(完整版)《电力系统分析》课程设计指导书

《电力系统分析》课程设计指导书课程设计的目的电力系统分析课程设计是学完《电力系统分析》课程后的一次综合性练习。

教学目的在于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，培养分析问题和解决问题的能力。

电力系统分析课程设计要求完成一个比较完整的电力网的初步设计。

在设计过程中，要考虑到各方面的相互关系和相互影响，综合地运用课程中所学到的知识，进行独立思考。

课程设计的基本要求·熟悉电力网初步设计的有关技术规程，树立安全、可靠和经济的观点。

·掌握电力网初步设计的基本方法和内容·熟悉电力网正常运行的基本计算。

·学习工程设计说明书的撰写。

课程设计内容·课程设计题目：地区电力网设计·课程设计的原始资料：（附录A）1、发电厂及变电所的地理位置图；2、各变电所及发电厂负荷的最大有功功率、年最大有功功率、年最大负荷利用小时数、功率因数、变压器二次侧电压和调压要求及供电可靠性要求。

3、各发电厂的装机台数、单机容量、型号及功率因数等。

4、地区最热月平均空气温度等。

·课程设计的基本内容：1、功率平衡计算功率平衡计算，包括有功功率平衡和无功功率平衡两部分；（1）有功功率平衡为了维持频率的稳定，满足用户对功率的要求，电力系统装设的发电机额定容量必须大于当前的最大负荷。

因此必须进行最大负荷时有功功率平衡计算，以校验系统备用容量是否符合要求。

有功功率负荷按下式计算：·用电负荷 ∑==ni i LD P K P 1max 1·供电负荷 LD g P K P 211-= ·发电负荷 )(113y g f P P K P +-=式中 ∑=ni i P1max —n 个变电所最大负荷之和；1K —同时率2K —网损率3K —厂用电率y P —发电厂的机压负荷同时率1K 的大小与电力用户的多少、各用户的用电特点等有关，一般应根据实际统计资料确定。

当无实际统计资料时，可参考附表B —1的同时率1K 。

网损率2K 以供电负荷的百分数表示，一般为%10~%5。

厂用电率3K 以厂用电负荷占发电负荷的百分数表示，通常发电厂厂用电率如附表B —2所示。

为保证系统的频率稳定和供电可靠性，系统内的总装机容量应大于发电负荷，即系统中应有足够的备用容量。

按规定，系统的总备用不得低于系统最发电负荷的20%，即系统的总装机容量，应大于或等于发电负荷的1.2倍，即f G P P 2.1≥∑（2）无功功率平衡电力系统的无功功率平衡，是系统电压质量得根本保证。

对系统作无功功率平衡计算的主要目的，在于初步估计系统中发电机的容量是否能够满足系统最大负荷时的要求，是否需要加装无功补偿设备。

根据《电力系统电压和无功电力技术导则》规定：220KV 及其以下电压等级的变电所，在主变压器最大时，其二次侧的功率因数或电网供给的无功功率与有功功率之比值应满足附表B —3规定：对于不满足规定的变电所，需作无功补偿，使其全部满足规定值。

无功功率平衡按下公式计算：·无功负荷 ∑==ni i LD Q Q 1max·变压器无功损耗 ∑=⨯=∆ni i T m S Q 1%12式中，m 为电压变换次数。

·系统中无功电源 ∑∑'+=GGN G Q tg nP Q ϕ 式中，n 为发电机的台数，∑'GQ 为主网和邻网输入的无功功率。

·系统无功备用容量 LD R Q Q %)8~%7(=整个系统的无功功率应满足R T LD G Q Q Q Q ≥∆--∑若上式不满足，则可初步确定出需加装的的容性补偿设备总容量为：∑-∆++=G T LD R C Q Q Q Q Q说明：＃各发电机的无功出力，按额定功率因数进行计算。

＃变压器的无功损耗，按每经过一次电压变换，无功损耗为视在功率负荷的12％计算。

＃在作无功功率初步平衡计算时，可以假设110KV~220KV 输电线路所消耗的无功功率和线路发出的无功功率相互抵消。

无功功率平衡基本达到要求后，并不能认为系统运行中电压质量已经满足要求，而只能认为，保证系统电压质量具有可能，真正确认系统电压达到要求，则必须通过潮流计算及采用相应的调压措施。

2、电力网供电方案的确定（1）电压等级的选择电压等级的选择是一个涉及面很广的综合性问题，除了考虑输电容量、距离等各种因素外，还应根据动力资源的分布、电源及工业布局等远景发展情况，通过全面的技术比较后，才能确定。

并且，由于电网的电压等级和接线方案有着密切的关系，因此，一般地区电网设计中，接线方案和电压等级确定同时进行。

在课程设计中，由于条件限制，不可能同时论证电压等级和进行方案设计。

因此，一般根据题目所给数据，参考附表B —4，并根据同一地区，同一电力系统内应尽可能简化电压等级的原则，合理的确定电压等级。

（2）电力网接线方案的初步选择对所给的原始资料进行定性分析，根据用户对供电可靠性的要求、地理位置及负荷的大小，提出各种可能的接线方案。

接线方案应考虑以下因素：1）确定电源处断开一回线的情况下，仍能将所有功率送出去的最少出线数。

2）根据负荷备用的要求及负荷大小，确定对各变电所的供电方案。

3）考虑运行灵活方便，不宜有太多的环网。

对各种可能的接线方案，进行初步比较，将明显不合理的的方案舍去，保留2～3个方案。

初步比较的可按以下原则考虑：·技术方面：所提方案应保证用户的电能质量。

因为前面在进行有功功率平衡时，已经确认系统具有足够的备用，所以不必考虑电能的频率问题。

这里提到的电能质量是指电压偏移。

在选择接线方案时，电能质量可用电力网的电压损耗来衡量。

由于在方案初步比较时，电网功率分布以及导线截面积均未知，可以近似取km x /4.00Ω=作为线路电抗，并利用下式来估计电网在正常运行和故障后离电源点距离最远变电所的电压损耗百分数：100%20⨯=∆∑NU l Qx U 式中，N U —电网的额定电压（KV ） Q —线路上所通过的无功功率，(Mvar)l —各段线路的长度（km ），这里要注意把直线距离乘以1.1，以考虑线路线路经弯曲而增加的长度。

按上式简化计算，若在正常运行时，电压损耗在10％以内，故障情况下，电压损耗在15％以内，则认为该方案在技术上是成立的。

反之，该方案在技术上不成立，应舍去。

对于简单环形网络，将全网作为均一网络，计算其近似功率分布，进而求得距电源点电气距离最远处的电压损耗的百分数%U ∆。

·经济方面：在初步比较时，经济指标包括线路长度和所需的高压开关数目。

线路长度可以大致反映输电线路投资的大小，高压开关数目大体上代表变电所投资的多少。

由于认为各方案中，变电所中变压器的型号和数量是相同的，因而变压器可不参加比较。

根据以上的比较，可以从原始方案中初步确定出2～3个方案，然后，再作详细的技术经济比较。

（3）详细经济技术比较，确定电网接线的最优方案。

上面（2）步中确定的2～3个方案，均是技术上以成立的方案，在最优方案的确定中，只作进一步的经济比较。

经济比较的主要指标是电力网的一次投资和年运行费用。

在比较中只考虑各方案的不同部分，不考虑各方案的相同部分。

1）导线截面积的选择为了计算投资积年运行费用，必须首先选择输电线路的导线截面。

在选择导线截面积之前，首先进行各种方案的的初步潮流计算。

取km x /42.00Ω=，km r /21.00Ω=，00=b ，计算出各条线路的最大输送功率。

按经济电流密度以及该线路正常运行方式下的最大持续输送功率，可求得导线的经济截面积，其实用计算公式为ϕcos 3maxN j JU P S = 或 N j JU Q P S 32max2max +=式中，m ax P —正常运行方式下线路最大持续有功功率（KW ）max Q —正常运行方式下线路最大持续无功功率（KW ）N U —线路额定电压（KV ）J —经济电流密度（2A/mm ），其值可根据线路的m ax T 及导线材料，由附表B —5查得。

ϕcos —负荷的功率因数根据计算所得的导线的经济截面积结果，选取最接近的标称截面的导线。

注意：线路的最大负荷利用小时数m ax T 应由所通过的各负荷点的功率及其m ax T 决定。

＃对于放射形网络，每条线路只向一个负荷点供电，则线路的最大负荷利用小时数m ax T 就是负荷所提供的最大负荷利用小时数；＃对于链形网络，各线路的最大负荷利用小时数m ax T 等于所提供负荷点的最大负荷利用小时数的加权平均值，即∑∑=⋅=⋅⋅=n j j n j j j PT PT 1max 1max max max式中，j P ⋅m ax —各负荷点的最大有功功率；j T ⋅m ax —各负荷点的最大负荷利用小时数。

对于环形网络，通常在有功功率分点出拆开，成为放射形或链形网络，各段线路的m ax T 可用上述方法求得。

2)导线截面积的校验按以下三个方面校验导线截面积。

①按允许载流量条件校验导线截面积（发热校验）导线型号初选后，需计算最严峻的正常运行方式下和事故运行方式下，实际可能的工作电流，将其与该型号导线长期允许载流量相比较，前者应小于后者。

在正常情况下导线的最高工作温度取C ο70，当计及日照影响时最多不超过C ο80。

在海拔1000m 及以下、环境温度为C ο25时的铝绞线、钢芯铝绞线以及部分特殊导线的长期允许载流量见附表B—6及附表B—7，当导线的工作条件与表附B—6和附表B—7所示载流量计算条件不符时，则导线的长期允许载流量需进行修正，其修正系数见附表B—8。

需注意的是，这里的环境温度，对于户外裸体导线应取当地一年中最热月份的平均最高温度。

②按电晕条件校验导线截面积电晕将产生功率损耗、干扰无线电通讯。

因此在设计线路时，就应校验所选导线直径能否满足在晴朗天气不发生电晕的要求。

附表B—9列出了规程规定的不必验算电晕的导线最小直径。

如果按其他条件选择的导线直径小于附表B—9中所列的数值，一般就应加大导线截面积或考虑采用扩径导线或分裂导线。

③按机械强度校验导线截面积为保证架空线路具有必要的机械强度，规程规定，KV~1线路不得采KV10用单股线，其最小截面如附表B—10所示。

对更高电压等级线路，规程未作规定，一般认为导线截面积不得小于235mm。

3）电压损耗的校验根据所选导线截面积，在电力工程手册中可查得各导线的电阻、电抗（几何均距取m4），再根据所选导线的实际参数，进行潮流分布计算，目的是校验正常运行情况下，线路的电压损耗是否满足要求。

同时，还要进行故障情况下的校验。

方法是选择最严重的故障情况，进行潮流计算，校验各条线路载流量是否满足导线长期允许通过的电流值，并进行电压损耗校验。