稳态高压电力网最优网络接线方案设计

/书目书目 1引言 2第1章设计和分析 31.1功率平衡计算 4系统的有功功率平衡计算 4无功功率平衡以及无功补偿计算 51.2无功补偿计算 5第2章电网供电方案的设计 72.1电网供电方案的设计 7电力网接线方案的初步选择 72.2电压等级的选择 102.3设计方案 11设计方案一： 11设计方案二 12第3章导线截面的选择 173.1导线截面积选择原则和方法 173.2按电晕校验导线截面积 173.3按电压损失校验导线截面积 18方案一 18方案二 193.4两种方案的经济比较 19投资费用的计算 201.方案一 20年运行费用 20第4章最优方案的技术经济计算 214.1变压器容量的选择 224.2网络潮流计算 23（1）1号变电所 23设计总结 26参考文献 27电力系统稳态分析课程设计成果评定表 28引言电能是当前我国能源消费的主要形式之一，近年来，随着国名经济的快速增长，社会对电能的需求越来越高，对供电质量和牢靠性的需求也越越来越高。因此，必需通过发展电力工业，不断扩大电力系统的规模，建设稳定牢靠的供电网络来满足经济发展的需求。电力网络接线最优方案的设计是前提，是电网建设的总体规划，是电力工程建设的实施方针是一项具有战略意义的工作，必需以高效，经济，牢靠为原则。电网设计的任务是依据设计期内的复合要求及电源建设方案，确定相应的电网接线，以满足牢靠、经济、平安地输送电力的要求。电网接线方案通常有很多种，依据电网实际状况确定最优的接线方案，是电网设计的重中之重。本设计内容包括：分析原始资料，审定运算条件，校验系统有功、无功平衡和各种运行方式，通过方案比较，确定系统接线方案，确定发电厂、变电所的接线方案和变压器的型号、容量及参数，进行系统的潮流计算，选择变压器的分接头，设计系统设计的主要指标，回执系统电气主接线图。第1章设计和分析以发电厂A为电网电源点,变电所1，２,３为负荷点所构成的电力网。其接线方案的设计和分析，以及最优选择如下：1.1功率平衡计算系统的有功功率平衡计算为了维持频率的稳定，满足用户对功率的要求，电力系统装设的发电机额定容量必需大于当前的最大负荷。⑴系统最大用电负荷的计算系统的最大用电负荷按时1-1计算，取同时率＝0.9，各变电所最大负荷有任务书表１—１所示，系统的最大负荷为(1-1式)⑵系统供电负荷的计算选择网损率＝7%，按式1-2计算(1-2式)⑶系统发电负荷的计算系统发电负荷是指发电机出力，即系统供电负荷、发电机电压直配负荷、发电厂厂用电负荷之和。依据任务书表1-1克可知发电厂Ａ为小型火电厂，经慎重选择，可选厂用电率＝10%，按式1-3计算的发电厂负荷为(1-3式)其中：—同时率，—网损率，—厂用电率，—发电厂的机压负荷⑷发电厂A的总装机容量发电厂总装机容量除满足系统发电负荷需求外，还应考虑留有20﹪-30﹪的系统有功备用容量。按式1-4计算可得：（1-4式）因发电厂最大机组容量一般不超过系统总容量的,在考虑到系统负荷增长的状况下，发电厂A中最大机组容量以不超过为宜，最终确定发电厂总装机容量为1.1.2无功功率平衡以及无功补偿计算电力系统的无功功率平衡，是系统电压质量得根本保证。对系统作无功功率平衡计算的主要目的，在于初步估计系统中发电机的容量是否能够满足系统最大负荷时的要求，是否须要加装无功补偿设备。为达到就地平衡就必需分层分区进行无功补偿。合理的无功补偿和有效的电压限制，不仅可以保证电压质量，而且将提高电力系统的稳定性、平安性和经济性。在主变压器最大负荷时，因为功率因数为0.9--0.95，所以不需补充无功功率，系统内的总装机容量应当大于发电负荷，即系统内应当有足够的备用容量，按规定系数的总装机容量应大于或等于系统最大发电负荷的1.2倍。1.2无功补偿计算依据设计要求,各变电所低压母线的功率因数须要提高到0.98,变电所10KV母线设计接受装设电容器组来实现无功补偿.依据《电力系统电压和无功电力技术导则》规定：220KV及其以下电压等级的变电所，在主变压器最大负荷时，其二次侧的功率因数或电网供应的无功功率和有功功率之比值应满足下表规定：对于不满足规定的变电所，需作无功补偿，使其全部满足规定值。表1-1电压等级和二次侧的功率因数及Q/P的关系变电所电压等级（KV）22035~110二次侧功率因数0.95~10.9~1Q/P0.33~00.48~0无功负荷：（1-5式）变压器无功损耗：（1-6式）式中m为电压变换次数，为1次。系统中无功电源：（1-7式）式中n为发电机台数，为主网和邻网输入的无功功率。系统无功备用容量：（1-8式）整个系统的无功功率：（1-9式）无功功率平衡未达到要求，可初步确定出需加装的的容性补偿设备总容量为：（1-10式）当无功功率平衡基本达到要求后，并不能认为系统运行中电压质量已经满足要求，而只能认为，保证系统电压质量具有可能，真正确认系统电压达到要求，则必需通过潮流计算及接受相应的调压措施。第2章电网供电方案的设计2.1电网供电方案的设计电力网接线方案的初步选择对所给的原始资料进行定性分析，依据用户对供电牢靠性的要求、地理位置及负荷的大小，提出各种可能的接线方案。接线方案应考虑以下因素：(1) 确定电源处断开一回线的状况下，仍能将全部功率送出去的最少出线数。(2) 依据负荷备用的要求及负荷大小,确定对各变电所的供电方案。(3) 考虑运行灵敏便利，不宜有太多环网。对各种可能的接线方案，进行初步比较，将明显不合理的方案舍去，保留2~3个方案。综合上述因素，初步确定如下2个方案,故电力网最优接线设计方案示意图如下:表2-1各种接线方案方案图形线路长度（km）优缺点方案一291.93优点：线路段，接线方式简洁；缺点：损耗大，供电牢靠性不高。方案二337.64优点：线路较短，牢靠性高，损耗小；缺点：接线较困难，变电所3的接线方式较单一，灵敏性一般。方案三389.93优点：供电牢靠性高，线路较短；缺点：接线困难，损耗大。方案四374.39优点：线路段，牢靠性高；缺点：接线有点困难，损耗大。方案五482.96缺点：线路太长，损耗较大，此方案不适用。方案六435.64缺点：接线方式较单一，电力网络灵敏性不高，损耗大，线路太长不经济。方案七217.82缺点：接线方式较单一，电力网络灵敏性不高。发电厂和各变电所、变电所和变电所之间的距离计算如下：依据发电厂和各变电所负荷状况表中各变电所负荷大致分布及各变电所中一二类负荷所占比例，电路电线的距离，所用断路器的个数，以及电力电网运行时的稳定性推断初次去掉方案三、方案四，方案五、方案六和方案七。留下方案一和方案二进一步计算比较。图2-1方案一的初步潮流计算图2-2方案二的初步潮流计算从满足电网供电牢靠性角度动身,在进行电力网网络结构初步设计时,应考虑选用有备用的接线方式.通过比较各设计中装设断路器的总台数及路途总长度,要初选出线路总长度较短,运用断路器较少的几个最优设计方案.2.2电压等级的选择由于在方案初步比较时，电网功率分布以及导线截面积均未知，可以近似取作为线路电抗，并利用下式来估计电网在正常运行和故障后离电源点距离最远变电所的电压损耗百分数：（2-1式）式中，—电网的额定电压（KV）Q—线路上所通过的无功功率，(Mvar)l—各段线路的长度（km），这里要留意把直线距离乘以1.1，以考虑线路途路经弯曲而增加的长度。按上式简化计算，若在正常运行时，电压损耗在10％以内，故障状况下，电压损耗在15％以内，则认为该方案在技术上是成立的。反之，该方案在技术上不成立，应舍去。对于简洁环形网络，将全网作为均一网络，计算其近似功率分布，进而求得距电源点电气距离最远处的电压损耗的百分数ΔU%。在选择输电线路电压等级时，应依据输送容量和输送距离，以及四周电力网的额定电压的状况，从拟定的几个方案中通过技术经济指标的比较确定。在接线方案拟定时，要留意要满足远景须要的发展。当方案技术经济指标相近，或者较低电压等级的方案优点不太明显时，应考虑电压等级高的方案。分析以上计算数据发觉，单回线路输送的最大负荷估算值接近50MW，且最长线路为100km，则确定电网电压等级为110KV。2.3设计方案设计方案一：计及变电所中变压器的功率损耗(有功损耗忽视不计,无功损耗一般去变电所负荷功率的10%~12%),可认为接在高压电力网中的节点1、节点2、节点3的负荷功率分别为（2-2式）（2-3式）（2-4式）功率因数已经补偿到0.98,各变电所变压器损耗俊取为负荷功率的1.1倍.分析图2-1电力网接线形式，可知A-3单回路途路输送的初步功率为（2-5式）依据单电源的初步功率分布计算方法,按式2-6可算出A-1线路输送的初步功率，计算时可以近似的认为全网线路同型号，即为均一网，线路阻抗可以用线路长度代替。依据设计任务书中给出的图1-1的发电厂，变电所的地理位置，计算出个条线路的长度，代入式2-6就可得到A-1线路的初步功率为（2-6式）同理,线路A-2段的初步功率为（2-7式）故有: （2-8式）设计方案二1.各变电所的最大负荷由资料可知，所以（2-9式）（2-10式）（2-11式）2.电力网络潮流计算（2-12式）（2-13式）（2-14式）（2-15式）（2-16式）（2-17式）（2-18式）（2-19式）表2-2线路名称输送容量（MVA）输送距离（km）电压等级（kv）最大负荷利用小时（h）最大负荷损耗时间A-167.1772.11110400035001-225.1756.57110450035003-224.8310011045003500A-359.8363.25110400035003.各导线的截面积（2-20式）（2-21式）（2-22式）（2-23式）4.依据导线截面积选择导线型号从下面附表中，查导线电阻和电抗值，得出参数如下表：表2-3导线的型号电阻和电抗线路名称横截面积（）导线型号电阻（）电抗（）电压等级（kv）充电功率（Mvar/100km）允许截流量（A）A-1280.88LGJ-300/400.1050.3951103.827351-2105.25LGJ-120/250.2230.4211103.5724083-2103.83LGJ-120/250.2230.4211103.572408A-3250.19LGJ-300/400.1050.3951103.827355.校验导线截面积（按允许载流量条件校验导线截面）（1）A—1段a.故障时断开1—2段，则流入线路A—1的功率、电流分别为：（2-24式）（2-25式）b.故障时断开A-3段，则流入线路A-1的功率、电流分别为：(2-26式)(2-27式)(2)1-2段a.故障时断开A-1线路，则流入线路1-2的功率、电流分别为：（2-28式）（2-29式）b.故障时断开3-2线路，则流入线路1-2的功率，电流分别为：（2-30式）（2-31式）(3)3-2段a.故障时断开1-2线路，则流入线路3-2的功率、电流分别为：（2-32式）（2-33式）b.故障时断开A-3线路，则流入线路3-2的功率，电流分别为：（2-34式）（2-35式）(4)A-3段a.故障时断开3-2线路，则流入线路A-3的功率、电流分别为：（2-36式）（2-37式）b.故障时断开A-1线路，则流入线路A-3的功率，电流分别为：（2-38式）（2-39式）6.精确计算(1)各线路的阻抗参数(2)各段线路功率的分布状况（2-40式）（2-42式）（2-42式）（2-43式）第3章导线截面的选择3.1导线截面积选择原则和方法送电线路的截面积，一般依据经济电流密度选择。对于大跨越导线的截面积，一般按长期允许载流量选择。送电线路所接受的导线和避雷线，应符合国家颁布的产品规格，铝绞线、钢芯铝绞线和扩径导线的规格及长期允许载流量。导线截面积选择的一般做法：先按经济电流密度初选导线截面积，然后做电压损失、机械强度、电晕、发热等技术条件的校验，有必要时尚续做技术经济比较，确定导线截面积及相应的导线型号。3.2按电晕校验导线截面积对于110KV及以上电路，电晕现象往往是限制导线截面积不能过小的主要缘由，所选导线截面的电晕临界电压应大于其最高工作电压。依据附表不必验算电晕的导线最小型号及外径中，表中列的是不产生电晕的导线最小截面积。因此两个方案所选的导线均不必进行电晕校验。3.3按电压损失校验导线截面积按电压损失校验导线截面积的目的不是主要运用截面积变更来使线路满足要求，而可以找寻各种措施，如题高功率因数，改用有载调压变压器以及变更电网规格设计方案等，将这些措施和增大截面积一起做经济比较，从而确定合理措施使线路满足电压损失校验。方案一（1）正常运行时各线路的电压损耗（3-1式）（3-2式）（3-3式）（3-4式）（2）发生故障时各线路的电压损耗（3-5式）（3-6式）（3-7式）（3-8式）方案二(1)在正常运行状况下各线路的电压损耗为：（3-9式）（3-10式）（3-11式）（3-12式）（2）故障状况下各线路的电压损耗为：（3-13式）（3-14式）（3-14式）（3-15式）一般认为在无特殊状况下，正常运行时电压损耗不超过10%，故障时电压损耗不超过15%，则此校验中导线满足要求。3.4两种方案的经济比较最优网络规划方案的设计是依据规划区内电源、负荷分布状况确定合理的电网结构，是保证电力系统平安、稳定、经济运行的关键。方案比较的主要方法：经济比较法。经济计算是从国民经济整体利益动身，计算电气主接线的各个比较方案的费用和效益，为选择经济上的最优方案供应依据。在经济比较中，一般有投资和年运行费用两大项。计算时，可以计算个方案不同部分的投资和年运行费用。先分析如下：投资费用的计算1.方案一设线路的投资为Z，造价为P（3-15式）2.方案二设线路的投资为Z，造价为P（3-16式）年运行费用（3-17式）式中—年运行费，元/年；—基本折旧率，取4.8%；—大修率，国产设备取1.4%，进口设备取1%；—投资费，元；—年电能损耗，；—电价，元/1.方案一线路A-1：（3-18式）线路1-2：（3-19式）线路A-2：（3-20式）线路A-3：（3-21式）（3-22式）方案一的年运行费用（3-23式）2.方案二线路A-1：（3-24式）线路1-2：（3-25式）线路2-3：（3-26式）线路A-3：（3-27式）（3-28式）方案二的年运行费用（3-29式）由此比较两种方案，当经济效益相同时、，推断出方案二为最优方案。第4章最优方案的技术经济计算4.1变压器容量的选择1.发电厂变压器的选择发电机电压母线和系统连接的变压器一般选两台，一台变压器的容量按能担当60%—70%的电厂容量的选择，一般取60%。发电机和变压器为单元连接，按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度，依据附表110双绕组无励磁调压电力变压器技术数据表选得该变压器型号为：,则其参数为（4-1式）（4-2式）（4-3式）（4-4式）2.变电所变压器的选择变电所和系统相连接的主变压器一般装设两台。则选择的变压器要满足：（4-5式）（4-6式）其中是变电所的最大负荷容量，是变电所的全部重要负荷容量。（1）1号变电所（4-7式）（4-8式）所以选择两台。（2）2号变电所（4-9式）（4-10式）所以选择两台。（3）3号变电所（4-11式）（4-12式）所以选择两台。4.2网络潮流计算（1）1号变电所 a.在最大负荷运行状况下运算负荷功率（4-13式）（4-14式）（4-15式）（4-16式）（4-17式）b.在最小负荷运行状况下运算负荷功率（4-18式）（4-19式）（4-20式）（4-21式）（4-22式）（4-23式）(2)2号变电所a.在最大负荷运行状况下运算负荷功率（4-24式）（4-25式）（4-26式）b.在最小负荷运行状况下运算负荷功率(4-27式)（4-28式）（4-29式）（4-53式）（4-30式）(3)3号变电所a.在最大负荷运行状况下运算负荷功率（4-31式）