电力系统设计.doc

电力系统设计1.1 设计义务本次电力系兼顾划设计是依照给定的发电厂、变电所原始材料完成如下设计：1.1 确信供电电压等级；1.2 初步拟定若干待选的电力网接线筹划；1.3 发电厂、变电所主变压器选择；1.4 电力网接线筹划的技巧、经济比较；1.5 输电线路导线截面选择；1.6 调压运算。1.2 原始材料（1）发电厂、变电所相对地舆地位及距离（2 ）发电厂技巧参数表1-1发电厂A装机台数、容量（MW）4×75额定电压（kV）10.5额定功率因数0.8（3） 发电厂与负荷数据及有关要求表1-2 厂 站 项 目发电厂变电所A123最大年夜负荷（MW）20806070最小负荷（MW）10403035功率因数0.850.850.90.85(h)5000600055005000低压母线电压(kV)10101010调压要求最大年夜负荷(%)2552.52.5最小负荷(%)2507.57.5各类负荷(%) I类3003530 II类255030302. 电网初步筹划的拟定与比较2.1 电力电量均衡运算电力均衡： 最大年夜负荷时发电厂最大年夜负荷功率： 电源最大年夜出力：变电所最大年夜负荷功率：从电网S接收的功率： 最小负荷时发电厂最小负荷功率：电源最小出力：变电所最小负荷功率：从电网S接收的功率：电量均衡：体系发电量：体系用电量：往电网输送电量：（注：本次设计中关于无功功率一律采取电容器“当场补偿”）2.2. 供电电压等级切实事实上定依照图1中的变电所负荷大年夜小、变电所与发电厂的距离，由有关材料确信电压等级，采取架空线时与各额定电压等级相适应的输送功率和输送距离。发电厂A最大年夜功率300MW, 1变电站最大年夜负荷为80MW, 2变电站最大年夜负荷为60MW, 3变电站最大年夜负荷为70MW。结合设计的地舆分布,最长输电线路70km，最短输电线路30km，选择110KV的输电等级。依照如下表所示：表2-1额定电压（KV）输送功率（KW）输送距离（KM）31001000136100120041510200200062035200010000205060350030000301001101000050000501502201000005000001003002.3. 初步接线筹划及其拟定依照（1）依照义务书上的发电厂和变电所的相对地舆地位，作出大年夜致的5个供电靠得住性高，节俭线长的地舆接线图筹划。（2） 假设全网的输电线路差不多上一个型号的电力线路，将全部电网均一化，应用均一网的潮流分布运算公式，确信全部线路上的初步潮流分布。（3） 经由过程负荷矩（即输电线路的电能指标）和线长（即输电线路的一次投资量指标）进行选择，选出两个备选筹划进行精确潮流运算。（4） 为了便于选择和运算，设计地舆接线图时同一采取110KV电压等级，LGJ-240型号导线进行初步潮流运算，以有功功率损耗及电压偏移为参考指标，选出两个筹划进行精确潮流运算，从新运算导线截面积及阻抗标幺值，带入法度榜样运算。 均一网初步功率分布的运算公式如下： 即：2.3.1筹划初选： 计整洁 筹划二 筹划三 筹划四 筹划五 筹划六2.3.2备选筹划参数一览表: 表2-2 备选筹划线路长度（KM）线路损耗（MW2×KM） 技巧比较方案一370471250线路较短，A的功率直截了当供给负荷，功率损耗起码，比较经济，且电压质量好，修理便利。方案二390659250线路长度较长，损耗较小，电能质量好，供电靠得住，修理便利， 然则1-2线路的负荷过重方案三3051141878线路最短，但损耗最大年夜，不宜采取方案四370670750供电靠得住性比较好，线路较长，功耗较小，电能质量好，修理便利。方案五420973500供电靠得住，电能质量好，但线路最长，传输中功耗比较大年夜，也不宜采取。方案六350654689线路较短，电能质量好，供电靠得住，修理便利。 2.4. 初步潮流运算成果初步筹划的潮流运算初步筹划并未确信导线截面积，是以先按均一网对其进行初步功率分布的运算。均一网初步功率分布的运算公式如下： 即： 2.4.1各节点编号及性质表2-3名称编号节点性质发电厂A1PV节点变电所12PQ节点变电所23PQ节点变电所3 4PQ节点无穷的体系5均衡节点计整洁： 线路功率MW121-31-41-5（MW2×KM）80607070471250筹划二：线路功率MW 12 2-3 1-4 1-5（MW2×KM） 140 60 70 70 659250筹划三：线路功率MW 1-2 1-3 1-4 3-5 4-5（MW2×KM） 80 116.1 83.9 56.1 13.9 1141878筹划四：线路功率MW 12 1-3 1-4 3-5（MW2×KM） 80 130 70 70 670750筹划五：线路功率MW 12 1-3 1-4 4-5（MW2×KM） 80 60 140 70 973500筹划六：线路功率MW 1-2 1-3 1-4 1-5 3-2（MW2×KM） 64.28 75.71 70 70 17.71 654689经由过程对以上筹划的经济性和技巧性的比较，计整洁和筹划六投资、功率损耗较其它的筹划优，因此选择这两个筹划作为初选筹划。2.5. 优选筹划经济比较我们初选计整洁和六，从新标号一和二，如下:计整洁：初步潮流运算获得各线路上的功率传输如下表所示：表2-4线路1-21-31-41-5传输功率80607070 架空输电线路导线经济电流密度表2-5 年最大年夜负荷应用小时数 3000以下 30005000 5000以上 铝 1.65 1.15 0.90 铜 3.00 22.5 1.75依照筹划我们拔取铝线，取经济电流密度为0.90，经由过程以上公式我们得出各线路的截面积：表2-6线路1-21-31-41-5 419.8314.92367.4367.4466.54349.91408.23408.23因为存在S>400，故应采取双回路接线。依照初步运算的截面积可选出架空线的型号：表2-7线路导线型号电阻感抗许可载流量（A）1-2LGJ-240*20.131250.4076101-3LGJ-185*20.1630.4025151-4LGJ-240*20.131250.4076101-5LGJ-240*20.131250.407610 线路总阻抗Z总=（r+jx）*LZ12=0.5(0.13125+j0.407)*50=3.281+j10.175Z13=0.5(0.163+j0.402)*30=2.445+j6.03Z14=0.5*(0.13125+j0.407)*60=3.936+j12.21Z15=0.5(0.13125+j0.407)*45=2.953+j9.156从新运算电网的初步潮流分布，按非均一网运算：表2-8S12S13S14S1580607070线路年总损耗：表2-9 线路 (MW)(MW)1-20.854600798120617.61-30.939502871.651-40.85350055791-50.8535004186依照附录线路的投资指标表格得出架空线路的总投资：Z=L12*24+L1-3*30+L1-4*45+L1-5*24=50*1.5*32+30*1.5*30+60*1.5*32+45*1.5*32=8790万元万元式中：筹划二:初步潮流运算获得各线路上的功率传输如下表所示：线路1-21-31-41-53-2传输功率64.2975.71707015.71表2-10 架空输电线路导线经济电流密度年最大年夜负荷应用小时数3000以下300050005000以上铝1.651.150.90铜3.0022.51.75依照筹划我们拔取铝线，取经济电流密度为0.90，经由过程以上公式我们得出各线路的截面积：线路1-21-31-41-53-2337.41397.35367.38367.3882.44374.9441.5408.2408.491.6因为存在S>400，故应采取双回路接线。依照初步运算的截面积可选出架空线的型号：表2-11线路导线型号电阻感抗许可载流量（A）1-2LGJ-4000.080.4068001-3LGJ-240*20.1050.3996101-4LGJ-240*20.131250.4076101-5LGJ-240*20.131250.4076103-2LGJ-1200.630.452700线路阻抗参数：Z12Z13Z32Z14Z154+j20.31.97+j6.10537.8+j27.123.938+j12.212.953+j9.158从新运算电网的初步潮流分布，按非均一网运算：S12S13S32S14S1564.07+j9.25575.9315.937070功率损耗：P12(MW)P13(MW)P14(MW)P15(MW)P32(MW)1.370.931.591.20.77线路总损耗：表2-12线路(MW)(MW)1-20.8546006302227861-30.939503673.51-40.85350055651-50.85350042003-20.939503045.5依照附录线路的投资指标表格得出架空线路的总投资：Z=60*32*1.5+32*45*1.5+32*30*1.5+25*60+50*45=10230万元万元式中2.6. 二导线截面积的校验 一. 按机械强度校验，关于跨运河，公路，通信线路，居平易近区线路，导线界面记不得小于，应此所选导线截面积知足机械强度的要求; 二. 按电晕前提进行校验，关于110KV电压等级的线路大年夜于,就可不能产生电晕现象，我们选的导线截面都大年夜于，知足电晕前提; 三. 按发烧前提进行校验，发烧前提重要依照许可载流量进行确信与前面计算所得电流值进行比较知足发烧前提。2.7. 较优计整洁，二的经济比较比较两种筹划:表2-13计整洁8790万元1512.72万元筹划二10230万元1718.21万元依照上表：抵偿年限法的运算公式如下：按电力工业投资收受接收系数0.1推敲，当N小于10年时，采取投资大年夜、年运行费用低的筹划，不然应采取投资小的筹划。N=( Z1- Z2)/( - )<10综合比较后计整洁为最佳筹划。3. 变压器的拔取及电网的接线图3.1. 变压器的拔取和校验一选择发电厂、变电所主变压器台数、容量及电气主接线情势时，应留意：（1）发电厂主变压器至少两台，变电所主变压器一样按两台推敲；（2）发电厂电气主接线可采取有母线接线、单位接线或扩大年夜单位接线；变电所电气主接线一样采取有母线接线或桥形接线；（3）选择发电厂主变压器容量时，应留意：发电厂低压母线负荷直截了当从发电机出供词电（没有经由主变压器），具体按如下方法推敲；（4）若采取单位接线、且没有发电机电压负荷，主变压器容量只需与发电机容量配套；（5）若采取单位接线、但有发电机电压负荷，主变压器容量应知足：扣除机端最小负荷、厂用电后，包管将全部残剩功率送入体系；（6）若采取有母线接线，当机端母线上最大年夜一台发电机故障或检修时主变压器应能从体系倒送功率包管机端负荷的须要；（7）若发电机端母线上接有多台主变压器，当个中容量最大年夜一台主变压器因故退出运行时，其它主变压器应在许可的过负荷范畴内包管输送全部残剩功率的70以上。二变电所主变压器容量按容载比等于1.6推敲，即：3.1.1变压器容量切实事实上定发电厂A：变电站1：变电站2：变电站3：3.1.2变压器型号的选择发电厂A：型号SFP7-120000/110×4变电站1：型号SFP7-75000/110×2变电站2：型号SFP7-63000/110×2变电站3：型号SFP7-75000/110×2表3-1型号额定容量（MA）高压低压空载损耗短路电压（%）短路损耗空载电流（%）SFP7-120000/110120121±2×2.5%10.510610.54220.5SFP7-75000/11075121±2×2.5%10.57510.53000.6SFP7-50000/11050121±2×2.5%10.55510.52160.7SFP7-63000/11063121±2×2.5%10.56510.52600.6三变压器的考查：发电厂A： 120*4-120 360 2.8（93.75-2.94）254.27 知足变电站1：当一台主变压器停机时，是否知足、类负荷的供电需求。类负荷：50%×80=40MW(120)>40知足前提变电站2：类负荷：35%×60=21MW类负荷：30%×60=18MW(63)>21+18=39知足前提变电站3：类负荷：30%×70=21MW类负荷：30%×70=21MW(75)>21+21=42知足前提3.2. 变压器参数的运算一最大年夜负荷时，变压流损耗：发电厂A：变电站1： 变电站2：变电站3：二最小负荷时，变压器损耗：发电厂A： 变电站1：变电站2：变电站3：三变压器运算参数发电厂A：SFP7-120000/110：变电所1：SFP7-75000/110：变电所2：SFP7-50000/110：变电所3：SFP7-63000/110：3.3. 发电厂接线发电厂接线图如下：图3-1（注：本次设计发电厂采取双母线接线方法，如上图所示）4. 电压调剂与精确潮流运算4.1. 精确潮流运算4.1.1精确潮流运算(1)最大年夜负荷时按全网110Kv运算功率损耗：线路阻抗（欧姆）变压器阻抗（两台变压器并联折算到高压侧）每个变电所两台变压器中的损耗线路末尾输送功率线路损耗功率：线路首端输送功率：（2）最小负荷时按全网110Kv运算功率损耗线路阻抗（欧姆）变压器阻抗（两台变压器并联折算到高压侧）每个变电所两台变压器中的损耗线路末尾输送功率线路损耗功率线路首端输送功率4.1.2潮流分布运算成果图4-14.2. 电压调剂运算4.2.1运算各线段的电压降低最大年夜负荷时电压降低纵重量（KV）：电压降低横重量：变电所高压侧电压：电压降低纵重量（KV）电压降低横重量变电所高压侧电压4.3. 变压器变比接头选择及校验变电所1：变电所2：变电所3： 最佳筹划接线图：图4-25.用电力体系分析综合法度榜样7.0版设计和开创平台进行分析5.1用PSASP图模一体化支撑平台画图5.1.1 电力体系分析综合法度榜样图模一体化支撑平台电力体系分析综合法度榜样图模一体化支撑平台能够便利地建立电网分析的各类数据，绘制所须要的各类图形（单线图、地舆地位接线图、厂站主接线图等）。该平台办事于PSASP的各运算模块，在此之上能够进行各类分析运算，输出运算成果。5.1.2 PSASP图模一体化平台的重要功能(1) 用户能够经由过程平台便利地建立电网数据、绘制电网图形、进行各类分析运算。(2) 真正实现了图模一体化。(3) 应用该平台能够绘制各类电网图形，包含单线图、地舆地位接线图、厂站主接线图等。 5.1.3 用PSASP图模一体化平台绘制本设计的单线图 图5-1 该设计单线图5.2 潮流运算潮流运确实是依照给定的电网构造、参数和发电机、负荷等元件的运行前提，确信电力体系各部分稳态运行状况参数的运算。平日给定的运行前提有体系中各电源和负荷点的功率、枢纽点电压、均衡点的电压和相位角等。待求的运行状况参量包含电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各歧路的功率分布、收集的功率损耗等。潮流运确实是电力体系分析最全然的运算，经由过程潮流运算能够确信体系的稳态运行方法，是其它体系分析运算的差不多。在电力体系分析综合法度榜样（PSASP）中，潮流运确实是网损运算、静态安稳分析、暂态稳固运算、小干扰稳固运算、短路运算、静态和动态等值运算的差不多。5.2 PSASP潮流运算方法（1） PQ分化法（2） 牛顿法（功率式）（3） 最优因子法（4） 牛顿法（电流式）（5） PQ分化转牛顿法5.3 用PSASP进行潮流运算 图5-2 潮流成果单线图输出5.4 潮流运算数据成果 表5-1 潮流运算数据成果 单位：kAkVMWMvar总有功发电总无功发电cosg总有功负荷总无功负荷cosl总有功损耗总无功损耗全网401.12320.460.85420300.470.878.1435.86 表5-2 最大年夜负荷时的各母线电压（折算到110KV侧）单位：kAkVMWMvar母线名称电压幅值电压相角Bus198.04025-8.7408Bus2105.9839-5.5881Bus397.50906-8.4163Bus4105.34744-5.3973Bus598.51094-7.2755Bus6105.90283-4.6342Bus7100.28722-6.4324Bus8108.25749-3.4154Bus9121.00121-1.0902Bus10111.55595-3.4426Bus111212.6467Bus12112.8083-0.0448Bus131210Bus14111.78343-2.4219 表5-3 最小负荷时各母线电压（折算到110KV侧）：单位：kAkVMWMvar母线名称电压幅值电压相角Bus1105.0449424.1673Bus2111.5220725.5637Bus3102.75441-2.7684Bus4109.23275-1.2328Bus5103.6740119.5987Bus6110.0797521.0061Bus7103.669176.1591Bus8110.423397.8752Bus9121.0036329.268Bus10114.030426.5846Bus1112121.0203Bus12113.3818418.1619Bus131210Bus14112.427150.3846短路运算6.1短路电流的缘故与损害供电体系应当正常的不间断地靠得住供电，以包管临盆和生活的正常进行。然则供电体系的正常运行经常因为产生短路故障而遭到破坏。所谓短路，确实是供电体系中一相或多相载流导体接地或互相接触并产生超出规定值的大年夜电流。造成短路的重要缘故是电气设备载流部分的绝缘破坏、误动作、雷击或过电压击穿等。短路电流数值平日是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它经由过程电气设备时，设备的载流部分变形或破坏，选用设备时要推敲它们对短路电流的稳固。短路电流在线路上产生专门大年夜的压降，离短路点越近的母线，电压降低越厉害，从而阻碍与母线连接的电念头或其它设备的正常运行。运算方法采取标幺值法运算。进行运算的物理量，不是器具体单位的值，而是用其相对值表示，这种运算方法叫做标幺值法。标幺值的概念是：某量的标幺值= 所谓基准值是衡量某个物理量的标准或标准，用标幺值表示的物理量是没有单位的。供电体系中的元件包含电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线路，为了求出电源至短路点电抗标幺值，须要一一地求出这些元件的电抗标幺值。6.2高压电网三相短路运算电源取自距本变电所3km外的10kV变电站，用10kV双回架空线路向本变电所供电，出口处的短路容量为250MV·A。图6.1 高压电网短路电流运算图求10kV母线上K-1点短路和380V低压母线上K-2点短路电流和短路容量。电源侧短路容量定为Sk=250MV·A（1）确信基准值：取=100MV·A =10.5kV =0.4KV 而= =100MV·A/（*10.5kV）=5.50kA= =100M·VA/（*0.4kV）=144.34kA（2）运算短路电路中各重要元件的电抗标幺值：因为电源侧短路容量定为Sk=250MV·A,是以= =100MV·A/250MV·A=0.4架空线路：X0 =(0.35/km)=0.35/km*3km*=0.95电力变压器：Uk%=4,而 =500KV·A,是以 = =8短路电路的等效电路如图图6.2等效电路（3）K-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值： =+=0.4+0.95=1.35三相短路电流周期重量有效值：= =5.50kA/1.35=4.07kA其他三相短路电流： = =4.07kA =2.55*4.07kA=10.38kA =1.51*4.07kA=6.15kA三相短路容量： = =100MV·A/1.35=74.1 MV·A·（4）K-2点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量：两台变压器并列运行其总电抗标幺值： =0.4+0.95+=5.35三相短路电流周期重量有效值：= =144.34kA/5.35=26.98kA其他三相短路电流，在10/0.4KV变压器二次侧低压母线产生三相短路时，因为，可取=1.6，是以：=26.98kA =2.26*26.98kA=60.97kA =1.31*26.98kA=35.34kA三相短路容量： = =100MV·A/5.35=18.69 MV·A两台变压器分列运行：总电抗标幺值 =0.4+0.95+8=9.35三相短路电流周期重量有效值 =144.34kA/9.35=15.44kA其他三相短路电流 =15.44kA =2.26*15.44kA=34.89kA =1.31*15.44kA=20.23kA三相短路容 = =100MV·A/9.35=10.7MV·A在轻载下，共有4个节点，下面分别在这4个节点短路，分析电路的短路电流及短路容量分布。节点一短路：图6.3节点一短路节点2：图6.4节点2短路节点3：图6.5节点3短路节点4：图6.6节点4短路附录一一架空输电线路导线经济电流密度表附录1 架空输电线路导线经济电流密度（A / mm2）年最大年夜负荷应用小时数Tmax3000以下300050005000以上铝1.651.150.90铜3.002.251.75二筹划筹划的经济性比较方法本次电网筹划课程设计要求按年费用最小法进行筹划筹划的经济性比较，年费用最小的筹划筹划为经济性最好的筹划。筹划筹划年费用的运算范畴包含：（1）输电线路的投资；（2）输电线路的年运行费用；（3）收集电能损掉费。三筹划筹划的年费用运算方法个中：筹划筹划的年费用折算至基准年（筹划程度年）的总投资电力工程经济应用年限（取25年）电力工业投资收受接收系数（取 0.1）基准年的年运行费用（取投资的5）四输电线路的投资指标 表附录1-2 110KV架空输电线路单位投资指标类 别单位造价指标LGJ40045万元公里LGJ30040万元公里LGJ24032万元公里LGJ18530万元公里LGJ15028万元公里LGJ12025万元公里五电能损掉费运算方法（1）由潮流运算成果得出全网最大年夜损耗功率；（2）依照附录中给出的年最大年夜负荷应用小时数、负荷功率因数，依照下表查出年最大年夜负荷损耗时刻；（3）运算全部电网全年电能损耗（Kwh年）；（4）按电力体系综合成本电价（取0.35元Kwh）运算电能损掉费。（5）最大年夜负荷损耗小时与最大年夜负荷应用小时、功率因数之间的关系如下表所示： 0.800.850.950.951.002000150012001000800700250017001500125011009503000200018001600140012503500235021502000180016004000275026002400220020004500315030002900270025005000360035003400320030005500410040003950375036006000465046004500435042006500525052005100500048507000595059005800570056007500665066006550650064008000740073507250 表附录1-3附录二课程设计留意事项1.依照义务书的原始材料，考查体系的功率均衡和确信电厂的运行方法校验体系功率均衡的目标是分析体系的有功和无功电源容量是否足够，是否有须要补偿装设有功或无功电源(做功率均衡时，应计及负荷的同时系数、网损及厂用电，并须要有足够的备用容量)。体系的最大年夜综合负荷：个中：为同时系数，近似取0.9；为厂用电率+网损率，网损率取5%。依照综合最大年夜，最小负荷，推敲电厂的运行方法，确信机组的运行台数和出力。2.确信电网供电电压等级时，应推敲变电所负荷大年夜小、变电所与发电厂的距离。3.对初选筹划，进行具体的技巧经济比较，确信技偶合理，经济效益佳的筹划为最佳筹划电力网接线筹划的技巧性比较内容包含：供电靠得住性、电压质量、运行灵活性、电网今后成长的适应性等，此次课程设计只要求作定性分析。电力网接线筹划的经济性比较内容包含：投资、运行爱护费、电能损掉费。经技巧、经济比较后，从各待选筹划中选出最佳筹划作为举荐筹划。在进行电力网接线筹划技巧、经济比较时，须要进行初步潮流运算。因为现在输电线路导线截面尚未确信，是以，可起首按某一种导线截面运算线路电阻、电抗等参数，然落后行初步潮流运算。总结经由过程此次课程设计，我对电力体系设计筹划由最初选择合理筹划到接线图设计的全部过程有了一个大年夜致的明白得，对设计的思路、全然方法、步调有了深刻的熟悉。尽管在此次设计中，或许我们的选择筹划不是实际中的最优筹划，但我们按照师长教师指导设计法度榜样进行，本身对电力体系从设计到运行有了大年夜概的明白得，也是进修电力体系稳态分析理论常识的一次实际应用，把我们的理论和实际接洽了起来，在此次的设计过程中，我们组先依照派发的义务收集，查询拜望有关的材料书本，然落后入草拟筹划时期，其间与同组同窗进行筹划的评论辩论、修改。有不明白的处所向师长教师就教，大年夜家都有专门大年夜的收成。 在本次电网筹划设计中，重要推敲了供电的靠得住性、灵活性和经济性。在选择电网设计筹划时，起首推敲体系对负荷供电的靠得住性，在包管供电靠得