电力系统规划

两根平行细长导体，两导体中电流分别为i1和 i2，长度为L，中心距离为a； 当L》a和a》d(导体直径)时，导体中的电流可 看作集中在导体轴线上； 电动力的方向决定于导体中电流的方向，当i1和 i2同向时相吸，异向时相斥。导体间的电动力为：
F = 2 ×10
−7
L i1i2 k f ( N ) a
kf为导体形状系数
NF = A1 + A2
取年费用最小的方案为所选择的最佳方案。
4.3 发电厂与变电所电气设计的 基本内容(1)
发电厂与变电所电气设计分为可行性研究，初 步设计，施工设计三个阶段。 发电厂变电所初步设计包括以下内容： 1. 近期与远景的发电厂、变电所所在系统情况 的分析。 2. 发电厂变电所接入系统设计 3. 发电厂变电所各级电压、电气主接线设计， 主变台数、容量的确定。
形状系数k取决于载流导体 的形状和导体间的相互位置。 对于圆形、管形导体k＝1， 对于其他截面的导体需查曲 线确定。 图示为矩形截面导体的形状 系数。这些的线表示形状系 数k与比值(a-b)/(h+b)和 m=b/h的关系，其中b和h是导 体的尺寸，a是导体中心轴线 间的距离。
4.5
电气设备选择
静态评价法（２）
若 T<TN，则选择投资较大而运行费用较低 的第二方案。 若 T>TN，则选择投资较小而运行费用较大 的第一方案。 或者，当满足下述条件时，选择方案二较合 理。 1 1 C1 + P1 ≥ C 2 + P2 TN TN
动态评价法（１）
当工程建设周期长，各种费用支付的时间不 同时，则应考虑不同时期投入的资金发挥的 效益不同 为了取得经济上正确的评价，应把不同时间 的金额进行折算，在相同的实值基础上进行 比较，这种方法称为动态评价法。
电网规划模型
目标函数 约束条件
将上述技术要求归纳起来，以数学形式表示：
min f (Wki , ΔFk )
Φ(Wki , ΔFk , Yj ) = 0; j = 1,2, ⋅ ⋅ ⋅, n
− Fk Wki ≤ Fk + ΔFk ≤ F Wki
M M k
U j min ≤ U j + ΔU j ≤ U j max
母联兼作旁路断路器的接线
为节省投资，也可采用母联兼作旁路断路器 的接线。
一个半断路器的接线
1）可靠性高，任一断路 器的故障不会造成线路停 电。 2）隔离开关只起隔离电 源的作用，避免了误操作 引起的事故。 3）运行调度灵活 4）使用断路器多，设备 投资、占地面积大。 5）继电保护、自动装置 配置复杂。
电力系统分析
第四章
电力系统的规划与设计
4.1 电力系统规划设计的基本内容与电网设 计的技术要求 4.2 电力系统设计的经济比较 4.3 发电厂与变电所电气设计的基本内容 4.4 载流导体发热与电动力的基本理论 4.5 载流导体的选择 4.6 开关电气设备选择 4.7 互感器的选择 4.8 电抗器的作用和选择
P = P0 (1 +
) 100
α
P0－主体设备投资；α－不明确的附加费系数。
年运行费用
（２）年运行费用 年运行费用主要包括：电能损耗、检修和维 护费用。
C = βΔA + C1 + C2
式中：β－工业电价； C1－检修维护费，取（0.022～0.042）P； C2－折旧费，取 0.058 P； ΔA－电能损失，
4.1 电力系统规划设计的基本内容 与电网设计的技术要求
电力系统的规划设计，针对系统不断变化 的要求，通常有三种发展规划的方法： １、长期规划：研究未来１２年以上时间的发 展方针和战略决策。 ２、中期规划：研究３～１２年内的系统布局 和实施步骤。 ３、短期规划：研究１～５年内的电网或厂、 站的具体建设安排。
4.4.1 导体的长期发热－热平衡方程式
I Rdt = mcdθ + KF (θ − θ 0 ) dt
2
解为：
I R −t / Tt −t / Tt τ= (1 − e ) + τ 1e KF
mc Tt = KF
2
4.4.1 导体的长期发热－允许电流 导体长期连续发热的允许电流Irat
I rat =
中期规划——电力系统规划设计 的内容
电力系统的设计内容包括： • • • • 电力负荷预测 电力平衡 电源规划 电网规划设计
电力系统设计的结果有：地理接线图、 发电厂变电站容量及电气接线详图。
电力系统的设计内容（一）
一、电力负荷预测 二、电力平衡 电力平衡中的备用容量： １、负荷备用：在负荷不断变化时用于调整频率 及为满足装机与预测负荷供需平衡之间的误差而 考虑的。2％～5％ ２、事故备用：考虑发电机因事故退出运行时仍 能维持对用户供电而需要的备用容量。10％
经济评价方法
• • • 静态评价法； 动态评价法 不确定评价法
静态评价法（１）
静态评价法是指将设备、材料、人工等经 济价值作为不随时间变化的固定值处理，即不 考虑资金的时间价值。具有代表性的方法是抵 偿年限法。 若有两个方案：C1>C2 而 P2>P1 时，可比 较两个方案的抵偿年限：
P2 − P 1 T= C1 − C2
y max
I y max ≥ I g max
由于发电机、变压器在电压降低5％时，出力保持不 变，故其相应回路的 I g max = 1.05I N （ I N 为电机的额定 电流）；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发 电机或变压器的 I ；母线分段电抗器的工作电流 应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负 荷所需的电流；出线回路的 I 除考虑线路正常负 荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其它 回路转移过来的负荷。
电力系统的设计内容（二）
３、检修备用：在电力系统中为保证发电机组能 按计划进行周期检修而考虑的备用容量。8％～10％
４、国民经济备用：为满足国民经济超计划增长 引起负荷增大而设置的备用容量。 电力平衡时还应考虑发电机组出力受到设备 缺陷和燃料影响以及水电站出力受到水头降低的 影响。
电力系统的设计内容（三）
KFτ rat R
τ rat
RI rat = KF
2
4.4.2 导体的短时发热
导体在很短的时间内通过很大的短路电 流，来不及向周围散热，因此可以认为 导体中产生的热量全部用来提高温度而 来不及向周围介质散热 温度变化大，电阻和比热容是温度的函 数
4.4.3 短路电流的电动力效应
平行细长载流导体间的电动力
（４）在满足上述技术要求的基础上，使电能传输费用最
低。
电力系统的地理接线图
电力系统的电气连接方式
电力系统的接线方式 1） 无备用电源接线 无备用接线包括：单回放射式、树干式、 链式网络。
电力系统的电气连接方式
2）有备用电源接线 有备用接线方式包括： 双回放射式、树 干式、链式 。
高压输电网的接线方式
4.3 发电厂与变电所电气设计的 基本内容(2)
4. 各级电压主要电气设备的选择。 5. 厂用或所用电系统设计。 6. 配电装置及电气总体设计。 7. 直流系统设计。
8. 控制、测量、信号与继电保护等二次系统设计。 9. 过电压保护与安全接地系统设计。 10. 照明设计，通信设计及其他辅助部分的设计。
电网规划设计还应考虑的因素
２、电网规划中除考虑以上技术要求外，还应 考虑以下因素：
（１）环境条件 （２）设备制造情况 （３）投资条件 （４）环境保护要求 （５）其它政治上和国民经济发展方面存 在的不确定因素
电力 系统规 划设计 的各阶 段及它 们之间 的关系
4.2 电力系统设计的经济比较
１、经济评价 经济评价是指对各方案的总投资和年运行费用 作综合效益比较。 （１）总投资费用：包括全部线路和设备的综合 投资费用。
n
(1 + i ) − 1 F=A = A( F A , i, n) i
n
i (1 + i ) A= P = P ( A P , i, n) n (1 + i ) − 1
n
动态评价法（４）
最小年费用动态评价法 贴 现 投 资 金 额 P1 折合成等年值 A1： 第ｔ年的运行费用Fｔ 折合的贴现金额为： ｎ年总运行费用的贴 现金额为：
双母线接线
特点： 1） 检修任一母线时，不 会中断供电。
如欲检修母线W2时的操作： 闭合QF两侧的隔离开 关——闭合QF——闭合各 回路备用母线隔离开关— —断开各回路工作母线隔 离开关。
双母线带旁路母线的接线
特点：除具有双母 线的优点外，还可 保证任一回路断路 器检修时，该回路 不停电，运行的可 靠性更高。
单母线接线
特点： 接线简单清晰，设 备少，投资低，运行 操作方便。 可靠性、灵活性 低，有全厂（全所） 停电的可能。
单母线分段的接线
特点： 可母线并列运行，也可母 线分段运行，母线故障时 的停电范围缩小，可靠性 高于单母线接线。
单母线带旁路母线的接线
1） 任一线路断路器检 修时的操作（例图中L3 线路断路器QF1）： 合QF2两侧隔离开 关——合QF2 ——合 QS3 ——断QF1 —— 拉开QF1两侧隔离开 关。
动态评价法（２）
贴现值 P －资金的当前价值。 终值 F －资金换算到将来某一时间的等效金 额也称将来值。 等年值 A －资金按年定额支付，多期等额支 付的等效值。 贴现值 P、终值 F、等年值 A 可相互转换。
动态评价法（３） n F = P(1 + i ) = P( F P , i, n)
P = F (1 + i ) = F ( P F , i, n)
n
i (1 + i ) A1 = P1 n (1 + i ) − 1
n
1 Pt = Ft t (1 + i )