电网规划课程设计 (1)

摘要
电力工业是国家的基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位。

电能是一种无形的，不能大量储存的二次能源。

电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持有功功率和无功率的平衡。

电力工业发展的经验告诉我们，电力系统愈大，调度运行就愈合理，经济效益愈好，应变事故的能力就俞强，这也是我国电力工业必然的发展趋势。

然而联合电网也是由地方电力网相互联接而成的。

要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，因此，做好电力规划，加强电网的建设十分重要。

电力规划是根据社会经济发展的需求，能源资源和负荷的分布，确定合理的电源结构和战略布局。

确立电压等级，输电方式和合理的网架结构等，电力规划合理与否，事关国民经济的发展，直接影响电力系统今后的运行的稳定性，经济性，电能质量的好坏和未来的发展。

关键词:地区力电网规划设计技术比较调压计算分接头
引言
根据电能生产、输送、消费的连续性，瞬时性，重要性的特点，对电力系统的运行也必须保证对第一类负荷的不间断供电，对第二类负荷的供电可
靠性，同时，保证良好的电能质量，除此之外降低变换、输送、分配时的损耗，保证系统虑供电的可靠性、灵活性和经济性的基础上，使方案达到最合理化。

保证良好的电能质量和较好的经济效益运行的经济性也极为重要。

于是在规划电力网时应该根据各个负荷点对电能要求的不同和保证运行的灵活和操作时的安全来选择合适的接线方式和合理的电压等级。

在选择电网设计方案时，首先考虑系统对负荷供电的可靠性，在保证供电可靠性的基础上，对供电的灵活性和经济性进行设计和规划。

为保证供电的可靠性，对有一类负荷的负荷点采用双回或环网供电。

对于灵活性，系统主要通过变电所的接线来实现。

在本电网设计中，电压中枢点是变电所，故通过调节变电所的电压来实现电压调整。

总之：进行电网规划设计时，要根据当地地理条件，合理选泽方案，综合考虑。

目录
1. 设计任务和原始资料
设计任务
本次电力系统规划设计是根据给定的发电厂、变电所原始资料完成如下设计：
确定供电电压等级；
初步拟定若干待选的电力网接线方案；
发电厂、变电所主变压器选择；
电力网接线方案的技术、经济比较；
输电线路导线截面选择；
调压计算。

原始资料
（1）发电厂、变电所相对地理位置及距离
（2 ）发电厂技术参数
表1-1
（3）发电厂与负荷数据及有关要求
表1-2
电力电量平衡计算
电力平衡：
① 最大负荷时
发电厂最大负荷功率：MW P AL 20max = 电源最大出力：MW P G 28020300max =-=∑ 变电所最大负荷功率：MW P L 210706080max =++= 从电网S 吸收的功率：MW P P P G L S 70max max max -=-=∑∑ ② 最小负荷时
发电厂最小负荷功率：MW P AL 10min = 电源最小出力：MW P G 29010300min =-=∑ 变电所最小负荷功率：MW P L 105353040min =++= 从电网S 吸收的功率：MW P P P G L S 185min min min -=-=∑∑ 电量平衡：
系统发电量：
1400000MW
5000
280
max
max
=
⨯
=
∑T
P
G
系统用电量：
MW T
P
L
1160000
5000
70
5500
60
6000
80
max
max
=
⨯
+
⨯
+
⨯
=
∑
往电网输送电量：
MW
T
P
T
P
P
L
G
S
240000
max
max
max
max
max
=
-
=∑
∑
∑
（注：本次设计中对于无功功率一律采取电容器“就地补偿”）
. 供电电压等级的确定
根据图1中的变电所负荷大小、变电所与发电厂的距离，由有关资料确定电压等级，采用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最大功率300MW, 1变电站最大负荷为80MW, 2变电站最大负荷为
60MW, 3变电站最大负荷为70MW。

结合设计的地理分布,最长输电线路70km，最短输电线路30km，选择110KV的输电等级。

依据如下表所示：
表2-1
. 初步接线方案及其拟定依据
（1）根据任务书上的发电厂和变电所的相对地理位置，作出大致的5个供电可靠性高，节省线长的地理接线图方案。

（2）假设全网的输电线路都是一个型号的电力线路，将整个电网均一化，利用均一网的潮流分布计算公式，确定整个线路上的初步潮流分布。

（3）通过负荷矩（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）进行筛选，选出两个备选方案进行精确潮流计算。

（4）为了便于选择和计算，设计地理接线图时统一采用110KV电压等级，LGJ-240型号导线进行初步潮流计算，以有功功率损耗及电压偏移为参考指标，选出两个方案进行精确潮流计算，重新计算导线截面积及阻抗标幺值，带入程序计算。

均一网初步功率分布的计算公式如下：
∑∑===
n
i i
n
i i
i
Z Z
S S 1
*
1*
即：
∑∑===
n i i
n
i i
i
L
L S
S 1
1
方案初选：
方案一 方案二
方案三 方案四 方案五 方案六 备选方案参数一览表:
表2-2
. 初步潮流计算结果
初步方案的潮流计算
初步方案并未确定导线截面积，因此先按均一网对其进行初步功率分布
的计算。

均一网初步功率分布的计算公式如下：
∑∑===
n
i i
n
i i
i Z Z
S S 1
*
1
* 即：
∑∑===
n
i i
n
i i
i L
L
S S 1
1
各节点编号及性质
表2-3
方案一：
方案二：
方案三：
方案四：
方案五：
方案六：
通过对以上方案的经济性和技术性的比较，方案一和方案六投资、功率损耗较其它的方案优，所以选择这两个方案作为初选方案。

. 优选方案经济比较
我们初选方案一和六，重新标号一和二，如下:
方案一：
初步潮流计算得到各线路上的功率传输如下表所示：
表2-4
架空输电线路导线经济电流密度/mm A
表2-5
根据方案我们选取铝线，取经济电流密度为，通过以上公式我们得出各
线路的截面积：
表2-6
因为存在S>400，故应采用双回路接线。

根据初步计算的截面积可选出架空线的型号：
表2-7
线路总阻抗Z总=（r+jx）*L
Z12=+*50=+
Z13=+*30=+
Z14=*+*60=+
Z15=+*45=+
重新计算电网的初步潮流分布，按非均一网计算：
表2-8
线路年总损耗：
表2-9
根据附录线路的投资指标表格得出架空线路的总投资：
Z=L 12*24+L 1-3*30+L 1-4*45+L 1-5*24
=50**32+30**30+60**32+45**32
=8790万元
72.1512212=++∆=Z Z W C ααα万元
式中：
方案二:
初步潮流计算得到各线路上的功率传输如下表所示：
表2-10
架空
输电线路导线经济电流密度()2/mm A
线路的截面积：
因为存在S>400，故应采用双回路接线。

根据初步计算的截面积可选出架空线的型号：
表2-11
线路阻抗参数：
重新计算电网的初步潮流分布，按非均一网计算：
功率损耗：
线路总损耗：
表2-12
Z=60*32*+32*45*+32*30*+25*60+50*45
=10230万元
21.1718212=++∆=Z Z W C ααα万元
式中
. 二导线截面积的校验
一. 按机械强度校验，对于跨运河，公路，通讯线路，居民区线路，导线界
面记不得小于2
35mm ，应此所选导线截面积满足机械强度的要求;
二. 按电晕条件进行校验，对于110KV 电压等级的线路大于2
50mm ,就不会
产生电晕现象，我们选的导线截面都大于2
50mm，满足电晕条件;
三. 按发热条件进行校验，发热条件主要依据容许载流量进行判断与前面计算所得电流值进行比较满足发热条件。

. 较优方案一，二的经济比较
比较两种方案:
表2-13
根据上表：抵偿年限法的计算公式如下：
按电力工业投资回收系数考虑，当N小于10年时，采用投资大、年运行费用低的方案，否则应采用投资小的方案。

N=( Z
1- Z
2
)/(
2
C-
1
C)<10
综合比较后方案一为最佳方案。

3. 变压器的选取及电网的接线图
. 变压器的选取和校验
一．选择发电厂、变电所主变压器台数、容量及电气主接线形式时，应注意：（1）发电厂主变压器至少两台，变电所主变压器一般按两台考虑；
（2）发电厂电气主接线可采用有母线接线、单元接线或扩大单元接线；变电
所电气主接线一般采用有母线接线或桥形接线；
（3）选择发电厂主变压器容量时，应注意：发电厂低压母线负荷直接从发电
机出口供电（没有经过主变压器），具体按如下方式考虑；
（4）若采用单元接线、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）若采用单元接线、但有发电机电压负荷，主变压器容量应满足：扣除机
端最小负荷、厂用电后，保证将全部剩余功率送入系统；
（6）若采用有母线接线，当机端母线上最大一台发电机故障或检修时主变压器应能从系统倒送功率保证机端负荷的需要；
（7）若发电机端母线上接有多台主变压器，当其中容量最大一台主变压器因
故退出运行时，其它主变压器应在允许的过负荷范围内保证输送全部剩余功
率的70％以上。

二．变电所主变压器容量按容载比等于考虑，即：
变压器容量的确定
发电厂A ：6.4039.0/)85
.010
8.0300(9.0/)cos (
=-=-=mm GN N P P S ϕ
变电站1：6.1506.185
.080
1=⨯=S 变电站2：7.1066.19
.060
2=⨯=
S 变电站3：8.1316.185
.070
3=⨯=
S 变压器型号的选择
发电厂A ：MVA S N 6.403=
型号SFP7-120000/110×4
变电站1：MVA S N 6.150=
型号SFP7-75000/110×2
变电站2：MVA S N 7.106=
型号SFP7-63000/110×2
变电站3：MVA S N 8.131=
型号SFP7-75000/110×2
表3-1
三．变压器的检验：
发电厂A ：∑∑==-≥-n
i Gi
n
i N Ni S P S S 1
m in 1
m ax )cos (
7.0ϕ
120*4-120
∑=-n
i 1410
)85.080
.075
(7.0
360
4)85
.080.075
(
7.0410
⨯- （）
27.254360>∴ 满足
变电站1：当一台主变压器停机时，是否满足Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电需求。

Ⅱ类负荷：50%×80=40MW
S(120)>40 满足条件
N
变电站2：Ⅰ类负荷：35%×60=21MW
Ⅱ类负荷：30%×60=18MW
S(63)>21+18=39 满足条件
N
变电站3：Ⅰ类负荷：30%×70=21MW
Ⅱ类负荷：30%×70=21MW
S(75)>21+21=42 满足条件
N
. 变压器参数的计算
一．最大负荷时，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．变压器计算参数
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：
. 发电厂接线
发电厂接线图如下：
图3-1
（注：本次设计发电厂采用双母线接线方式，如上图所示）4. 电压调整与精确潮流计算
. 精确潮流计算
精确潮流计算
(1)最大负荷时
按全网110Kv计算功率损耗：
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
线路末端输送功率
线路损耗功率：
线路首端输送功率：
（2）最小负荷时
按全网110Kv计算功率损耗
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
线路末端输送功率
线路损耗功率
线路首端输送功率
潮流分布计算结果
图4-1 . 电压调整计算
计算各线段的电压降落
最大负荷时
电压降落纵分量（KV）：
电压降落横分量：
变电所高压侧电压：
电压降落纵分量（KV）
电压降落横分量
变电所高压侧电压
. 变压器变比接头选择及校验
变电所1：
变电所2：
变电所3：
最佳方案接线图：
图4-2
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）
二．规划方案的经济性比较方法
本次《电网规划课程设计》要求按年费用最小法进行规划方案的经济性比较，年费用最小的规划方案为经济性最好的方案。

规划方案年费用的计算范围包括：（1）输电线路的投资；（2）输电线路的年运行费用；（3）网络电能损失
费。

三．规划方案的年费用计算方法
其中：
NF——规划方案的年费用
Z——折算至基准年（规划水平年）的总投资
n——电力工程经济使用年限（取25年）
i——电力工业投资回收系数（取）
u——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
五．电能损失费计算方法
（1）由潮流计算结果得出全网最大损耗功率max P ∆；
（2）根据附录中给出的年最大负荷利用小时数max T 、负荷功率因数ϕcos ， 根据下表查出年最大负荷损耗时间max τ；
（3）计算整个电网全年电能损耗max max P W τ∆=∆（Kwh ／年）；
（4）按电力系统综合成本电价（取元／Kwh ）计算电能损失费。

（5）最大负荷损耗小时max τ与最大负荷利用小时)(h T max 、功率因数ϕcos 之 间的关系如下表所示：
1-3
附录二
课程设
计注意
事项
1.根据
任务书
的原始
资料，检
验系统
的功率
平衡和
确定电
厂的运
行方式
校验系
统功率平衡的目的是分析系统的有功和无功电源容量是否足够，是否
有必要补充装设有功或无功电源(做功率平衡时，应计及负荷的同时系数、网
损及厂用电，并需要有足够的备用容量)。

系统的最大综合负荷：∑∑
=max
2
1
P
k
k
P L
其中：1k为同时系数，近似取；2k为厂用电率+网损率，网损率取5%。

根
据综合最大，最小负荷，考虑电厂的运行方式，确定机组的运行台数和出力。

2.确定电网供电电压等级时，应考虑变电所负荷大小、变电所与发电厂的距离。

3.对初选方案，进行详细的技术经济比较，确定技术合理，经济效益佳的方
案为最佳方案
电力网接线方案的技术性比较内容包括：供电可靠性、电压质量、运行
灵活性、电网将来发展的适应性等，此次课程设计只要求作定性分析。

电力
网接线方案的经济性比较内容包括：投资、运行维护费、电能损失费。

经技术、经济比较后，从各待选方案中选出最佳方案作为推荐方案。

在进行电力网接线方案技术、经济比较时，需要进行初步潮流计算。

由于
此时输电线路导线截面尚未确定，因此，可首先按某一种导线截面计算线路
电阻、电抗等参数，然后进行初步潮流计算。

致谢
通过这次电网课程设计让我更深刻的体会到了“一分耕耘，一分收获收获，有志者，事竟成！”这两句警示名言深意。

一个人只要有动力，肯下苦
工就没有做不成的事情。

在此次课程设计进程中，通过指导老师悉心的讲解和指导之下，使得原有的理论知识得到了进一步的加深和巩固，此外，通过在图书馆多次借阅资料加之网上查寻的大量信息也扩充了自我的知识面，并对所学课程及本专业有了进一步的认识。

忙忙碌碌的一周电网课程设计终于圆满结束！
刚刚得到课题时，面对从未涉足过的课程设计大家都是一脸的茫然，不
知从何下手，更不知道应该去查寻哪一方面的资料书籍，再加之末考临近，使得课程设计的时间十分紧凑。

但是我们组各成员团结一致，众志成城，因为大家都知道这次课程设计时间是相当紧张的，而且工作量极大，不是个别
人能在短时间内可以顺利完成的，在这次课程设计中也使我深刻地认识到一个团队的重要性，更何况积极参与设计同样也是对自己的一种锻炼和能力的培养，培养自我工作严禁认真的作风、团队合作的精神、求实创新的能力，与此同时也能学到更多的团队合作经验及如何能使自己在团队中充分发挥自己的成员作用，为团队做出更多的贡献。

所以，通过我们组十个人亲密无间的分工合作，每个人完成自己的任务，最后一起通过讨论把所有任务串连起来完成总的设计任务。

大家连续埋头苦干好几天的时间，其乐融融，完全没有丝毫怨言，相反，通过这次实习还增进了彼此的感情，获益匪浅！
虽然在课程设计过程中也遇到了很多的困难，但通过自己的不懈努力和艰苦钻研之下，最终还是把所有问题一一顺利解决，从而使得自己所学的理论知识得到了充分的实践运用。

总之，这次课程设计在大家的共同努力之下取得了圆满成功！
参考文献:
[1] 陈衍主编，《电力系统稳态分析》，中国电力出版社，2007年6月第三版。

[2] 王锡凡主编，《电力系统规则基础》，中国电力出版社，1994年10月。

[3] 王晓文主编，《供用电系统》，中国电力出版社，2005年2月第一版。

[4] 姚春球主编，《发电厂电气部分》，中国电力出版社，2004年。