长沙理工大学电网课程设计.doc

教师批阅课 程 设 计 用 纸目录摘 要- 3 -引 言- 4 -设计任务.- 5 -第一章 电网接线初步方案的拟定与比较- 7 -1.1初步接线方案的拟定依据- 7 -1.2拟订的方案- 7 -1.3初步方案的潮流计算- 8 - 1.3.1导线截面接选择.- 8 - 1.3.2粗略潮流计算.- 10 -1.4精确潮流计算- 16 -1.5经济比较- 19 -第二章 电网接线方式选择及设备选择- 22 -2.1 发电厂主接线方式的选择- 22 -2.2变电所主变压器的选择- 22 -2.3.变压器选择- 23 -第三章 调压计算及分接头的选择- 26 -3.1调压原则- 26 -3.2 变电所变压器分接头选择- 26 -3.2.1变压器1的变压器分接头选择- 26 -3.2.2变压器2的变压器分接头选择- 27 -3.2.3变压器3的变压器分接头选择- 29 -四、主要参考文献- 31 -五、设计心得- 32 - 摘 要电力工业是国家的基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位。电能是一种无形的，不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持有功功率和无功率的平衡。电力工业发展的经验告诉我们，电力系统愈大，调度运行就愈合理，经济效益愈好，应变事故的能力就俞强，这也是我国电力工业必然的发展趋势。然而联合电网也是由地方电力网相互联接而成的。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，因此，做好电力规划，加强电网的建设十分重要。电力规划是根据社会经济发展的需求，能源资源和负荷的分布，确定合理的电源结构和战略布局。确立电压等级，输电方式和合理的网架结构等，电力规划合理与否，事关国民经济的发展，直接影响电力系统今后的运行的稳定性，经济性，电能质量的好坏和未来的发展。关键词:地区力电网 规划设计 技术比较 调压计算 分接头引 言根据电能生产、输送、消费的连续性，瞬时性，重要性的特点，对电力系统的运行也必须保证对第一类负荷的不间断供电，对第二类负荷的供电可靠性，同时，保证良好的电能质量，除此之外降低变换、输送、分配时的损耗，保证系统虑供电的可靠性、灵活性和经济性的基础上，使方案达到最合理化。保证良好的电能质量和较好的经济效益运行的经济性也极为重要。于是在规划电力网时应该根据各个负荷点对电能要求的不同和保证运行的灵活和操作时的安全来选择合适的接线方式和合理的电压等级。在选择电网设计方案时，首先考虑系统对负荷供电的可靠性，在保证供电可靠性的基础上，对供电的灵活性和经济性进行设计和规划。为保证供电的可靠性，对有一类负荷的负荷点采用双回或环网供电。对于灵活性，系统主要通过变电所的接线来实现。在本电网设计中，电压中枢点是变电所，故通过调节变电所的电压来实现电压调整。总之：进行电网规划设计时，要根据当地地理条件，合理选泽方案，综合考虑。 设计任务一、课题内容（原始资料）1发电厂、变电所相对地理位置及距离如图1所示（距离单位为KM）。图1 发电厂、变电所相对地理位置及距离2发电厂技术参数发电厂A装机台数、容量（MW）475额定电压（kV）10.5额定功率因数0.8发电厂最小运行方式为三台机运行 厂 项 站 目发电厂变电所A123最大负荷（MW）20806070最小负荷（MW）10403035功率因数0.850.850.90.85(h)5000600055005000低压母线电压(kV)10101010调压要求最大负荷(%)2552.52.5最小负荷(%)2507.57.5各类负荷(%)I类3003530II类255030303 负荷数据及有关要求二、课题任务要求：根据“电力系统分析”课程所学理论知识和电力系统规划设计的基本任务，在电源及负荷大小及其相对地理位置已确定的情况下，完成一个区域电力网络的设计。要求对多个方案进行技术经济比较和分析，选择出最优方案，并对所选方案进行必要的技术计算（如调压计算、稳定性计算），提出解决技术问题的措施。具体设计如下：1确定供电电压等级；2初步拟定若干待选的电力网接线方案；3发电厂、变电所主变压器选择；4电力网接线方案的技术、经济比较；5输电线路导线截面选择；6电网潮流和调压计算。、电网规划课程设计第一章 电网接线初步方案的拟定与比较1.1初步接线方案的拟定依据电力网接线初步方案主要根据负荷对供电可靠性的要求拟定。在电力系统中，对于类负荷要求任何情况下不能断电，类负荷要求尽可能保证供电，必要时可以断电。从设计任务书中的负荷数据表可知，发电站A、变电所2，3的类负荷所占比例较大，所以对发电厂A、变电所2，3的供电在任何情况下都不能中断，而变电所1没有类负荷，类负荷所占比例较大，在必要时可以断电。综上考虑，-1.2拟订的方案根据上述原则可列出可能的各种电网接线初步方案如图一（可能还有其他方案） 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五 图1 各种电网接线的初步方案1.3初步方案的潮流计算1.3.1初步方案并未确定导线截面积，因此先按均一网对其进行初步功率分布的计算。均一网初步功率分布的计算公式如下：S=即：导线截面选择的原则导线截面选择的原则：按计算所得初步功率分布、按经济电流密度选择进行选择。由公式计算得到导线截面进行选择截面表5架空输电线路导线经济电流密度（A / mm2）年最大负荷利用小时数Tmax材料3000以下300050005000以上铝1.651.150.90铜3.002.251.75发电厂的年最大负荷利用小时为6000小时因为用的钢芯铝绞线，且年最大利用小时都在5000小时以上，所以J取0.9各型号导线参数如下表：表8 各型号导线参数型 号电 阻电 抗导线投资LGJ-700.450.4414LGJ-1200.270.42325LGJ-1500.210.41328LGJ-1800.170.40830LGJ-2400.1320.40132LGJ-3000.1070.3940LGJ-4000.080.37445LGJ-7000.0440.402651.3.2详细计算过程如下：方案11.粗略潮流计算： 线路 A-1： P=117.54mw Q=56.9mvar线路 1-2： P=27.54mw Q=18.17mvar线路 S-2： P=22.46mw Q=10.87mvar线路 A-3: P=162.46mw Q=78.63mvar线路 3-S: P=92.46mw Q=44.75mvar2.计算电路电流公式 J=0.9 线路A-1:=342.74A S=380.82选 LGJ-400 =0.008 =0.374 线路1-2:=109.46 S=121.63选LGJ-150 =0.24 =0.412 线路S-2：=65.49A S=72.77选LGJ-150 =0.24 =0.412 线路A-3: =473.72 S=526.35选LGJQ-700 =0.044 =0.402 线路3-S =269.61 收99.56选LGJ-300 =0.108 =0.383 m=40万3. 计算线路阻抗和电压损失.线路A-1. R+jx=50（0.08+j0.374）=4+18.7j 线路1-2. R+jx=14.4+j24.72 线路S-2. R+jx=10.8+j18.54 线路A-3. R+jx=2.64+24.12j 线路3-S. R+jx=7.56+j36.814.投资计算：Z=4550+6028+4528+6065+7040=11890万方案21粗略潮流计算： 线路S-A：P=-107.25mw Q=P-51.91（mvar）线路A-3：P=70mw Q=33.88（mvar）线路2-S：P=-37.25mw Q=-18.03（mvar）线路1-2：P=22.75mw Q=11.01（mvar）线路A-1：P=102.75mw Q=48.73（mvar）2.计算导线电流：公式： J=0.9 线路S-A：I=312.74A S=347.49选 LGJ-400 =0.08 =0.374线路A-3：I=204.11A S=226.80选 LGJ-240 =0.132 =0.401 线路2-S：I=108.62A S=120.69选 LGJ-150 =0.21 =0.413 线路1-2：I=66.34A S=73.71选 LGJ-120 =0.127 =0.42 线路A-1：I=299.62A S=332.91选 LGJ-400 =0.08 =0.374 3.计算线路的阻抗和电压损失线路S-A. R+jx=0.0845+j0.37445=3.5+j16.83 线路A-3. R+jx=3.96+j12.03 1.4%线路2-S. R+jx=9.45+j18.59 1.4%线路1-2. R+jx=16.2+j25.68 1.3%线路A-1. R+jx=4+j18.7 3.6%4.投资计算：Z=4545+32602+2845+2560+4550 =2025+3840+1260+1500+2250=10875（万元）方案31粗略潮流计算： 线路A-3： 0.85 Q=P52（mvar）线路A-2： Q=71.9（mvar）线路2-S： Q=34.7（mvar）线路3-S： Q=8.6（mvar）线路A-1：P=80mw Q=49.5（mvar）2. 计算导线电流：公式： J=0.9 线路A-3：I=259A S=287.8选 LGJ-300 =0.107 =0.39 线路A-2：I=338.5A S=376选 LGJ-400 =0.08 =0.374 线路2-S：I=173A S=192.2选 LGJ-180 =0.17 =0.408 线路3-S：I=42.9A S=47.61选 LGJ-70 =0.45 =0.44 线路A-1：I=147A S=274.4选 LGJ-300 =0.107 =0.39 3. 计算线路的阻抗和电压损失线路A-3. R+jx=6.42+j23.4 线路A-2. R+jx=2.4+j11.22 2.24%线路2-S R+jx=7.65+j18.36 2.13%线路3-S. R+jx=31.5+j30.8 1.45%线路A-1. R+jx=2.675+j9.75 1.44%4. 投资计算：Z=4060+4530+3045+7014+40500.7=7480（万元）方案41粗略潮流计算： 线路A-3：P=70mw Q=P33.88（mvar）线路A-1：P=60mw Q=29.04（mvar）线路A-2：P=80mw Q=38.72（mvar）线路A-S：P=70mw Q=33.88（mvar）2.计算导线电流：公式： J=0.9 线路A-3：I=204.12A S=226.8选 LGJ-240 =0.132 =0.401 线路A-1：I=174.96A S=194.4选 LGJ-240 =0.132 =0.401 线路A-2：I=233.28A S=259.2选 LGJ-300 =0.107 =0.39 线路A-S：I=204.12A S=226.8选 LGJ-240 =0.132 =0.403.计算线路的阻抗和电压损失线路A-3. R+jx=3.96+j12.03 线路A-1. R+jx=3.3+j10.03 1%线路A-2.R+jx=1.61+j5.85 0.7%线路A-3. R+jx=2.97+j9.02 1.1%4.投资计算：Z=32602+32502+40302+32452 =3840+3200+2400+2880=12320（万元）方案51粗略潮流计算： 线路A-1：P=64.29mw Q=P31.11（mvar）线路A-2：P=75.71mw Q=36.64（mvar）线路2-1：P=15.71mw Q=7.60（mvar）线路A-3：P=70mw Q=33.88（mvar）线路A-S：P=70mw Q=33.88（mvar）2.计算导线电流：公式： J=0.9 线路A-1：I=187.5A S=208.3选 LGJ-240 =0.132 =0.401线路A-2：I=220.8A S=245.3选 LGJ-300 =0.107 =0.39 线路2-1：I=45.8A S=50.9选 LGJ-70 =0.40 =0.44 线路A-3：I=204.1A S=226.8选 LGJ-240 =0.132 =0.401 线路A-S：I=204.1A S=226.8选 LGJ-240 =0.132 =0.401 3.计算线路的阻抗和电压损失线路A-1. R+jx=0.13250+j0.40150=6.6+j20.05 线路A-2. R+jx=3.21+j11.7 1.4%线路2-1 R+jx=27+j26.4 1.3%线路A-3. R+jx=3.96+j12.03 1.4%线路A-S. R+jx=5.94+j18.05 2.1%5. 投资计算：Z=3250+4030+1460+32602+3245 =1600+1200+840+3840+1440=8920（万元）1.4精确潮流计算：详细计算过程如下：方案11.精确潮流计算： 线路A-1：P=126.67mw Q=78.5mvar线路 A-3: P=153.33mw Q=95.06mvar线路3-S: P=83.33mw Q=51.66mvar线路 1-2：P=46.67mw Q=22.54mvar线路S-2： P=13.33mw Q=6.44mvar2.计算线路阻抗和电压损失.线路A-1. =4.08%线路A-3. =5.57%线路3-S. =4.16%线路1-2. =2.54%线路S-2. =0.54%3. 计算运行费用.折旧费(按投资的5%计算)U=Z5%=118905%=594.5万元网络损耗功率:(假设电价为0.35) 电能损耗: 线路A-1.1.84mw 6000 4600线路A-3.1.78mw 5000 3500线路3-S.1.5mw 5000 3500线路1-2.0.8mw 5500 3950线路S-2.0.049mw 5500 3950=1.844600+1.783500+1.53500+0.83950+0.0493950 =23297.55mw.h电能损失费:23297.5510000.35=815.4万元4. 年计算费用(按25年电力工程经济使用年限计算)=1310万元方案21.精确潮流计算： 线路S-A：P=-108.24mw Q=-67.479mvar线路 A-3: P=70mw Q=33.88mvar线路2-S: P=38.82mw Q=18.80mvar线路 1-2：P=21.18mw Q=10.25mvar线路A-1： P=101.18mw Q=62.71mvar2.计算线路阻抗和电压损失.线路S-A. =3.1%线路A-3. =1.4%线路2-S. =1.48%线路1-2. =1.25%线路A-1. =3.26%3.计算运行费用.折旧费(按投资的5%计算)U=Z5%=108755%=543.75万元网络损耗功率:(假设电价为0.35) 电能损耗: 线路S-A.1.04mw 5000 3500线路A-3.0.49mw 5000 3500线路2-S.0.36mw 5500 3950线路1-2.0.19mw 5500 3950线路A-1.1.18mw 6000 4600=3500（1.04+0.49）+3950（0.36+0.19）+46001.18 =12775.5mw.h电能损失费:12775.50.351000=477.14万元4.年计算费用(按25年电力工程经济使用年限计算)=1741.88万元方案31.精确潮流计算： 线路A-3：P=85.6mw Q=52.98mvar线路 A-2: P=121.7mw Q=75.31mvar线路3-S: P=15.6mw Q=9.66mvar线路 2-S：P=61.7mw Q=38.2mvar线路A-1： P=80mw Q=49.52mvar2.计算线路阻抗和电压损失.线路A-3. =3.69%线路A-2. =2.35%线路3-S. =1.63%线路2-S. =2.42%线路A-1. =1.44%3.计算运行费用.折旧费(按投资的5%计算)U=Z5%=74805%=374万元网络损耗功率:(假设电价为0.35) 电能损耗: 线路A-3.1.34mw 50003500线路A-2.1.01mw 5500 4000线路3-S.0.219mw 5000 3500线路2-S.0.832mw 5500 4000线路A-1.0.489mw 6000 4600 =35001.34+40001.01+35000.219+40000.832+46000.489 =15074mw.h电能损失费:1507410000.35=527.6万元4.年计算费用(按25年电力工程经济使用年限计算)=2030万元1.5经济比较（1）电能损耗计算最大负荷损耗时间法最大负荷损耗时间法的计算步骤为：根据负荷的最大负荷时间和功率因数计算输电线路的最大负荷时间和平均功率因数。根据最大负荷损耗小时tmax与最大负荷利用小时Tmax(h),功率因数 COS之间的关系由表查取最大负荷损耗时间。按下式计算电能损耗：W=PMAXmax（2）经济比较方法（投资计算、年运行费用计算和抵偿年限计算）方案比较方法常用的有最小费用法，净现值法，内部收益率法，和抵偿年限法等，其中抵偿年限法属于静态投资收回法。该方法的优点是计算简单，资料要求少；缺点是以无偿占有国家投资为出发点，未考虑时间因素，无法计算推迟投资效果，投资发生与施工期，运行费用发生与投资后，在时间上未统一起来；仅计算回收年限，未考虑投资比例多少，未考虑固定资产残值；多方案比较一次无法算出。仅用于电力系统规划设计中简单方案比较。本设计采用抵偿年限法。抵偿年限法的计算公式如下：N=按电力工业投资回收系数0.1考虑，当N小于6年时，采用投资大，年运行费用低的方案，否则应采用投资小的方案。从这5个方案中，考虑到线路长度，布局结构以及供电可靠性和建设投资等方面综合考虑，选取1，2，3来进行更为精确的比较。网络电能损失费方案1pqru线路A-1126.6778.542201.8446008464线路A-3153.3395.062.642201.7835006230线路3-S83.3351.667.562201.535005250线路1-246.6722.5414.42200.839503160线路S-213.336.4410.82200.0493950193.55电能损耗:=23297.55mw.h网络电能损失费:=23297.5510000.35=815.4万元方案2pqru线路S-A-107.25-51.913.52201.0435003640线路A-37033.883.962200.4935001715线路2-S-37.25-18.039.452200.3639501422线路1-222.7511.0116.22200.193950750.5线路S-2102.7549.7342201.1846005248电能损耗:=12775.5mw.h网络电能损失费:=477.14万元方案3pqru线路A-18049.522.6752200.48946002249.4线路A-385.652.986.422201.3435004690线路3-S15.69.6631.52200.2193500766.5线路S-2121.775.312.42201.0140004040线路2-S61.738.27.652200.83240003328电能损耗:=15073.9mw.h网络电能损失费:=527.59万元三种方案经济性比较 方案指标123投资(万元)11890108757480年运行费用594.5543.75374电能损失费815.41477.14527.6年计算费用13101741.882030综上所述，从各项经济指标综合分析，方案3的经济性最好，且方案3采用部分环网部分双回路，供电可靠性较高，电压质量较好，电网接线简单，运行灵活性强，因此，我们采用方案3为最终可行方案。第二章 电网接线方式选择及设备选择2.1发电厂主接线方式的选择：由于发电机容量为50MW，低压侧采用单元线接线方式，主变压器台数采用4台。高压侧采用双母线接线方式。接线如图2.1.1图2.1.1 发电厂主接线 2.2变电所主接线方式的选择：由于变电所2、变电所3都是两进两出，所以高压侧均采用桥型接线，低压侧采用双母线（无旁路）接线。接线如图2.2.1图2.2.1 变电所主接线2.3变压器选择： 各变压器参数变压器型号RTXTP0(kw)S0(kw)SEP7-90000/2201.91267.2296320SEP7-50000/2204.07116.1661210SEP7-63000/22012.9999.8773245变压器的台数发电厂A 4台75MW的机组分别用4台变压器直接连接，每个变电所2台，共10台变压器变压器的参数：S=发电厂A：（4台） SA=82.4MVA 型号：SEP790000/220 变电所1：（2台） S1=1.6Pmax=1.680MVA 型号：SEP7-90000/220 变电所2：（2台） S2=1.6Pmax=1.660MVA 型号：SEP7-50000/220 变电所3：（2台） S3=1.6Pmax=1.670MVA 型号：SEP7-63000/220 第三章 调压计算及分接头的选择3.1调压原则为进行调压计算需要计算最大和最小负荷的情况下，电力网的潮流分布计算，然后利用潮流计算结果即可以进行变压器分接头的选择，当采用普通变压器分接头不能满足要求的情况下，可以考虑采用有载调压变压器或采用无功补偿装置。 电力系统中的设备大多运行在额定电压水平，但是系统中的负荷在无时无刻的变化着，因此设备的实际电压也随着变化。如果电压上升得太多则会超过设备的绝缘水平，最终导致设备的损坏，而电压下降的太低往往设备不能运行在效率最高的水平，甚至导致电压的崩溃的现象出现。因此我们要争取一系列的调压措施，保证各节点的电压在允许的范围内波动，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Umax=230KV，在最小时Umin=223KV，可满足变电所的调压要求。 电枢点的调压方式有三种分别为：顺调压、逆调压和常调压其中逆调压在最大负荷时保持中枢点电压不超过5%，在最小负荷时保持为额定电压;顺调压的在最大负荷是允许中枢点的电压低一些，但不低于额定电压的102.5%，在最小负荷时允许电压高一些，但不高于额定电压的107.5%;常调压则介于两者之间，既在任何负荷下面保持电压额定电压的102%-105%。3.2 变电所变压器分接头选择3.2.1变压器1的变压器分接头选择 因为变压器采用逆调压方式，故此变压器低压侧电压要保持在1010.5之间。 最大负荷时线路A1末端功率为： S1=S1max=80+j47.58 最大负荷时线路A1损耗功率为： 最大负荷时线路A1电压降落为： 最大负荷时线路末端电压为：U1=2303.03=226.97KV 最大负荷时变压器电压降落为： U=U1U1max=219.39KV Umax= 最小负荷时线路A1末端的功率为： S1=S1min=40+j24.79 最小负荷时线路A1损耗功率为： 最小负荷时线路A1始端功率为： Smin=S1+=40.12+j25.24 最小负荷时线路A1电压降落为： 最小负荷时线路末端电压为： U1=223U1min=221.42KV 最小负荷时变压器电压降落为： U=U1U2min=217.48KV Umin= 因此取U0=所选235KV分接头效验分接头的选择 满足调压要求3.2.2变压器2的变压器分接头选择因为变电所低压侧要求保持在102.5%107.5%，所以采用顺调压方式。最大负荷时线路A2末端的功率为（因为距离小于100km 所以Q可略） S2=S2max=60+j29.04最大负荷时线路A2损耗的功率为： 最大负荷时线路A2始端的功率为： Smax=S2+=60.22+j30.075最大负荷时线路A2电压降落为： 最大负荷时变压器末端电压为： U2=2302.1=227.9KV最大负荷时变压器电压的降落为： 最小负荷时线路A2末端的功率为： S2=S2min=30+j14.52 最小负荷时线路A2损耗功率为： 最小负荷时线路A2始端功率为： Smin=S2+=30.06+j0.26 最小负荷时线路A1电压降落为： 最小负荷时线路末端电压为： U2=223.31.07=221.42KV 最小负荷时变压器电压降落为： U=U2Umin=218.18KVUmin= 因此取U0=KV所选231KV分接头效验分接头的选择 满足调压要求3.2.3变压器3的变压器分接头选择 因为变压器采取顺调压方式，故此变压器低压侧电压要保持在10.2510.75之间。 最大负荷时线路A3末端功率为： S3=S3max=70+j43.38 最大负荷时线路A3损耗功率为： 最大负荷时线路A3始端的功率为： Smax=SL+=70.9+j46.66 最大负荷时线路A3电压降落为： 最大负荷时线路末端电压为：U2=2306.7=223.3KV 最大负荷时变压器电压降落为： U=U2U2max=219.39KV Umax= 最小负荷时线路A3末端的功率为： S2=S2min=35+j21.665 最小负荷时线路A3损耗功率为： 最小负荷时线路A3始端功率为： Smin=S3+=35.218+j22.461 最小负荷时线路A3电压降落为： 最小负荷时线路末端电压为： U1=2233.37=219.7KV 最小负荷时变压器电压降落为： U=U1U2min=214.54KV Umin= 因此取U0=所选225.5KV分接头校验分接头的选择 满足调压要求主要参考文献1于永源. 电力系统分析M. 长沙：湖南师范大学出版社 ，1992年7月2陈 珩. 电力系统稳态分析（第二版）M. 北京：水利电力出版社，1995年11月3陆敏政. 主编 电力系统习题集M.北京：水利电力出版社，1990年4熊信银.发电厂电气部分M.北京：中国电力出版社，2008年5祝淑萍.电力系统分析课程设计与综合实验M. 北京：中国电力出版社，2007年3月6 东北院.电力系统设计手册M.