长沙理工大学电网课程设计方案

目录摘要引言任务书第一章.电网接线方案的拟定和比较1.1初选方案拟定1.2初选方案粗略潮流分布计算1.2.1 导线截面和电压等级的确定1.2.2 初步方案详细计算1.2.3 初步方案计算汇总1.3较佳方案粗略潮流分布计算1.4较佳方案经济比较计算1.4.1 电能损耗计算1.4.2 经济比较方法1.4.3 较佳方案详细经济计算1.5最佳方案精确潮流分布计算第二章.电网接线方式选择及其设备选择2.1发电厂接线方式选择2.2变电所接线方式选择2.3变压器选择第三章.调压计算及分接头的选择3.1调压原则3.2变电所变压器分接头的选择3.2.1 变压器1的分接头选择3.2.2 变压器2的分接头选择3.2.3 变压器3的分接头选择第四章.课程设计心得第五章.参考文献-0-/37摘 要电力工业是国家的基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位。电能是一种无形的，不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持有功功率和无功率的平衡。电力工业发展的经验告诉我们，电力系统愈大，调度运行就愈合理，经济效益愈好，应变事故的能力就俞强，这也是我国电力工业必然的发展趋势。然而联合电网也是由地方电力网相互联接而成的。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，因此，做好电力规划，加强电网的建设十分重要。电力规划是根据社会经济发展的需求，能源资源和负荷的分布，确定合理的电源结构和战略布局。确立电压等级，输电方式和合理的网架结构等，电力规划合理与否，事关国民经济的发展，直接影响电力系统今后的运行的稳定性，经济性，电能质量的好坏和未来的发展。关键词:地区力电网 规划设计 技术比较 调压计算 分接头-1-/37引 言根据电能生产、输送、消费的连续性，瞬时性，重要性的特点，对电力系统的运行也必须保证对第一类负荷的不间断供电，对第二类负荷的供电可靠性，同时，保证良好的电能质量，除此之外降低变换、输送、分配时的损耗，保证系统虑供电的可靠性、灵活性和经济性的基础上，使方案达到最合理化。保证良好的电能质量和较好的经济效益运行的经济性也极为重要。于是在规划电力网时应该根据各个负荷点对电能要求的不同和保证运行的灵活和操作时的安全来选择合适的接线方式和合理的电压等级。在选择电网设计方案时，首先考虑系统对负荷供电的可靠性，在保证供电可靠性的基础上，对供电的灵活性和经济性进行设计和规划。为保证供电的可靠性，对有一类负荷的负荷点采用双回或环网供电。对于灵活性，系统主要通过变电所的接线来实现。在本电网设计中，电压中枢点是变电所，故通过调节变电所的电压来实现电压调整。总之：进行电网规划设计时，要根据当地地理条件，合理选泽方案，综合考虑。-2-/37区域电网课程设计任务书一、课题内容1．发电厂、变电所相对地理位置及距离如图 1所示<距离单位为KM）。图1发电厂、变电所相对地理位置及距离2.发电厂技术参数火电厂A额定功率因数cose装机台数、容量<MW）4×750.8525×20.8额定电压<kV）10.5表1-1火电厂技术参数3．负荷情况表1-2负荷情况地点 变电所项1 2 3目-3-/37最大负荷<MW）204020最小负荷<MW）122015功率因数cos<最大）0.850.90.9功率因数cos<最小）0.80.850.85最大负荷利用时间Tmax<h）5500低压母线电压(kV>10I类504030各类负荷所占百分II类304050比(%>III类202020调压要求逆调压系统情况现有系统，电力网在 A处以220KV双回路与某系统相联，该系统最大综合负荷为60MW，cos=0.9该系统的总容量为525MW平均功率因数为0.85，按功率平衡条件，联络线上的最大负荷时向系统送出180ＭＷ，始端功率因数为cos＝0.95二．设计任务与步骤根据任务书的原始资料，检验系统的功率平衡，并确定电厂的运行方式其中：储备系数为：系统总装机PlKP%10%系统总装机最大负荷时确定系统的装机容量 <备用容量）系统的最大综合负荷： Pl K1K2 Pmaxii 0其中：K1为同时系数，取1；K2为厂用网损系数，取 1.15。本区域电力网的最大综合负荷为： 92MW，有上式易知系统总装机大于-4-/37102MW时满足要求。而电厂给定的容量为 250MW，满足网络要求，故无需增加机组。根据《电力系统稳态分析》课程所学理论知识和电力系统规划设计的基本任务，在电源及负荷大小及其相对地理位置已确定的情况下，完成一个区域电力网络的设计。要求对多个方案进行技术经济比较和分析，选择出最优方案，并对所选方案进行必要的技术计算<如调压计算、稳定性计算），提出解决技术问题的措施。具体设计如下：一．最佳接线方案的确定及其潮流分布可行性线路初步接线方案筛选初步接线方案粗略潮流计算较佳接线方案筛选及粗略潮流计算电力网经济比较最佳接线方案筛选及精确潮流计算二．电网接线方式选择及设备选择发电厂主接线方式的选择变电所主接线方式的选择：变压器选择三．调压计算及分接头的选择调压原则变电所变压器分接头选择-5-/37区域电网规划设计第一章.电网接线初步方案的拟定与比较1.1拟订接线初选方案初步接线方案的拟定依据：电力网接线初步方案主要根据负荷对供电可靠性的要求拟定。在电力系统中，对于Ⅰ类负荷要求任何情况下不能断电，Ⅱ类负荷要求尽可能保证供电，必要时可以断电。从设计任务书中的负荷数据表可知，发电站A、变电所1，2，3的Ⅰ和Ⅱ类负荷所占比例均为80%，所以对发电厂A、变电所1，2，3的供电在任何情况下都不能中断 。根据上述原则可列出可能的各种电网接线初步方案结线如下图：。方案一图1.1.1方案二图1.1.2方案三-6-/37图1.1.3方案四图1.1.4方案五图1.1.5方案六图1.1.51.2初选方案的潮流计算1.2.1先按均一网对其进行粗略潮流分布的计算。1）均一网初步功率分布的计算公式如下：7-/37n*ni1SiZiSiLiS=即：Si1nn*LiZii1i1环网潮流有功功率计算公式：PPmLmLm负荷矩计算公式：PL(pili)i0最大故障电压计算公式：UPL0.05102KV初选方案1图1.2.2-1粗略潮流计算：P1=20MVP2=40MVP3=20MVL1=100KML2=80KML4=180.3KML5=170KM总线路长度：L=(170+100+80+180.3>×1.1=583.3KM开关台数：N=2×4=8Pa(l2l5l4)P1(l4l5)P3l4P243MV(l1l2l4l5)Pe(l2l5l1)P2(l2l2)P3P1l137MV(l1l2l4l5)PbPaP1=17MVPdPeP2=23MV总负荷矩：PLPal1Pbl2Pdl5Pel414641<1）当断开L2时<很明显，2、3种线路故障时负荷矩比此种要大）-8-/37<2）当断开L1时图1.2.2-1-1总负荷矩：PL1[l4(P1P2P3)l5(P1P3)P1l2]1.125546.4电压损耗：U1PL10.0510212.77KV<3）当断开L4时图1.2.1-2总负荷矩：PL4[l1(P1P2P3)l2(P2P3)P1l5]1.121560电压损耗：U4PL40.0510210.78KV<4）当断开L5时<很明显，2、3种线路故障时负荷矩比此种要大）初选方案2-9-/37图1.2.2粗略潮流计算：P1=20MV P2=40MV P3=20MVL1=100KML2=80KML3=150KML4=180.3KML5=170KM总线路长度：L=(150×2+100×2+80×2>×1.1=726KM开关台数：N=2×6=12总负荷矩： PL 8580<1）当断开L1时图1.2.2-1总负荷矩: PL1 9680 PL2 12100电压损耗： U1 4.48KV U2 6.05KV<2）当断开L2时-10-/37图1.2.2-2总负荷矩：PL17700PL26160电压损耗：U13.85KVU23.08KV<3）当断开L3时图1.2.2-3总负荷矩：PL111000PL25280电压损耗：U15.5KVU22.64KV初选方案3图1.2.3粗略潮流计算：P1=20MV P2=40MV P3=20MVL1=100KM L2=80KM L4=180.3KM L5=170KM总线路长度：L=(170+100×2+80+150>×1.1=660KM开关台数：N=2×5=10总负荷矩： PL 12700<1）当断开L1时-11-/37图1.2.3-1总负荷矩： PL1 16700电压损耗： U1 8.35KV<2）当断开L2时总负荷矩： PL2 16400电压损耗： U2 8.2KV<3）当断开L3时总负荷矩： PL3 15600电压损耗： U3 7.8KV<4）当断开L4时总负荷矩： PL4 11600电压损耗： U4 5.8KV初选方案4图1.2.4-12-/37粗略潮流计算：P1=20MV P2=40MV P3=20MVL1=100KM L2=80KM L4=180.3KM L5=170KM总线路长度：L=(150+100+80×2+180.3>×1.1=649KM开关台数：N=2×5=10总负荷矩： PL 13785.5<1）当断开L1时图1.2.4-1总负荷矩： PL1 23346.4电压损耗： U1 11.7KV当断开L2时<2）总负荷矩： PL2 14665.5电压损耗： U2 7.3KV<3）当断开L4时图1.2.4-2总负荷矩： PL3 12326.6-13-/37电压损耗： U3 6.2KV<4）当断开L5时总负荷矩： PL4 15505.2电压损耗： U4 6.93KV初选方案5图1.2.5粗略潮流计算：P1=20MV P2=40MV P3=20MVL1=100KM L2=80KM L4=180.3KM L5=170KM总线路长度：L=(170+100+80+180.3>×1.1=583.3KM开关台数：N=2×4=8总负荷矩： PL 14906.21<1）当断开L1时图1.2.5-1总负荷矩： PL1 17271.21电压损耗： U1 8.63KV<2）当断开L2时-14-/37总负荷矩： PL2 20479.8电压损耗： U2 10.24KV<3）当断开L4时总负荷矩： PL4 13420电压损耗 U4 6.71KV<4）当断开L5时总负荷矩： PL5 10786.6电压损耗 U5 5.39KV初选方案6图1.2.6粗略潮流计算：P1=20MV P2=40MV P3=20MVL1=100KML2=80KML4=180.3KM L5=170KM线路长度：L=(170+100+80×2+180.3>×1.1=671KM开关台数:10总负荷矩： PL 12793.44(1>当断开L1时总负荷矩： PL1 22000电压损耗： U1 11KV(2）当断开L4时-15-/37图1.2.6-1总负荷矩： PL4 17200电压损耗： U4 8.6KV<3）当断开L5时总负荷矩： PL5 12000电压损耗： U5 6KV1.2.3 初步方案的汇总比较表1.2-3初选方案汇总比较线路总总负荷最大故矩障电压工程线路图长度<KW×K损耗<KM）M）<KV）方案一583.33 14641 12.7-16-/37方案二72685806.05方案三666127008.35方案四方案五方案六

649.3 13772 10.6693.33 14906 10.24671 12793 11较佳方案筛选条件：选负荷矩居中，电压损耗越小越好。较佳方案筛选结果：方案一、方案三、方案四。1.3选择导线的电压等级：根据输电线路的传送容量和输送距离确定电压等级，根据线路长度和输送容量，查资料得出本设计方案使用 220KV电压等级。1.4导线截面选择的原则导线截面选择的原则：按计算所得初步功率分布、按经济电流密度选择进行选ISP计算得到导线截面进行选择截面。择。由公式S3UNJi3UNJicosJi表1.4-1架空输电线路导线经济电流密度<A/mm2）-17-/37年最大负荷利用小时数Tmax材料3000以下3000～50005000以上铝1.651.150.90铜3.002.251.75本设计方案选用钢芯铝绞线，且年最大年负荷利用小时数都为5500小时，所以J取0.9各型号导线参数如下表：型号电阻电抗导线投资LGJ-700.450.4414LGJ-1200.270.42325LGJ-1500.210.41328LGJ-1800.170.40830LGJ-2400.1320.40132LGJ-3000.1070.3940LGJ-4000.080.37445LGJ-7000.0440.40265表1.4-2各型号导线参数1.5三个较佳方案及其潮流分布较佳方案<一）图图1.3-1-18-/371.粗略潮流计算：在2点处打开环网，计算线路损耗 P及 Q电压损耗UP

PmLmLmP4 0.92 Q4 2.80 U4 12.17KVP5 0.005 Q5 0.015 U5 0.68KVP2 0.1545 Q2 0.47 U2 2.93KVP1 0.72 Q1 2.19 U1 7.57KV线路L1：P=43MW Q=Ptan 23.1Mvar线路L2：P=23MW Q=10.7Mvar线路L4：P=37MW Q=18.4Mvar线路L5：P=40MW Q=19.4Mvar2.各线路功率因数计算线路L1：cos0.88查表可得3975线路L2：cos0.91查表可得3950线路L4：cos0.87查表可得3975线路L5：cos0.95查表可得37503.计算导线电流：公式： I P J=0.9Amm2S I3ucos J线路L1:I=128.23AS=142.48mm2选LGJ-240R0=0.132X0=0.401-19-/37线路L2:I=66.33AS=73.70mm2选LGJ-240R0=0.132X0=0.401线路L4:2I=107.88AS=119.87mm选LGJ-240R0=0.132X0=0.401线路L5:I=8.29AS=9.21mm2选LGJ-240R0=0.132X0=0.4014.根据起晕电压校验导线截面：ucr 49.3 0.91.08 log(700 1.08) 136.37 (220 3) 1.05 133.37经校验：LGJ-240导线满足要求。较佳方案<二）图图1.3-21.粗略潮流计算：PmLmPLm线路L1：P=80MW Q=Ptan 41.5Mvar线路L2：P=31MW Q=15.04Mvar线路L3：P=29MW Q=14.07Mvar-20-/37线路L4：P=11MWQ=5.34Mvar2.各线路功率因数计算线路L1：cos0.86查表可得4000线路L2：cos0.89查表可得3950线路L3：cos0.88查表可得3980线路L4：cos0.89查表可得39503.计算导线电流：公式： I P J=0.9Amm2S I3ucos J线路L1:I=117.99AS=131.1mm2选LGJ-240R0=0.132X0=0.401线路L2:I=90.36AS=100.4mm2选LGJ-240R0=0.132X0=0.401线路L3:I=84.51AS=93.9mm

2选LGJ-240R0=0.132X0=0.401线路L4:I=32.64AS=35.6mm2选LGJ-240R0=0.132X0=0.4014.根据起晕电压校验导线截面 ：ucr 49.3 0.91.08 log(700 1.08) 136.37 (220 3) 1.05 133.37经校验：LGJ-240导线满足要求。较佳方案<三）图-21-/37图1.3-31.粗略潮流计算：P

PmLmLm线路L1：P=47.4 Q=Ptan 25.1线路L2：P=20 Q=9.7线路L3：P=7.4 Q=-3线路L4：P=32.6 Q=16.4各线路功率因数计算线路L1：cos0.84查表可得4000线路L2：cos0.90查表可得3950线路L3：cos0.90查表可得3950线路L4：cos0.80查表可得41003.计算导线电流：公式： I P J=0.9Amm2S I3ucos J线路L1:I=141.4AS=157.1mm2选LGJ-240R0=0.132X0=0.401线路L2:I=29.2AS=32.4mm2选LGJ-240R0=0.132X0=0.401-22-/37线路L3:I=20.9AS=23.2mm2选LGJ-240R0=0.132X0=0.401线路L4:2I=96.1AS=106.81mm选LGJ-240R0=0.132X0=0.4014.根据起晕电压校验导线截面：ucr 49.3 0.91.08 log(700 1.08) 136.37 (220 3) 1.05 133.37经校验：LGJ-240导线满足要求。1.4经济比较计算1.4.1电能损耗计算最大负荷损耗时间法的计算步骤为：根据负荷的最大负荷时间和功率因数计算输电线路的最大负荷时间和平均功率因数。根据最大负荷损耗小时tmax与最大负荷利用小时Tmax(h>,功率因数COSφ之间的关系由表查取最大负荷损耗时间。表格如下：表1.4.1最大负荷时间Tmaxcosφ=0.80cosφ=0.85cosφ=0.90cosφ=0.9555004100400039503750按下式计算电能损耗： W=PMAXmax1.4.2经济比较方法<投资计算、年运行费用计算和抵偿年限计算）方案比较方法常用的有最小费用法，净现值法，内部收益率法，和抵偿年限法等，其中抵偿年限法属于静态投资收回法。该方法的优点是计算简单，资-23-/37料要求少；缺点是以无偿占有国家投资为出发点，未考虑时间因素，无法计算推迟投资效果，投资发生与施工期，运行费用发生与投资后，在时间上未统一起来；仅计算回收年限，未考虑投资比例多少，未考虑固定资产残值；多方案比较一次无法算出。仅用于电力系统规划设计中简单方案比较。本设计采用抵偿年限法。年内，采用投资大，年运行费用低的方案，否则应采用投资小的方案。网络电能损失费1.4.3较佳方案经济计算较佳方案一图1.4.3-1年电能损耗计算WL1=(0.7215+0.1545+0.005>×3975=3501.98WL2=(0.1545+0.005>×3950=180.775WL4=0.92×3975=3657WL5=0.005×3750=18.75电网总投资计算线路投资：583.33×32=18666.56万元高压断路器：8×40=320万元附加容量投资：1000×1×(0.72+0.15+0.92+0.01>×1000=180万元年运行费用计算-24-/37（1）输电线路18666.56×0.04=746.7万元（2）变电所320×0.14=44.8万元（3）年电能损耗费用 0.20×7985.5×1000=159.7万元较佳方案二图1.4.3-2年电能损耗计算WL1=5080WL2=1109.95WL3=1862.64WL4=300.2电网总投资计算<1）线路投资：660×32=21120万元<2）高压断路器：10×40=400万元<3）附加容量投资：1000×1×<1.27+0.28+0.47+0.08）×1000=2100万元年运行费用计算(1>输电线路：21120×0.04=844.8万元(2>变电所：400×0.14=56万元(3>年电能损耗费用：0.20×8352.8×1000=167.1万元较佳方案<三）-25-/37图1.4.3-3年电能损耗计算WL1=0.533×4000=2132WL2=0.059×3950=233.1WL3=0.029×3950=114.6WL4=2.19×4100=8979电网总投资计算（1）线路投资：649.33×32=20778.56万元<2>高压断路器：10×40=400万元(3>附加容量投资：1000×1×<0.533+0.059+0.029+0.72）×1000=134.1万元年运行费用计算(1>输电线路：20778.56×0.04=831.1万元(2>变电所：400×0.14=56万元(3>年电能损耗费用：<2132+233.1+114.6+8979）×0.20×1000=2291.74万元1.4.4较佳方案经济比较汇总表1.4.4较佳方案经济比较汇总工程 线路图 电网总投资< 年运行费用万元） <万元）-26-/37较佳方案一19166.53951.2较佳方案二217301067.9较佳方案三21312.63178.8最佳方案筛选条件：5年内：选投资小，年运行费小的方案。最佳方案筛选结果：综合考虑选取较佳方案一。第二章 电网接线方式选择及设备选择2.1发电厂主接线方式的选择：由于发电机容量为 50MW，低压侧采用单元线接线方式，主变压器台数采用 4台。高压侧采用双母线接线方式接线如图 2.1.1-27-/37图2.1.1发电厂主接线2.2变电所主接线方式的选择 ：由于变电所 2、变电所 3都是两进两出，所以高压侧均采用桥型接线，低压侧采用双母线<无旁路）接线。接线如图2.2.2-28-/37图2.2.2 变电所主接线2.3变压器选择：变压器容量的选择：1.2SN 0.8 Smax发电厂：<2台）SN=0.8P2Q2=34.44MVA1.22选择型号：SSPL-63000/220P0 93KWPk 404KWUk% 14.45I0% 2.41变电所1：<2台）0.8P2Q2S==6.83MVAN21.2选择型号：SSPL-63000/220变电所2：<2台）0.8 P2 Q2S N= =16.48MVA1.2 2选择型号：SSPL-63000/220变电所3：<2台）SN=0.8P2Q2=7.80MVA1.22选择型号：SSPL-63000/220得最大负荷时系统的精确潮流分布图：-29-/37图2.3.1最大负荷时精确潮流分布同理可得最小负荷时的精确潮流分布图：图2.3.2最小负荷时精确潮流分布系统线路结线图：-30-/37图2.3.3线路接线图第三章 调压计算及分接头的选择3.1调压原则为进行调压计算需要计算最大和最小负荷的情况下，电力网的潮流分布计算，然后利用潮流计算结果即可以进行变压器分接头的选择，当采用普通变压器分接头不能满足要求的情况下，可以考虑采用有载调压变压器或采用无功补-31-/37偿装置。电力系统中的设备大多运行在额定电压水平，但是系统中的负荷在无时无刻的变化着，因此设备的实际电压也随着变化。如果电压上升得太多则会超过设备的绝缘水平，最终导致设备的损坏，而电压下降的太低往往设备不能运行在效率最高的水平，甚至导致电压的崩溃的现象出现。因此我们要争取一系列的调压措施，保证各节点的电压在允许的范围内波动，在进行调压计算时，控制发电机高压母线A在最大负荷时保持Umax=231KV，在最小时Umin=220KV，可满足变电所的调压要求。电枢点的调压方式有三种分别为：顺调压、逆调压和常调压其中逆调压在最大负荷时保持中枢点电压不超过 5%，在最小负荷时保持为额定电压。顺调压的在最大负荷是允许中枢点的电压低一些，但不低于额定电压的 102.5%，在最小负荷时允许电压高一些，但不高于额定电压的 107.5%。常调压则介于两者之间，既在任何负荷下面保持电压额定电压的 102%--105%。3.2变电所变压器分接头选择3.2.1变压器1的变压器分接头选择因为变压器采用逆调压方式，故此变压器低压侧电压要保持在10~10.5之间。公式：UtGmax(UGmaxUgmax)UNg'UgmaxUtGmin(UGminUgmin)UNg'UgminUtGmax UtGminUtG2结点1：最大负荷时：UtGmax(2318.64)10.5232.43KV10-32-/37最小负荷时：UtGmin(2205.50)10.5225.23KV10UtGmaxUtGmin229.35KVUtG2选：220+5%的分接头，校验220+5%=231KV最接近于229.35KV结点2：最大负荷时：UtGmax(2318.643.48)10.5228.77KV10最小负荷时：UtGmin(2205.502.54)10.5222.56KV10UtGmaxUtGmin225.67KVUtG2选：220+2.5%的分接头，校验220+2.5%=225.5KV最接近于225.67KV结点3：最大负荷时：UtGmax(23113.69)10.5227.13KV10最小负荷时：UtGmin(2207.69)10.5233.43KV10UtGmaxUtGmin230.28KVUtG2选：220+5%的分接头，校验 220+5%=231KV最接近于230.28KV电网课程设计心得今天是2018年的最后一天，明天将迎来新的一天和新的一年。经过为期两周的区域性电网课程设计，通过组员的共同协作和努力，从一开始的迷茫感叹到现在的欣慰成果。拿着一份厚重的课程设计论文稿，一种莫名的成就感油然而生。因为这里面有我们所有的努力和收获。-33-/37在课程设计初期，因为没有做过课程设计的经验，所以对这次课程设计任务都不是很了解，对于步骤也很陌生。本学期我们也刚刚学习完《电力系统稳态分