区域电力网规划设计毕业设计

区域电力网规划设计

前言

本课程设计的任务是根据给出的数据及要求，按国民经济应用的要求设计一个供电、变电网络。该网络包括一个发电厂、四个变电站及输电线路。该网络必须在符合国民经济要求的前提下，保证一定的供电可靠性和稳定性，运行方式灵活，电能质量符合标准，并且有一定的经济性。

设计内容包括：分析原始资料，审定运算条件；校验系统有功、无功平衡和各种运行方式；通过方案比较，确定系统接线方案；确定发电厂、变电所的接线方案和变压器的型号、容量及参数；进行系统的潮流计算；进行系统的调压计算，选择变压器的分接头；统计系统设计的主要指标；绘制系统电气主接线图。

根据给出的负荷情况及输电距离确定网络的电压等级为110KV，再根据变电站、发电厂的地理位置，选出4～6 种结线方案进行粗略的比较，比较后从中选出2～3 种方案进行精细的方案比较，最后选出一种技术、经济上最优的方案，随之可以确定发电厂、变电站的结线方式和运行方式。然后根据所选的结线方式和运行方式进行潮流计算和调压计算，直至调压方式、范围合符要求，最后统计物资用量，进行经济指标计算。

最后得出的设计方案应具有高可靠性，能够安全、可靠地向用户提供符合电能质量要求地电能，运行方式变换灵活，具有一定的经济性，基本满足国民经济的要求。

由于本人的水平有限，设计中难免出现错漏，希望指导老师指正，并感谢指导老师在设计过程中给予的辅导和帮助。

第一章设计题目和原始资料

1-1 概述

一、设计题目：

区域电力网规划设计

二、设计主要内容：

1. 校验系统有功、无功平衡和各种运行方式；

2. 通过方案比较，确定系统接线方案；

3. 确定发电厂、变电所的接线方案和变压器的型号、容量及参数；

4. 进行系统的潮流计算；

5. 进行系统的调压计算，选择变压器的分接头；

6. 统计系统设计的主要指标。

三、设计要求：

1．设计说明书一份。

2．设计图纸一张。

1-2 原始资料

一、发电厂资料

二、发电厂和变电所负荷资料

注意：

(1)、发电厂的负荷包括发电厂的自用电在内； (2)、建议采用的电力网额定电压为110kV 。 三、发电厂、变电所的地理位置图：（1：1000000）

第二章负荷合理性校验，功率平衡校验及确

定运行方式

2-1 负荷合理性校验

根据最大负荷利用小时数的定义，最大负荷运行Tmax 小时所消耗的电量等于全年实际耗电量，所以应大于全年以最小负荷运行所消耗的电量，即：

Pmax·Tmax＞Pmin·8760 8760——全年小时数

1、发电厂负荷

（Pmax·Tmax＝10×5500＝55000）＞（Pmin·8760＝3×8760＝26280）（MWh）

2、变电所1 负荷

（Pmax·Tmax＝20×5500＝110000）＞（Pmin·8760＝8×8760＝70080）（MWh）

3、变电所2 负荷

（Pmax·Tmax＝20×5000＝100000）＞（Pmin·8760＝10×8760＝87600）（MWh）

4、变电所3 负荷

（Pmax·Tmax＝30×5000＝150000）＞（Pmin·8760＝10×8760＝87600）（MWh）

5、变电所4 负荷

（Pmax ·Tmax ＝30×5500＝150000）＞（Pmin ·8760＝12×8760＝105120） （MWh ）

结论：所以负荷均满足合理性要求。

2-2 功率平衡校验

一、有功功率平衡校验（最大方式下）

系统最大有功综合负荷：∑???=n

n MAX XMAX P K K P 121

系统最小有功综合负荷：∑???=n

n MIN XMIN P K K P 1

21

K 1 ——同时系数取1

K 2 ——厂用网损系数取1.15（其中网损7%，厂用8%） P XMAX =1×1.15×(10+20+25+30+30)=132.25MW P XMIN =1×1.15×(10+20+25+30+30)=132.25MW 发电厂装机容量：P FMAX =50×2+25×2=150MW

有功备用容量：P B = P FMAX - P XMAX =150-132.25=17.75 MW 备用容量占系统最大有功综合负荷的百分比：13.4％＞10％ 二、无功功率平衡校验（最大方式下）

系统最大综合无功负荷：Q XMAX =P XMAX .tan(cos -1Φ) Q XMAX = 132.25×tan （cos -10.85）=81.96 MVar 发电机能提供的无功功率：Q FMAX =P FMAX .tan(cos -1Φe )

Q FMAX ＝（50×2）tan(cos -10.85)＋（25×2）tan(cos -10.8)=99.47 MVar 无功备用容量：Q B =Q FMAX - Q XMAX =99.47-81.96=17.51 MVar

无功备用容量占系统最大综合无功功率的21.14％

三、功率平衡校验结论

发电厂有功储备为17.75MW，达到系统最大综合有功综合负荷的13.4％，大于10％，基本满足系统有功平衡的要求。

发电厂无功储备有17.51MVar，达到系统最大综合无功功率的21.14％，已满足系统无功平衡要求的10～15％的储备要求。

综上所述，该发电厂装机容量可以满足系统功率平衡的要求，而且不用无功补偿。

2-3 确定发电厂运行方式

系统以最大负荷方式运行时，系统最大有功综合负荷为132.25MW，而发电厂最大出力为150MW，因备用容量不足一台发电机组的容量，所以所有机组都须带负荷运行。机组间负荷分配，可以按机组容量来分配。

当系统以最小负荷方式运行时，系统有功功率只有49.45MW，此时发电厂以最大方式运行时，平均每台机组所承担的负荷仅达到容量的25％～50％，这显然是不经济的，因此要考虑切除机组；同时考虑事故时的备用容量，应切除1台25MW

机组和1 台50MW 机组，即一台50KW机组和一台25MW机组带负荷，而另一台50KW机组和一台25MW机组作备用，用作轮流检修和事故备用。

第三章确定网络结线方案和电压等级

3-1 网络电压等级的确定

本设计的网络是区域电力网，输送容量20～30MV A，输送距离从48～68kM。根据各级电压的合理输送容量及输电距离，应选择110KV 电压等级（其输送能力为10～50MW，50～150kM）。

故网络电压等级确定为：110kV

3-2 网络结线方案初步比较

根据上表比较，从可靠性、操作容易、保护简单等方面选优，选出Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ三种方案进行精确比较。

3-3 网络结线方案精确比较

确定导线材料和杆塔的类别及导线的几何均距。目前我国高压输电线主要采用钢芯铝绞线。按电力设计手册，当负荷的年最大利用小时数达5000 小时以上时，钢芯铝绞线的经济电流密度取J=0.9A/mm2，在高压区域电力网，用经济电流密度法选择导线截面，用发热校验。因本设计是110kV电压等级，为了避免电晕损耗，导线截面不得小于LGJ-70。在LGJ-240以下者，均采用单杆三角形排列，在LGJ-300以上者，采用Π型杆塔。有关数据查参考书《电力系统规划设计手册（摘录）》，综合如下：

初选出来的Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ方案技术和经济精确比较见下表：

由上表的技术及经济比较可以看出，方案Ⅵ在技术上满足要求（正常时?U<5％，故障时?U<15％） ，经济上又最省，故选择Ⅵ方案为网络结线方案。

表中数据算法及算例如下（以方案Ⅲ为例，方案Ⅱ、方案Ⅵ类同） ： 线路潮流分布计算的两个假定：1、计算时不考虑线路功率损失；2、功率大小按导线的长度均匀分布。 1、潮流计算：

线路A-1：P=20/2=10MW Q=P ·tan(cos -1φ)=10×tan(cos -10.85)＝6.20 MVar

线路A-2：P=25/2=12.5MW Q=P ·tan(cos -1φ)=12.5×tan(cos -10.85)＝7.75 MVar

线路A-3：)(46.2627

506730

5030)2750(MW P =++?+?+=

Q=P ·tan(cos -1φ)=26.46×tan(cos -10.85)＝16.40 (MVar) 线路A-4：)(54.3327

506730

6730)7067(MW P =++?+?+=

Q=P ·tan(cos -1φ)=33.54×tan(cos -10.85)＝20.79 (MVar) 线路3-4：P=P A-4-P 4=33.54-30=3.54 (MW)

Q=P ·tan(cos -1φ)=3.54×tan(cos -10.85)＝2.19 (MVar) 2、选导线： 线路A-1：A U P I 75.6185.011031010cos 33=???=

Φ

=

A U P I 50.12385

.011031020cos 33max max =???=

Φ

=

261.689

.075.61mm J I S ===

故选2×LGJ-70 I max =275A 线路A-2：A U P I 75.6185.011031010cos 33=???=

Φ

=

A U P I 50.12385

.011031020cos 33

max

max =???=

Φ=

261.689

.075.61mm J I S ===

故选2×LGJ-95 I max =335A 线路A-3：A U P I 75.6185.011031010cos 33=???=

Φ

=

A U P I 50.12385

.011031020cos 33

max

max =???=

Φ=

261.689

.075.61mm J I S ===

故选LGJ-185 I max =515A 线路A-4：A U P I 75.6185.011031010cos 33=???=

Φ

=

A U P I 50.12385

.011031020cos 33

max

max =???=

Φ=

261.689

.075.61mm J I S === 故选LGJ-240 I max =610A 线路3-4：A U P I 75.6185

.011031010cos 33=???=

Φ

=

A U P I 50.12385

.011031020cos 33max max =???=

Φ

=

261.689

.075.61mm J I S === 故选LGJ-70 I max =275A 3、线路阻抗计算

Z= r+jx =r 0L+jx 0L

A-1：r+jx=0.45×68/2+j0.432×68/2=15.30+j14.69（Ω） A-2：r+jx=0.33×48/2+j0.416×48/2=7.92+j9.98（Ω） A-3：r+jx=0.17×67+j0.395×67=11.39+j26.47（Ω） A-4：r+jx=0.132×50+j0.188×50=6.60+j9.40（Ω） 3-4：r+jx=0.45×27+j0.432×27=12.15+j11.66（Ω） 4、正常运行时的电压损失：

%100Pr %2

?+=

?U

Qx

U A-1：%100Pr %2

?+=?U Qx

U A-2：%100Pr %2?+=

?U Qx

U A-3：%100Pr %2?+=

?U Qx

U A-4：%100Pr %2

?+=?U Qx

U 5、故障时最大电压损失：

A-3-4-A 网络中，当A-4断开电压损失最大：

%8.13%10011047

.26)85.0tan(cos )3030(39.11)3030(%21

3=??++?+=?--A U

%8.13%100110

47

.26)85.0tan(cos )3030(39.11)3030(%2

1

43=??++?+=?--U ΔU%=ΔU A-3％＋ΔU 3-4％=13.8%+4.8%=18.6% 6、投资（K ）：

线路：（双回路线路投资，线路计算长度为两线路长度之和的70％） K 1=K A-1+K A-2+K A-3+K A-4+K 3-4＝1.95×95.2+2.1×67.2+2.7×

67+2.95×50+1.95×27＝707.81万元

断路器：K ＝4.75×14＝66.5万元（单价4.75万元） 总投资：K ＝K 1＋K ＝707.81+66.5＝774.31万元 7、年运行费用（万元）：年运行费用包括折旧费和损耗费 折旧费＝8％K ＝774.31×8％＝61.94万元（折旧率8％）

线路年网损费用：（τ查表：《电力系统分析第三版下册》表14-1

p.129）

线路A-1：MW R U S P A 17505.03.15110

2.610%2

2

2221=?+==?- cos φ＝0.85 T max ＝5500h 查表得τ＝4000h

线路A-2：MW R U S P A 17505.03.15110

2.610%2

2

2221=?+==?- cos φ＝0.85 T max ＝5000h 查表得τ＝3500h

线路A-3：MW R U S P A 17505.03.151102.610%2

2

2221=?+=

=?- cos φ＝0.85 T max ＝5500h 查表得τ＝4000h

线路A-4：MW R U S P A 17505.03.15110

2.610%2

2

2221=?+==?- cos φ＝0.85 T max ＝5000h 查表得τ＝3500h

线路3-4：MW R U S P A 17505.03.15110

2.610%2

2

2221=?+==?- cos φ＝0.85 T max ＝5500h 查表得τ＝4000h

电能损耗：ΔA=Σ（ΔP ·τ）＝0.17505×4000＋0.14158×

3500+0.91223×4000 +0.84936×3500+0.0174×4000=7887.01 MWh 总网损成本＝7887.01×10-1×0.2＝157.74万元（电价0.2元/kWh）年运行费：N＝61.94+157.74＝219.68万元

8、年计算费用（万元）：按7年收回投资计算

Z=K/7+N=774.31/7+219.68=330.30（万元）

第四章确定发电厂、变电所的结线方式

4-1 选择发电厂主结线

从负荷情况来看，各变电所均有一、二类负荷，而且系统中只有一个发电厂，因此保证供电的可靠性成为选择发电厂主结线所要考虑的首要问题。

双母线比单母线分段的可靠性和灵活性都要优，因此，高压侧母线采用双母线结线。而发动机和变压器的连接可以有多种选择，选择其中两种方案进行比较：

方案一：50MW发电机与变压器采用单元结线，这种方式可以最大限度地保证供电的可靠性。任一台变压器发生故障时都能基本保证发电厂的大部分出力，但缺点是变压器多，投资大，其接线图如下：

水位

Z(m)

3

方案二：50MW发电机与变压器采用扩大单元结线，将两台50MW

发电机出线并联在一起，共用一台变压器。其优点是省了一台变压器，减少了投资。但是种结线方式有缺点，当变压器发生故障时，两台50MW 发电机都退出运行，这将严重影响发电厂的出力，因此这种结线方式供电可靠性低，其结线图如下：

水位

Z(m)

3

结论：如前所述，由于该网络一、二类负荷比重较大，而且发电厂只有一个，所以选择发电厂主结线首先要考虑到的是供电可靠性，其次才是经济性。因为方案一的可靠性高，因此尽管方案二比它经济上要省，也需选方案一。另外，因有机端负荷，所以两台25MW发电机采用10kV 母线与变压器连接。即发电厂主结线采用高压侧双母线，两台50MW发电机与变压器采用单元结线，两台25MW发电机采样母线结线。

4-2 确定变电所结线方式

由于各变电所均有一、二类负荷，对安全可靠供电要求高，需要有两个电源互为备用，而且因有两条高压进线，故采用双母线和每个变电所设置两台变压器，同时把两条进线接在不同的母线上。

4-3 确定变压器型号、台数及容量

一、发电厂：

变压器容量应大于或等于发电机容量，故选3×SFL1-63000 kV A 的升压变压器。 二、变电所1：

S MAX =P max /COS φ＝20 /0.85=23.53 MV A S MIN ＝P min /COS φ＝8 /0.8=10 MV A

每台变压器容量按最大视在功率的70％考虑，则23.53×70％＝16.47MV A 故选2×SFL1-16000 降压变压器。

变压器参数：ΔP 0=18.5kW ΔP s =110kW U S %=10.5 I 0%=0.9 切除功率：MIN s N lj S MVA P P K K S S ?=-=??-=28.9110

5

.18)

12(216/)1(0 当切除功率小于最小功率时，为减少断路器的损耗，一般不切除变压器，所以采用内桥式结线。 三、变电所2：

S MAX =P max /COS φ＝20 /0.85=23.53 MV A S MIN ＝P min /COS φ＝8 /0.8=10 MV A

S N =29.41×70％=20.59 MV A 故选2×SFL1-25000降压变压器。 变压器参数：ΔP 0=18.5kW ΔP s =110kW U S %=10.5 I 0%=0.9 切除功率：MIN s N lj S MVA P P K K S S ?=-=??-=28.9110

5

.18)

12(216/)1(0 当切除功率大于最小功率时，可以切除一台变压器，所以采用外桥式结线。

四、变电所3：

S MAX =P max /COS φ＝20 /0.85=23.53 MV A S MIN ＝P min /COS φ＝8 /0.8=10 MV A

S N =35.29×70％=24.70 MV A 故选2×SFL-25000降压变压器。 变压器参数：ΔP 0=18.5kW ΔP s =110kW U S %=10.5 I 0%=0.9 切除功率：MIN s N lj S MVA P P K K S S ?=-=??-=28.9110

5

.18)

12(216/)1(0 切除功率大于最小功率，所以采用外桥式结线方式。 五、变电所4：

S MAX =P max /COS φ＝20 /0.85=23.53 MV A S MIN ＝P min /COS φ＝8 /0.8=10 MV A

S N =35.29×70％=24.70 MV A 故选2×SFL-25000降压变压器。 变压器参数：ΔP 0=18.5kW ΔP s =110kW U S %=10.5 I 0%=0.9 切除功率：MIN s N lj S MVA P P K K S S ?=-=??-=28.9110

5

.18)

12(216/)1(0 切除功率小于最小功率，所以采用内桥式结线方式。 六、计算结果明细表及变电所主结线

华南理工大学课程设计说明书 第五章、调压方式的选择和计算

第五章 调压方式的选择和计算

用电设备在额定电压下运行时，效率最高。但实际上在电力系统运行中，随着负荷的变化，系统运行方式的改变，网络中电压的损失也会发生变化。为了保证用电设备的经济性及安全性，应采取必要的调压措施使电压偏移限制在某一个固定的范围内。系统常用的调压方式有顺调压、逆调压、常调压，都是通过发动机调压和变压器分接头配合来实现的。

5-1 系统参数计算

一、变压器参数的计算： 变电所1：Ω=?=??=20.516000

1101102

22

2

11e

e

S B S U P R Ω=?=?=4.7916000

1105.10%22

1

e e S B S U U X

KVar S I Q e 14410016000

9.0100%001=?=?=? KW S U P e S 144100

16000

5.10100%01=?=?=

? 同理，其余变压器参数计算结果列表如下：