区域电力网规划设计毕业设计.doc

课程设计说明书 课程名称： 电力系统课程设计 设计题目： 区域电力网规划设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 理工大学电力学院二0一一 年 五 月 目 录第一章 设计题目和原始资料 P. 711发电厂资料分析 P. 712负荷资料分析 P. 713 负荷合理性检验 P. 8第二章 电力平衡分析 P. 921有功功率的平衡分析 P. 922无功功率的平衡分析 P. 923 电力平衡结论 P.10第三章 确定网络结线方案和电压等级P.1131 确定网络电压等级 P.1132网络结线方案初步比较 P.1233网络结线方案精确比较 P.12第四章 确定发电厂、变电所的结线方式 P.1841选择发电厂主结线 P.1842 确定变电所结线方式 P.2443 确定变压器型号、台数及容量 P.24第五章 调压方式的选择和计算P.2751 系统参数计算 P.2752 各点的计算负荷和功率损耗计算及结果 P.2853 作出网络的功率分配图 P.3554 网络低压损耗计算和变压器抽头选择 P.36第六章 统计系统设计的主要指标 P.4361 线损率的计算 P.4362 全年平均输电效率 P.4363 输电成本计算 P.4564 小结 P.45结论 P.46谢辞 P.47参考文献 P.47区域电力网规划设计说明书内容摘要经过电力网络的规划设计，使学员对课程所学理论知识的理解，培养独立分析和解决问题的能力，掌握电力工程设计的基本方法和基本步骤。在设计中，首先分析要进行设计的区域电力网络的原始资料，对各变电站、发电厂及原系统进行初步的功率平衡校验，对区域网络的导线和接线方式进行技术经济比较，选择网络最优接线方案。针对变电站负荷特点，进行变压器和主接线选择，确定变电站和发电厂最优方案。画出网络系统图，进行潮流计算和调压计算，确定变压器抽头，使各节点电压满足要求，网络安全经济稳定运行。Contents summaryPass the programming design of the electric power network, and make stronger with deepen to comprehension the theories that course learn knowledge, educate the independent analysis with the problem-solving ability, control the basic method that design of electric power engineering with basic step. In the design, the first analyze the primitive data of the electric power network of treating to design, equalize power between the power plant and transformer substation, According to the geographical position, the power plants and the transformer substations are divided into the different district. In each district, to the wire of each district and the connectional mode, compare the technological and the economy, choice the network district is superior to connect the line project. Aim at the load characteristics, choose the transformer and connect the line method. Confirm the excellent operation mode. Make out the network system the diagram, and computes the tidal current in the loop and the voltage at the each node, confirm the transformers taps and the compensatory way of the reactive power in each the power plant and the transformer substation. And make the safe stability movement of contented request, network of electric voltage of each node.前 言本设计的任务是根据给出的数据及要求，按国民经济应用的要求设计一个供电、变电网络。该网络包括一个发电厂、四个变电站及输电线路。该网络必须在符合国民经济要求的前提下，保证一定的供电可靠性和稳定性，运行方式灵活，电能质量符合标准，并且有一定的经济性。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；进行系统的调压计算，选择变压器的分接头；统计系统设计的主要指标；绘制系统电气主接线图。根据给出的负荷情况及输电距离确定区域网络的电压等级为110kV，原系统与区域网络的联络网电压等级为220kV，再根据变电站、发电厂的地理位置，选出46种结线方案进行粗略的比较，比较后从中选出23种方案进行精细的方案比较，最后选出一种技术、经济上最优的方案，随之可以确定发电厂、变电站的结线方式和运行方式。然后根据所选的结线方式和运行方式进行潮流计算和调压计算，直至调压方式、范围合符要求，最后统计物资用量，进行经济指标计算。最后得出的设计方案应具有高可靠性，能够安全、可靠地向用户提供符合电能质量要求地电能，运行方式变换灵活，具有一定的经济性，基本满足国民经济的要求。第一章 原始资料分析11 发电厂资料分析机组台数容量(MW)额定电压(kV)功率因数25010.50.842510.50.85分析上表可知发电厂的装机容量为：50×225×4200MW100tan（arccos0.8）100tan（arccos0.85）137Mvar12负荷资料分析项目发电厂(A)变电所(1)变电所(2)变电所(3)变电所(4)最大负荷(MW)1427334235最小负荷(MW)814172218最大负荷功率因数0.830.850.850.850.84最小负荷功率因数0.790.80.80.80.81TMAX(小时)55005000550055005500二次母线电压(kV)1010101010一类用户(%)2010152010二类用户(%)2030202530调压方式顺调压常调压逆调压顺调压常调压13 负荷合理性检验理论：最大负荷与最大负荷利用小时数的乘积应大于最小负荷与最大运行小时数的乘积。电厂负荷A ：14×550077000；8×876070080变电所1 ： 27×5000135000；14×8760122640变电所2 ：33×5500181500；17×8760148920变电所3 ：42×5500231000；22×8760192720变电所4 ：35×5500192500； 18×8760157680根据以上比较，可以知道以上负荷是合理的。第二章 电力平衡分析电力平衡分析是电力系统规划的重要内容，包括有功平衡分析和无功平衡分析。电力平衡是电网规划的前提条件，假如有功不能平衡，则需要增加发电机组来增加发电功率；若无功不能平衡则需要进行无功补偿。21有功功率的平衡分析有功平衡要求电厂输出的有功大于综合负荷有功，且要求备用在1015电厂的装机容量：50×225×4200MW系统最大有功综合负荷： (K1为同时系数，取0.9；K2为网损系数,取1.1)0.9×1.1×（1427334235）0.06×200161.49MW 200161.4938.51MW/×10038.51/200×100%19.25>15% 有功功率平衡满足要求。22无功功率的平衡分析无功平衡的要求是电厂输出的无功大于综合负荷的无功，而且要求备用在10。100tan（arccos0.8）100tan（arccos0.85）137Mvar(为同时系数，取0.9；为变损系数，取0.2；为各变电所的视在功率）0.9×70.650.2×98.820.06×20095.39Mvar13795.3941.69Mvar×10041.69/137×10030.37>10% 无功功率平衡满足要求。23 电力平衡结论在电力系统的运行中，发电厂发出的有功功率总和与系统中负荷相平衡。为了保证安全优质的供电，电力系统有功平衡须在额定参数下确定，还必须留有一定的有功备用容量，要求备用在1015。电力系统无功平衡的基本要求是系统中的无功源发出的无功功率应该大于或等于负荷的无功需求和网络的无功损耗，而且为了保证可靠性，还必须有一定的无功备用容量，备用要求在10左右。经计算，上述电网的有功备用和无功备用都满足要求。第三章 确定网络接线方案电压等级厂、站的地理位置图：（1cm代表10km）图例：A发电厂 变电站31 网络电压等级的确定区域的主网输送容量1035MVA，输送距离2242km。根据各级电压的合理输送容量及输电距离，同时参考设计任务书的建议，选择区域主网的电压等级为110kV（其输送能力为1050MW，50150km）。32 开发区网络接线方案初步比较：方案结线图线路长度（kM）高压开关数优缺点1388优点：电厂出线最少，操作简单，线路最短，开关最少。缺点：供电可靠性最低，某一线路故障所供变电所要全停电。 27616优点：供电可靠性最高，保护设置简单。缺点：线路最长，电厂出线最多，开关数量最多。24416优点：供电可靠性较高，电厂出线少。缺点：A1、A2线路负荷较重，变电站1、2出故障时对变电站3、4有影响；开关数量多。26814优点：供电可靠性高。缺点：倒闸操作麻烦；环网运行，保护须带方向。20312优点：供电可靠性高，电厂出线少，线路较短，开关数量较少。缺点：环网运行，保护须带方向。21114优点：供电可靠性高。缺点：倒闸操作麻烦；环网运行，保护须带方向。根据上表比较，从可靠性、保护简单、线路长度和开关数量等方面选优，选出、三种方案进行精确比较。33区域网络接线方案精确比较目前我国高压输电线主要采用钢芯铝绞线。按电力设计手册，当负荷的年最大利用小时数达5000小时以上时，钢芯铝绞线的经济电流密度取J=0.9A/mm2，在高压区域电力网，用经济电流密度法选择导线截面，用发热校验。因本设计是110kV及以上电压等级，为了避免电晕损耗，导线截面不应小于LGJ-70。有关数据查参考书电力系统规划设计手册（摘录），综合如下：导线截面载流量（A）ro(/km)xo(/km)导线投资（万元）线路综合投资（万元）LGJ-702750.450.4320.291.95LGJ-953350.330.4160.42.1LGJ-1203800.270.4090.492.25LGJ-1504450.210.4030.622.45LGJ-1855150.170.3950.762.7LGJ-2406100.1320.1880.982.95LGJQ-3007100.1070.3821.463.4 初选出来的、方案技术和经济比较见下表：方案结线图潮流（MVA）线路A-1：17.5+j10.85线路A-2：10+j6.2线路A-3：15+j9.3线路A-4：12.5+j7.75线路A-1：21.64+j13.41线路A-2：22.73+j14.09线路A-3：27.27+j16.9线路A-4：38.36+j23.77线路1-4：16.72+j10.36线路2-3：4.54+j2.81线路A-1：17.5+j10.85线路A-2：22.73+j14.09线路A-3：27.27+j16.9线路A-4：12.5+j7.75线路2-3：4.54+j2.81选导线A-1：2×LGJ-120A-2：2×LGJ-70A-3：2×LGJ-120A-4：2×LGJ-95A-1：LGJ-150A-2：LGJ-185A-3：LGJ-240A-4：LGJQ-3001-4：LGJ-1202-3：LGJ-70A-1：2×LGJ-120A-2：LGJ-185A-3：LGJ-240A-4：2×LGJ-952-3：LGJ-70线路阻抗（）A-1：2.97+j4.5A-2：9.45+j9.07A-3：4.73+j7.18A-4：6.44+j8.11A-1：4.62+j8.87A-2：7.14+j16.59A-3：4.62+j6.58A-4：4.17+j14.91-4：14.31+j21.682-3：5.4+j5.18A-1：2.97+j4.5A-2：7.14+j16.59A-3：4.62+j6.58A-4：6.44+j8.112-3：5.4+j5.18正常时U%A-1：占额定电压的0.83%A-2：占额定电压的1.25%A-3：占额定电压的1.14%A-4：占额定电压的1.18%A-1：占额定电压的1.81%A-2：占额定电压的3.27%A-3：占额定电压的1.96%A-4：占额定电压的4.25%A-1：占额定电压的0.83%A-2：占额定电压的3.27%A-3：占额定电压的1.96%A-4：占额定电压的1.18%故障时最大%在线路A-2断开时，2.5在线路A-4断开时，9.89在线路A-2断开时，5.55投资（K）线路线路：408.87万元总计：484.87万元线路：545.8万元总计：602.8万元线路：424.01万元总计：490.6万元断路器断路器：76万元断路器：57万元断路器：66.5万元年运行费用（N）线路及断路器折旧折旧费38.79万元年运行费72.42万元折旧费48.22万元年运行费218.70万元折旧费39.25万元年运行费114.73万元线损费用线损费33.63万元线损费170.49万元线损费75.48万元年计算费用（万元）169.39339.26212.85由上表的技术及经济比较可以看出，方案技术上最优（正常时<2，故障时<3），经济上又最省，故选择方案为开发区网络接线方案。表中数据算法及算例如下（以方案为例，方案、方案类同）：线路潮流分布计算的两个假定：1、计算时不考虑线路功率损失；2、功率大小按导线的长度均匀分布。1、潮流计算：线路A-1：P=35/2=17.5 MW Q=P·tan(cos-1)=17.5×tan(cos-10.85)10.85MVar线路A-2：P=20/2=10 MW Q=P·tan(cos-1)=10×tan(cos-10.85)6.20 MVar线路A-3：P=30/2= 15MW Q=P·tan(cos-1)=15×tan(cos-10.85)9.30 MVar线路A-4：P=25/2=12.5 MW Q=P·tan(cos-1)=12.5×tan(cos-10.85)7.75 MVar2、选导线：线路A-1： 故选2×LGJ-120 Imax=380A线路A-2； 故选2×LGJ-70 Imax=275A线路A-3； 故选2×LGJ-120 Imax=380A线路A-4； 故选2×LGJ-95 Imax=335A3、线路阻抗计算：Z= r+jx =r0L+jx0LA-1：Z1=0.27×22/2+j0.409×22/2=2.97+j4.5（）A-2：Z2=0.45×42/2+j0.432×42/2=9.45+j9.07（）A-3：Z3=0.27×35/2+j0.409×35/2=4.73+j7.18（）A-4：Z4=0.33×39/2+j0.416×39/2=6.44+j8.11（）4、正常运行时的电压损失：A-1： A-2： A-3： A-4： 5、故障时最大电压损失：当线路A-2断开其中一回路时电压损失最大：6、投资（K）：线路：（双回路线路投资，线路计算长度为两线路长度之和的70）K2.25×22×2×70%+1.95×42×2×70%+2.25×35×2×70%+2.1×39×2×70%408.87万元断路器：K4.75×1676万元 （单价4.75万元）总投资：KKK408.87+76484.87万元7、年运行费用（万元）：年运行费用包括折旧费和损耗费折旧费8K484.87×838.79万元 （折旧率8）线路年网损费用：（查表：电力系统分析第三版下册表14-1 p.129）线路A-1：cos0.85 5500h 查表得4000h 线路A-2：cos0.85 5000h 查表得3500h线路A-3： cos0.85 5000h 查表得3500h线路A-4： cos0.85 5500h 查表得4000h电能损耗：A=（P·）×4000×3500+×3500+×4000=1681.37 MWh总网损成本1681.37×10-1×0.233.63万元 （电价0.2元/kWh）年运行费：N38.79+33.6372.42万元8、年计算费用（万元）：按5年收回投资计算Z=K/7+N=484.87/5+72.42=169.39（万元）第四章 确定发电厂、变电所的主接线41 选择发电厂主接线从区域负荷情况来看，各变电站均有一、二类负荷，最大负荷利用小时数在5000h以上，区域只有一间发电厂；发电厂的装机容量达200MW远大于开发区所需要的容量，保证供电可靠性成为选择发电厂主接线所要考虑的首要问题。区域网络电压等级110kV，有4个变电站，均为双回路连接，共有8回出线，电厂出线多，为保证高可靠性，选择双母线带旁路接线；发电厂有6台机组，机组数较多，为便于功率汇集和分配，保证较高的供电可靠性，发电机电压母线也选择双母线接线。发电机组主接线有多种选择，选择其中几个方案进行比较：方案一，采用双绕组变压器母线接线，如图。110kV的最大负荷为110MW，最小负荷为55MW。而日常负荷一般不会超过最大负荷的90%。用4台25MW机组和两台50MW进行供电，机组容量都达到最大负荷的90.9%，可分开独立运行，也可共同运行，调度灵活，供电可靠性高。但需4台变压器，变压器数量多、断路器数量多。方案二，采用两台双绕组变压器母线接线，如图。仅两台变压器，且两台主变互为备用，供电可靠性高；但发动机电压母线容量达200MW，故障时短路电流大。方案三，采用两个扩大单元接线和一台双绕组变压器母线接线，如图。变压器数量少，双绕组变压器造价低。但当中间的双绕组变压器故障时，将失去一半的机组容量，只能满足最小负荷需要，同时两边母线失去联络，可靠性较低。方案四，110kV扩大单元接线和两台双绕组变压器母线接线，如图。变压器数量少，两台双绕组变压器互为备用，可靠性高；发动机电压母线容量150MW符合不超过240MW的规定；扩大单元可作为冷备用。上述各方案中，技术上方案四和方案一较优，两方案的供电可靠性高，机组运行方式灵活，所以选取方案四和方案一作经济比较。方案四的经济分析：一、 两台可互为备用的双绕组变压器的选择变压器容量选择：按发电机电压母线总容量70计算，并保证每个绕组的通过容量达到变压器额定容量的15及以上。发电机电压母线总容量（2×50/0.85+2×25/0.8）×70%126.1MVA故选择2×SFPSL7-120000/110参数：Po99kW，Ps347kW，Io%0.8%, Us13 扩大单元的双绕组变压器选择按发电机总容量选择。发电机总容量2×25/0.862.5MVA故选择SFPL7-63000/110参数：Po60kW，Ps238kW，Io%0.9%，Us10.5二、 损耗计算两台可互为备用的双绕组变压器损耗： Ss= (Ps+jUs%Se/100) = (347+j13%×120000/100)=0.1735+j7.8 (MVA)扩大单元的双绕组变压器损耗： Ss=(Ps+jUs%Se/100)(S/Se)2=238+j10.5%×63000/100=0.238+j6.615 (MVA)So=Po+jIo%Se/100=60+j0.9%×63000/100=0.06+j0.567 (MVA)变压器总损耗：设cos0.85 Tmax5500h 查表得4000hAPs×Po×8760(0.1735+0.238)×4000(+0.06)×87603906.08(MWh) 四、年运行费用计算变压器投资：K=80×245205（万元）断路器投资： K4.75×1780.75万元 （单价4.75万元）总投资：KKK205+80.75285.75万元年运行费用：（折旧维护率8，电价0.2元/kWh） =K×8A×0.2=285.75×8%+390.608×0.2=100.98（万元）方案一的经济分析：一 左边两台双绕组变压器的选择变压器容量选择：按发电机电压母线总容量70计算，并保证每个绕组的通过容量达到变压器额定容量的15及以上。发电机电压母线总容量（2×50/0.85）×70%82.35MVA故选择2×SFPL7-90000/110参数：Po80kW，Ps320kW，Io%0.63%，Us13 二 右边两台双绕组变压器选择变压器容量选择：按发电机电压母线总容量70计算，并保证每个绕组的通过容量达到变压器额定容量的15及以上。发电机总容量(4×25/0.8) ×7087.5MVA故选择2×SFPL7-90000/110参数：Po80kW，Ps320kW，Io%0.63%，Us13三、 损耗计算左边两台双绕组变压器损耗： Ss= (Ps+jUs%Se/100) = (320+j13%×90000/100)=0.16+j5.85 (MVA)右边两台双绕组变压器损耗： Ss= (Ps+jUs%Se/100) = (320+j13%×90000/100)=0.16+j5.85 (MVA)变压器总损耗：设cos0.85 Tmax5500h 查表得4000hAPs×Po×8760(+)×4000(+)×87604083.2(MWh) 四、年运行费用计算变压器投资：K=63.2×4252.8（万元）断路器投资： K4.75×1780.75万元 （单价4.75万元）总投资：KKK252.8+80.75333.55万元年运行费用：（折旧维护率8，电价0.2元/kWh） =K×8A×0.2=333.55×8%+408.32×0.2=108.35（万元）结论：方案四技术上优，经济上省，所以选择方案四为电厂主接线。42 发电厂的运行方式系统以最大负荷方式运行时，系统最大有功综合负荷为135MW，而发电厂最大出力为200MW，备用容量超过50MW，所以可选择2台25MW机组或1台50MW机组作热备用，其余机组带负荷运行。机组间负荷分配，可以按机组容量来分配。当系统以最小负荷方式运行时，系统有功功率只有68MW，不足机组容量的50，为经济运行，需考虑切除机组，同时考虑事故时的备用容量，可选择50MW的110kV扩大单元作冷备用，另将1台50MW机组和1台25MW机组作热备用，其余的1台50MW机组和1台25MW机组带负荷运行。43 选择变电站主接线由于各变电站均有一、二类负荷，对安全可靠供电要求高，需要有两个电源互为备用，故每个变电站设置两台变压器，且每站采用双回路供电，有两条高压进线，根据经验，当变电站为2台主变和2路进线时，采用桥式接线使用断路器最少，经济上最省，故各变电站均采用桥式接线。变电站主变容量以最大负荷视在功率来计算，每台变压器容量应为最大视在功率的约70。变压器的经济切除功率当Slj>Smin时，为方便切除主变，采用外桥式接线；当Slj<Smin时，为方便切换线路，采用内桥式接线。各变电站变压器和主接线的选择：变电站1：Pmax/COS35/0.85=41.18 MVA Pmin/COS17 /0.8=21.25 MVASe=41.18×7028.83 MVA 故选2×SFZ9-31500/110 降压变压器。变压器参数：33.8kW 133kW %=10.5 %=1.1切除功率：Slj = 故采用外桥式接线。变电站2：20/0.85=23.53MVA 10/0.8=12.5MVASe=23.53×70=16.47 MVA 故选2×SFL1-16000/110降压变压器。变压器参数：18.5kW 110kW %=10.5 %=0.9切除功率： Slj = 故采用桥内式接线。变电站3：30/0.85=35.29MVA 15/0.8=18.75 MVASe=35.29×70=24.7 MVA 故选2×SFZ9-31500/110降压变压器。变压器参数：33.8kW 133kW %=10.5 %=1.1切除功率：Slj = 故采用外桥式接线。变电站4：25/0.85=29.41 MVA 13/0.8=16.25 MVASe=29.41×70=20.59MVA 故选2×SFL1-20000/110降压变压器。变压器参数：22kW 135kW %=10.5 %=0.8切除功率： Slj = 故采用桥内式接线。 4-3 计算结果明细表一、发电厂计算结果变压器ZPs/Us%Po/Io%2×SFPSL7-120000/1100.1458+j6.5542347/1399/0.8SFPL7-63000/1100.7256+j20.1667238/10.560/0.9二、变电站计算结果变压器Ps/Us%Po/%Sman/Smin(MVA)（MVA）变电站接线方式变电站12×SFZ9-31500/110133/10.533.8/1.141.18/21.2522.46外桥式变电站22×SFL1-16000/110110/10.518.5/0.925.53/12.59.28内桥式变电站32×SFZ9-31500/110133/10.533.8/1.135.29/18.7522.46外桥式变电站42×SFL1-20000/110135/10.522/0.829.41/16.2511.42内桥式第五章 调压方式的选择和计算 用电设备在额定电压下运行时，效率最高。但实际上在电力系统运行中，随着负荷的变化，系统运行方式的改变，网络中电压的损失也会发生变化。为了保证用电设备的经济性及安全性，应采取必要的调压措施使电压偏移限制在某一个固定的范围内。系统常用的调压方式有顺调压、逆调压、常调压，可通过发动机调压和变压器分接头配合来实现。51 系统参数计算一、变压器参数的计算：变电所1：变电所2：变电所3：变电所4： 同理，其余变压器参数计算结果列表如下：地址变压器容量RB+j XB ()P0+j Q0(kW)Ps/Us%Smax/Smin(MVA)变电站1SFZ9-31500/1101.622+j40.33333.8+j346.5133/10.541.18/21.25变电站2SFL1-16000/1105.199+j79.40618.5+j144110/10.525.53/12.5变电站3SFZ9-31500/1101.622+j40.33333.8+j346.5133/10.535.29/18.75变电站4SFL1-20000/1104.084+j63.52522+j160135/10.529.41/16.25二、线路的参数线路电阻、电抗参数列表如下： 导线型号单位阻抗LGJ-120(A-1,2×22kM)LGJ-70(A-2,2×42kM)LGJ-120(A-3,2×35kM)LGJ-95(A-4,2×39kM)RL+j XL ()2.97+j4.59.45+j9.074.73+j7.186.44+j8.1152 各点的计算负荷和功率损耗一、 线路计算A1的计算（取b0=2.82×10-6S/km）等值电路图如下：1、线路的充电无功功率：QC1=-jb0LU2=-j2.82×10-6×2×22×1102=-j1.501MVar QC1/2=-j0.751 MVar2、最大负荷时两台变压器的损耗： 3、最大负荷时线路A-1末端的传输功率：SL=Smax+SB+QC/2=（35+j21.7）+（0.181+j1.59）-j0.751=35.181+j22.539MVA4、线路A-1的功率损耗：5、最大负荷时线路A-1始端的送出功率：SA-1=SL+SLA-1+QC1/235.181+j22.5390.428+j0.649-j0.75135.609+j22.437 (MVA)6、同理，计算出最小负荷时的情况：变压器损耗： 线路末端传输功率：SL=Smin+SB+QC/2=（17+j10.54）+（0