电力系统课程设计——电力网络设计

1、电力系统课程设计电力网络设计作者姓名学科专业电气工程及其自动化班级学号序号日期所在学院电力学院班级04电气3班指导老师华南理工大学电力学院二八 年 一 月.课程设计任务书- 3 -一、原始资料- 3 -二、课程设计内容- 4 -三、设计成品- 4 -.设计说明书- 5 -第一章 校验电力系统功率平衡和确定发电厂的运行方式- 5 -1.1负荷合理性校验- 5 -1.2 功率平衡校验- 6 -1.2.1 有功功率平衡校验- 6 -1.2.2 无功功率平衡校验- 6 -1.2.3功率平衡校验结论- 7 -第二章 确定电力系统的接线图- 8 -2.1网络电压等级的确定- 8 -2.2网络接线方案初步比

2、较- 8 -2.3 网络接线方案精确比较92.3.1技术比较：92.3.2经济比较122.3.3最优方案确定13第三章 发电厂和变电所主接线的确定143.1 发电厂主接线的确定143.1.1发电厂主接线的选择原则143.1.2发电厂主接线的确定143.2 变电所主接线的确定153.2.1变电所主接线的选择原则153.2.2变电所主接线的确定153.3 主变压器的选择153.3.1升压变压器的确定153.3.2降压变压器的确定16第四章 潮流和调压的计算164.1 系统参数计算164.1.1 网络等值图164.2 潮流计算184.3 发电厂主变潮流分配194.3.1最大负荷时得潮流分配194.3

3、.2最小负荷时潮流分配194.4 调压计算和主变分接头的选取204.4.1变电所1的调压214.4.2变电所2的调压214.4.3 变电所3的调压224.4.4变电所4的调压234.4.5发电厂的调压24第五章 总结25附图-125附图-226.课程设计任务书一、原始资料1. 发电厂及变电所地理位置图：1234图例：发电厂4变电所比例尺：1:10000002. 负荷情况：项目发电厂（a）变电所（1）变电所（2）变电所（3）变电所（4）最大负荷（mw）2034264037最小负荷（mw）1118142119最大负荷功率因数0.830.820.830.820.84最小负荷功率因数0.780.810

4、.810.80.81最大负荷利用小时50005500550055005000二次母线电压（kv）66101010一类用户的百分数2530253025二类用户的百分数3030353530调压要求顺常顺常逆3. 发电厂发电机资料：项目台数容量（mw）电压（kv）功率因数15256.30.8215010.50.85备注：(1). 发电厂的负荷包括发电厂的自用电在内；(2). 采用的电力网额定电压为110kv。二、课程设计内容1）校验电力系统功率平衡和确定发电厂的运行方式；2）通过方案比较，确定电力系统的接线图；3）选定发电厂和变电所的接线图以及变压器型号及容量；4）计算电力网的功率分布和电压，确定调

5、压方式并选择调压设备；5）计算电力网的主要经济指标。三、设计成品（1） 课程设计说明书。（2） 附图。.设计说明书第一章 校验电力系统功率平衡和确定发电厂的运行方式1.1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。校验如下：发电厂（a） 变电所（1） 变电所（2） 变电所（3） 变电所（4） 经校验，负荷合理性满足要求。1.2 功率平衡校验1.2.1 有功功率平衡校验系统最大有功综合负荷：系统的总装机容量： 发电厂有功备用容量： 校验： 则符合有功功率平衡。1.2.2 无功功率平衡校验系统最大无功综合负荷

6、： 发电厂总的无功容量： 发电厂总的无功备用容量：校验： 则无功功率平衡。1.2.3功率平衡校验结论从功率平衡校验中，可得系统符合有功平衡和无功平衡。若发电厂带最大负荷时，一台机组发生故障：（1）25mw机组故障： 电厂带最大负荷时一、二类的总负荷为： 三类负荷为： 显然有：，所以能保证一、二类负荷的供电，但只能提供89%的三类负荷的供电。 （2）50mw机组故障： 这时有：，所以能保证一、二类负荷的供电，但只能提供48.2%的三类负荷的供电。第二章 确定电力系统的接线图2.1网络电压等级的确定根据设计任务书的要求，网络的电压等级去110kv。2.2网络接线方案初步比较根据设计任务书所给的发电

7、厂和变电站的地理位置设计出4种网络接线方案，如下：方案a：方案b：方案c：方案d：经测量：l0-1=l0-3=34km，l0-2=30km，l0-4=33km，l1-2=49.5km，l1-3=37.5km， l2-4=l3-4=48km各方案的优缺点比较如下：方案abcd供电可靠性最高较d高较b高最低每负荷节点线路数3221线路总长度 km注：双回长度算70%314183.4216.5149.5开关数量每条线路按2个算1616128继保整定难度最难较c易较a易最容易优缺点归纳：方案a：供电可靠性最高，每个负荷节点均由三条线路供电，但线路长度最长、造价最高，而且继电保护整定难度最大。方案d：供

8、电可靠性在四者中最低，但开关数量最少，线路总长最短且继保整定最容易。方案b、c：供电可靠性较高，线路总长较短，开关数目最少，继保整定较容易。是相当折中的方案。总结：初步选定方案b、c为下一步精确比较的备选方案。2.3 网络接线方案精确比较2.3.1技术比较：1、 网络潮流估算（均一网）发电厂负荷：samax = 20 + j13.44 mva samin= 11 + j8.825 mva变电所1：s1max = 34 + j23.732 mva s1min= 18 + j13.032 mva变电所2：s2max = 26 + j17.472 mva s2min= 14 + j10.136 mv

9、a变电所3：s3max = 40 + j27.920 mva s3min= 21 + j15.75 mva变电所4：s4max = 37 + j23.9 mva s4min= 19 + j13.756 mva方案b：s01max = s1max = 34 + j23.732 mva s01min = s1min = 18 + j13.032 mva s02max = s2max = 26 + j17.472 mva s02min = s2min = 14 + j10.136 mva s03max = s3max = 40 + j27.92 mva s03min = s3min = 21 + j

10、15.75 mva s04max = s4max = 37 + j23.9 mva s04min = s4min = 19 + j13.756 mva方案c：s01max = s1max（l3+ l13）+ s3maxl3/(l1 + l3 + l13)=35.934 + j25.082s03max = s3max（l1+ l13）+ s1maxl1/(l1 + l3 + l13)=38.066 + j26.570s1-3max = s01max s1max = 1.934 + j1.35s02max = s2max（l4+ l24）+ s4maxl4/(l2 + l4 + l24)= 29.

11、97 + j19.855 mvas04max = s4max（l2+ l24）+ s2maxl2/(l2 + l4 + l24)= 33.027 + j21.517 mvas2-4max = s02max s2max = 3.97 + j2.3832、选择导线及阻抗计算：查电力设计手册： 当 tmax 5000h 时， je=0.9a/(mm2)对于方案b：l1： 选择双回线 lgj-70，单位阻抗 0.45 + j0.432 ，载流 275a。l2： 选择双回线 lgj-70，单位阻抗 0.45 + j0.432 ，载流 275a。l3： 选择双回线 lgj-70，单位阻抗 0.45 + j

12、0.432 ，载流 275a。l4： 选择双回线 lgj-70，单位阻抗 0.45 + j0.432 ，载流 275a。对于方案c：l1： ， ， 为一线断开时留有裕度；选择双回线 lgj-185，单位阻抗 0.17 + j0.395 ，载流 515a。l3： ， ， 为一线断开时留有裕度；选择双回线 lgj-185，单位阻抗 0.17 + j0.395 ，载流 515a。l2： ， ， 为一线断开时留有裕度；选择双回线 lgj-150，单位阻抗 0.21 + j0.403 ，载流 445a。l4： ， ， 为一线断开时留有裕度；选择双回线 lgj-150，单位阻抗 0.21 + j0.403

13、 ，载流 445a。阻抗计算：方案b： z1=0.534(0.45+j0.432)=7.65+j7.344 z2=0.530(0.45+j0.432)=6.75+j6.48 z3=0.534(0.45+j0.432)=7.65+j7.344 z4=0.533(0.45+j0.432)=7.425+j7.128方案c： z1=34(0.17+j0.395)=5.78+j13.43 z2=30(0.21+j0.403)=6.3+j12.09 z3=34(0.17+j0.395)=5.78+j13.43 z4=33(0.21+j0.403)=6.93+j13.299 z13=37.5(0.33+j0

14、.416)=12.375+j15.6 z24=48(0.45+j0.432)=21.6+j20.7363、最大电压降落umax的校验技术要求：正常情况下 u% 10%故障情况下 u% 15%忽略电压降落横向量，按照下边公式计算其中zl =r+jx=单位线路上的阻抗线路长度(双回路为1/2)方案b：1) 正常运行：根据线路越长、传输功率越大电压损耗越大，l3的电压降落 最大：umax(407.65+27.927.344)/110=4.646kvumax%=4.22%10% 满足要求2) 故障时：l3断开一条线路变成单回线运行umax(4015.3+27.9214.688)/110=9.292kv

15、 umax%=8.45%15% 满足要求方案c：1） 正常运行：根据线路越长、传输功率越大、线路阻抗越大电压损耗越大，l3的电压降落最大：umax(38.0665.78+26.5713.43)/110=5.24kvumax%=4.76%15% 不太满足要求2.3.2经济比较1、总投资开关造价为6万元/个；导线lgj-70： 1.95万元/米； 导线lgj-95：2.10万元/米导线lgj-150：2.45万元/米； 导线lgj-185：2.70万元/米方案b： kb = k线路 + k开关 =183.41.95+166= 453.63万元方案3kc = k线路 + k开关 =2342.7+63

16、2.45+37.52.1+481.95= 582.3万元2、年运行费用 查表可知：14100h 24000h 34100h 43500h利用下面公式可求的年运行费用：n = 8%k + a其中 a = (si / u)2 ri i；0.25l1l2l3l4l1-3l2-4方案bsi()1.5070.75882.0851.191/ri()7.656.757.657.425/()4100400041003500/方案csi()2.321.4562.6041.9260.00920.00383ri()5.786.35.786.9312.37521.6()410040004100350041004000

17、方案b：ab =21.49mwhnb =8%453.63+0.2521.49= 41.66万元 方案c：ac=35.68mwhnc=8%582.3+0.2535.68= 55.504万元3、年计算费用计算公式为：z = n + k/8方案b： zb =41.66+453.63/8= 98.364万元 方案c： zc =55.504+582.3/8= 128.292万元2.3.3最优方案确定综合上面技术和经济比较可以看出：方案b基本符合技术要求，方案c有一项指标不达到技术要求。在经济比较上方案b和c很接近，但方案b的经济性略为高一点，方案b的的供电可靠性和电压质量比方案c好，所以最终选择方案b。

18、第三章 发电厂和变电所主接线的确定3.1 发电厂主接线的确定3.1.1发电厂主接线的选择原则1、若单机容量小，与所接入的系统不相匹配，经技术经济论证合理后，可将两台发电机与一台变压器做扩大单元接线，也可将两组发电机双绕组变压器单元，公用一台高压断电器而构成另一种扩大单元接线。2、当机组容量小，数目较多，一般可以设发电机电压母线，其母线可根据发电机的数目，发电厂的重要性，采用单母分段，双母线或双母线分段的接线方式。3、当两台发电机和一台变压器或两组发电机双绕组变压器作扩大单元接线时，在发电机与变压器应装断路器和隔离开关。4、对发电厂的高压配电装置，若地位重要，负荷大，潮流变化剧烈，出线较多时，一

19、般采用双母线或双母线分段接线。5、当110kv、220kv配电装置采用双母线接线时，若出现在6回以上时，可采用带专门旁路断电器的旁路母线。3.1.2发电厂主接线的确定发电厂a的最大单机容量为50mw，总装机容量为175mw，属于中小型电厂。以下为三种接线方案：方案 1：5台25mw发电机电压母线采用双母线接线，主接线采用双母带旁目接线方式，1台50mw发电机经变压器直接连到主接线上。方案2：5台25mw发电机电压母线采用单母分段带旁母接线，主接线采用3/2接线，1台50mw发电机经变压器直接连到主接线上。方案 3：5台25mw发电机电压母线采用单母分段带旁母接线，主接线采用单母带旁母接线，1台

20、50mw发电机经变压器直接连到主接线上。比较如下：主接线可靠性发电机母线可靠性总造价线路安排的难易度方案1较高最高较高较容易方案2最高较高最高最难方案3最低较高较高较容易综上比较的结果，应该选择方案1。接线图请见附图-1。3.2 变电所主接线的确定3.2.1变电所主接线的选择原则1、变电所的高压侧接线应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，如桥形等。2、在具有两台主变的变电所中，当35220kv线路为双回线时，若无特殊要求，该电压等级主接线都采用桥形接线。3、在110kv,220kv配电装置中，当线路为3回以上时，一般采用单母线或单母分段接线。3.2.2变电所主接线的确定各变电所均有两回输

21、电线路，输电距离较长，变压器又不需要经常切除，经过分析对比，采用内桥式（方案1）接线比外桥式（方案2）接线优越。接线图请见附图-2。3.3 主变压器的选择3.3.1升压变压器的确定1台10.5kv，50mw的发电机选择变压器ta： sta=50/0.8558.8mva 所以，选sfp763000/110型（y0/11）变压器。5台6.3kv，25mw的发电机在发电机电压母线与系统之间选择4台（tb,tc,td,te）并联运行:stb= stc= std= ste=525/0.8-20/0.83/4=33.04mva所以，选4台sf740000/110型（y0/11）变压器并联运行，当其中1台主

22、变停运时，另3台主变仍然能够满足全部负荷的90.8。3.3.2降压变压器的确定因为输电线路采用双回线，故变电所也采用两台降压变压器并联运行，其容量按照所在变电所的最大容量的70来选择。 变电所1：s134/0.827029mva 变电所2：s226/0.837021.9mva 变电所3：s340/0.827034.1mva 变电所4：s437/0.847030.8mva 所以，变电所2选两台sf725000/110型（y0/11）变压器并联运行，变电所1和变电所4选两台sf731500/110型（y0/11）变压器并联运行，变电所3选择两台sf740000/110型（y0/11）变压器并联运行

23、。第四章 潮流和调压的计算4.1 系统参数计算4.1.1 网络等值图1. 线路的阻抗：zl1 = 7.65 + j7.344 zl2 = 6.75 + j6.48zl3 = 7.65 + j7.344 zl4 = 7.425 + j7.1282. 变压器参数：变压器类型空载损耗p0短路损耗ps阻抗电压vs%空载电流i0%变压器阻抗zt空载损耗s0tasfp7-6300065kw320kw10.5%0.6%0.98+j20.20.65+j0.378tb/ tc/ td/ tesf7-4000046kw240kw10.5%0.8%1.82+j31.80.46+j0.32t3sf7-4000046k

24、w240kw10.5%0.9%0.91+j15.90.92+j0.64t1/ t4sf7-3150038.5kw190kw10.5%0.8%1.16+j20.20.77+j0.504t4sf7-2500032.5kw170kw10.5%0.8%1.65+j25.40.65+j0.4t1、t2、t3、t4两台变压器并联运行，zt变为一半，空载损耗为两倍。4.2 潮流计算根据开式网的潮流计算方法进行实际潮流的计算，结果如下：变压器t1变压器t2变压器t3变压器t4变压器阻抗zt1.16+j20.21.65+j25.40.91+j15.91.16+j20.2变压器空载损耗s00.77+j0.5040

25、.65+j0.40.92+j0.640.77+j0.504变压器输出功率smax34+j23.7326+j17.4740+j27.9237+j23.9min18+j13.0314+j10.1421+j15.7519+j13.76变压器的功率损耗stmax0.165+j2.870.134+j2.060.179+j2.9870.186+j3.239min0.047+j0.8240.041+j0.6270.052+j0.9050.053+j0.919变压器的输入功率stmax34.935+j27.10426.784+j18.49741.099+j31.54737.956+j27.643min18.8

26、17+j14.35814.691+j11.16721.972+j17.29519.823+j15.183其中, ， 线路l1线路l2线路l3线路l4线路阻抗zl7.65+j7.3446.75+j6.487.65+j7.3447.425+j7.128线路末端的功率stmax34+j23.73226+j17.47240+j27.9237+j23.89min18+j13.03214+j10.13621+j15.7519+j13.756线路功率损耗slmax1.087+j1.0430.547+j0.5261.504+j1.4441.19+j1.143min0.312+j0.30.167+j0.160.

27、436+j0.4180.338+j0.324线路首端功率slmax35.087+j24.77526.547+j17.99841.504+j29.36438.19+j25.033min18.312+j13.33214.167+j10.29622.504+j16.16819.338+j14.08其中，4.3 发电厂主变潮流分配4.3.1最大负荷时得潮流分配最大负荷时，主变ta、tb、tc、td和te所提供的总功率为：分配的功率为： 变压器功率损耗为：变压器ta和tb、tc、td、te总的输入功率为：st入max=smax +（stamax+s0a）+ 4（stbmax+s0b） =141.328+

28、j97.16+0.844+j4.388+4(0.601+j2.785) =144.576+j112.688mva发电机必须提供的功率为：sgmaxst入max + s厂用max144.576+j112.688+20+j13.44164.576+j126.128 mva分析可知，可以使50mw机组出力47mw,5台25mw机组出力为23.5mw，机组的负荷率达到94。这样，系统有10.424mw（即总负荷的5.96）作为有功热备用；系统的无功缺额为126.128-124.741.388mva，可通过无功补偿来满足。4.3.2最小负荷时潮流分配最小负荷时，主变ta、tb、tc、td和te所提供的总功率为：分配的功率为：变压器的功率损耗为:变压器ta和tb、tc、td、te总的输入功率为：st入min=smin+（stamin+s0a）+4（stbmin+s0b） =74.321+j53.876+0.706+j1.526+2.00+j4.105 =77.027+j59.507mva发电机必须提供的功率为:sgminst入min+ s厂用min77.027+j59.507+11+j8.82588.027+j68.332 mva 根据上述分析可知，可以停运1台50mw和1台25mw机