高压配电网的设计

[键入文字]目录摘要 2Abstract 3绪论 4第一部分设计任务书 5一、高压配电网的设计内容 5二、设计文件及图纸要求 5三、原始资料 5第二部分设计说明书 8一、高压配电网有功平衡计算结果 8二、高压配电网的电压等级和接线方式 8第三部分计算书 10一、有功功率平衡 10二、高压配电网电压等级的选择 12三、变电所主变容量的选择 12四、备选的接线方案 13五、选择导线接线截面 15六、电力系统潮流与电压计算 33致谢 35参考文献： 36摘要电力系统的主体结构有电源，变电所，输电、配电线路和负荷中心。各电源点还互相联接以实现不同地区之间的电能交换和调节，从而提高供电的安全性和经济性。输电线路与变电所构成的网络通常称电力网络。电力系统是一个庞大而复杂的大系统，它的规划问题还需要在时间上展开，从多种可行方案中进行优选。输电网在电力市场中扮演着十分重要的角色，输电容量是否充足，容量配置是否合理将关系到各市场成员的切身利益，关系到各参与方能否公平竞争，甚至影响系统的安全运行，因而输电网的规划是一个引人瞩目的问题。本文就是在给定地址进行高压配电网的设计，进行变电所变压器、线路及经济可行性的比较分析的论文。关键字：电力系统；输电网；配电网AbstractThemainstructureofthepowersystemhasapower,substations,transmissionanddistributionlinesandloadcenters.Thepowerpointisalsointerconnectedtoachievetheexchangeofpowerbetweendifferentregionsandregulation,therebyenhancingthesecurityofelectricitysupplyandeconomy.Transmissionlineandsubstationisusuallycalledanetworkofpowernetwork.Powersystemisalargeandcomplexlargesystem,itisplanningtostartintimeofneed,fromavarietyofpossiblescenariosforoptimization.Transmissionnetworkintheelectricitymarketplaysanimportantroleintheadequacyoftransmissioncapacity,thecapacityallocationisreasonablewillberelatedtothevitalinterestsofallmarketparticipantsrelatedtowhetherthepartiesinvolvedinfaircompetition,andevenaffectthesafeoperationofthesystem,thustransmissionnetworkplanningisacompellingissue.Thisistheaddressforagivendesignofhighvoltagedistributionnetwork,thesubstationtransformer,lineandcomparativeanalysisofeconomicfeasibilitystudy.Keyword：Powersystem;transmissionnetwork;distributionnetwork绪论随着国民经济的持续快速发展，电能已经成为经济社会发展的重要支柱。电能的传输和分配依靠遍步各地的电网得以实现，电网的可靠与稳定直接关系到用户用电的质量。因此，可靠的电网设计便成为工程技术人员所必须解决的问题。高压配电网联系着广大电力用户，同时又是整个电力系统的一部分，关系着电能如何合理的分配，要科学合理地驾驭电力，必须从电力工程的设计原则和方法上来理解和掌握配电网设计的精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率，从而达到降低生产成本，提高经济效益的目的。通过本设计既可以巩固自己在学校学过的理论知识，又可以培养综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，为以后走出校门更快地适应工作岗位的要求起到联系和纽带的作用。该高压配电网设计主要是扩建已有的配电系统，增设新的配电变电站，通过综合考虑供电可靠性，经济效益等方面的问题，确定合理的设计方案。第一部分设计任务书一、高压配电网的设计内容（1）根据负荷资料、待设计变电所的地理位置和已有电厂的供电情况，作出功率平衡。（2）通过技术经济比较，确定配电网供电电压、电网接线方式及导线截面。（3）进行电网功率分布及电压计算，评定调压要求，选定调压方案。（4）评定电网接线方案。二、设计文件及图纸要求（1）设计说明书一份。（2）计算书。（3）系统接线图两张。三、原始资料（1）高压配电网设计的有关原始资料如下：1）发电厂、变电所地理位置，见下图：图例说明：SS系统G G 发电厂A、B、C、D为待建变电所，E、F为已有变电所连线上的数字为路径公里数2）原有发电厂主接线图如下，及设备数据3）待建变电所有关部分资料，见下表：待建变电所有关部分资料编号最大负荷（MW）功率因数二次侧电压调压要求负荷曲线重要负荷（%）A400.910顺a80B300.910逆B60C350.910顺A60D320.910顺b504）典型日负荷曲线如图典型日负荷曲线5）其他说明：a）功率初步平衡，厂用电率为7%，线损率为6%；b）各负荷最大同时系数取1.0；c）本高压配电网多余功率送回系统，功率缺额由系统供给；d）除特别说明之外，高压侧均按屋外布置考虑配电装置；e）待设计各变电所低压出线回路数。电压为110kV时，每回出线按1500-2000kW考虑；f）已有发电厂和变电所均留有间隔，以备发展；g）区域气温最高为40℃，年平均温度为25℃（2）设备数据表如下：1）发电机的G1、G2：QF2-25-2:；G3：QFQ-50-2.2）变压器的T1、T2：SFZ7-31500/110；SFZ7-63000/110.第二部分设计说明书一、高压配电网有功平衡计算结果高压配电网有功平衡计算结果（MW）计算结果原有电网发电负荷新建电网发电负荷总发电负荷发电机运行方式发电机总出力联络线最大负荷40.86157.47198.3325+25+5010098.33最小负荷20.4340.86120.4325+25+409030.43二、高压配电网的电压等级和接线方式1.技术指标比较（1）电压等级定为110kV。（2）备选的接线方案如下两种：（a）接线方案1（b）接线方案2（3）选择导线截面如下表方案1方案2GA:2XLGL-240GA:LGJ-300AB:2XLGJ-120GB:LGJ-185GC:LGJ-240GC:LGJ-240GD:LGJ-210GD:LGJ-2402.经济指标比较（1）电能损耗如下表一年电能损耗及其费用比较方案电能损耗（X10000kW·h）总费用（万元）C、D所接线A、B所接线总损耗方案1414.2481.4895.610678.86方案2414.2499.86914.0611527.77第三部分计算书一、有功功率平衡电力系统中的有功功率电源是各类发电厂的发电机，但并非系统中的电源容量始终等于所有发电机额定容量之和。因既非所有发电设备全部不间断的投入运行，也非所有投入运行的发电设备都能按额定容量发电。所以要计算电网的最大负荷最小负荷时的功率。系统的有功功率平衡可按下列各式依次计算：用电负荷（3-1）供电负荷（3-2）发电负荷（3-3）注：式中—n个变电所负荷之和；—同时率，取1；—网损率，取6%；—厂用电率，取7%；—发电机直配负荷；—地区负荷。且最小负荷，由典型日负荷曲线得系数求得。1.在最大负荷情况下的发电负荷新建电网PP总的发电负荷P发电机发出的功率P联络线上的潮流P系统向该高压配电网送电98.33MW。2.在最小情况下的发电负荷新建电网P原有电网P总的发电负荷P发电机发出的功率P联络线上的潮流P系统向该高压配电网送电30.43MW。二、高压配电网电压等级的选择在输电距离和输电容量一定的条件下，选用较高电压等级，能使线路上电流小，线路功率损耗和电能损耗低，电压损失也小。同时也可选用较小的导线截面。但是另一方面，线路电压越高线路的绝缘越要加强，导线的相间距离和对地距离都要相应增加，使线路杆塔尺寸及造价上升；同时，变压器和开关站设备的投资也相应增大，还考虑到周围已有电网的电压等级。根据给定的任务书中的数据分析，本设计选择110kV。（注）电网的额定电压也就是电力线路以及与之相连的变电所汇流母线的额定电压。三、变电所主变容量的选择当一台主变停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%-80%，对于一般性变电所，选择的变压器的容量Se①Se≫0.7S②Se≫S其中SmaxSimp因为A、B、C、D四个变电所都有重要负荷，为保证供电的可靠性，每个变电所选择配置两台主变。A变电所：SS查表选取两台SFZ9-40000/110.B变电所：SS查表选取两台SFZ9-25000/110.C变电所：SS查表选取两台SFZ9-31500/110.D变电所：SS查表选取两台SFZ9-25000/110.（注）在选择主变时，若考虑变压器的正常过负荷能力，也可以考虑额定容量比较小的。四、备选的接线方案电力网的接线方案的选择中需考虑的技术条件通常有：供电的可靠性、电能的质量、运行及维护的方便灵活；继电保护及自动化操作的复杂程度以及发展的可能性等。经过列出一些可能的接线方式，考虑到接线方案选择的原则和方法，设计主网架，并确定参加比较的方案各方案图如下：方案1方案2方案3方案4方案5方案6方案7通过对可靠性、灵活性、经济性的比较，确定比较方案。可靠性：每个变电所必须是有备用的接线方式。经济性：通过计算各方案断路四个数及线路长度做比较。断路四个数及线路见下表所示：比比较项目方案号断路器个数(个)线路长度(KM)112123212191312163414211510143614166714181由上表的数据可选定参加比较的方案为：方案1和方案6方案图如下：（a）接线方案1（b）接线方案2五、选择导线接线截面导线截面积选择得原则和方法如下：送电线路的导线截面积，一般根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。送电线路所采用的导线和避雷线，应符合国家颁布的产品规格，比如铝绞线、钢芯铝绞线和扩径导线的规格及其长期允许载流量。3)导线截面积选择的一般做法：先按经济电流密度初选导线标称截面积，然后作电压损失、机械强度、电晕、发热等技术条件的校验，有必要时尚须作技术经济比较，确定导线截面积及相应的导线型号。首先计算不同负荷曲线的最大负荷小时数T负荷曲线a：T负荷曲线b：T（一）方案1（1）取功率因数为cosφcosφ=PA变电所SB变电所SC变电所SD变电所S考虑到变压器的损耗，要求的各变电所高压侧的负荷。两台变压器的功率损耗：ΔST~S1~=S+ΔS电阻RT=∆电抗XT=UUNSN∆PUKA变电所：两台SFZ9-40000/110RT=1.83额定负荷下损耗ΔPzTΔPyTΔSB变电所：两台SFZ9-25000/110RT=1.44额定负荷下损耗ΔPzTΔPyTΔSC变电所：两台SFZ9-31500/110RT=1.62额定负荷下损耗ΔPzTΔPyTΔSD变电所：两台SFZ9-25000/110RT=1.44额定负荷下损耗ΔPzTΔPyTΔS（2）每段导线流过的最大电流在正常情况下，A变电所110kV侧分段断路器闭合和10kV侧分段断路器断开；B变电所110kV侧的桥断路器闭合和10kV侧分段断路器断开；C、D变电所环网由功率分点C变电所解开。根据每段导线的Tmax经济电流密度J（A/mm2线路电压（kV）导线型号最大负荷利用小时数Tmax200030004000500060007000800010LJ1.481.191.000.860.750.670.60LGJ1.721.401.171.000.870.780.7035-220LGJ/LGJQ1.871.531.281.100.960.840.76利用直线插值法得到几段线的经济电流密度，直线插值法即将两点之间用直线连接，看成这段成线性关系，求中间任意一点的值。GA段：GA段的Tmax取变电所A和B负荷的TT应用直线插值法得到经济电流密度为：J=0.8317A/mmAB段：T应用直线插值法得到经济电流密度为：J=1.064A/mmGC段：T应用直线插值法得到经济电流密度为：J=0.816A/mmGD段：T应用直线插值法得到经济电流密度为：J=0.8682A/mm按经济电流密度选择导线截面的传送容量，应考虑线路投入运行后5-10年的发展。在计算中必须采用正常运行方式下经常重复出现的最高负荷。导线截面计算公式：S=P3JS导线截面（mm2P送电容量（kW）UeJ经济电流密度（A/mm2每段导线流过的最大电流、经济截面和选择的型号如下：GA：双回线路中的一回线I=S=查表选取导线型号为LGJ-240.AB：双回线路中的一回线I=S=查表选取导线型号为LGJ-120.GC：I=S=查表选取导线型号为LGJ-240.GD：I=S=查表选取导线型号为LGJ-210.CD：与GD段相同。（3）校验分以下几种情况校验：1）按机械强度校验导线截面积。为保证架空线路具有必要的机械强度，相关规程规定，1-10kV不得采用单股线，其最小截面如下图满足机械强度要求的导线最小截面（mm2导线类型通过居民区通过非居民区铝绞线和铝合金线3525钢芯铝线2516铜线1616对于更高电压等级线路，规程未作规定，一般认为不得小于35mm22）按电晕校验导线截面积在高压输电线中，导线周围产生很强的电场，当电场强度达到一定数值时，导线周围的空气就发生游离，形成放电，这种放电现象就是电晕。导线产生电晕会带来两个不良的后果：=1\*GB3①增加了送电线路的电能损失；=2\*GB3②对无线电通信和载波通信产生干扰，关于对无线电的干扰，在无线电收发设备离开送电线路一定距离后，干扰迅速衰减，如距边线60m开外，干扰电平仅剩下5%，所以实际上可以认为没有问题。关于不必验算电晕的导线最小截面积，武汉高压研究所推荐，导线表面电场强度Em与全面电晕电场强度E下表列出了可不必验算电晕临界电压的导线最小直径和相应编号：不必验算电晕临界电压的导线最小直径和相应型号额定电压（kV）110220330500（四分裂）750单导线双分裂导线外径（mm）9.621.433.1相应型号LGJ-50LGJ-240LGJ-6002×LGJ-2404×LGJQ-3004×LGJQ-400校验时应注意：=1\*GB3①对于330kV及以上电压的超高压线路，表中所列参考；=2\*GB3②分裂导线次导线间距为400mm。因此，所选的全部导线满足电晕的要求。3）按允许载流量校验导线截面积允许载流量是根据热平衡条件确定的导线长期允许通过电流，因此，所有线路都必须根据可能出现的长期运行情况作允许载流量校验。需要说明的是，在一定环境温度下（如为+40℃）运行极限容量的输电线路，其导线温度必然是超过环境温度的（如+70℃）.所以严格来讲，送电线路的最大孤垂应按到现在极限容量运行时本身的温度来考虑。但我国的现行规程却是按最高环境温度（或覆冰）来设计最大孤垂的，应为这一规定已考虑了前述因素，并兼顾了导线对地距离与跨越的标准，线路的经济性和运行的安全性等因素，进行这种校验时，钢芯铝绞线的允许温度一般取70℃导线长期允许通过电流截截面积型号35507095120150185240300400LJ170215265325375440500610680830LGJ170220275335380445515610700800如果当地的最高月平均温度不同于25℃不同周围环境温度下的修正系数环境温度（℃）-505101520253035404550修正系数1.291.241.201.151.111.051.000.940.880.810.740.67按经济电流密度选择的导线截面积一般都比按正常运行情况下的允许载流量计算的截面积大，所以不必作校验，只有在故障情况下，例如环式网络近电源端线路断开或双回线中一回断开时，才可能使导线过热。本高压配电网所在地区的最高月平均温度为32℃GA：双回断开一回，流过另一回的最大电流为2×205=410（A），小于0.916×AB：双回断开一回，流过另一回的最大电流为2×117=234（A），小于0.916×GC：GD段断开，由C变电所通过CD给D变电所供电，流过GC的最大电流为205+176=381（A），小于0.916×610GD：GC段断开，由D变电所通过CD给C变电所供电，流过GC的最大电流为205+176=381（A），小于0.916×515(二)方案2方案2的C、D接线与方案1完全相同。下面只列出与方案1不同的A、B变电所接线部分。1.变电所的最大负荷SS2.每段导线流过的最大电流设在正常情况下，A、B变电所与系统构成的环网为闭环运行。根据每段导线的TmaxGB：TJ=1.064（A/mm2GA：TJ=0.8317（A/mm2每段导线流过的最大电流、经济截面和选择的导线型号如下:GA:I=S=2340.8317≈查表选取的导线型号为LGJ-300；GB:I=S=1761.064≈查表选取的导线型号为LGJ-185；AB：与GB段相同，选取的导线型号与GB相同。3.通过技术经济比较确定最佳方案。（1）通过最大负荷损耗时间法计算电能损耗：最大负荷损耗时间τmax与最大负荷利用小时数TcoscosτT0.800.850.900.951.002000150012001000800700250017001500125011009503000200018001600140012503500235021502000180016004000275026002400220020004500315030002900270025005000360035003400320030005500410040003950375036006000465046004500435042006500525052005100500048507000595059005800570056007500665066006550650064008000740073507250（2）计算年费用和抵偿年限。其中：1）线路的电能损耗：∆WZ=∆W∆PτmaxRL=rr1每千米线路的电阻（ΩL线路长度（km）方案1：GA：R=23×ΔP=IΔAB：R=25×0.2232ΔP=I2ΔA=ΔP×GC：R=25×0.131=3.275（ΩΔP=I2ΔA=ΔP×GD：R=20×0.15=3（ΩΔP=I2ΔA=ΔP×∆方案2：GA：R=23×0.105=2.415（ΩΔP=I2ΔA=ΔP×GB：R=50×0.17=8.5（ΩΔP=I2ΔA=ΔP×GC：R=25×0.131=3.275（ΩΔP=I2ΔA=ΔP×GD：R=20×0.15=3（ΩΔP=I2ΔA=ΔP×τ∆方案2与方案1的线损之差：914.06×2）线路投资：方案1：A、B变电所接线，LGJ-240双回线路23km，LGJ-120双回线路25km。22.22×23×1.8+14.75×25×1.8=1500.86C、D变电所的接线，LGJ-240线路25km，LGJ-210线路45km。20.22×25+17.78×45=1305.6线路投资=1500.86+1305.6=2806.46方案2：A、B变电所的接线LGJ-300线路23km，LGJ-185线路25km，LGJ-300线路50km。23×29.29+25×17.78+50×29.29=2582.67C、D变电所的接线，LGJ-240线路25km，LGJ-210线路45km。25×20.22+45×17.78=1305.1线路投资=2582.67+1305.1=3887.77方案1与方案2投资之差：3887.77-2806.46=1081.31（3）变电所投资方案1：A变电所高压侧采用单母分段，B变电所高压侧采用内桥接线，C、D变电所高压侧采用内桥接线。接线形式如下：A变电所：B、C、D变电所：：根据各变电所所选的变压器容量及台数查附表可得各变电所的综合投资：B、D变电所为110kV，指标编号为BD-8，项目名称为110kV新建变电所2×31.5MVA，工程技术条件为110kV户外配电装置，半高型布置，110kV进线2回，SF6断路器，软母线，单母线分段。10kV户内配电装置，进线2回，出线26回，单母线分段，真空手车开关柜。建筑为砖混结构，建筑面积550m2。投资为1686A、C变电所为110kV，指标编号为BD-7，项目名称为110kV新建变电所2×50MVA，工程技术条件为110kV户外配电装置，半高型布置，110kV进出线各4回，SF6断路器，软母线，单母线分段。10kV户内配电装置，进线2回，出线40回，单母线分段，真空手车开关柜。建筑为砖混结构，建筑面积600m2。投资为2134其中A变电所比典型接线多出的四个间隔的费用为58.1×4=232.4万元A、B、C、D变电所投资之和为:1686×2+2134方案2：A、B、C、D变电所均采用内桥接线方式如上面图示接线方式。则总投资为1686×2+2134（4）工程总投资方案1工程总投资为Z方案2工程总投资为Z方案1与方案2的总投资之差为Z5）年运行费用维持电力网正常每年所支出的费用，称为年运行费用。年运行费用包括电能损耗费、折旧费、小修费、维护管理费。电力网的年运行费可以计算为：u=α∆A+P=αA+Pz100式中α计算电价，元/（kW• ∆A每年电能损耗，kWZ电力网工程投资，元PzPxPw电力网的折旧、小修费和维护管理费占总投资的百分数由主管部门制定，下表可以作为参考。电力网的折旧、小修费和维护管理费占总投资的百分数（%）设备名称折旧费小修费维护管理费总计木杆架空线81413铁塔架空线4.50.527钢筋混凝土杆架空线4.50.527电缆线路3.50.52615MVA以下变电所6171415-40MVA变电所6161340-80MVA变电所6151280-150MVA变电所614.511.5本设计采用钢筋混凝土杆架空线，变电所容量在15-40MVA之间。方案1与方案2的年运行费之差为u（6）计算年费用或者抵偿年限。可采用方法一或方法二。方法一：年费用最小法。年费用的计算公式为：AC=Zr01+式中AC年费用，平均分布在m+1到m+n期间的n年内Z工程总投资r0年利率，取ru年运行费方案1：AC方案2：AC方案1与方案2的年费用相差不大，所以再用抵偿年限法进行判断。方法二：抵偿年限法在电力网设计方案选择时，如果两个方案的其中一个工程投资大年运行费用小，另一个方案工程投资小而年运行费用大时，那么用抵偿年限来判断。抵偿年限的含义是：若方案1的工程投资大于方案2，而方案1的年运行费小于方案2，则由于方案1的年运行费的减小，在多少年内能够抵偿所增加的投资，用公式表示为：T=Z1-式中Z1u1一般标准抵偿年限为6-8年。负荷密度大的地区取较小值；负荷密度小的地区取较大值。按照抵偿年限法进行方案比较时，当T小于标准抵偿年限时，选取投资大年费用小的方案；当T大于抵偿年限时，选取投资小年运行费大的方案。本设计方案的抵偿年限为 T=因