电力系统课程设计区域电力网规划设计汇总.docx
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电力系统课程设计区域电力网规划设计汇总
课程设计（论文说明书
课程设计（论文）任务书
兹发给级专升本班学生课程设计（论
文）任务书，内容如下：
1．程设计题目：
区域电力网规划设计
2．应完成的项目：
A.校验系统有功、无功平衡和各种运行方式；
B.通过方案比较，确定系统接线方案
C.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；
D.进行系统的潮流计算；E.进行系统的调压计算，选择变压器的分接头；F.统计系统设计的主要指标。
3．参考资料及说明
4．本课程设计（论文）任务书于20105月份授课时提交课程设计
指导老师。
-
系主任批准年月日
教员组主任审核年月日
指导老师年月日
课程设计﹝论文﹞评语：
课程设计负责人签字年月日
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·87608760——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：
PXMAX=K1⋅K2⋅∑PMAX⋅n
1n
系统最小有功综合负荷：
PXMIN=K1⋅K2⋅∑PMIN⋅n
1
n
K1——同时系数取1
K2——厂用网损系数取1.15（其中网损7%，厂用8%）PXMAX=1×1.15×（10+20+25+30+30=132.25MWPXMIN=1×1.15×（10+20+25+30+30=132.25MW发电厂装机容量：
PFMAX=50×2+25×2=150MW
有功备用容量：
PB=PFMAX-PXMAX=150-132.25=17.75MW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：
QXMAX=PXMAX.tan（cos-1ΦQXMAX=132.25×tan（cos-10.85）=81.96MVar发电机能提供的无功功率：
QFMAX=PFMAX.tan（cos-1Φe
QFMAX＝（50×2）tan（cos-10.85＋（25×2）tan（cos-10.8=99.47MVar无功备用容量：
QB=QFMAX-QXMAX=99.47-81.96=17.51MVar
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20～30MVA，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=10MWQ=P·tan（cos-1φ=10×tan（cos-10.85＝6.20MVar
线路A-2：
P=25/2=12.5MWQ=P·tan（cos-1φ=12.5×tan（cos-10.85＝7.75MVar
线路A-3：
P=
（50+27⨯30+50⨯30
=26.46（MW
67+50+27
Q=P·tan（cos-1φ=26.46×tan（cos-10.85＝16.40（MVar线路A-4：
P=
（67+70⨯30+67⨯30
=33.54（MW
67+50+27
Q=P·tan（cos-1φ=33.54×tan（cos-10.85＝20.79（MVar
线路3-4：
P=PA-4-P4=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：
I=P
3UcosΦ
Pmax
3UcosΦ=10⨯103⨯110⨯0.85=20⨯103
⨯110⨯0.85=61.75AImax=
S=
线路A-2：
I==123.50AI61.75==68.61mm2故选2×LGJ-70Imax=275AJ0.9P
3UcosΦ
Pmax=10⨯103⨯110⨯0.85=20⨯103=61.75AImax=
S=
线路A-3：
I=3UcosΦ⨯110⨯0.85=123.50AI61.75==68.61mm2故选2×LGJ-95Imax=335AJ0.9P
UcosΦ
Pmax=10⨯103⨯110⨯0.85=20⨯103=61.75AImax=
S=
线路A-4：
I=3UcosΦ⨯110⨯0.85=123.50AI61.75==68.61mm2故选LGJ-185Imax=515AJ0.9P
UcosΦ
Pmax=10⨯103⨯110⨯0.85=20⨯103=61.75AImax=
S=
线路3-4：
I=3UcosΦ⨯110⨯0.85=123.50AI61.75==68.61mm2故选LGJ-240Imax=610AJ0.9P
UcosΦ=10⨯103
⨯110⨯0.85=61.75A
Imax=
S=
3、线路阻抗计算
Z=r+jx=r0L+jx0LPmaxUcosΦ=20⨯1033⨯110⨯0.85=123.50AI61.75==68.61mm2故选LGJ-70Imax=275AJ0.9
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：
Pr+Qx⨯100%2U
Pr+Qx⨯100%A-1：
∆U%=2U
Pr+Qx⨯100%A-2：
∆U%=U2
Pr+Qx⨯100%A-3：
∆U%=U2
Pr+Qx⨯100%A-4：
∆U%=2U∆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：
-1（30+30⨯11.39+（30+30tan（cos0.85⨯26.47∆UA-3%=⨯100%=13.8%1102
-1（30+30⨯11.39+（30+30tan（cos0.85⨯26.47∆U3-4%=⨯100%=13.8%2110
ΔU%=ΔUA-3％＋ΔU3-4％=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％）K1=KA-1+KA-2+KA-3+KA-4+K3-4＝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＝K1＋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）
S2102+6.22
⨯15.3=0.17505MW线路A-1：
∆PA-1%=2R=2U110
cosφ＝0.85Tmax＝5500h查表得τ＝4000h
S2102+6.22
⨯15.3=0.17505MW线路A-2：
∆PA-1%=2R=2U110
cosφ＝0.85Tmax＝5000h查表得τ＝3500h
S2102+6.22
⨯15.3=0.17505MW线路A-3：
∆PA-1%=2R=U1102
cosφ＝0.85Tmax＝5500h查表得τ＝4000h
S2102+6.22
⨯15.3=0.17505MW线路A-4：
∆PA-1%=2R=2U110
cosφ＝0.85Tmax＝5000h查表得τ＝3500h
S2102+6.22
⨯15.3=0.17505MW线路3-4：
∆PA-1%=2R=2U110
cosφ＝0.85Tmax＝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=7887.01MWh
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（m3
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×SFL1-63000kVA的升压变压器。
二、变电所1：
SMAX=Pmax/COSφ＝20/0.85=23.53MVASMIN＝Pmin/COSφ＝8/0.8=10MVA
每台变压器容量按最大视在功率的70％考虑，则23.53×70％＝16.47MVA故选2×SFL1-16000降压变压器。
变压器参数：
ΔP0=18.5kWΔPs=110kWUS%=10.5I0%=0.9切除功率：
Slj=SNK（K-1∆P0/∆Ps=162（2-1
18.5
=9.28MVA〈SMIN110
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：
SMAX=Pmax/COSφ＝20/0.85=23.53MVASMIN＝Pmin/COSφ＝8/0.8=10MVA
SN=29.41×70％=20.59MVA故选2×SFL1-25000降压变压器。
变压器参数：
ΔP0=18.5kWΔPs=110kWUS%=10.5I0%=0.9切除功率：
Slj=SNK（K-1∆P0/∆Ps=162（2-1
18.5
=9.28MVA〈SMIN110
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：
SMAX=Pmax/COSφ＝20/0.85=23.53MVASMIN＝Pmin/COSφ＝8/0.8=10MVA
SN=35.29×70％=24.70MVA故选2×SFL-25000降压变压器。
变压器参数：
ΔP0=18.5kWΔPs=110kWUS%=10.5I0%=0.9切除功率：
Slj=SNK（K-1∆P0/∆Ps=162（2-1
18.5
=9.28MVA〈SMIN110
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：
SMAX=Pmax/COSφ＝20/0.85=23.53MVASMIN＝Pmin/COSφ＝8/0.8=10MVA
SN=35.29×70％=24.70MVA故选2×SFL-25000降压变压器。
变压器参数：
ΔP0=18.5kWΔPs=110kWUS%=10.5I0%=0.9切除功率：
Slj=SNK（K-1∆P0/∆Ps=162（2-1
18.5
=9.28MVA〈SMIN110
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
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：
RB1=XB1
∆PS1⨯Ue
Se
2
2
110⨯1102==5.20Ω2
16000
2
US%⨯Ue10.5⨯1102===79.4Ω
Se16000
I0%⨯Se0.9⨯16000
==144KVar100100US%⨯Se10.5⨯16000
==144KW100100
∆Q01=∆P01=
同理，其余变压器参数计算结果列表如下：
二、线路的参数计算
线路采用钢筋水泥单杆（塔），导线排列采用三角形。
线间距离4米，线路电阻、电抗参数列表如下：
（取b0=2.82×10-6S/km）
5-2各点的计算负荷和功率损耗计算及结果
一、线路A-1计算
等值电路图如下：
1、线路的充电无功功率：
△QC1=-b0LU2=-2.82×10-6×2×68×1102=-4.64MVar△QC1/2=-2.32MVar
2、最大负荷时两台变压器的损耗：
∆P
∆P1=n∆P0+S
n
⎡S⎤110⎡20⎤
=2⨯18.5+=156KW⎢⎥⎢⎥2⎣16⨯0.85⎦⎣Se⎦
⎡S⎤10.5⨯16000⎡20⎤=2⨯144+=2104.6KVar⎢⎥⎢⎥S2⨯10016⨯0.85⎣⎦⎣e⎦
2
2
2
2
∆QS
∆Q1=n∆Q0+
n
3、最大负荷时线路A-1末端的传输功率：
S1=Smax+△S1+△QC1/2=（20+j12.395）+（0.156+j2.105）-j2.32=20.156+j12.18MVA4、线路A-1的功率损耗：
∆SLA-1=
P1+Q1
Ue
22
2
20.1562+26.792
⨯（RL1+jXL1=⨯（15.3+j14.69=1.42+j1.36MVA2
110
5、最大负荷时线路A-1始端的送出功率：
SA-1=S1+△SLA-1+△QC1/2＝20.156+j12.18＋1.42+j1.36-j2.32＝21.58+j11.22MVA
6、同理，计算出最小负荷时的情况：
变压器损耗：
∆PS⎡S⎤110⎡20⎤
∆P1=n∆P0+=2⨯18.5+=156KW⎢⎥⎥n⎣Se⎦2⎢16⨯0.85⎣⎦∆QS∆Q1=n∆Q0+
n
⎡S⎤10.5⨯16000⎡20⎤
=2⨯144+=2104.6KVar⎢⎥⎢⎥2⨯100⎣16⨯0.85⎦⎣Se⎦
2
2
2
2
线路末端传输功率：
S1=Smin+△S1+△QC1/2=（8+j6）+（0.05848+j0.616125）-j2.32=8.058+j4.296MVA线路损耗：
∆SLA-1=
P1+Q1
Ue
22
2
20.1562+26.792
⨯（RL1+jXL1=⨯（15.3+j14.69=1.42+j1.36MVA2
110
线路始端送出功率：
SA-1=S1+△S
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