z区域电网初步课程设计.doc

新疆工程学院电气与信息工程系课程设计Z区域电力网初步设计专业班级： 电气工程12-1班 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2012年12月16日 新疆工程学院电气系课程设计评定意见设计题目： Z区域电力网初步设计 学生姓名： 专业 电气工程及其自动化 班级 电气工程12-1班 评定意见：评定成绩： 指导教师（签名）： 年 月 日评定意见参考提纲：1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2.学生的勤勉态度。3.设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。电气与信息系课程设计答辩情况记录表答辩人姓名班 级电气工程及自动化12-1专 业电力系统分析设计题目Z区域电力网初步设计指导老师答辩日期2012年 12 月 16日答辩时间10时30分12时30分自述本课程设计简单地介绍了区域电网设计的过程与方法。首先，设计区域电网应根据用户负荷的相关资料，各变电站的地理位置和供电情况做出相应的功率平衡，确定各变电站变压器的主变容量与台数。然后，根据已有的知识做出几种备选的方案进行详细比较，最终得出最佳方案。运用PSASP7.0软件进行潮流计算和短路计算。回答问题1.为什么要进行功率平衡效验？答：经过计算与要求的最小备用容量相比满足备用要求，使有功功率和无功功率平衡。2.怎样确定的电压等级？答：根据表1-2各电压等级线路的合理输送容量及输送距离中，通过与原始资料中数据进行对比得出电压等级为220kv。3.接线方案为什么选择方案六？答：方案六中每个发电厂或变电所都有两条出线相连，稳定性增加，而且总线路长度设计的相对较短，采用环形供电可靠性高，能保证一条线路出现故障后另一条线路维持对负荷的供电。4.为什么变电所1没有和变电所2或其他变电所相连？答：因为变电所1离发电厂A最近，离其他变电所太远，线路太长，从经济方面考虑，由变电所1与发电厂A双线连接最经济系统更稳定。5.所选主变压器的连接组别是什么？为什么？答：所选主变压器的连接组别是Yo/-11。此变压器连接方式电流超前电压90°，启动快耗能小。6.在进行接线方案的比较和选择时为什么要计算初步潮流分布？答：根据初步潮流分布的计算可以找到线路中的有功分点和无功分点，掌握功率流向分布，确定接线方案的选择。小结通过查阅电力系统的相关资料，了解电力网的设计，主要从：电力系统的功率平衡，电力网的接线方案，电气主接线的选择，包括各级电压接线方式的设计，短路电流计算，电力网的潮流与电压计算，包括最大负荷及电源功率运算等几方面着手课程设计。通过对地区电网的设计，巩固和运用前面所学到的基础理论知识，掌握电力系统设计的一般原则和方法，培养了分析问题和解决问题的能力。通过设计，对课上所学的知识有了更深刻的理解，学会了如何实际进行电力网络的潮流计算。答辩组长： 年 月 日新疆工程学院电气与信息工程系课程设计任务书12/13学年 1 学期 2012 年 12 月 10 日专业电气工程及其自动化班级电气工程12-1班课程名称电力系统分析设计题目Z区域电力网初步设计指导教师起止时间2012.12.102012.12 .16周数1设计地点神华楼A423设计目的：1通过电力系统分析课程设计，初步了解和掌握电力网的建设要进行综合分析后进行方案比较得到设计方案。2学会应用PSASP7.0软件进行潮流分析计算和故障短路计算方法。设计任务和主要技术指标：（1）发电厂装机情况 发电厂AB装机台数、容量（MW）4×1002×100，3×50额定电压（kV）10.510.5额定功率因数0.80.8（2)负荷情况 厂 站 项 目发电厂变电所AB12345最大负荷（MW）151590908095110最小负荷（MW）10108070757085功率因数0.80.80.90.90.90.90.9(h)5000500048005000520050005000低压母线电压(kV)10.510.51010351010负荷I,II类(%)75758075608075调压要求逆逆逆常顺逆常（3)发电厂及变电所地理位置图（4）设计任务1.拟定电力网初步接线方案。2.电力网接线方案的选择计算（包括潮流分布计算、电压等级确定、导线截面选择）。3.发电厂变电所主变压器的选择。4.电压损耗计算。 5.应用PSASP7.0软件进行潮流计算。6.应用PSASP7.0软件进行短路计算。设计进度与要求：第一天：收集资料，完成开题报告第二天第三天：电网接线方案设计，变压器及线路选型。第四天：完成潮流计算。第五天：基于PSASP的仿真潮流。第六天：设计电子版初稿，交指导老师批改。第七天：打印设计报告，答辩。主要参考书及参考资料：1梁志瑞.电力系统课程设计参考资料,华北电力大学，2004.2黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料,中国电力出版社，1998.3陈珩.电力系统稳态分析,水利电力出版社,2003.4电力工程设计手册,东北西北电力设计院,2001.5电力系统规划设计手册,东北电力设计院,1997.6电力系统课程设计及毕业设计参考资料,东南大学,2009.7电力建设工程预算定额,送电线路工程,中国电力企业联,2001.8傅知兰.电力系统电气设备选择与使用计算,中国电力出版社，2004.教研室主任（签名） 系（部）主任（签名） 年 月 日摘 要随着电力在国民经济发展中作用的日益突出，电网的建设与发展正扮演着越来越重要的角色。电网作为联系电能生产企业与用户的桥梁，对供电的可靠性与稳定性不言而喻，而电网的设计作为电网建设中的重要一环，必须给予高度的重视。本设计简明扼要地介绍了区域电网设计的过程与方法。区域电网的设计应根据用户负荷的相关资料，各变电站的地理位置和供电情况做出相应的功率平衡，确定各变电站变压器的主变容量与台数。根据已有的知识做出几种备选的方案，通过比较，主要从以下几个方面：(1)按经济截面选择导线，确定各段导线型号。(2)对各种备选方案进行正常情况下的电压损耗的计算，得出电压损耗情况，评定各种接线方案。综合以上两个方面确定最佳的方案，即为本设计的选定方案。最后对最优方案进行潮流计算，短路计算。关键词：潮流计算；短路计算；电网接线方案AbstractAs power has become an increasingly important role in national economic development, power grid construction and development are play an increasingly important role. Power grid as the contact bridge of power production enterprises and users, of stability and reliability of power supply is self-evident, and the design of the power grid as an important part of power grid construction, must give the high attention.This paper briefly introduces the regional power grid design process and methods. Regional power grid design should be based on user load information, geographic location of each substation and power supply situation makes the corresponding power balance, determine the transformer substation main transformer capacity and the Numbers. According to the existing knowledge to make several alternative solutions, through technical and economic comparison, mainly from the following several aspects :(1)by the cross section conductor choice, according to the mechanical strength, carrying capacity.(2)the various alternatives for the normal and fault conditions of voltage and power loss calculation, the calculation of the mainly adopt the method of manually calculate tide power.Comprehensive the above two aspects to determine the best solution, that is designed for the selected scheme. Finally, the optimal scheme for power flow calculation, according to the results of optimal scheme evaluation regulation requirements, short-circuit calculation.Key words: power flow calculation; short-circuit calculation; Grid connection scheme目 录1确定接线方案11.1功率平衡校验11.2初选方案11.3电压等级的确定32主接线形式与变压器的选择42.1主接线形式42.2变压器的台数和容量42.3所选用变压器的型号及相关参数表53导线型号的选择63.1方案1的导线型号选择63.1.1计算网络在最大运行方式下的初步潮流分布63.1.2按经济电流密度计算导线截面积63.1.3选择导线型号及其校验73.2方案6的导线型号选择73.2.1计算网络在最大运行方式下的初步潮流分布73.2.2按经济电流密度计算导线截面积83.2.3选择导线型号及其校验93.3方案7的导线型号选择93.3.1计算网络在最大运行方式下的初步潮流分布93.3.2按经济电流密度计算导线截面积93.3.3选择导线型号及其校验104详细比较114.1电压损耗计算114.1.1电压损耗计算原则114.1.2电压损耗115最优方案潮流计算与短路计算165.1用PSASP7.0软件潮流计算165.2短路计算17总结19致谢20参考文献211确定接线方案1.1功率平衡校验（1）有功平衡校验用电负荷：；同时系数K1取0.95。供电负荷：；网损系数K2取0.1发电负荷：；厂用网损系数K3取0.08。发电厂可以提供的备用容量：可见，经过计算与要求的最小备用容量相比较，满足备用要求，使有功功率平衡。(2)无功平衡校验发电厂发出的总无功： 负荷消耗总无功： 据原始数据无功补偿应进行到0.9，由于所有变电站的功率因数均为0.9，所以不用进行无功补偿。总无功负荷：已有备用容量：可见，经过计算与要求的备用容量相比较,满足要求，使无功功率平衡。1.2初选方案根据不同的接线方法，按原始资料的地理位置图，以及负荷大小，经过比较直观淘汰了一些明显不合理的方案，保留了如下八种方案如表1-1：表1-1 初步设计方案序号方案断路器数导线长（km）116469218537320612420595520630618563722651824723从表1-1分析比较后，可选择三种方案：方案1、方案6和方案7。下面进行初步比较，然后进行详细比较。1.3电压等级的确定根据表1-2确定电压等级。表1-2 各电压等级线路的合理输送容量及输送距离额定电压（kV）输送功率（kW）输送距离（km）额定电压（kV）输送功率（kW）输送距离（km）310010001360350030000301006100120041511010000500005015010200200062022010000050000010030035200010000205050080000020000004001000根据原始资料及计算结果可知额定电压应选220kV。2主接线形式与变压器的选择2.1主接线形式（1）发电厂主接线形式发电厂A有100MW机组四台，出口没有机压负荷，故直接将电能经变电站送入电网，机端电压为10.5kV，根据此情况及相关规定，100MW机组采用单元接线，这种接线简单，操作简便，经济性高。发电厂B有100MW机组两台，机端电压10.5kV，机压负荷为60MW由于发电机容量较大，为了采用简单的接线方式，故发电机均采用单元接线方式。三台50MW的机组进出线不止一回，采用机压母线的接线方式，这种接线简单清晰，设备少，投资少，便于扩建。（2）变电站主接线形式为了提高供电的可靠性，接入变电站的线路条数都是两条，同时变电站的变压器的台数也是两台。五个变电站都可以选用桥形接线，所用的断路器数少，投资较少。如果是环形网时，为了防止穿越功率通过三台断路器，则应选用外桥接线。2.2变压器的台数和容量（1）发电厂的变压器台数和容量采用发电机变压器单元接线形式时，主变的容量只要和发电机的容量相配套即可，但要保留10的裕度。所以连接100MW机组的变压器的容量为：100×1.1/0.85129.41MW.所以选用SFP7-150000/220型的变压器。机压母线接线方式的变压器一台故障另一台应满足输送功率的70以上，所以连接50MW机组的变压器的容量为：150×0.7105MW.所以选用SSPL1120000/220型的变压器。（2）变电站的变压器台数和容量变电站主变压器容量的确定一般要考虑城市规划、负荷性质、电网结构等因素。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，应满足类及类负荷的供电；对一般性变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的60%75%。由于5个变电站都属于枢纽变电站，主变压器台数为两台，而且站1和站2的低压母线均为10kV,应选双绕组变压器；站3、4、5低压母线的电压为35kV、10kV、10kV，应选双绕组变压器。计算公式为： 式（2-1） 其容量计算如下：站一容量为：S10.7×90/80%78.75(MVA)站二容量为：S20.7×90/75%84(MVA)站三容量为：S30.7×80/60%93.3 (MVA)站四容量为：S40.7×95/80%83.1(MVA)站五容量为：S50.7×110/75%102.7(MVA)可选4台型号为SSPL1-90000/220变压器,6台为SSPSL1-120000/220变压器。2.3所选用变压器的型号及相关参数表表2-1发电厂参数表项目站别型号及容量连接组损耗（kW）阻 抗电 压（）空载电流（）空载短路发电厂ASFP7-150000/220Yo/-1114045013.60.8发电厂BSFP7-150000/220Yo/-1114045013.60.8发电厂BSSPL1-120000/220Yo/-11179895130.67表2-2变电站参数表项目站别型号及容量连接组损耗（kW）阻 抗电 压（）空载电流（）空载短路变电站1SSPL1-90000/220Yo/-1192472.513.70.67变电站2SSPL1-90000/220Yo/-1192472.513.70.67变电站3SSPSL1-120000/220Yo/-11103496.511.20.5变电站4SSPL1-90000/220Yo/-1192472.513.70.67变电站5SSPSL1-120000/220Yo/-11103496.511.20.53导线型号的选择3.1方案1的导线型号选择3.1.1计算网络在最大运行方式下的初步潮流分布将变电站4、5和发电厂B从发电厂处打开，计算初步潮流分布（图中发电厂A，发电厂B，变电站1，变电站2，变电站3，变电站4，变电站5以下均以A，B，1，2,3,4,5代替）。图3-1 B45潮流分布根据集中参数公式和可以算出初步潮流。可以看出有功分点、无功分点均为4.变电站3、发电厂A和发电厂B三个节点为两端供电网，计算初步潮流分布。图3-2 AB3潮流分布可以看出有功分点、无功分点均为3.变电站1、2之间无功率传输，故A直接给站1供电，B直接给站2供电。3.1.2按经济电流密度计算导线截面积电网电压等级为220kV，公式： 式（3-1）其中：S导线截面积（mm2）；P、Q流过线路的有功功率和无功功率；J经济电流密度（A/mm2）；线路额定线电压（kV）；根据上述公式，可求得线段的截面积如下：令 3.1.3选择导线型号及其校验导线型号的选择根据求得的导线截面积，电压等级和本系统所处的地理环境，可以用钢芯铝绞线。A1段选LGJ240型B2段选LGJ240型12段选LGJ240型A3段选LGJ240型B3段选LGJ240型B4段选LGJ300型B5段选LGJ400型45段选LGJ240型3.2方案6的导线型号选择3.2.1计算网络在最大运行方式下的初步潮流分布将变电站4、5和发电厂B组成的环网从发电厂B处打开，计算初步潮流分布。图3-3 B45潮流分布=可以看出，有功分点、无功分点均为4.变电站2、发电厂A和发电厂B为两端供电网图3-4 AB2潮流分布可以看出，有功分点、无功分点均为2.变电站3、发电厂A和发电厂B三个节点为两端供电网，计算初步潮流分布。图3-5 AB3潮流分布=可以看出，有功分点、无功分点均为3.3.2.2按经济电流密度计算导线截面积电网电压等级为220kV，公式： 式（3-2）其中：S导线截面积（mm2）；P、Q流过线路的有功功率和无功功率；J经济电流密度（A/mm2）；线路额定线电压（kV）；根据上述公式，可求得线段的截面积如下：3.2.3选择导线型号及其校验导线型号的选择根据求得的导线截面积，电压等级和本系统所处的地理环境，可以用钢芯铝绞线。A1段选LGJ240型A2段选LGJ240型A3段选LGJ240型B2段选LGJ240型B3段选LGJ240型B4段选LGJ300型B5段选LGJ400型45段选LGJ240型3.3方案7的导线型号选择3.3.1计算网络在最大运行方式下的初步潮流分布将变电站4、5和发电厂B组成的环网从发电厂B处打开，计算初步潮流分布。图3-6 B45潮流分布=可以看出，有功分点、无功分点均为4.变电站3、发电厂A和发电厂B三个节点为两端供电网，计算初步潮流分布。图3-7 AB3潮流分布=可以看出，有功分点、无功分点均为3.3.3.2按经济电流密度计算导线截面积电网电压等级为220kV，公式： 式（3-3） 其中：S导线截面积（mm2）；P、Q流过线路的有功功率和无功功率；J经济电流密度（A/mm2）；线路额定线电压（kV）；根据上述公式，可求得线段的截面积如下：3.3.3选择导线型号及其校验导线型号的选择，根据求得的导线截面积，电压等级和本系统所处的地理环境，可以用钢芯铝绞线。A1段选LGJ240型A3段选LGJ240型B3段选LGJ240型B2段选LGJ240型B4段选LGJ300型B5段选LGJ400型45段选LGJ240型综上，选择方案6为最优方案，因电站出线较少，采用环形供电，可靠性高，能保证一条线路出现故障后另一条线路维持对负荷供电。4详细比较4.1电压损耗计算4.1.1电压损耗计算原则由于发电厂部分相同，可以只对线路部分的电压损耗进行初步计算，计算时可以假定网络各点电压都等于额定电压，计算正常最大负荷情况下的电压损耗。正常情况下电压损耗不超过10即符合要求。计算公式如下： 式（4-1） 电压损耗 式（4-2）线路阻抗:Z=R+jX =rl+jxl(r=0.1,x=0.4) 式（4-3）4.1.2线路电压损耗(1)方案1：首先打开发电厂B、变电站4、变电站5的环网，从发电厂处打开。潮流分布图如下： 图4-1 B45潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出： 图4-2 B45阻抗分布根据公式带入数据进行计算：5.96（kV）（kV）<220×10%=22（kV）所以满足要求。 将发电厂A、变电站3、发电厂B的两端供电网从变电站3打开。潮流分布图如下：图4-3 AB3潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出：图4-4 AB3阻抗分布根据公式带入数据进行计算：（kV）<220×10%=22（kV） 所以满足要求。 将发电厂A、变电站1打开。潮流分布图如下：图4-5 A1潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出：图4-6 A1阻抗分布根据公式带入数据进行计算：= (kV)（kV）<220×10%=22（kV） 所以满足要求。将发电厂B、变电站2打开。潮流分布图如下： 图4-7 B2潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出： 图4-8 B2阻抗分布根据公式带入数据进行计算：= (kV)（kV）<220×10%=22（kV） 所以满足要求。（2）方案6：首先打开发电厂B、变电站4、变电站5的环网，从发电厂处打开。潮流分布图如下： 图4-9 B45潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出：图4-10 B45阻抗分布根据公式带入数据进行计算： 5.96（kV）（kV）<220×10%=22（kV） 所以满足要求。 将发电厂A、变电站3、发电厂B组成的环网打开。潮流分布图如下：图4-11 AB3潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出：图4-12 AB3阻抗分布根据公式带入数据进行计算：（kV）<220×10%=22（kV） 所以满足要求。 将发电厂A、变电站2、发电厂B组成的两端供电网从变电站2打开。潮流分布图如下：图4-13 AB2潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出： 图4-14 AB2阻抗分布根据公式带入数据进行计算：(kV)(kV)（kV）<220×10%=22（kV） 所以满足要求。打开辐射网发电厂A、变电站1.潮流分布图如下：图4-15 A1潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出：图4-16 A1阻抗分布根据公式带入数据进行计算：=(kV) (kV) <220×10%=22（kV） 所以满足要求。（3）方案7：首先打开发电厂B、变电站4、变电站5的环网，从发电厂处打开。潮流分布图如下： 图4-17 B45潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出： 图4-18 B45阻抗分布根据公式带入数据进行计算： 5.96（kV）（kV）<220×10%=22（kV） 所以满足要求。 将发电厂A、变电站3、发电厂B组成的环网打开。潮流分布图如下：图4-18 AB3潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出：图4-19 AB3阻抗分布根据公式带入数据进行计算：（kV）<220×10%=22（kV） 所以满足要求。 打开辐射网发电厂A、变电站1潮流分布图如下：图4-20 A1潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出： 图4-21 A1阻抗分布根据公式带入数据进行计算：=(kV)(kV) <220×10%=22（kV） 所以满足要求。将发电厂B、变电站2打开。潮流分布图如下：图4-22 B2潮流分布根据公式计算得线路阻抗，在下图中画出： 图4-23 B2阻抗分布根据公式带入数据进行计算：= (kV)（kV）<220×10%=22（kV） 所以满足要求。5最优方案潮流计算与短路计算5.1用PSASP7.0软件潮流计算通过画单线图，经过数据检查得出潮流计算。潮流计算的本质是求解节点功率方程，通过潮流计算得出了各个节点的电压和相角，以及各个支路的有功功率和无功功率的分布和损耗，网络损耗，从报表中可以分析发电机出力情况，系统电压及输电线无越限，元件无过负荷现象。图5-1潮流计算截图图5-2潮流计算摘要信息报表截图图5-3潮流计算摘要信息报表文本形式截图5.2短路计算如图所示5-4,5-5选取基于潮流的短路计算方式，故障类型为ABC三相短路，运用软件截图所得(短路点为全网)：图5-4短路计算图5-5短路计算截图图5-6短路电流简表截图总 结在这一个星期的时间里，我查阅了电力系统的相关资料，了解了电力网的设计，主要做了以下几个方面：电力系统的功率平衡，电力网的接线方案，电气主接线的选择，包括各级电压接线方式的设计，短路电流计算，电力网的潮流与电压计算，包括最大负荷及电源功率运算。在本次电力系统分析课程设计制作过程中，我投入了极大的热情和精力。通过对地区电网的设计，巩固和运用前面所学到的基础理论知识，掌握电力系统设计的一般原则和方法，培养了分析问题和解决问题的能力。通过设计，对课上所学的知识有了更深刻的理解，学会了如何实际进行电力网络的潮流计算，既能考虑到细微之处又能整体统筹规划。在设计过程中，我也了解了与先进技术的差异，这更激励我认真学习专业知识。本次课程设计运用所学的基础知识，综合考虑了个方面的相互关系，在设计的过程中培养了我独立思考的能力，使所学的理论知识和实践相结合，对电力网的基本知识有了初步的了解，为以后的工作打下了一定的基础。而且在此次课程设计中，我发现了自己的基础知识有很多的不足。这些基础的缺乏给我的设计计划造成了不小的障碍。在这个过程中，我明白了，只要用心去做，认真去做，持之以恒，就会有新的发现，有意外的收获。致 谢在刘老师的指导下,我经过近一周的努力将此次电力系统课程设计完成，在此对老师给予的帮助表示衷心感谢,并且感谢曾给予我帮助的同组同学。在课程设计过程中，老师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和建议,对我的辅导耐心认真，并提供了大量资料和文献，使这次设计顺利完成。同时加深了我对所学知识的了解和应用。最后，感谢学校提供了这次设计平台，为以后工作奠定了良好的基础。参 考 文 献1梁志瑞.电力系统课程设计参考资料,华北电力大学，2004.2黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料,中国电力出版社，1998.3陈珩.电力系统稳态分析,水利电力出版社,2003.4电力工程设计手册,东北西北电力设计院,2001.5电力系统规划设计手册,东北电力设计院,1997.6电力系统课程设计及毕业设计参考资料,东南大学,2009.7电力建设工程预算定额,送电线路工程,中国电力企业联,2001.8傅知兰.电力系统电气设备选择与使用计算,中国电力出版社，2004.