电力工程设计说明书电力系统规划设计

1、华北电力大学电力工程设计说明书电力系统规划设计农电08k2班第三小组2012年3月目录目录2电力工程课程设计任务书31电力电量平衡31.1系统有功平衡31.1.1 系统用电负荷31.1.2 系统供电负荷和发电负荷31.1.3 系统备用容量31.2 无功补偿的设置31.2.1 1号变电站的无功补偿31.2.2 2号变电站的无功补偿31.2.3 3号变电站的无功补偿31.2.4 4号变电站的无功补偿32供电方案设计与比较32.1 方案的初步设计32.2发电厂和变电站的主接线设计3主接线设计要求32.2.2 发电厂主接线设计3变电站的主接线设计32.3导线的选择与校验3方案I3方案II3方案III3

2、方案IV3方案V3方案VI32.4变压器的选择与相关参数的计算32.4.1 发电厂主变的选择32.4.2 四个变电站主变的选择32.5供电方案的初步比较32.6供电方案的详细比较3电能损耗3电压损失校验3一次投资与年运行费3两种方案经济比较33潮流计算33.1 最大功率与最小功率分布计算33.1.1 确定各站点运算负荷3初步潮流分布3图3-4 功率分布1详细潮流13.1.4最大功率与最小功率时电压分布计算33.3故障时功率与电压分布计算33.3.1 线路2-4退出运行33.2.2 A-2某回线停运34变压器分接头选择34.1发电厂低压母线34.2变电站调压34.2.1 1号站调压计算34.2.

3、2 2号站调压34.2. 3 3号站调压计算34.2.4 4号站调压计算35最优供电方案统计数据36心得体会37参考文献38附录3电力工程课程设计任务书一、 设计题目：电力系统规划设计二、 设计的原始资料（另附）三、 设计的内容要求按照下述设计的内容与要求，每个小组的学生合作完成本设计，共同形成1份“电力工程课程设计说明书”1. 原始资料分析、系统的功率平衡及无功补偿的装置2. 确定若干可能的网络方案1) 设计电网布线形式及相应的电压等级。2) 选择线路的导线型号。3) 选择各变电站中主变压器的台数、容量及主接线形式。3. 对上述方案经初步比较（比较项目如下）选择出23个设计方案1) 路径长度

4、2) 导线长度3) 有色金属消耗量4) 系统侧高压断路器数目4. 对上述方案经详细比较（比较项目如下）选择一个最优设计方案1) 电压损耗 (2)一次投资 (3)年运行费 (4)电能损耗5. 对最优方案进行下列三种方式的潮流计算，并绘出潮流分布图1) 正常情况最大负荷（此时，一般应再校验各导线的型号，必要时做相应重选）。2) 正常情况最小负荷。3) 故障情况最大负荷。6. 按照各结点电压的要求进行调压方式的选择和相应的计算7. 最优网络的统计数字如下1) 一次投资2) 年运行费3) 输电效率4) 物资消耗统计表8. 标准图纸要求1) 初步方案比较图一张（2号图纸）。2) 最优方案主接线图一张（2

5、号图纸）。3) 最大及最小潮流分布图一张（2号图纸）。四、 主要参考资料1. 电力工程设计手册1、3册西北电力设计院2. 电力系统课程设计参考资料梁志瑞3. 电力系统毕业设计及课程设计参考资料东南大学曹绳敏4. 电力工业常用设备手册第3册5. 电力系统稳态分析1电力电量平衡1.1系统有功平衡1.1.1 系统用电负荷发电机总装机容量（有功功率的额定值之和）应大于所有最大负荷之和。系统总用电负荷为：有了各个区域内的最大用电负荷，将其相加，再乘以同时率，即得系统最大用电负荷，其表达式为：式中-区域内各个所最大用电负荷之和；-同时率。同时率与电力用户的多少，各用户的用电特点等因素有关，参照表1-1，去

6、同时率为0.90，得=91.8MW。用户及系统情况用户较少用户很多地区与系统之间同时率0.951.000.700.850.900.95表1-1同时率参考值1.1.2 系统供电负荷和发电负荷系统的供电负荷，就是用电负荷加上为输送负荷而产生的功率损耗。系统的供电负荷表达式为：式中-网损率；-系统的用电负荷。在规划设计时，网损是用网损率计算，而网损率是以供电负荷的百分数所表示，一般为5%10%，本设计取=8%，则MW。系统发电负荷是指满足系统供电负荷，以及发电机电压支配负荷的需要，发电厂发出的功率，其表达式为：式中-系统的供电负荷；-发电机电压直配负荷；-厂用电率。通常发电厂厂用电率如表1-2，查表

7、，取=6%，得=138.06MW。电厂类型热电厂凝汽式电厂小型凝汽电厂大、中型水电厂小型水电厂核电厂厂用电率1015810560.30.51.045表1-2发电厂厂用电率（%）1.1.3 系统备用容量负荷备用容量。通常为最大发电负荷的2%5%，低值适用于大系统，高值适用于小系统。本设计为小系统，取为5%。事故备用容量。通常为最大发电负荷的10%左右，本设计取为10%。检修备用容量。通常为最大发电负荷的8%15%，具体数值有系统情况而定，本设计取为10%。考虑备用容量后，系统发电负荷为：=*（1+5%+10%+10%）=172.58MW发电机组额定容量为：=50*2+100=200MW发电机组工

8、作效率为K=172.58/200=86.29%，正好满足发电机组在80%100%的经济出力的要求，有利于事故时系统频率的稳定，也有利于供电的可靠性及运行的经济性。1.2 无功补偿的设置取各个变电站补偿后的功率因数为0.95。每个站的补偿容量计算如下：1.2.1 1号变电站的无功补偿补偿前的无功为：补偿后的无功容量为：1号变电站无功补偿容量为4.38Mvar1.2.2 2号变电站的无功补偿补偿前的无功为：29.25补偿后的无功容量为:2号变电站无功补偿容量为1.2.3 3号变电站的无功补偿补偿前的无功功率：补偿后的无功容量为：3号变电站无功补偿容量为:1.2.4 4号变电站的无功补偿补偿前的无功

9、功率为：补偿后的无功功率为4号变电站无功补偿容量为，故由发电机提供的无功功率不能满足电网的无功需求，要进行补偿，各个变电站总补偿容量为：2供电方案设计与比较2.1 方案的初步设计根据电力负荷对供电质量的要求以及电力负荷分布的特点，我们设计出了6种初步供电方案，各个方案的网络拓扑见附录（I）。2.2发电厂和变电站的主接线设计主接线设计要求发电厂的电气主接线方式，应根据厂内装机容量、单机容量、设备特点、最终规模等，结合电力系统现状与将来发展，以及本厂再电力系统中的地位等条件综合确定，其接线方式应具备可靠、灵活、经济等基本性能特点。2.2.2 发电厂主接线设计此电厂发电机组容量为2台50MW和一台1

10、00MW，低压侧采用双母线接线；用3台主变压器与110kV网络联系。高压侧都有4回出线，所以采用双母线的主接线形式。变电站的主接线设计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，如桥型接线、变压器线路组等，在满足继电保护的要求下，也可在地区线路上采用分支接线，即T形接线，但在系统主干网上不得采用分支接线。2） 在具有两台主变压器的变电所中，当35220kV线路为双回线时，若无特殊要求，该电压级主接线均采用桥型接线。3） 在3560kV配电装置中，当线路为3回及以上时，一般采用单母线或单母线分段接线。若连接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。4

11、） 在110、220kV配电装置中，当线路为34回时，一般采用单母线分段接线；若为枢纽变电所，线路在4回及以上时，一般采用双母线接线。5） 如果断路器不允许停电检修，则应增加相应的旁路设施，其原则基本同前。根据以上要求对各种方案的主接线选择见表（3）。2.3导线的选择与校验按经济电流密度选择导线截面积：式中 正常运行方式下的线路最大持续视在功率，kVA； 线路额定电压,kV； 经济电流密度，A/根据计算结果选取接近的标称截面积导线。方案I对环网进行初步潮流计算：2314AA39+J12.7915+J4.9225+J8.2123+J7.54图2-1 方案I环网初步潮流分布图经计算、查表可得=60

12、00h =5000h =6000h =4000h =5000h=5219h Je=1.025=4000h Je=1.275=4000h Je=1.275=4480h Je=1.165=4603h Je=1.16计算A-2线路得，计算2-3线路得，计算3-4线路得，计算1-4线路得，计算A-1线路得，按发热校验导线截面：线路A-2：线路2-3：线路3-4：线路1-4：线路A-1：其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。经查表得所有线路均采用LGJ70/10。单位重量为275.2Kg/Km。线路长度为134Km，所以有色金属消耗量为36.877吨方案II对环网进行初步潮流计算：

13、142AA15+J4.9239+J12.7923+J7.543图2-2方案II环网初步潮流分布经计算、查表可得；计算A-2线路得，计算2-3线路得，计算2-4线路得，计算1-4线路得，计算A-1线路得，按发热校验导线截面：线路A-2：线路2-3：线路2-4：线路1-4：线路A-1：其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。经查表得所有线路均采用LJ50/8。单位重量为195.1Kg/Km。线路长度为162Km，所以有色金属消耗量为31.606吨方案III34对环网进行初步潮流计算：212223+J7.5425+J8.21图2-3方案III环网初步潮流分布经计算、查表可得时，；

14、4960h时，时，；时，；计算A-2线路得，计算2-4线路得，计算3-4线路得，计算2-3线路得，计算A-1线路得，按发热校验导线截面：线路A-2：线路2-3：线路3-4：线路1-4：线路A-1：其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。经查表得所有线路均采用LGJ50/8。单位重量为195.1Kg/Km。线路长度为191Km，所以有色金属消耗量为37.264吨方案IV经计算、查表可得时，；时，；时，；时，；时，；计算A-2线路得，计算2-3线路得，计算2-4线路得，计算A-1线路得，按发热校验导线截面：线路A-2：线路2-3：线路2-4：线路A-1：其中，查表得各型号导线持

15、续容许电流，校验都符合长期发热要求。经查表得所有线路均采用LGJ150/2/。单位重量为549.4Kg/Km。线路长度为219Km，所以有色金属消耗量为120.319吨方案V对环网进行初步潮流计算：342223+J7.5425+J8.21图2-4 方案V环网潮流分布（1）12AA15+J4.9239+J12.79图2-5 方案V环网潮流分布（2）各线路功率经计算、查表可得时，；时，；时，；时，；计算A-2线路得，计算2-3线路得，计算3-4线路得，计算1-2线路得，计算A-1线路得，计算2-4线路得，按发热校验导线截面：线路A-2：线路1-2：线路A-1：线路2-3：线路4-3：线路2-4：其

16、中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。经查表得所有线路均采用LGJ50/8。单位重量为195.1Kg/Km。线路长度为153Km，所以有色金属消耗量为29.850吨方案VI对该网进行初步潮流计算：234A39+J12.7925+J8.2123+J7.54图2-6 方案VI潮流分布经计算、查表可得时，；时，；时，；时，计算A-2线路得，计算2-3线路得，计算3-4线路得，计算A-1线路得，按发热校验导线截面：线路A-2：线路2-3：线路3-4：线路A-1：其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。经查表得所有线路均采用LGJ185/10。单位重量为584Kg

17、/Km。线路长度为206Km，所以有色金属消耗量为120.304吨2.4变压器的选择与相关参数的计算2.4.1 发电厂主变的选择1、本设计主接线为发电机端设立母线形式，发电机经母线及升压变压器接入系统时，其变压器总容量应考虑负荷的逐年发展，并按以下原则计算选择：A.当发电机端电压母线上的负荷最小时，应能将剩余功率送入系统；B.当发电机电压上最大一台发电机停运时，应能保证由系统经主变压器供给电压母线上最大负荷。2、考虑备用负荷时，选择两台变压器。其容量考虑一台切除后，另一台能过负荷30%；确定发电厂变压器容量时，地区负荷最低时发电机的功率能全部送出，同时考虑地区负荷最大时，允许系统倒送一部分功率

18、，一台变压器检修切除时，其余变压器能送出7075%Sn，如三台并联时考虑Sn/2*1.3。3、容量计算与型号选择发电厂负责对四个地区负荷供电，为避免变压器检修或故障时造成变压器全厂停电，变压器通常为23台，本设计选择为三台变压器并联。选型110kV双绕组压变压器为：型号额定容量（kVA）额定电压（kV）(高)额定电压（kV）(低)联接组标号SFP7-31500/1109000011022.5%6.6YN，d11空载损耗（KW）负载损耗（KW）空载电流（%）阻抗电压（%）重量（t）85.03400.610.589.2表2-1 发电厂变压器选择2.4.2 四个变电站主变的选择1、主变选择要求变电所

19、主变压器容量，一般都应按510年规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及负荷能力允许时间内，应满足一类及二类负荷供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%以上。考虑备用时，选择两台变压器，保证一台由于故障切除后，另一台能够过负荷30%。一站：二站：三站：四站：型号列表为：站点变压器型号台数(Kw)(Kw)1SFZT-1600/11028625.31.210.52SFZT-40000/110217450.51.010.53SFZT-25000/110212335.51.110.54SFZT

20、-20000/110210430.01.210.5表2-2变电站变压器选择2、电站主变参数计算双绕组变压器等值电路参数计算：各站变压器参数如表2-3站点221479.412.091.59449.7051.0453.182131.764.173.310.515.882.0856.623250.822.932.27125.411.9654.544363.532.481.981.531.7651.243.96表2-3变压器参数计算2.5供电方案的初步比较六个方案的情况列表如下：方案线路长度（Km）路径长度（Km）发电厂与变电站主接线形式高压开关数（个）有色金属消耗量（t）电厂1号站2号站3号站4号站

21、I134134双母桥型双母双母桥型1043.148II162140.5双母桥型双母双母桥型1230.942III191124双母桥型双母双母桥型1649.087IV219109.5双母桥型双母双母桥型14143.66V153153双母桥型双母双母桥型1227.223VI206103双母桥型双母双母线桥型16135.136表2-4初步方案项目列表表中所列方案均能满足供电可靠的性的要求，但各种方案的经济性有差异。通过对比我们选择了经济性好，供电可靠性高的发难III、VI做进一步的详细比较。2.6供电方案的详细比较电能损耗（1）方案III网络中的功率分布：各段电阻如下：最大负荷损耗小时数总电能损耗：

22、（2）方案VI网络中的功率分布：各段电阻如下：最大负荷损耗小时数：线路A-1：，线路3-4：，线路2-3：，线路A-2：，总电能损耗：2.6.2电压损失校验方案III电压损失校验（1）变电站1由电压校验：因故障A-1中的一回线停U=1.9<15满足要求（2）当A-2某回线退出运行时，潮流如图2-7。252314.521.5212432图2-7当A-2某回线退出运行时潮流分布=24.04MW=23.96MW故3号站为功率分点：U=3.13<15满足要求（3）4号站电压损耗计算U=3.06<15满足要求2.6.2.2 方案VI电压损耗校验1244503A421图2-8 方案VI拓

23、扑图（1）A-1电压损耗在前面已经校验过满足要求（2）4号站电压损失校验A-2中某回线退出运行U=9.05<15满足要求若2-3中某一回线退出运行U=7.72<15满足要求一次投资与年运行费（1）方案III一次投资采用LGJ-50/8型导线总长度：191km，有色金属37.264吨，导线单位长度造价：3420元/t导线总投资：37.264t*3420元/t=127442.88元变压器：SFZ7-16000/110，共2台，14万元/台，总计28万元SFZ7-40000/110，共2台，35万元/台，总计70万元SFZ7-25000/110，共2台，20万元/台，总计40万元SFZ7

24、-20000/110,共2台，18.5万元/台，总计37万元变压器共计：=175万元断路器的造价断路器型号：SW4-110/1000,47600元/台断路器台数：14台，=1447600=666400（元）设备投资：=127442.88+666400=793842.88（元）主体设备投资：I=2543842.88（元）综合造价：P=I式中a为不明显的附加费用比例系数，110kV时取90P=223.81（1+0.9）=425.239（万元）检修维护费：G=0.04*P=0.04=193332.0589（元）折旧费=0.058*P=0.058=280331.4854（元）年运行费：C=+=4737

25、01.6013 (元)方案VI一次投资导线选择LGJ-185/10型导线，计120.304t总投资：=120.3043200=334972.8元变压器需=175万元断路器:=16=76.16(万元)一次投资：=334972.8+761600=1096572.8（元）主体设备投资：I=1750000+1096572.8=2846572.8（元）综合造价P=I(1+)P=5408488.32(元)检修维护费用：=0.04*P=0.04=216339.5328（元）折旧费：=0.058*P=（元） C=859761.8554两种方案经济比较1、 两种方案的线路总投资和年运行费用如表2-5。方案投资线

26、路总投资Z（万元）年运行费用u(万元)方案3425.23943.73方案6447.27976.81表2-5 线路总投资和年运行费用2、抵偿年限法：在两个方案中，综合投资,而运行费用,则可用抵偿年限法确定最优方案T=代入数据得：T=7.56>5，则方案3为最优方案。3潮流计算3.1 最大功率与最小功率分布计算变压器参数计算如表2-3.各变电站功率计算如表3-1.站号1234最大负荷14.25+j4.6837.05+j12.1823.75+j7.8121.85+j7.18最小负荷4.75+j1.5614.25+j4.687.6+j2.509.5+j3.12表3-1各变电站功率3.1.1 确定

27、各站点运算负荷变压器等值电路及功率其中：S=S+1、1号站：；取+2、2号站：3、3号站：4、4号站：各点运算负荷（MVA）（MVA）1234表3-2 变电站运算负荷5、计算线路电路电纳后，为化简网络，重新计算各站点运算负荷由，方向由站点流向大地;计算电路电纳后得各站点运算负荷如表3-3。站点（MVA） （MVA）114.34+j3.826.80265+j39.70237.21+j12.1614.6+j2.96325.13+j10.457.68+j2.09423.13+j0.3229.58+j2.85表3-3计算电路电纳后得各站点运算负荷初步潮流分布 1）最大负荷 3 4 2 2 14.118

28、9+j4.5001 5.0378+j0.9651 图3-1最大负荷时初步潮流分布=24.17+j6.63=24.09+j4.150.96+j3.828故得初始功率分布图（节点3为功率分点） 3 4 2 2 图3-2初始功率分布1） 最小负荷 3 4 2 2 图3-3最小负荷时初步潮流分布=8.313+j2.352= =10.2+j2.951=-=0.62+j0.101可得初步功率分布为（其节点3为功率分点）2432图3-4 功率分布详细潮流系统等值电路如附录4。1、最大负荷时（1）将环网从节点3打开如图3-5。=24.17+j6.63 MVA= =0.774+j0.348 MV=+=24.94

29、4+j6.978 MVA （2）=24.81+j4.47（3）=85.47+j22.932 MVA= MVA=90.29+j25.272 MVA线路电容上的充电功率=-j=j1.187 MVA=+=90.29+j24.085MVA=104.71+j26.76234.65+2.最小负荷时3从环网中节点3打开，如图3-5。=8.313+j2.352 =0.46+j0.207=0.62+j0.101=10.2+j2.951=14.36+j2.96 MVA=MVA=MVA=- j=-j1.487 MVA= MVA=6.80265+j39.70=21.85279+j40.5879 MVA由于厂站端的无功

30、不能为负值，即无功补偿不满足要求，故要重新进行无功优化。由于时间原因本设计就不进行无功优化了。3.1.4最大功率与最小功率时电压分布计算在最大及最小负荷下的电压分布1号站：取A点在最大负荷时的电压为115kV，在最小负荷时电压为110kV最大负荷：最小负荷：2号站：最大负荷最小负荷3号站：最小负荷4号站：+j4.15最小负荷3.3故障时功率与电压分布计算3.3.1 线路2-4退出运行 3 2 4 1 A图3-6 线路2-4停运时网络拓扑和等值电路5.477+j1.98=69.15+j31.54=满足要求。3.2.2 A-2某回线停运503644143215.245+J10.94断A-2中的一条

31、回线23A2A图3-7 线路A-2某回停运时的网络拓扑和等值电路3.49+j21.88A电压降设24314.55+J10.4428.41+J20.39设满足要求。4变压器分接头选择4.1发电厂低压母线发电厂母线采用逆调压，调节发电机母线，使电压满足逆调压要求。4.2变电站调压4.2.1 1号站调压计算变压器型号：SF27-1600/110 额定电压：1102*2.5/n*kV相关参数（归算到高压侧）,调压方式为逆调压，即最大负荷时调整到1.05，最低负荷时调整到该变压器的等值电路如图4-1。U2U2U1图4-1变压器等值电路最大负荷时：最小负荷：选1102*2.5%kV分接头，即分接头电压为107.25kV检验：电压偏移：所选分接头满足要求4.2.2 2号站调压变压器型号：SF-27