81+66.5774.31万元7、年运行费用（万元）：年运行费用包括折旧费和损耗费 折旧费4K774.31861.94万元（折旧率4） 线路年网损费用：（查表：电力系统分析第三版下册表14-1 p.129） 线路A-1：cos0.85 Tmax5500h 查表得4000h线路A-2： cos0.85 Tmax5000h 查表得3500h线路A-3： cos0.85 Tmax5500h 查表得4000h线路A-4： cos0.85 Tmax5000h 查表得3500h线路3-4： cos0.85 Tmax5500h 查表得4000h电能损耗：A=（P）40000.141583500+0.912234000 +0.849363500+0.01744000=7887.01 MWh总网损成本7887.0110-10.2157.74万元（电价0.2元/kWh）年运行费：N61.94+157.74219.68万元8、年计算费用（万元）：按7年收回投资计算 Z=K/7+N=774.31/7+219.68=330.30（万元）徐州工程学院课程设计说明书4 确定发电厂、变电所的结线方式4.1 选择发电厂主结线从负荷情况来看，各变电所均有一、二类负荷，而且系统中只有一个发电厂，因此保证供电的可靠性成为选择发电厂主结线所要考虑的首要问题。双母线比单母线分段的可靠性和灵活性都要优，因此，高压侧母线采用双母线结线。而发动机和变压器的连接可以有多种选择，选择其中两种方案进行比较： 方案一：50MW发电机与变压器采用单元结线，这种方式可以最大限度地保证供电的可靠性。任一台变压器发生故障时都能基本保证发电厂的大部分出力，但缺点是变压器多，投资大，其接线图如下：方案二：50MW发电机与变压器采用扩大单元结线，将两台50MW发电机出线并联在一起，共用一台变压器。其优点是省了一台变压器，减少了投资。但是种结线方式有缺点，当变压器发生故障时，两台50MW发电机都退出运行，这将严重影响发电厂的出力，因此这种结线方式供电可靠性低，其结线图如下：结论：如前所述，由于该网络一、二类负荷比重较大，而且发电厂只有一个，所以选择发电厂主结线首先要考虑到的是供电可靠性，其次才是经济性。因为方案一的可靠性高，因此尽管方案二比它经济上要省，也需选方案一。另外，因有机端负荷，所以两台25MW发电机采用10kV母线与变压器连接。即发电厂主结线采用高压侧双母线，两台50MW发电机与变压器采用单元结线，两台25MW发电机采样母线结线。4.2 确定变电所结线方式由于各变电所均有一、二类负荷，对安全可靠供电要求高，需要有两个电源互为备用，而且因有两条高压进线，故采用双母线和每个变电所设置两台变压器，同时把两条进线接在不同的母线上。4.3 确定变压器型号、台数及容量一、发电厂：变压器容量应大于或等于发电机容量，故选3SFL1-50000 kVA的升压变压器。二、变电所1：Smax=Pmax/cos20 /0.85=23.53 MVASMINPmin/cos10/0.8=12.5 MVA每台变压器容量按最大视在功率的80考虑，则23.538018.824MVA 故选2SFL1-19000 降压变压器。变压器参数：P0=18.5kW Ps=110kW US%=10.5 I0%=0.9切除功率：当切除功率小于最小功率时，为减少断路器的损耗，一般不切除变压器，所以采用内桥式结线。三、变电所2：Smax=Pmax/COS30 /0.9=33.33 MVASMINPmin/COS15 /0.85=17.647MVASN=33.3380=26.664 MVA 故选2SFL1-27000降压变压器。变压器参数：P0=18.5kW Ps=110kW US%=10.5 I0%=0.9切除功率：当切除功率大于最小功率时，可以切除一台变压器，所以采用外桥式结线。四、变电所3：Smax=Pmax/COS30 /0.9=33.33 MVASMINPmin/COS20 /0.85=23.529 MVASN=33.3380=26.664 MVA 故选2SFL-27000降压变压器。变压器参数：P0=18.5kW Ps=110kW US%=10.5 I0%=0.9切除功率：切除功率大于最小功率，所以采用外桥式结线方式。五、计算结果明细表及变电所主结线变压器型号P0/Ps(KW)US%/ I0%Slj(MVA)(变电所结线方式变电所12SFL1-1600018.5/11010.5/0.9 9.28 内桥式 变电所22SFL1-1600018.5/11010.5/0.99.28内桥式变电所32SFL1-1600018.5/11010.5/0.99.28内桥式变电所42SFL1-1600018.5/11010.5/0.99.28内桥式发电厂 2SFL1-1600018.5/11010.5/0.9徐州工程学院课程设计说明书5调压方式的选择和计算用电设备在额定电压下运行时，效率最高。但实际上在电力系统运行中，随着负荷的变化，系统运行方式的改变，网络中电压的损失也会发生变化。为了保证用电设备的经济性及安全性，应采取必要的调压措施使电压偏移限制在某一个固定的范围内。系统常用的调压方式有顺调压、逆调压、常调压，都是通过发动机调压和变压器分接头配合来实现的。5.1 系统参数计算一、变压器参数的计算： 变电所1： 同理，其余变压器参数计算结果列表如下：地址变压器容量RB()XB()P0（kW）Q0(KVar)变电所1SFL1-190005.2079.418.5144变电所2SFL1-270003.6850.8231.1175变电所3SFL1-270003.6850.8231.1175发电厂SFPL1-500000.9120.1760384.3二、线路的参数计算线路采用钢筋水泥单杆（塔），导线排列采用三角形。线间距离4米，线路电阻、电抗参数列表如下：（取b0=2.8210-6S/km） 导线型号单位阻抗LGJ-70(A-1,268kM)LGJ-95(A-2,248kM)LGJ-95(A-3,267kM)LGJ-95(A-4,250kM)Ro(/kM)0.450.450.450.45Xo(/kM)0.450.450.450.455.2 各点的计算负荷和功率损耗计算及结果一、线路A-1计算等值电路图如下：1、线路的充电无功功率：QC1=-b0LU2=-2.8210-62681102=-4.64MVar QC1/2=-2.32 MVar2、最大负荷时两台变压器的损耗：3、最大负荷时线路A-1末端的传输功率：S1=Smax+S1+QC1/2=（20+j12.395）+（0.156+j2.105）-j2.32=20.156+j12.18MVA4、线路A-1的功率损耗：5、最大负荷时线路A-1始端的送出功率：SA-1=S1+SLA-1+QC1/220.156+j12.181.42+j1.36-j2.3221.58+j11.22MVA6、同理，计算出最小负荷时的情况：变压器损耗：线路末端传输功率：S1=Smin+S1+QC1/2=（8+j6）+（0.05848+j0.616125）-j2.32=8.058+j4.296MVA线路损耗：线路始端送出功率：SA-1=S1+SLA-1+QC1/28.058+j4.2960.105+j0.101-j2.328.163+j2.077MVA二、计算线路A-2，A-3，A-4在最大、最小负荷时的情况，计算结果列表如下：变电所名称最大负荷（Mvar）最小负荷（Mvar）变电所1QC1-j2.32-j2.32P B1jQ B10.156+j2.1050.058+j0.616S120.156+j12.188.058+j4.296SLA-11.42+j1.360.105+j0.101SA-121.58+j11.228.163+j2.077变电所2QC2-j1.64-j1.64P B2jQ B40.19+j2.170.09+j0.68S225.10+j16.0210.09+j6.54SLA-2SA-225.78+j15.1810.21+j3.77变电所3QC3-j2.29-j2.29P B3jQ B30.25+j2.970.09+j0.68S330.25+j19.2710.09+j2.89SLA-3SA-331.33+j18.3510.21+j3.77变电所4QC4-j1.71-j1.71P B4jQ B40.25+j2.970.10+j0.82S430.25+j19.2712.10+j8.12SLA-4SA-431.13+j18.6712.24+j6.59三、发电机侧变压器的功率分配：发电机高压侧流出去的总功率，须考虑同时系数Kzmax0.9，Kzmin1.1，Smax0.90(21.58+25.777+31.33+31.128)+j(11.2215.117+18.345+18.672)98.83+j57.02 MVASmin1.1(8.163+10.18+10.21+12.241) +j(2.077+5.02+3.766+6.592)44.87+j19.20 MVA变压器功率分配原则按其容量大小分配，3台变压器容量相同，其功率平均分配：Smax32.94+j19.01MVA Smin14.96+j6.4MVA5.3 作出网络的功率分配图下面所作的功率分布图，是实际上流过每个元件的实际功率，是作为计算电压损耗的依据。为了计算方便，把功率分布标注在电力系统等值图，如图所示：5.4网络电压损耗计算和变压器抽头选择本课程设计中调压问题的解决方法是通过发电机调压配以选择适当的变压器分接头，每个变电所都有不同的调压要求。发电机高压侧作为电压的中枢控制点，可以使系统在满足调压要求下，使调压设备减到最小。在进行调压计算时，控制发电机高压母线A在最大负荷时保持UAmax = 117 kV，在最小负荷时UAmin = 111 kV则可满足各变电所的调压要求。调压计算的主要过程及工作量集中在根据各变电所的调压要求确定发电厂高压母线及验算上。现在所定的发电厂母线电压111kV117kV是经过多次计算确定下来的，这个电压变动范围不会增加系统元件的绝缘负担和能量损耗。电压损耗计算公式采用一、变电所1的变压器抽头选择： 变电所1采用顺调压。在最大负荷时希望电压UM不低于10.25 kV，最小负荷时希望电压UM不高于10.75 kV。在最大负荷时：线路A1的电压损耗：变电所1的变压器损耗： 在最小负荷时：线路A1的电压损耗：变电所1的变压器损耗：变压器抽头的选择： 故选择Uf=112.75KV的分接头。校验：在正常情况下，变电所二次侧的最大负荷和最小负荷的电压偏移值： 故满足顺调压的要求。二、对变电所2的变压器抽头选择：变电所2采用常调压。在最大和最小负荷时希望电压UM保持10.25 kV。在最大负荷时：线路A2的电压损耗：变电所2的变压器损耗： 在最小负荷时：线路A2的电压损耗：变电所2的变压器损耗：变压器抽头的选择： 故选择Uf=112.75KV的分接头。校验：在正常情况下，变电所二次侧的最大负荷和最小负荷的电压偏移值： 故满足常调压的要求。三、对变电所3的变压器抽头选择：变电所3采用顺调压。在最大负荷时希望电压UM不低于10.25 kV，最小负荷时希望电压UM不高于10.75 kV。在最大负荷时：线路A3的电压损耗：变电所3的变压器损耗： 在最小负荷时：线路A3的电压损耗：变电所3的变压器损耗：变压器抽头的选择： 故选择Uf=112.75KV的分接头。校验：在正常情况下，变电所二次侧的最大负荷和最小负荷的电压偏移值： 故满足顺调压的要求。四、对变电所4的变压器抽头选择：变电所4采用常调压。在最大和最小负荷时希望电压UM保持10.25 kV。在最大负荷时：线路A4的电压损耗：变电所4的变压器损耗： 在最小负荷时：线路A4的电压损耗：变电所4的变压器损耗：变压器抽头的选择： 故选择Uf=112.75KV的分接头。校验：在正常情况下，变电所二次侧的最大负荷和最小负荷的电压偏移值： 故满足常调压的要求。五、电厂变压器抽头选择：（363000kVA）发电机母线的最大及最小负荷时，电压随负荷的大小变化，这就要求发电机端电压也随着变化。一般情况下，发电机在最大负荷时可容许其电压提高5%运行，在最小负荷时，发电机端电压下降所受的限制较宽，因电压下降不受绝缘的限制，但也不能太低，这会造成系统不稳定和不经济运行。因此最小负荷时不低于10kV运行。在最大负荷时：在最小负荷时：校验：发电机在最大负荷和最小负荷时的实际电压： 发电机端电压在最大和最小负荷时，其电压没有超出允许变化范围。故所选分接头是合理的。从上面的计算结果综合列出下面的表格：表一线路名称线路阻抗（）线路通过功率P+jQ（MVA）线路电压损耗（kV）最大负荷最小负荷最大负荷最小负荷A115.30+j14.699915.30+j14.6915.30+j14.69A215.30+j14.6915.30+j14.6915.30+j14.69A315.30+j14.6915.30+j14.6915.30+j14.69A415.30+j14.6915.30+j14.6915.30+j14.695.5 调压计算结果分析以上调压方式计算，在最小负荷时仍采用4台机组同时投入的运行方式，未考虑在最小负荷时机组检修所引起发电机功率重新分配的情况。实际上，在最小负荷停机检修时系统并没有多大的影响。6 统计系统设计的主要指标6.1 线损率的计算最大负荷时：PLPLA-1+PLA-2+PLA-3+PLA-41.42 +0.58 +1.0785 +0.8773.96 MWPA98.83MW最小负荷时：PLPLA-1+PLA-2+PLA-3+PLA-40.1447 +0.1247 +0.095 +0.1050.47 MWPA44.87 MW6.2 全年平均输电效率全年平均输电效率的求法，首先应求出用户得到的电能A1PnTmax。然后求出各线路上包括变压器的电能损耗A，则可求出发电厂输出给系统的总电能A2A1+A，输出效率对线路A-1来说：PL1.42，4000，AL1.421034000