稳态课设高压电力网最优网络接线方案设计.doc

稳态课设高压电力网最优网络接线方案设计
编号1350803159

课 程 设 计

（ 2011级本科）

题 目：高压电力网最优网络接线方案设计
系（部）院： 物理与机电工程学院
专 业： 电气工程与其自动化
作者姓名： 左 杰
指导教师： 刘永科 职称： 副教授
完成日期： 2014 年 7 月 1 日

二○一四 年 七 月

河西学院本科生课程设计任务书
设 计 题 目
高压电力网最优网络接线方案设计
作 者 姓 名
左杰
学院、专业、年级
物电学院电气工程与其自动化专业11级
指导教师姓名、职称
刘永科 副教授
任务下达日期
2014年5月20日
1.设计任务
1.1设计题目
高压电力网最优网络接线方案设计
1.2设计内容
经设计方案的初步筛选和经济技术比较后，确定较优主网架接线方案，并对其进行N-1校验、导线选型与校验。本次设计旨在初步掌握并熟悉电力网接线设计、无功补偿、方案经济性比较等基本方法，加深对电力系统潮流计算方法与意义、技术经济比较理论的理解。
1.3原始数据
（1）发电厂变电所地理位置。本设计针对一个地区电力网，该电力网中有一个火力发电厂A，发电厂附近有一些近区负荷，另有3个变电所，发电厂、变电所的地理位置关系如图3-1,1、2、3为变电所，图中每个方格距离代表20km。
（2）发电厂、各变电所负荷情况。发电厂A各变电所的负荷情况见表3-2其中补偿后功率因数是对变电所低压负荷母线的运行要求。

图1-1发电厂变电所地理位置图
表1-1 发电厂和各变电所负荷情况表
项目
地点
A
1
2
3
最大负荷/最小负荷(MW)
6/3
42/35
50/35
35/28
功率因数（补偿后）
0.95
0.98
0.98
0.98
最大负荷利用小时（h
4000
4000
4500
3600
一、二类负荷所占比例（%）
25
40
60
52
低压母线电压（kv）
10

2.设计的基本要求
2.1设计与计算说明书
（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言正确。
（2）计算书内容：为各设计内容最终成果、确定提供依据进行的技术分析、论证和定量计算，如。
（3）计算书要求：计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。
2.2图纸
（1）绘制分析所需的必要图纸
（2）图纸要求：用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适，清晰美观。

3.论文(设计)进度安排
阶段
论文（设计）各阶段名称
起止日期
1
熟悉设计任务书、设计题目与设计背景资料

2
查阅有关资料

3
阅读设计要求必读的参考资料

4
书写设计说明书

5
上交设计成果

4.需收集和阅读的资料与参考文献（指导教师指定）
[1]: 陈珩.电力系统稳态分析（第三版）[M]，北京，中国电力出版社，2007
[2]：何仰赞，温增银.《电力系统分析》第三版[M]，武汉,华中科技大学出版社，2002
[3]：陈悦.《电气工程毕业设计指南电力系统分册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2008
[4]:
[5]:

教 研 室 意 见

负责人签名：
年 月 日
学 院 意 见

负责人签名：
年 月 日

11 / 33
目录

摘 要 1
前言 2
第一章 方案设计与分析 3
1.1 有功功率平衡计算 3
1.2 无功功率平衡 4
1.3无功补偿计算 4
第二章 电网供电方案确定 6
2.1电力网接线方案的初步选择 6
2.2 电力网电压等级的确定 8
2.3电压等级的确定 11
2.4变压器的选择 12
第三章 输电线路的选择 1
3.1 导线截面积的选择 1
3.2 导线截面积的校验 2
3.3按电压损耗的校验 3
第四章 经济方面的选择 5
4.1 计算电力网投资 5
心得体会 8
参考文献 9

摘 要

本课程设计通过对发电厂变电所地理位置的设计，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。
本课程设计的任务是根据给出的数据和地理位置图，设计一个高压电力网最优网络接线方案.该网络包括一个发电站、三个变电站以与输电线路。该网络必须在符合国名经济要求的前提下，保证一定得供电可靠性和稳定性，运行方式灵活，电能质量负荷标准，并且有一定得经济性。
设计内容包括：功率平衡计算、电网供电方案确定、电压等级选择，校验系统有功、无功平衡等，最终确定系统接线方案。最后得出的方案具有较高可靠性和稳定性，运行方式灵活，电能质量负荷标准，并且有一定得经济性，基本满足国民经济要求。

关键词：经济比较、功率平衡、电压损耗校验

前言

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。
本课程设计的任务是根据给出的数据和地理位置图，设计一个高压电力网最优网络接线方案.该网络包括一个发电站、三个变电站以与输电线路。该网络必须在符合国名经济要求的前提下，保证一定得供电可靠性和稳定性，运行方式灵活，电能质量负荷标准，并且有一定得经济性。
设计内容包括：功率平衡计算、电网供电方案确定、电压等级选择，校验系统有功、无功平衡等，最终确定系统接线方案。最后得出的方案具有较高可靠性和稳定性，运行方式灵活，电能质量负荷标准，并且有一定得经济性，基本满足国民经济要求。

第一章 方案设计与分析
以发电厂A为电网电源点,变电所1，２,３为负荷点所构成的电力网。其接线方案的设计与分析，以与最优选择如下。
1.1 有功功率平衡计算
1.1.1系统总的有功功率平衡计算
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。
⑴系统总的最大用电负荷：取同时率＝0.9，各变电所最大负荷有任务书表１—１所示，

⑵系统供电负荷：选择网损率＝7%，则

⑶系统发电负荷：
因为发电厂Ａ为小型火电厂，经慎重选择，可选厂用电率＝10%，则

其中：—同时率，—网损率，—厂用电率，—发电厂的机压负荷
⑷系统总装机容量：

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
所以系统备用容量符合要求。
1.2 无功功率平衡
1.2.1 无功功率平衡
电力系统的无功功率平衡是保障电压质量的基本条件。无功功率平衡遵循的是分层和分供电区就地平衡原则。为达到就地平衡就必须分层分区进行无功补偿。合理的无功补偿和有效的电压控制，不仅可以保证电压质量，而且将提高电力系统的稳定性、安全性和经济性。在主变压器最大负荷时，因为功率因数为0.9--0.95，所以不需补充无功功率，系统内的总装机容量应该大于发电负荷，即系统内应该有足够的备用容量，按规定系数的总装机容量应大于或等于系统最大发电负荷的1.2倍。
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。

1.3无功补偿计算
1.3.1 无功补偿计算
根据设计要求,各变电所低压母线的功率因数需要提高到0.98,变电所10KV母线设计采用装设电容器组来实现无功补偿.
根据《电力系统电压和无功电力技术导则》规定：220KV 与其以下电压等级的变电所，在主变压器最大负荷时，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下表规定：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。

变电所电压等级（KV）
220
35~110
二次侧功率因数
0.95 ~ 1
0.9 ~ 1
Q/ P
0.33 ~ 0
0.48 ~ 0

表2-1 电压等级与二次侧的功率因数与Q/ P 的关系

无功负荷：

变压器无功损耗：
式中m为电压变换次数，为1次。

系统中无功电源：

式中n为发电机台数，为主网和邻网输入的无功功率。

系统无功备用容量：

⑵整个系统的无功功率：

无功功率平衡未达到要求，可初步确定出需加装的的容性补偿设备总容量为：

当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与采用相应的调压措施。

第二章 电网供电方案确定

2.1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、地理位置与负荷的大小，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与负荷大小,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，将明显不合理的方案舍去，保留2个方案。
2.1.1 设计方案的拟定
综合上述因素，初步拟定如下2个方案,故电力网最优接线设计方案示意图如下:

图2-1为设计方案1：

图2-1

图2-2为设计方案2：

图2-2

从满足电网供电可靠性角度出发,在进行电力网网络结构初步设计时,应考虑选用有备用的接线方式.通过比较各设计中装设断路器的总台数与路线总长度,要初选出线路总长度较短,使用断路器较少的几个最优设计方案.
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。
2.2 电力网电压等级的确定
2.2.1 设计方案的分析
⑴设计方案1
设与变电所中变压器的功率损耗(有功损耗忽略不计,无功损耗一般去变电所负荷功率的10%~12%),可认为接在高压电力网中的节点1,2,3的负荷分别为
,
,

.又因为功率因数已经补偿到0.98,各变电所变压器损耗俊取为负荷功率的1.1倍.
分析图,设计方案1如下:可知A-3单回路线路输送的初步功率为
根据单电源换位的初步功率分布计算方法,可以算出A-1线路输送的初步功率，计算时可以近似的认为全网线路同型号，即为均一网，线路阻抗可以用线路长度代替。更具设计任务书中给出的发电厂，变电所的地理位置，计算出个条线路的长度，带入，就可得到A-1线路的初步功率为

同理,线路A-2段的初步功率为

故有

其初步潮流分布示意图如图所示

设计方案一初步潮流分布示意图
⑴电力网络潮流计算

⑵设计方案2
设全网为均一网络，在零结点解开环网，如下图

图2-9 环形网络中的负荷矩

同理,线路A-2段的初步功率为

故有:电力网络潮流计算

综合以上数据可知，单回路输送的最大负荷估算值接近50MW且最长线路为81km。
2.3电压等级的确定
电压等级的选择是一个涉与面很广的综合性问题，除了考虑输电容、距离等各种因素外，还应该根据动力资源的分布、电源与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。在本次课程设计中，由于条件限制，不可能同时进行论证电压等级和进行方案。因此，根据题目所给数据，参考下表，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。

线路额定电压（KV）
输送容量（MW）
输送距离（km）
线路额定电压（KV）
输送容量（MW）
输送距离（km）
0.38
<0.1
<0.6
35
2.0~10
50~20
3
0.1~1.0
3~1

60
5.0~20
100~20
6
0.1~1.2
15~4
110
10~50
150~50
10
0.2~2.0
20~6
220
100~300
300~100

表2-2 各电压等级输电线路合理输送容量与输送距离

取
最大负荷时各变电所功率如下：

因为3#为原有变电所，所需功率由原有系统提供。故

总算所述，所以电力网选择110KV电压等级。
2.4变压器的选择
2.4.1发电厂变压器的选择
发电机电压母线与系统连接的变压器一般选两台，一台变压器的容量按能承担60%—70%的电厂容量的选择，一般取60%。发电机与变压器为单元连接，按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度，根据附表110双绕组无励磁调压电力变压器技术数据表选得该变压器型号为：,则其参数为

2.4.2变电所变压器的选择
变电所与系统相连接的主变压器一般装设两台。则选择的变压器要满足：

其中是变电所的最大负荷容量，是变电所的全部重要负荷容量。
1号变电所

所以选择两台。
2号变电所

所以选择两台。
3号变电所

所以选择两台。
2.4.3变压器参数的计算
根据上述所选变压器型号从附表110kv双绕组变压器技术数据表查得相应的参数计算如下：
1号变电所：

2号变电所：

3号变电所：

第三章 输电线路的选择
3.1 导线截面积的选择
3.1.1 计算各段线路的最大负荷利用小时数
A-3段线路
A-2段线路
1-2段线路

此网Tmax都大于5000，查表可知经济电流密度为0.9A/mm2

故可得：
选A-2 LGJ-185
选1-2 LGJ-150
选A-3 LGJ-150
查表求得：

3.2 导线截面积的校验
3.2.1按允许载流量条件校验导线截面积

（1）设全网为均一网络，在零结点解开环网，如下图

图2-11 环形网络中的负荷矩
由力矩法可得

由附表B-7可知，电流符合要求。

由附表B-7可知，电流符合要求。

由附表B-7可知，电流符合要求。

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。由附表B—9可知110KV下不必验算电晕的导线最小直径为9.6mm所选导线最小为LGJ－50，不发生电晕。所以本次设计所选导线截面积均符合要求。
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，1KV ~ 10KV 线路不得采用单股线，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35mm。所以本次设计所选导线截面积均符合要求。

3.3按电压损耗的校验
正常运行时电压损耗为：

故障状态下电压损耗：
①断开A-1段：

②断开A-2’段

③断开A-2’’段

④断开1-2’段

可见方案2在正常和故障情况下最大电压损耗均满足要求。

第四章 经济方面的选择

最优网络规划方案的设计是根据规划区内电源、负荷分布状况确定合理的电网结构，是保证电力系统安全、稳定、经济运行的关键。方案比较的主要方法：经济比较法。
经济计算是从国民经济整体利益出发，计算电气主接线的各个比较方案的费用和效益，为选择经济上的最优方案提供依据。
在经济比较中，一般有投资和年运行费用两大项。计算时，可以计算个方案不同部分的投资和年运行费用。先分析如下：
4.1 计算电力网投资
4.1.1 投资费用的计算
1.方案一
设线路的投资为Z，造价为P

2.方案二
设线路的投资为Z，造价为P

4.1.2年运行费用

式中 —年运行费，元/年；
—基本折旧率，取4.8%；
—大修率，国产设备取1.4%，进口设备取1%；
—投资费，元；
—年电能损耗，；
—电价，元/
1.方案一
线路A-1：
线路1-2：
线路2-3：
线路A-3：

方案一的年运行费用

2.方案二
线路A-1：
线路1-2：
线路A-2：
线路A-3：

方案二的年运行费用

由此比较两种方案，当经济效益相同时、，推断出方案二为最优方案。

心得体会

在本次电力系统分析课程设计制作过程中，我投入了极大的热情和精力。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，培养了分析问题和解决问题的能力。通过对题目“地区电力网设计”的设计，对课上所学的知识有了更深刻的理解，学会了如何实际进行电力网络的潮流计算，既能考虑到细微之处又能整体统筹规划。在设计过程中，我也了解到了我国的各地区电网的现状，了解了与先进技术的差异，这更激励我认真学习专业知识，为我国的电力事业尽一分力量。本次课程设计运用所学的基础知识，综合考虑了个方面的相互关系，在设计的过程中培养了我独立思考的能力，使所学的理论知识和实践相结合，对电力网的基本知识有了初步的了解，为以后的工作打下了一定的基础。

参考文献

[1] 夏道止. [M]电力系统分析（第二版）.北京.中国电力出版社.2010.
[2] 周泽存[M]高电压技术（第三版）.北京.中国电力出版社.2007.
[3] 熊信银.[M] 发电厂电气部分（第三版）.北京.中国电力出版社.2006.

电力系统稳态分析课程设计成绩评定表
姓 名
左 杰
学 号
1350803159
专业班级
电气113班
课程设计题目： 高压电力网最优网络接线方案设计
课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

评 定 项 目
评 分 成 绩
1.设计方案可行性与其选优（20分）

2.设计过程与结果（40分）

3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）

4.设计报告的规范性、参考文献（不少于5篇）（10分）

5.答辩（20分）

总 分

最终评定成绩（以优、良、中、与格、不与格评定）

指导教师签字：

年 月 日