电力系统规划及继电保护设计公式及问题

电力系统规划及继电保护设计（15周）（主要计算公式及设计需要注意的问题）第一部分电力系统规划（8周包括开题报告撰写、英文翻译）概述概述说明电力系统规划及继电保护设计的意义设计目的培养及锻炼的角度（电力系统规划及继电器保护设计是将本专业所学知识进行一次综合运用的过程，从理论上说它涉及到电力系统分析课程的各方面内容，以及发电厂电气部分和继电保护甚至高电压技术的部分内容，可见它涉及面之广。从工程上说，它相当于实际工程设计的一部分，其意义也是十分重要的。该设计是学生对所学过的知识进行一次全面总结和综合训练，也是素质与工程实践能力培养效果的全面检验。）原始资料及分析原始资料（1）发电厂及变电所的地理位置图（每格20——25km）通常火电厂在中心、变电所（4个）分布在火电厂周围、系统在最左侧、水电厂在最右侧（2）变电所的负荷资料最大负荷（MW）、重要负荷（（60〜70）%最大负荷）、功率因数、最大利用小时数、二次电压（10.5KV）、调压要求（最大负荷时、最小负荷时）-+5%（3）电力系统日负荷曲线（最大发电负荷的百分数）：24小时，（冬季、夏季）0-2最低（70%），18-20最高（100%）（4）现有系统情况原有系统为8，新系统向原系统提供的最大功率p^=200MW，cos中=0.85原系统向新系统提供的最大功率，psg=180MW，cosp=0.85；接口电压Un=220KV（5）原有火电厂、水电厂机组型号、容量；机端电压；设计水平年机压母线最大负荷（；50MW），最小负荷（30MW）；水电厂近区负荷（30MW）、保

证出力（60MW）资料分析变电所均有重要负荷，系统接线要有足够的可靠性，变电所至少要有两个电源，在正常运行时保证最大负荷要求，故障时保证重要负荷不停电；因水电厂不容易扩建，需增加机组均为汽轮机组变电所负荷较大（50MW），且考虑远景规划，系统设计采用220KV电压等级线路，可减少网损，提高可靠性；给定的冬季日负荷曲线可以确定水厂的调峰容量，为新增机组容量的确定提供依据；三电源规划（1周）1.年负荷的确定（年初、年中=年初97%、年末=年初110%）（系统分册P38）（1）用电负荷Py（变电所总负荷+水电厂近区负荷+机压负荷+向老区送负荷）*K=年初最大用电负荷（P+P+P+P）xK=P变Z近机压新-老1yK：同步系数（0.9-0.95），(2)供电负荷(2)供电负荷Pg（用电负荷+网损）%=PxK网损网损修正系数K：5%----10%，+P__损1—k一损（机压负荷、近区负荷可以不考虑）（机压负荷、（3）发电负荷Pf（供电负荷+厂用电）P=p+pP=PxKfg厂用厂用f用电率p=Pf1—k厂用用电率：水电厂1%---0.2%；火电厂：供热8%--10%凝汽式：5%-8%（系统分册P40）P=P+PP=P—P总发电容量：总f火f水f火f总f水fPP（P=水gP=水yP=P+P)水f1-K水g1-K水y调峰近区水厂用损或：不细分水厂火厂的发电量，直接按发电总量（末）考虑火厂装机容量备用容量确定事故备用：通常为最大发电负荷的5%----10%，但不小于系统中最大一台机组容量负荷备用：通常取最大发电负荷的2%——5%，大系统取低值，小系统取高值。检修备用：通常为最大发电负荷的8%--15%（当检修不满足时，才需要考虑检修备用）国民经济备用：5%—10%总备用：P备用—P事故+%荷备用（计算时取年末的负荷备用值）水电厂调峰容量的确定水电厂在丰水期通常满发工作，在枯水期承担系统的调峰任务。保证出力去除近区负荷的剩余部分供系统调峰使用。利用等面积原则计算。（1）剩余面积（保证出力一近区出力）对应的负荷百分比X%（80%剩，90%缺，则在80%-90%间，可设为x%）计算剩余面积时需把有名值换算成与日负荷曲线基准一致百分比（2）调峰量：（100%—X%）*日负荷百分比的基准（用电负荷或发电容量）=？MW⑶校验：P水近+1峰-水厂装机容量因水电机组在枯水期总有一台在检修，剩余水电机组的发电功率应大于调峰功率与水电机组近区负荷总合。火电厂装机容量的确定水电厂不容易扩建，新增容量均为火电机组P=P+P-（P+P）-P火新装机火f备近调峰火现有P=P+P-（P+P）-P或（火新装机妹备近调峰火现有）容量尽量取大机组，型号和现有机组相同（最大机组容量不能超过系统最大容量8%〜10%，当机组过大时，可能在机组检修不容易满足）•校验：要求火电厂机组最小出力不小于（60%——70%）系统额定容量，火电厂最小出力应在丰水期，可由夏季日负荷曲线查得。检修计划的安排火电机组：1——1.5年，周期为30天，火电机组检修通常安排在丰水期水电机组：23年，周期为：20天，水电机组通常安排在枯水期进行。（总装机容量应大于年中检修需要，否则需要增加装机容量。）（先不考虑检修备用，当机组不能满足检修计划时，考虑检修备用）网络规划（2周）方案选择的原则和步骤（1）原则：采用分区供电的原则采用先技术后经济的布局原则•依次保证系统主接线的可靠性、灵活性、电能质量、经济性重要负荷必须有双电源供电重要负荷必须有双电源供电•网架结构尽量简单•链式结构不要有两个电压等级环网不能太大•系统与火电厂最好直接相连（2）步骤：•列出可能的接线方案•从供电可靠性，运行维护灵活性去掉不合理的方案•方案粗略的经济比较（断路器的个数、线路的长度），每类留1-2个•方案细经济比较：（主接线、变压器等）电能损耗、工程投资、年运行费、年费用，最终选出一合理方案。设计系统接线的基本原则电压等级的确定•110kv的输送能力为（10-50）mw，距离（150-50）km，若最大负荷大于50mw，需选择220kv电压等级（100-300mw、300-100km）。•电压等级和出线数与负荷阻抗有关（自然功率：负荷阻抗微波做客时传送的功率。此时，在相同条件下能够输送的功率最大P=U2/R（送100km时）：110kv—30万220kv—120万（千瓦））人人•环网的电压等级应一致•出线数是否能满足输送能力的要求初选方案（其中定出2个最好：经济、可靠、灵活）列出所有可能的方案，粗略计算线路长度和断路器的个数线路长度：（架空线参考价50万/km）双回线=距离*1.8*1.1（1.1为地形系数的取值）断路器个数：每出线2个断路器桥形两回线路3个断路器，火厂双母带旁路为出线个数加2个母联断路器；水厂双母为出线个数加1个母联断路器，角形为角的个数价格：220Kv=2*110kv输电线路导线截面的选择（［系统分册］P50）原则：•忽略变压器的损耗，用各变电所的最大负荷计算（枯水期）•一般输电系统：按经济电流密度选择•大跨度线路：按长期载流量选择（1）流程：［密—J—Sj—导线型号-校验-结果（型号尽量相同）（2）计算公式:七=1.*/JNcos中其中：J——经济电流密度A/mm2（查表［系统分册］P50）（最大负荷利用小时数确定电流密度：如T=4800小时—J=1.16A/mm2［3］P14）Pmax一一正常运行方式下最大持续有功功率（MW）双平行线：』P或70%P，环网：最大传输功率P）2maxmaxmax（3）校验：（系统分册P50）（各种运行方式都应考虑）•通过计算极限传输容量Wmax——查表•直接计算长期允许载流量Imax——查表七悠二"axj0.7，103（A）（双回线断开，另一回线的最大电流）NImax<IaeIae:导线容许流量•按机械强度校验：35KV以上的线路导线截面积一般不得小于35mm2,（通常均能满足要求）•按电晕校验：U=84mmk82生（1+°^）lgDm012k0Jr8r

（其值与导线最高工作电压220或242KV比较，220kv线路中不必校验电晕的导线最小型号LGJ-240）•按电压损耗校验：（小于10%）a）按负荷距（系统分册P53表）b）110KV及以上线路导线的截面积对电压降落的影响较小，因此不必进行电压损耗校验。•重要负荷（进行电压损失校验和重要负荷校验时，要考虑火电厂满发（?皿x110%）和水电厂满发（Px97%）的两种情况）P'maxP'max的说明:选导线校验：（正常运行方式）◊平行双回：放射性终端：2Pmax链式：火电厂出口：2（£p-p峰）1水电厂出口：—P2峰水火之间：两边流向都算，取大的环网：在相应运行方式下，按分流公式计算电压校验：（同选导线）重用负荷校验：（故障运行方式下（只断开一条线））平行双回：放射性终端：P'=70%PTOC\o"1-5"\h\zmaxmax链式：火电厂出口：P'=70%（£Px1.1—P）maxi峰P'=1（£Px1.1—P）max2i峰p'=£px1.1—p）max重要峰1水电厂出口：P'=—Pmax2峰水火之间：两边流向都算，取大的◊环网：按断开一条最短线路，走最大线路来处理1P'=70%P或P'=—Pmaxmaxmax2max方案的经济比较（采用抵偿年限法）（1）总投资的计算:须考虑的费用：建设投资：为实现设计方案在建设期间需支付的资金；•主接线的投资：变电所接线方式，火电厂电压等级、方式、出线等。•配电装置投资•断路器投资[9]P15年运行费：设备折旧费，设备的经常性小修费，设备的维护管理费，年电能损耗效益：该设计方案在运行期间内，每年可收入的费用。（2）建设投资：线路投资、变电所投资线路投资单根导线3200元/吨二分裂导线4800元/吨一根据线路型号计算每公里线路的重量：？吨/km，折合为导线单位价格：？元/km线路投资Z=线路总长度*价格变电所投资两方案变电所电气主接线相同，差别为断路器的个数，若差别较小，则可以不参加技术经济比较（3）年运行费用折旧费：投资*折旧维护费线路：投资4%，变压器：投资10%火电厂：投资12%变电所：投资8%1）%•损耗：利用最大负荷损耗时间法计算电能损耗Ttt查表取值线路损耗：C/尸、cP2+Q2cAA=APXT=3（max）2RXT=RXTt一网损小时数1履Ucos甲1UN211、R礼xL（计算线路电阻时，应统一尺度即：考虑三相、双回线或单回线）变压器损耗：AA=（—）2APxt+NxAPxtNxWk01NT—最大负荷损耗时间（系统设计P321）W—n台变压器的总容量WN一变压器的额度容量APk-变压器短路损耗AP0-变压器空载损耗损耗：S=AAxpp——电价年运行费：日=-^(a+a)z+Paa=-^z+Paa10012100a-大修率1.4%,口1%2旦-年行a-基本折4.8%P-价a-折7%a-大修率1.4%,口1%2抵偿年限法：N=n^（投资与运行费用不一致时）旦一旦N＜（5-8）年，用投资大的方案，反之用年运行费用低的方案。发电厂与变电所的电气主接线（1）原则和要求•原则：•基本要求：（系统分册P59）（2）主接线设计•电压等级低出线少：单母线•单母线分段•双母（110以下）•双母旁路：灵活，停电时间短•双母四分段超高压配电的基本接线（500/220220kv:出线14回，三分段出线16回，四分段，平均每段4-5回）•一台半断路器接线超高压配电的基本接线（继电保护二次复杂）•单元（扩大）接线•角形•桥形（内：变压器不常切换夕卜：变压器常切换）a）火电厂主接线原则：每段12MW以下单母线分段每段24MW以上双母线分段（开断电流不满足加电抗器）高压侧母线：◊使用少油断路器时，高压侧采用双母带旁路◊使用六氟化硫断路器，使用双母即可◊当火电厂出线有8条，且又强调其重要性及发展性，使用双母四分段或3/2及接线）机压母线：重要发电厂或大型发电厂均采用双母三分段，◊单母分段，（2~3分段）◊双母三分段发电机应均匀分在各段母线上，并联于机压母线的发动机越多则短路电流越大b）水电厂主接线原则：双母、双母四分段、桥形、角形、双母带旁路（受到地理条件的限制，水电厂接线可采用角形接线方式、扩大单元式）c）变电所变电所的主接线应满足供电可靠性，运行灵活，操作检修方便，节约投资和便于扩建等要求。35-110KV:两回线以下一一桥形，线路变压器组双回线以上一一分段单母线110KV:6回线及以上——双母（不允许停电检修断路器加旁路母线）两台变压器6—10KV侧——分段单母线，线路12回及以上一一双母（带旁路）6—35KV配电用小车式高压开关，不设旁路母线（两回线一般采用桥形（内、外）接线，出线多的采用双母线）变压器的选择（1）发电厂主变压器的选择•机压母线主变压器容量的确定（联络变压器必须选两台）发动机全投：满足机压母线日最小负荷，扣除厂用电后，将剩余功率送入系统S>[[[XN-P机-PnxNx8%]/cos甲]x70%（8%:厂用电）最大机组检修（故障）：系统向机压最大负荷（剩余）S>P剩/cos中两台主变压器中最大一台退出：剩余主变——70%1.2S>[[Pn-P机-Pnx8%]/cos甲]x70%（系数1.2是过载能力）•单元接线的主变压器容量的确定S>[Pnx（1-8%）x1.1]/cos中（1.1是考虑了10%的裕度）（2）变电所主变压器容量的确定S>[-^x1.1]x60%ecos中检修：S>占重要cos中重要变电所：一台主变停运（过载能力）保证重要负荷供电两台以上变电所：一台主变停运，其余保证不小于60%的负荷供电

发电厂及变电所电气设备的选择（短路电流计算）（1周）短路电流计算的目的•电气主接线的比较与选择•选择断路器等电气设备，并对设备提出技术要求•为继电保护配置提供依据•评价并确定网络方案，研究限制断路电流的措施•分析计算输电线路对通讯设备的影响短路电流计算步骤采用工程实用的运算曲线法•绘出等值网络，（次暂态网络图），并将各元件电抗统一编号•简化等值网络，将等值网络化简为断路点为中心的辐射状等值网络，并求出电源与断路点之间的转移电抗•求解计算电抗•由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标么值•计算无限大电源供给的短路电流周期分量的标么值•计算短路电流周期分量有名值•绘制短路电流计算结果表三相短路电流的计算及短路电流计算结果1）确定网络模型忽略负荷电流、元件的电阻、输电线路的电纳、变压器的电纳，发电机用次暂态电抗表示（XGTX；），设各发电机电势模值为1.0相角为0。•元件参数计算：Sb=100MVA线路：Xl=XlxL线路：Xl=XlxLxSB/V2（双回线：1/2）变压器：X=U%xSbx100（扩大单元接线的分裂变压器的电抗？）T*KSN发电机：X=X堂=X—％—G*GSGP/cos中电抗器：XKXR*X电抗器：XKXR*R—UB/SB•系统等值电路图2）三相短路电流周期分量起始值的计算•选择计算短路点：火厂机压母线、高压母线，变电所高压母线，水厂高压母线•画出等值网络•简化等值网络：求出各电源与短路点之间的电抗（转移电抗Xfi）（短路电流为：i"=X»fiE；:等值电源次暂态等效电势（等于1）有名值为：i〃=I"•求出计算电抗Xjs合并后支路：X=X至MjsifiSBS=一Ni一合并支路电源容量NiCOS9i（转移电抗按相应等值发电机容量进行归算）•由运算曲线查出各支路电源供给的短路电流周期分量标么值所谓运算曲线是一组短路电流周期分量I与计算电抗X、短路时间tt*js的变化关系，即IT*=f（Xst），根据各电源的计算电抗Xs，查相应的运算曲线，可得对应任何时间t的周期分量的标么值It*。I"II*0*2.0*4.0•计算总短路电流周期分量有名值和短路容量三相短路电流周期分量（各电流之和）危i、=£iit*tiw'3U*tiNiI短路点t秒短路电流周期分量的有效值KA（INi归算到短路处电压等级的各等值机的额定电流）t：0〃2〃4〃短路容量：S=73ui〃（标么值：S=I〃=匕）fi三相短路冲击电流ih=k何=1.9他〃k:冲击系数（系统分册P31）I〃短路电流有名值

I:动稳定（检验）I:热稳定0“4"3）短路电流计算结果表（系统分册P25）电气设备的选择电气设备的选择一般要求：（系统分册P81）电气设备的选择一般原则：按正常工作条件选择，按短路状态进行校验•按正常工作条件选择：类型和型号的选择额定电压u^>Uns（系统该处的额定电压）额定电流In>I他（最大持续电流）•按短路状态进行校验容量和接线短路种类计算短路点短路计算时间a）热稳定校验b）动稳定校验（1）主变压器的选择（2）电厂母线高压母线：取最大持续工作电流L为最大一台主变气倍水电厂：选最大设备（3）高压断路器的选择断路器的技术指标:UN(kv)a)b)IN（KA）型式：（6〜35）kvUN(kv)a)b)IN（KA）型式：（6〜35）kv（35〜500）额定电流：INbr(KA)ies(kA)c)d)IN>Igmax额定电压：——真空断路器kv六氟化硫Igmax=L°5最大持续电流UN>UNS校验（短路状态）（装设点的电网额定电压）•开断电流：I：<INbI::0〃次暂态电流•热稳定校验（短路切除时间tK>1s不计费周期分量）Qk<lQk<l2t(12=14t=4s)热效应:=n(I〃2+1012+12)12ltk2e）动稳定:ies>im（ies>im（4）隔离开关的选择（5）普通电抗器的选择主要技术参数：。阻（就）电抗器的百分值:ies:设备允许通过的动稳电流的峰值（同断路器的选择）In(KA)XL%U%（残余电压损失）U—BX100%I）-^LUnlIbU—BX100%（选