电网课程设计

前三

电力工业是国民经济发展的基础工业。电网是电力工业发展的一个重要环

节，一个良好的电网结构能便利地实现电的供需平衡，更好地使电源结构优化。

良好的规划方案是良好的电网结构的基础，它应能保证系统在安全稳定的方式下

运行，并且在此前提下获得最良好的经济效益和社会效益。良好的规划方案是电

力工程前期工作的重要组成部分，它是关于本体工程的总体规划，是具体建设项

目实施的方针和原则，是工程建设的关键环节。做好规划设计工作对工程建设的

工期质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性利生产的综合经济效益，起

着决定性的作用。

,电力系统规划、设计及运行的根本任务是，在国民经济发展计划的统筹安排

下，合理开发、利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满足国民经济各部

门及人民生活不断增长的需要，提供充足、可靠和质量合格的电能。

电网规划确定在何时、何地投建何种类型的输电线路及其回路数，以达到规

划周期内所需要的输电能力，在满足各项技术指标的前提下使输电系统的费用最

小。电网规划主要有两个方面的任务：一是确定电网未来的规模及安装设备的规

格，如变压等级、变压器规格等；二是确定电网中增加新设备的时间和地点。其

基本原则是在确保讲电力安全、可靠的输送到负荷中心的前提下，使电网的建设

和运行费用最小。电网规划的编制，首先分析现有网络供电状况，从改造和加强

现状网入手，研究负荷增长规律，解决网络结构中的薄弱环节，扩大网络供电能

力，加强结构布局和设施标准化，提高安全可靠性，做到远近结合、新建和改造

结合、技术经济合理。从总体上看，可以把规划内容分为现状网分析、负荷预测、

网架规划、无功规划、稳定性分析和短路电流分析。电网规划考虑的因素主要有:

满足负荷需求；经济性；可靠性；环境影响。

电力系统课程设计是在学完电力系统课程后的一次综合性训练，复习巩固本

课程及其他课程的有关内容、增强工程观念，培养电力网规划设计的能力。

通过课程设计应达到下列要求：

1）熟悉国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则等，树立供电必须

安全可靠、经济的观点；

2）掌握电力网初步设计的基本方法利主要内容；

3熟练电力网的基本计算；

4学习工程设计说明书的撰写。

鉴于计算机使用已日益普及，本次课程设计主要以软件Powerworld

Simulator潮流计算为主，辅以必要手算，详细计算过程及结果均详细阐述。

目录

第一章设计任务综述............................3

第一节地区电网原始情况......................................3

第二节五年远景规划简介.....................................3

第三节技术与经济电网规划方案要求...........................4

第二章电力系统接线方案论证..................6

第一节网络电压等级确定....................................6

第二节电力系统接线方式初选................................7

第三节方案论证与比较.......................................8

一、导线选择...............................................8

二、变压器选择与分接头调整................................11

三、发电厂变电所主接线选择................................14

四、对确定方案评述.........................................16

第三章电力系统潮流与电压计算.................17

第四章结论与建议.............................21

附录..........................................21

三绕组变压器参数计算.......................................21

两绕组变压器参数计算.......................................22

方案二最大运行方式下潮流与电压计算........................22

方案二最小运行方式下潮流与电压计算........................27

附图..........................................33

电力系统接线（方案二）.....................................33

方案二最大负荷潮流分布....................................33

方案二最小负荷潮流分布....................................34

最大负荷开断线路4-5后潮流分布...........................34

最小负荷开断线路4-5后潮流分布...........................35

参考文献......................................35

2

第一章设计任务综述

第一节地区电网原始情况简介

1.该地区原有一个发电厂：

装机容量：25MW机组二台

50MW机组二台

升压变压器：31.5MVA二台变比：10.5/38.5±2*2.5%/121±2X2.5%

63MVA二台变比：13.8/38.5±2*2.5%/121±2X2.5%

2.该地区原有降压变电站8个

地区电网各节点的负荷和设备情况见表1：

编号最大负荷（MW）变压器容量（MVA）

13250

31020

41531.5

51220

81625

92040

101220

111016

121220

3.该地区原有输电线路及其导线型号如图1实线所示，可供选择新建的线

路通道如虚线所示，其线路距离已经标注上。

图中线路长度x,y的算法：力=Ja+9.34./=L+32.3,a取学号最后

两位，如果按你自己学号计算出x\y\x,y取x=y，小数点后两位。，如果

X,Y结果小于50,则再增加30,即x=x+30

第二节五年远景规划简介

1.新增负荷点2、6、7,见图1；

2.五年后的负荷预测见表2；

3.在变电站7处新建一个区域变电站，由系统通过220KV输电线路供电

变压器容量：150MVA二台

变比：220/121/38.5KV

3

行对比分析；(变电站3中压侧出线7回，低压侧出线10回，变电站7中

压侧出线8回，低压侧出线十回)。

7.规划方案选择变压器的有载调压分接头，对分接头运行位置进行计算；

8.计算规划方案网络中无功功率分布，设计无功调节和补偿措施

表2五年后的负荷预测

最大负最大无功最小负最小无功

负荷等

编号荷(Mvar)Cos6荷(Mvar)Tmax(h)

级

(MW)(MW)

140250.8540256300I

215110.8()1086500II

325150.8517116400II

425150.8517116300II

52013().831496200II

623170.8017136500I

715100.821076200II

835240.8225176000I

926160.8518116000II

1()28190.8322156300I

1116120.801186000II

1230200.8323156300II

表3输电工程参数与综合造价

造价(万元

导线规格电阻r(Q/km)电抗x(Q/km)电纳b(xMs/km)

/km)

LGJ-120420.270.3652.92

LGJ-150520.210.3582.97

LGJ-185600.170.3773.03

LGJ-240850.1310.3G93.10

LGJ-3001200.1050.4042.81

LGJ-4001400.0780.3692.88

并联电容器

15Mvar

30Mvar300万元/Mvar

40Mvar

变电站中的变压器参数数据通过查找文献资料确定，需注明出处。

5

如查到某型号150/150/75MVA三绕组变压器的参数为242/121/38.5kV,V12(%)

=14.36,V23(%)=7.70,V31(%)=24.57,Po=3OOkW,*0.56%,而没有短路损耗

数据，则在注明出处的情况下，只填写电抗、电导、电纳参数。

可速线路走近(在经过鼓术经济比

较后诜择是否假设线路)

第二章电力系统接线方案选择

第一节网络电压等级确定

据《电力系统稳态分析(第三版)》P1O中采用架空线路时与各额定电压等级相

适应的输送功率和输送距离，可以看出任务书中地理接线图规定的线路长度(如

60KM)与输送的负荷与线路功率，可以参考的线路电压为1101＜丫或者22()1＜乂

又根据1号节点发电厂中三绕组变压器变比10.5/38.5±2*2.5%/121±2X2.5%和

13.8/38.5±2*2.5%/121±2X2.5%,高压侧连接线路，中压侧连接负荷，故可以

确定线路电压为11OKV,负荷为35KV,同时认为配电网的电压等级应为35KV。

附表采用架空线路时与各额定电压等级相适应的输送功率和输送距离

额定电压输送功率输送距离额定电压输送功率输送距离

(KV)(KW)(KM)(KV)(KW)(KM)

3100-10001-3603500-3000030-100

6100-12004~15

10200-20006-2011010000-5000050-150

352000-1000020-50220100000-500000100-300

第二节电力系统接线方案初选

电力系统接线方式的选择应从两方面考虑：首先是安全可靠性，根据表2“五

年后的负荷预测”看出，节点1,6,8,10为I类负荷，其余为II类负荷，技术上对

前者要求保证不间断供电，因此使其至少与两条线路相连；任意原件无故障断开,

应能保持电力系统的稳定运行，且不致使其他元件超过规定的事故过负荷和电压

允许偏差的要求。即通常所谓的满足N—1准则。所以每个节点应保持两条线路

供电，满足要求的只有双回路或者环形回路。第二考虑到经济性的原则，应选择

使用较短的线路组成环路。

图中线路长度x,y的算法：/=Ja+9.34y'=Ja+32.3,a取学号最后

两位,如果按你自己学号计算出x"y',x,y取x',y'小数点后两位（例如若x'

=1.16123,则x取16）,若x,y结果小于50,则再增加30,即XT+30。

按照我的学号计算得出：x=94y=63

下面是我的两种方案：

接线方式1：

LGJ-240

QLGJ/M

20kmI

ykm

外部电莓（无分矢）

©区域变电站

o变电站

已有统路

可近线路走声（在经过技术经济比

较后选择是否假设找路）

7

接线方式2：

可逃殁路走廊（在经过技术经济比

较后选择是否假设妓路）

第三节两种方案的分析和比较

一、导线选择

1.粗略潮流计算（不考虑变压器上的损耗）

1.1方案一

新增线路1—22—59—106—86—117—114—7

P(Mw)25.39.612.414.637.648.929.6

Q(Mvar)20.48.46.53.913.313.617.6

1.2方案二

新增线路1—22—33—74—56—86—117—129—10

P(Mw)25.6OS31.92.814.337.344.212.2

Q(Mvar)20.432.518.80.63.413.63.16.5

2.计算导线电流并根据最大负荷利用小时数Tmax和经济电流密度选择导线截

面积及型号

对年负荷利用小时数大（通常指Tmax>5000h）,传输容量大，长度在20m

以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。（《发电厂电气部分》第四版P204）

8

其中，S=I/J（S为导线横截面积，J为经济电流密度，I为导线电流）

又I=P/V3Ucos（p

J与最大负荷利用小时数Tmax关系如下图：

l・10kV及以下LJ型导浅

2-10kV及以下LGJ型导线

3-35~220kVLGJ型导线

由上图知当最大负荷利用小时数Tmax>5000h时，>0.9,这里我们取经济

电流密度为0.9

2.1方案一导线选择

线路1(A)Tmax(h)J(A/mm*mm)S(mm"mm)型号

1—2170.585865000.9189.5398LGJ-185

12—1173.73563000.9193.0389LGJ-185

10—973.483163000.981.6479LGJ-120

6—879.2567760000.988.0631LGJ-120

6—11209.426865000.9232.6964LGJ-240

11—7266.638760000.9296.2652LGJ-300

2—566.6596762000674.0663LGJ-120

7—4180.558563000.9200.6206LGJ-185

2.2方案2导线选择

线路1(A)Tmax(h)S(mmmm)型号

1—2171.635565000.9190.7061LGJ-185

10—972.9582263000.981.0647LGJ-120

3—268.7591964000.976.3991LGJ-120

9

4—511.0224663000.912.2472LGJ-120

6—877.6821360000.986.3135LGJ-120

6—11208.377165000.9231.5301LGJ-240

12—7232.521562000.9258.3572LGJ-240

7—3194.730264000.9216.3669LGJ-240

3.根据经济技术指标，选择出较好的方案

通过Powerworld软件，将两种方案根据自己所选导线和添加的变压器完成

接线（注意各元件参数一定要设置正确），通过调节变压器变比和并联电容器，

在最大，最小负荷运行方式下，线路变压器N-1开端后，各节点电压满足上下限

0.95~1.08pu的要求，即满足安全可靠性指标。下面对两种方案的经济性指标进

行比较：

3.1方案1

（1）线路投资

线路型号造价（万元/km）长度（km）总计（万元）

1—2LGJ/p>

10—9LGJ-12042301260

6—8LGJ-12042482016

6—11LGJ-24085947990

11—7LGJ-300120637560

5—2LGJ-12042702940

7—4LGJ/p>

线路投资¥1=27346（万元）

（2）所加电容投资¥2=（30x4+15x1）x300=40500（万元）

（3）线损率

已知公式：线损率=（供电量一售电量）/供电量x100%

最大负荷时线损率=（317-298）/317=3.12%<6.3%

最小负荷时线损率=（233-224）/233=3.86%<6.3%

（4）总网络损耗费用

根据最大负荷利用小时数直接查取最大负荷损耗时间，再按公式AWz;A

PmaxXTmax即可求出全年电能损耗。（《电力系统稳态分析》第三版P77）

查表可得各节点负荷与最大负荷损耗时间tmax的关系，汇总如表所示:

节点最大负荷Tmax(h)功率因数Tmax(h)

140.006300.000.854800.00

215.006500.000.805250.00

325.006400.000.855000.00

425.006300.000.854800.00

520.006300.000.835100.00

623.006200.000.804850.00

715.006500.000.825450.00

835.006200.000.824800.00

926.006000.000.854600.00

1028.006300.000.334600.00

10

11|16.00|6000.00|0.80|4650.00

拟用各节点负荷最大负荷功率时间与该点最大负荷算加权平均最大负荷损

耗时间，所以Tmax=6245h

由此得出五年时间的总网络损耗费用支出为：

¥3=5x6245x19x1000x0.6=35596.5（万元）

（5）综上得出方案一总的支出为：

¥=¥1+Y2+¥3=103442.5（万元）

3.2方案2

（1）线路投资：

造价（万元

线路型号长度（km）总计（万元）

/km）

1—2LGJ/p>

10—9LGJ/p>

6—8LGJ/p>

6—11LGJ-24085947990

12—7LGJ-24085524420

3—7I.GJ-24085603600

5—4LGJ-12042381596

2—3LGJ-12042502100

线路投资¥1=24662万元

（2）所加电容投资¥2=（30x2+15x1）x300=22500（万元）

（3）线损率

最大负荷时线损率=（317-298）/317=3.12%<6.3%

最小负荷时线损率=（233-224）/233=3.86%<6.3%

（4）总网络损耗费用

五年时间的总网络损耗费用支出为：

¥3=5x6245x19x1000x0.6=35596.5（万元）

（5）综上得出方案二总的支出为：

¥=¥1+¥2+¥3=82758（万元）

通过对一二方案的分析知，两种方案均满足“N—1”供电安全准则和满

足用户用电的需要，但在经济性指标上，方案二投资较方案一少一些，故确

定方案二为最终方案。

二、变压器选择和分接头调整

1.变压器的选择

1.1发电厂变压器的确定

原发电厂提供四台变压器，分别为：

31.5MV二台变比：10.5/38.5±2*2.5%/121±2X2.5%

63MVA二台变比：13.8/38.5±2*2.5%/121±2X2.5%

在变电站7处新建一个区域变电站，由系统通过220KV输电线路供电

15OMV二台变比：22O/121/38.5KV

II

(以下变压器资料查阅《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》东南大学第

105页和《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》表28)

额定容量额定电压损耗(kw)

型号

(KVA)高压中压低压空载负载

SFSL7-31500/1121±2X38.5±

3150010.546175

102.5%2*2.5%

SFPSL7-63000/121±2X38.5±2X

6300077

1102.5%2.5%10.5300

三绕组有载调220±8X

150000143

压变压器1.25%12138.5570

阻抗电压(％)

型号空载电流％

高-中高-低中-低

SFSL7-31500/110117.510.56.5

SFPSL7-63000/11

17.510.56.5

00.8

三绕组有载调压

13238

变压器0.56

根据以上资料数据，分别计算各型号变压器参数，参数计算结果见附录1

1.2变电所变压器的确定

对重要变电站，需考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负

荷能力允许时间内，应能满足I类(当一台变压器停运时，其余变压器容量应能

满足全部负荷的1()()%)及H类(当一台变压器停运时，其余变压器容量应能满

足全部负荷的70%)负荷的供电。(《发电厂电气部分》第四版P121)

分别计算各变电站按要求变压器应该所选容量，计算公式如下：

Smax=Pmax/Cos4>Smin=Pmin/Cos4>

I类负荷：S=SmaxII类负荷：S=Smax*0.7

计算结果如下：

节点编Pmax功率因PminSmaxSmin负荷类

S(MVA)

号(MW)数(MW)(MVA)(MVA)别

2150.801018.7512.50II13.13

3250.851729.4120.00II20.59

4250.851729.4120.00II20.59

5200.831424.1016.87II16.87

12

6230.801728.7521.25I28.75

8350.822542.6830.49I42.68

9260.851830.5921.18II21.41

10280.832233.7326.51I33.73

11160.801120.0013.75II14.00

根据计算结果选择变压器类型(数据来源于《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》

表20),其中所有变压器变比均为110±2X2.5%/38.5KV

台

节点编额定容量空载损耗负载损短路阻

数空载电流％

号(MVA)(kw)耗(kw)抗％

231621.3910.91

322529.61290.84

432529.61290.84

522025.21100.91

6231.5351560.8410.5

825048.82270.77

932529.61290.84

1024041.61830.77

1121621.3910.91

根据各变压器参数，计算变压器阻抗参数，列表如下：

T100婚3r10001%

Y_"(％儿4_卬/)5内

・'-100SNr-

计算结果见附录2

2.变压器分接头调整

根据前面所选择的导线型号，以及由最大负荷确定的变压器型号及数量，利

用Powerworkl软件，将整个电力系统网络连接好，注意设置参数的时需要标幺

值。当某节点电压超出电压的上下限().95——1.08pu的范围时，通常情况下由于

网络中的损耗，节点电压往往偏低，即小于0.95pu,为了保证系统安全可靠的运

行，我们应该设法调节该节点电压。由《电力系统稳态分析》我们知道，调压可

以通过多种方式，主要有借改变变压器变比调压，借补偿设备调压。改变变压器

变比调压，即我们这里所说的调整变压器的分接头。借补偿设备调压，更常用的

是通过并联电容器。考虑到经济性，当某节点电压偏低时，我们首先选择调节

13

变压器分接头来调整电压，在Powerworld软件中就是改变变压器的参数变比的

值。当调节变压器分接头仍然不能满足要求，这时候我们考虑在节点电压较低的

负荷端并联补偿电容器。

由于实际电网降压变压器中，我们更关心低压负荷侧的电压水平，而高压侧

只要保证在正常电压波动范围即可。为此，应调低高压侧分接头开关，即减小变

比，以使低压母线侧电压提高。因此，在两绕组降压变压器中，着重调低变比，

根据所选两绕组变压器型号，分别有110+2*2.5%,110-2*2.5%,110+2.5%,

110-2.5%和110几种类型，即变比分别对应1.05,0.95,1.025,0.975和1.00五

种，根据前述推断和试探法，可选出两绕组变压器较合适的变比，同样三绕组变

压器分接头也是粗略计算与试探法结合选择。

三、变电站3和7的站内主接线选择

据要求，选择3号和7号变电站站内主接线03号为I10KV变电站，站内

选择两台额定容量为25MVA的降压变压器；7号为220KV变电站，站内为两台

三绕组额定容量为150MVA的降压变压器。

电气主接线包括有汇流母线形式（如单母线接线、双母线接线）和无汇流

母线（桥形接线、角形接线和单元接线）。由于发电厂或变电所的出线回路数和

电源数不同，且每路馈线所传输的功率的功率也不一样，故采用母线，用于汇集

和分配电能。当进出线数较多时，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，

运行方便，有利于安装和扩建。考虑到发展，本方案均采用有汇流母线接线。

（1）3号变电站

在UOKV、220KV配电装置中，当线路为3——4回时，一般采用单母

线分段，如不运行停电检修，则应增加相应的旁路设施。当需旁路的断路器较少

时，首先考虑采用以母联或分段断路器兼作旁路断路器。在35、60KV配电装置

中，若接线方式为单母线分段，可增设旁路母线和隔离开关，用母线断路器兼作

旁路断路器；对110KV在7回及以上，装设专用旁路断路潜。故考虑到经济性

和安全性，3号变电站低压侧拟采用单母线分段带旁路母线，分段断路器兼作旁

路断路器。高压侧应尽量少采用断路器，故采用单母线分段。电气主接线方式如

图：

14

T\J

——

38.5KV上J|I-

$3

j

110KV丁工亓--

..如图：二号变电站接线方式

（2）7号变电站

对于枢纽变电所，线路在4回及以上时，一般采用双母线接线。如不运行

停电检修，则应增加相应的旁路设施。由于7号变电站地位重要，采用低压侧双

母线带旁路母线，装设专用旁路断路器。高压侧和中压侧采用双母线接线。电气

主接线如下图：

15

G0

3S.5KV

WLIWL2

四、对确定方案的综述

通过对方案一和方案二的经济性比较，最终确定方案二为最终接线方式。方

案二为了满足供电可靠性的要求网络中各节点都保证有两条线路供电，即采取双

回路或者环形接线，以保证系统的稳定性。通过Powerworld软件，我们知道方

案二在最大最小负荷情况下，各节点电压均满足电压的上下限0.95~1.08pu。在

没有并联电容器的时候，各节点电压较低，通过改变变压器的变比基本上可以保

证大部分节点电压；再通过并联电容器则可以使所有节点电压满足要求。

16

第三章电力系统潮流与电压计算

一、最大最小负荷时运行方式与系统各点电压情况综述

方案二最大负荷时，经过计算机潮流求解，各节点电压如下表：

Bus

Reco

rds

事故事故

区域极限标幺实际电压电压

编号名称监视电压电压

名称组电压电压下限上限

下限上限

Defa1.02123.

111YES0.9110.91.1

ult086524

Defa1.01123.

221YES0.9110.91.1

ult853242

Defa1.00121.

331YES0.9110.91.1

ult761921

Defa0.98118.

441YES0.9110.91.1

ult097697

Defa1.01122.

551YES0.9110.91.1

ult26525

Defa0.98119.

661YES0.9110.91.1

ult914686

Defa0.95115.

771YES0.9110.91.1

ult243244

Defa1.00121.

881YES0.9110.91.1

ult591715

Defa1.02123.

991YES0.9110.91.1

ult178635

Defa1.03124.

10101YES0.9110.91.1

ult08727

Defa0.98118.

11111YES0.9110.91.1

ult092692

Defa1.02123.

12121YES0.9110.91.1

ult09153

Defa0.9938.2

13131YES0.9110.91.1

ult39768

Defa1.0540.5

14141YES0.9110.91.1

ult21207

15151YESDefa1.0540.50.9110.91.1

17

ult23716

Defa1.0641.0

16161YES0.91.10.91.1

ult50705

Defa1.0640.8

20201YES0.91.10.91.1

ult0633

Defa0.9837.8

21211YES0.91.10.91.1

ult22918

Defa0.9837.7

23231YES0.91.10.91.1

ult09266

Defa0.9737.5

26261YES0.91.10.91.1

ult52246

Defa

28281YES12200.91.10.91.1

ult

Defa1.0540.5

29291YES0.91.10.91.1

ult37871

Defa1.0640.9

30301YES0.91.10.91.1

ult29925

Defa0.9838.0

32321YES0.91.10.91.1

ult82748

Defa0.99

1011011YES00.91.10.91.1

ult798

Defa0.99

1021021YES00.91.10.91.1

ult798

Defa0.99

1031031YES00.91.10.91.1

ult8

Defa0.99

1041041YES00.91.10.91.1

ult82

Defa1.06

2002001YES00.91.10.91.1

ult585

Defa1.06

2012011YES00.91.10.91.1

ult585

Defa1.00

100110011YES10.50.91.10.91.1

ult001

Defa1.00

100210021YES10.50.91.10.91.1

ult001

Defa

100310031YES113.80.91.10.91.1

ult

Defa

100410041YES113.80.91.10.91.1

ult

18

方案二最小负荷时各节点电压如下表:

Bus

Reco

rds

事故事故

区域极限标幺实际电压电压

编号名称监视电压电压

名称组电压电压下限上限

下限上限

Defa1.03125.

111YES0.91.10.91.1

ult977812