电力系统课程设计报告

1、.课程设计报告(2010-2011年度第二学期)名 称： 电力工程设计 题 目： 电力系统规划设计 院 系： 电力工程系 班 级：组员姓名：指导教师：设计周数： 两周 成 绩：日期：2011年3月10日. v.目录1、原始资料分析11.1. 电源及负荷点地理位置分布图11.2. 电源情况11.3. 负荷情况11.4. 原始资料功率分析统计22、系统功率平衡32.1 有功功率平衡32.2 无功功率平衡33、网络设计53.1 各种设计网络的布线形式53.2 六种方案电压等级的确定63.3 导线的选择与校验113.4确定变电所和发电厂升压变压器的容量和台数163.5. 主接线形式194、预选方案的初

2、步比较204.1. 金属消耗量计算204.2预选方案初步比较205、方案的详细比较225.1. 各变电站最大负荷时高压侧等值负荷计算225.2. 方案一和方案四最大负荷下的详细潮流235.3. 方案一和方案四的电能损耗345.4. 方案一和方案四的一次投资和年运行费366、对最优方案进行详细潮流计算396.1 各变电站最小负荷时高压侧等值负荷：396.2. 方案一最小负荷时的潮流407、最优方案的调压计算448、最优网络统计数据499、参考文献50附图一：最小负荷潮流分布图.53附图二：最大负荷潮流分布图.54附图三：故障时潮流分布图.55附图四：初步方案比较图.56附图五：主接线图.57.

3、v.1、原始资料分析1.1. 电源及负荷点地理位置分布图 电源： 变电站： 比例：1/1000000经测量、换算，得实际距离：A2: 26km23: 31km34：51km 41: 49kmA1： 65km 12: 50km 24：33km 13：32kmA3: 55km A4：22km1.2. 电源情况A为火电厂发电机机组，总装机容量175MW，其中容量为50MW的有2台，25MW有三台，机端电压均为10.5kV。发电厂发电机型号额定容量（MW）额定电压（kV）额 定功率因数台 数A火5010.50.82A火2510.50.831.3. 负荷情况注意：下表未包括发电厂厂用电发电厂直配变电站A

4、1234最大负荷（MW）3012352025最小负荷（MW）18515810COS0.80.850.80.850.8负荷电压（kV）10101010101、2、3类负荷%30,60,1030,60,1030,30,4030,60,1030,20,50Tmax（h）60005000600040005000调压要求逆顺逆常常1.4. 原始资料功率分析统计各站点及机压负荷的有功、无功的最大、最小负荷情况列表如下：厂/站参 数 厂A站1站2站3站4(MW)3012352025(Mvar)22.57.4426.2512.4018.75(MW)18515810(Mvar)13.53.111.254.967

5、.5. v.2、系统功率平衡2.1 有功功率平衡1、电力系统的用电负荷 （同期系数为0.95）=()=920.95=87.4MW (为同期系数取0.95)系统供电负荷： (为网损率取8%，注：5%10%)系统的发电负荷： （为厂用电率去10%，为火电厂）2、备用容量选择考虑负荷备用为最大负荷的2%5%，本设计取5%，检修备用容量为8%15%，事故备用容量为10%左右，所以总备用取20%+=1.2=1.2138.89=166.67MW3、确定发电机运行机组容量由于发电厂A总装机容量为：2×50+3×25=175MW，根据上述计算应全部投入运行。2.2 无功功率平衡为了减少电网

6、的损耗，将变压器10kV侧的功率因数补偿到0.95，此时经过变压器的实际无功功率将会减少，最终得到变压器低压侧的复功率。无功补偿的计算公式如下：其中，是原始资料所给的负荷无功功率是低压侧补偿的无功量是变压器低压侧实际的无功量是变压器低压侧复功率最大和最小负荷时，变压器低压侧补偿的无功量和补偿后的无功量统计如下：厂/站参 数 厂A站1站2站3站4(Mvar)9.863.9411.56.578.22(Mvar)12.643.514.755.8310.53(Mvar)5.921.644.932.63.3.29(Mvar)7.581.466.322.334.21. v.3、网络设计3.1 各种设计网络

7、的布线形式根据始资料，发电厂和变电站之间位置及负荷的大小，可拟出多种初步方案，接线方式可为辐射形、环形、混合式等。由于原始资料给定，每个变电站都有一、二类负荷，因此，必须保证每个变电站至少有两回进线。下表为参加预选的六种方案布线图3.2 六种方案电压等级的确定要想确定六种预选方案的电压等级，必须计算各个方案下相应的系统最大负荷距，因此，首先必须估算出最大负荷情况下各个变电站一次侧的负荷，再计算出每种方案的系统最大负荷距，最后根据有关资料确定每种方案的电压等级。1、最大负荷时各变电站一次侧的负荷估算变压器有功损耗相对无功损耗很少，此处暂时忽略不计。取无功损耗为负荷（过变压器的负荷，即无功补偿补偿

8、后变压器二次侧负荷）视在功率的12%，则四个变电站一次侧的负荷计算如下：号变电站：视在功率为=变压器上的无功损耗号变电站：视在功率为变压器上的无功损耗号变电站：视在功率为变压器上的无功损耗号变电站：视在功率为变压器上的无功损耗 线路上的功率损耗暂时不考虑，在用负荷距选电压等级时多考虑裕度即可。2、电压等级的选择：（示意图中有功的单位为MW，无功的单位为Mvar）方案：负荷距：55×26/2+20×31/2=1025MW·km 负荷距：37×22/2+12×49/2=701 MW·km方案A-2-3段和A-4-1段相比，最大负荷距为10

9、25MW·km<2500 MW·km，根据电力系统毕业设计及课程设计参考资料，选110kV电压等级。方案：（下面有功的单位为MW，无功的单位为Mvar）负荷距：52.5×13+17.5×31=1225 MW·km<2500 MW·km，根据电力系统毕业设计及课程设计参考资料，选110kV电压等级。方案：（下面有功的单位为MW，无功的单位为Mvar）负荷距：A-2-3段为55×26/2+20×31/2=1025 MW·kmA-1-4-A段为10.31×65=670.15 MW·

10、;km最大负荷距为1025 MW·km<2500 MW·km，根据电力系统毕业设计及课程设计参考资料，选110kV电压等级。方案：（下面有功的单位为MW，无功的单位为Mvar）由2站解环2-3-1-2示意图如下：负荷距：A-4段为25/2×22=275 MW·kmA-2-3-1-2段为67/2×26+19.82×31=1485.42 MW·km最大负荷距为1485.42 MW·km<2500 MW·km，根据电力系统毕业设计及课程设计参考资料，选110kV电压等级。方案：（下面有功的单位为MW

11、，无功的单位为Mvar）负荷距：A-2段为26×35/2=455 MW·kmA-3段为20×55/2=550 MW·kmA-1段为12×65/2=390 MW·kmA-4段为25×22/2=275 MW·km最大负荷距为550 MW·km<2500 MW·km，根据电力系统毕业设计及课程设计参考资料，选110kV电压等级。方案：（下面有功的单位为MW，无功的单位为Mvar）负荷距： 92×26/2+28.2×31+8.2×32=2332.6 MW·k

12、m<2500 MW·km，根据电力系统毕业设计及课程设计参考资料，选110kV电压等级。3.3 导线的选择与校验1、方案的导线选择与校验选取导线与校验详细计算步骤如下，以方案为例，其他方案不再赘述：（注：由选择电压等级时已列出详细数据和解析图，在此不再重复）已知数据：（1）在最大负荷运行条件下各导线电流计算如下：（2）最大负荷利用小时数的计算 线路的最大负荷利用小时数将由所通过的各负荷点的功率及其负荷点决定。对于放射形网络每条线路向一个负荷点供电，则线路的最大负荷利用小时数就是所供负荷点的最大负荷利用小时数；对于链形网络，各段线路的最大负荷利用小时数等于所供各负荷点最大利用小时

13、数的加权平均值，即：式中：各负荷点的最大有功功率；各负荷点的最大负荷利用小时数。对于环形网络，可在有功功率分点处拆开，成为放射形或链形网络，其各段线路的可用上述方法求的。尚需说明，在同一地区的同一电压等级电力网中，所选导线规格及种类应尽量少，以便检修和管理。各线路最大负荷利用小时数计算如下：hhhh(3)经济电流密度的选择 查电力系统课程设计及毕业设计参考资料P29图3-1得各段线路经济电流密度：(4)按经济电流密度法计算导线截面及(5)按以上计算数据查电力系统课程设计及毕业设计参考资料P115附表1-21得各段导线如下：线段线型计算重量kg/km长期允许载流量（A）A252571.08145

14、.89LGJ-150/25610.04782340001.2845.05LGJ-50/8195.1234A450001.1196.1LGJ-120/25526.64254150001.1131.2LGJ-50/8195.1234(6)导线校验：按在70长期允许载流量条件下校验导线最大负荷电流。2=317.14<478A 2=115.32<234A2=213.34<425A 2=69.32<234A经校验所选取导线均符合要求2、方案的导线选择与校验线段线型计算重量kg/km长期允许载流量（A）A253331.05144.2LGJ-150/25610.04782340001

15、.2779.5LGJ-95/20408.9361A449361.12101.7LGJ-120/25529.64254148281.1374.0LGJ-95/20408.93613140001.2711.8LGJ-50/8195.1234导线校验：按在70长期允许载流量条件下校验导线最大负荷电流。2=336.3<478A=100.97<361A2=227.81<425A=83.62<361A=14.26<234A经校验所选取的导线均满足要求。3、方案的导线选择与校验：线段线型计算重量kg/km长期允许载流量（A）A252731.08145.89LGJ-150/256

16、10.04782340001.2845.05LGJ-50/8195.1234A150001.1153.55LGJ-70/10275.2289A450001.11138.67LGJ-150/25601.04784150001.118.78LGJ-50/8195.1234导线校验：按在70长期允许载流量条件下校验导线最大负荷电流。2=2×158.57<478A 2=2×57.66<234A=153.92<478A=9.75<234A=59.44<289A经校验所选取的导线均满足要求。4、方案的导线选择与校验：线段线型计算重量kg/km长期允许载流量

17、（A）A252231.08178.86LGJ-185/30732.65432340001.2889.22LGJ-95/20408.93612149851.1163.27LGJ-70/10275.22891340001.280.81LGJ-50/8195.1234A450001.1164.95LGJ-70/10275.2298导线校验：按在70长期允许载流量条件下校验导线最大负荷电流。2=386.34<543A=114.2<361A=70.23<289A=1.03<234A2=144.18<298A经校验所选取的导线均满足要求。5、方案的导线选择与校验：线段线型计算

18、重量kg/km长期允许载流量（A）A260000.96105.1LGJ-120/25526.6425A340001.2845.0LGJ-50/8195.1234A150001.1131.17LGJ-50/8195.1234A450001.1164.95LGJ-70/10275.2289导线校验：按在70长期允许载流量条件下校验导线最大负荷电流。2=201.8<425A 2=115.22<234A2=69.12<234A2=144.18<289A经校验所选取的导线均满足要求。6、方案的导线选择与校验：线段线型计算重量kg/km长期允许载流量（A）A251631.09243

19、.4LGJ-300/4011337462342901.25130.1LGJ-150/256014783150001.1142.6LGJ-50/8195.12342450001.11149.6LGJ-150/256014784150001.1119.7LGJ-50/8195.1234导线校验：按在70长期允许载流量条件下校验导线最大负荷电流。2=530.6<746A=162.6<478A=47.3<234A=166.1<478A=21.9<234A经校验所选取的导线均满足要求。3.4确定变电所和发电厂升压变压器的容量和台数考虑到四个变电站所供负荷的重要性，取每个变电

20、站为两台变压器同时运行，则一台因事故切除后，另一台能过负荷30%，及。发电厂变压器容量确定时，考虑地区负荷最低时发电功率能全部送出，同时考虑负荷最大时，允许倒送一部分功率，则一台变压器切除后时，其余变压器能送出70-75%，选三台并联。1、容量计算与型号选择站1：站2：（考虑切三类负荷）站2：（考虑切三类负荷）站4：发电厂：选三台变压器并联2、查电力系统课程设计及毕业设计参考资料主要设备及参数中110kv双绕组无励磁调压变压器各变压器参数如下：站变压器型号台数(kW)(kW)%造价(万元）1SFL1-10000/110272141.110.58.32SFL1-31500/110219031.0

21、50.710.5173SFL1-16000/110211018.50.910.511.34SFL1-20000/1102135220.810.512.3ASFL1-40000/1103203.3641.50.710.519.53、变压器参数计算双绕组变压器等值电路如下所示：公式中：变压器负载损耗 变压器空载损耗%变压器阻抗百分值 %变压器空载电流百分值、变压器额定容量、额定电压参数列表如下变电站17.139127.051,47110,74421.5040.3332.93428.63634.06579.4062.09115.86843.14663.5252.51219.835A1.31331.7

22、634.17433,058变电站并联后13.5763.532.31418.1820.7520.1665.13236.44632.03339.7033.05623.841.57331.7633.63626.446A0.65815.8814各站点等值负荷功率的确定各站点负荷如下站点（MVA）（MVA）112.112+j5.7475.034+j2.062235.204+j16.3615.066+j6.12320.21+j9.6768.049+j3.283425.21+j12.0410.059+j4.1123.5. 主接线形式1、 发电厂接线形式确定由原始资料可知，在发电厂处有2台50MW和3台25M

23、W的发电机以及3台相同容量的升压变压器，因此在低压侧采用双母线接线的机压母线形式，保证变压器和厂用直配用电的可靠性。高压侧为保证供电可靠性，也采用双母线接线形式。2、 变电站接线形式确定在有两回进线的变电站中，采用外桥接线，此种接线形式适用于线路段，变压器投切次数多的情况。中间变电站考虑到穿越功率且带有重要负荷的情况，为保证供电可靠性，采用双母线接线。具体接线形式如下：方案站1站2站3站4高压侧断路器个数1外桥双母线外桥双母线282外桥双母线外桥双母线263外桥双母线外桥外桥234外桥双母线外桥外桥245外桥外桥外桥外桥246外桥双母线外桥外桥23. v.4、预选方案的初步比较对预选方案做初步

24、比较主要从以下几个方面进行：开关数、导线长、路径长、金属消耗量。列表如下：4.1. 金属消耗量计算方案=601×2×26+195.1×2×31+526.6×2×22+196.1×2×49=85638.4kg方案=601×26×2+408.9×31+526.6×22×2+408.9×49+195.1×32=93377.6kg方案=601×2×26+195.1×31×2+275.2×65+601

25、15;22+195.1×49=84018.1kg方案=732.6×26×2+408.9×31+275.2×50+195.1×32+275.2×44=82883.1kg方案=526.6×26×2+195.1×55×2+195.1×65×2+275×22×2=86329.2kg方案=1133×26×2+601.0×31+195.1×32+601×33+195.1×49=113183.1kg4

26、.2预选方案初步比较通过对各个预选方案的布线图的测量和换算，得到每个方案的路径长度、导线长度，再结合前文统计的每种方案所用开关数和导线金属消耗量，对六种预选方案进行初步比较。现将各种数据统计如下：方案开关数（个）线路长（km）路径长（km）金属消耗量kg12825612885638.422620816093377.632324824884018.1424209161822883.152433616886329.2623197171113183.1通过对六种预选方案的布线图的比较以及对其统计数据的比较，可以得到以下几点：方案一和方案五相比，两者的供电可靠性相差无几，虽然方案五的开关数较方案一少，

27、但是方案五所消耗导线金属量多，线路路径长，考虑架线杆塔资金消耗和资源消耗等诸多方面，可以排除方案五： 方案六的金属消耗量过大，而且布线的网络可靠性不高，所以可以直接排除： 方案三和方案一相比，方案三的路径过长，在杆塔和线路走廊的投资过大，而且方案三还有环网，增加了供电的损耗和不稳定性，故舍去方案三。 方案二和方案四相比，在开关数、导线长、路径长都基本相同的情况下，方案二的导线金属消耗量却大大超过方案四，因此舍去方案二。 最终，我们确定方案一和方案四为进入详细比价的两个方案。. v.5、方案的详细比较对初选最终得到的方案一和方案四应进行各项参数的详细比较。详细比较的内容包括电压损耗、一次投资、年

28、运行费、电能损耗等，通过这些项目的比较，得到最优方案。在前面已经选出变压器和导线的情况下，要想对方案一和方案四进行详细比较，就需要对方案一和方案四进行最大负荷下的详细潮流计算。5.1. 各变电站最大负荷时高压侧等值负荷计算变电站（并联时）等值负荷变电站：（并联时）等值负荷变电站：（并联时）等值负荷变电站：（并联时）等值负荷5.2. 方案一和方案四最大负荷下的详细潮流1、方案一正常运行时最大负荷下的潮流（1）A23段假设变压器高压侧电压为115KV则电压降落=（2）A41段假设变压器高压侧电压为115KV则电压降落=2、方案一故障运行时最大负荷下的潮流（1）A23段A2断一回路前面计算的假设升压

29、变压器高压侧电压电压降落=（2）A41段断A4回路S假设升压变压器高压侧电压电压降落=3、方案四正常运行时最大负荷下的潮流（1）A4段潮流假设升压变压器高压侧电压电压降落:=（2）A2312段潮流将2312环解开，粗算其功率分点：细算潮流：将A2312段解成两条链路a：231链路：b:21链路c：A2链路假设升压变压器高压侧电压对A2312段而言：电压降落:=4、方案四故障运行时最大负荷下的潮流取最严重的故障，即环形网中23回路断线，A4段段符合要求，不再考虑，只考虑解环的电网。假设升压变压器高压侧电压电压降落=如果考虑切除三类负荷，故障时电压降落还能勉强维持。与方案一相比，显然方案一的电压降

30、落和电压损耗都较方案四小，因此，在电压损耗方面，方案一优于方案四。5.3. 方案一和方案四的电能损耗1、方案一线路的电能损耗=56.486+j21.283=20.504+j7.63=37.818+j12.365 =12.288+j3.639=790kW =5272 h=0.934=372kW =4000 h=0.937=369kW =5000 h=0.95=202kW =5000 h=0.96查电力系统课程设计及毕业设计参考资料P41得最大负荷损耗小时数：=3600 h=2400h=3200 h=3200 h7903600=28440003722400=8928003693200=118080

31、02023200=646400线路总的电能损耗为55640002、方案一变压器的电能损耗站11307910000721450000.9234002379493150019031.0560000.9345003217811600011018.540000.922400427210200001352250000.923400取变压器运行小时数为T=8600h各变压器上电能损耗变压器总电能损耗14853573、方案四线路的电能损耗=25.461+j10.312 =20.919+j8.255=69.043+j26.216 =0.37775+j0.38836=11.981+j3.603=951kW =5

32、224h=0.93=409kW =4000 h=0.93=300kW =5000 h=0.93=0.50kW =4000 h=0.7=275kW =4985 h=0.96查电力系统课程设计及毕业设计参考资料P41得最大负荷损耗小时数：=3500 h=2400 h=3400 h=3000 h=3200 h332850098160010200001500880000线路总的电能损耗为6211600方案四变压器损耗与方案一相同，因此比较方案一和方案四的电能损耗，只需比较两者的线路上的电能损耗即可。5564000<6211600,所以，在电能损耗方面，方案一比方案四更优越。5.4. 方案一和方案

33、四的一次投资和年运行费查发电厂电气部分课程设计参考资料得下表各设备投资，折旧维护费，年运行费等经济指标。1、方案一的一次投资和年运行费设备型号单价（万元/个）长度（千米）/台数总价格（万元）单位重量(kg/km)A-2LGJ-150/250.3242×2610.1266012-3LGJ-50/80.3422×314.137195.1A-4LGJ-120/250.3242×227.507526.64-1LGJ-50/80.3422×496.539195.1T1SF4-10000/1108.3216.6T2SF4-31500/11017234T3SFL1-1

34、6000/11011.3222.6T4SF4-20000/11012.3224.6TASF4-4000/11019.5339断路器SW4-110/10004.7628133.28主体设备投资：=298.389万元综合投资：Z=万元检修费用：万元折旧费 ：万元年运行费：C=111.20万元其中元/2、方案四的一次投资和年运行费设备型号单价（万元/个）长度（千米）/台数总价格（万元）单位重量(kg/km)A-2LGJ-185/320.322×2612.8297712-3LGJ-95/200.324314.0584042-1LGJ-70/100.34504.6752751-3LGJ-50/

35、80.342322.145195.1A-4LGJ-70/100.342×224.114196T1SF4-10000/1108.3216.6275T2SF4-31500/11017234T3SFL1-16000/11011.3222.6T4SF4-20000/11012.3224.6TASF4-4000/11019.5339断路器SW4-110/10004.7624114.24主体设备投资：=278.861万元综合投资：Z=万元检修费用：万元折旧费 ：万元年运行费：C=116.58万元其中元/方案一和方案四相比，主设备投资方面方案一较多，年运行费方面方案四较多。但是，方案四的路径较方案

36、一长，在杆塔和线路走廊方面的投资很高，所以方案四的综合经济投资比方案一多。最终，经过电压损耗、一次投资、年运行费、电能损耗四方面的详细比较，确定方案一为最优方案。. v.6、对最优方案进行详细潮流计算方案一正常情况下最大负荷的潮流以及故障情况下最大负荷的潮流在前面已经计算完成，此处不再赘述，只计算正常情况下最小负荷的潮流。6.1 各变电站最小负荷时高压侧等值负荷：1、变电站（并联时）等值负荷2、变电站：（并联时）等值负荷3、变电站：（并联时）等值负荷4、变电站：（并联时）等值负荷6.2. 方案一最小负荷时的潮流1、A23段潮流假设变压器高压侧电压为110KV则电压降落=2、A41段潮流假设变压

37、器高压侧电压为110KV则电压降落=. v.7、最优方案的调压计算1、站1的调压计算：低压侧采用顺调压方式，高压侧分别运行在最大最小方式下最大负荷时归算到高压侧的变电站二次侧电压为最小负荷时归算到高压侧的变电站二次侧电压为顺调压，最大负荷时取二次侧不低于10.25kV分接头电压最小负荷时取二次侧不低于10.75kV分接头电压取平均值取最接近的分接头为（22.5%档）校验：站1变压器不符合顺调压要求，选择参数非常接近的有载调压变压器最大负荷时归算到高压侧的变电站二次侧电压为最小负荷时归算到高压侧的变电站二次侧电压为顺调压，最大负荷时取二次侧不低于10.25kV分接头电压取最接近的分接头为（取51.25%档）校验：符合要求最小负荷时取二次侧不低于10.75kV分接头电压取最接近的分接头为（取0档）校验：符合要求再取分接头（取+1.25%档）校验：2、站2的调压计算：低压侧采用逆调压方式，高压侧分别运行在最大最小方式下最大负荷时归算到高压侧的变电站二次侧电压为最小负荷时归算到高压侧的变电