高电压技术课程设计报告.docx

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高电压技术课程设计报告

《高电压技术》课程设计报告

题目：

基于PowerWorld/Simulator（13.0版）

开式电力网（放射式）防雷仿真设计

所在学院电气工程学院

专业班级xx级电气工程及其自动化xx班

学生xx

学生学号20113008xxx

同组队员xxx

指导教师x丹

提交日期2013年12月xx日

电气工程学院高电压技术课程设计评阅表

学生xx学生学号20113008xx

同组队员xx专业班级11级电气工程及其自动化争先班

题目名称基于PowerWorld/Simulator（13.0版）开式电力网（放射式）防雷仿真设计

一、学生自我总结

通过几周时间的课程设计，我锻炼了自己的动手组织能力，加深理解了团队合作的重要性，知道在困难面前有战胜的信念和决心，学到的东西要运用到实际生活当中才能真正掌握。

虽然途中碰到了很多困难，一度让我对设计心灰意冷，但是我通过上网查阅资料和与同学们探讨的方法得到了解决的方案，我还体会到了同学们一起自学讨论的乐趣。

通过对电网的设计，让我了解到一些电力系统元件的使用方法和功能，还有PowerWorld软件的使用方法，还有一些课本上学不到的知识，使我收获不少。

高电压课程设计结束了，但是我探索的脚步还未止步。

学生签名：

xx年xx月xx日

二、指导教师评定

评分项目

平时成绩

报告（答辩）

综合成绩

权重

50

50

单项成绩

教师评语：

教师签名：

年月日

三、设计指标及参数..................................................................................2

四、设计容

4.1-正常运行6

4.2-发电机2跳闸7

4.3-主变压器2跳闸7

4.4-输电线路6跳闸7

4.5-3KV母线负荷跳闸8

4.6-潮流分布9

4.7-短路电流计算9

五、防雷设计12

六、总结（感想与心得）14

一、设计背景

PowerWorld程序是一个大型的电力系统可视化规划、分析与运行控制程序，其设计界面友好，并有高度的交互性。

该程序能够进行专业性的大型工程实践分析，并且由于其良好的交互性和可视化功能，它还可以用于向非专业人员生动逼真地解释电力系统运行的基本原理和操作过程。

它能够有效地计算高达10，0000个节点的电力系统，因此当它作为一个独立的潮流分析包时，实用性非常强大。

PowerWorld程序有2种操作模式：

编辑模式和运行模式。

编辑模式用来创建新模型或修改己存在的工程；而运行模式则用来模拟演示实际系统。

通过点击程序栏的编辑MODE（编辑模式）和RUNMODE（运行模式）按钮，可在两者之间随意切换。

下面从基本功能和高级功能两部分说明PowerWorldV13.0版的使用方法。

1、再次学习、巩固发电机、变压器、输电线路、负荷的功能和特点。

2、学习PowerWorld/Simulator（13.0版）软件的使用。

3、锻炼了自己主动思考和动手能力以及团队合作。

二、设计要求

1、设计一个小型开式或闭式电力网。

（2-6台发电机、2-6回输电线路）

2、发电机、变压器、输电线路参数可以改变。

3、验证供电网络的可靠性、节点功率平衡。

4、进行潮流计算、短路计算仿真；进行数据分析。

5、进行发电机、主变压器、输电线路、厂用变压器、断路器、隔离开关、CT、PT等电气设备选型（根据个人能力进行选择）。

特别是避雷器、避雷线、防雷装置的设计，试画出设计简图、原理分析。

三、设计指标及参数

图1115KV主母线节点视图

系统参数见下表1至表4。

表1母线数据

编号

名称

区域名称

基准电压

标幺电压

实际电压

相角（度）

有功负荷

无功负荷

发电机有功

发电机无功

1

220KV母线BUS1

1

220

1

220

0.55

28

1.72

2

BUS2

1

220

1

220

0.55

40

1.72

3

BUS3

1

220

1

220

-1.36

0

2.12

4

BUS4

1

220

1

220

-1.23

20

1.18

5

BUS5

1

220

1

220

-1.23

30

1.18

6

115KV主母线BUS6

1

115

0.99873

114.853

-2.2

7

220KV母线BUS7

1

220

0.99917

219.818

-0.63

8

BUS8

1

220

0.99909

219.799

-0.8

9

BUS9

1

220

0.99979

219.955

-1.49

10

BUS10

1

220

0.99929

219.844

-1.75

11

BUS11

1

220

0.9998

219.956

-1.37

12

37KV母线BUS12

1

37

0.99794

36.924

-3.38

13

6KV母线BUS13

1

6

0.99863

5.992

-2.9

14

6KV母线BUS14

1

6

0.99863

5.992

-2.94

16

5

15

115KV母线BUS15

1

115

0.99867

114.846

-2.33

39

11

16

37KV母线BUS16

1

37

0.99794

36.924

-3.39

23

7

17

37KV母线BUS17

1

37

0.99794

36.924

-3.39

15

6

18

6KV母线BUS18

1

6

0.99863

5.992

-2.94

11

5

19

3KV母线BUS19

1

3

1.00077

3.002

-8.23

20

3KV母线BUS20

1

3

1.00077

3.002

-8.24

10

4

21

3KV母线BUS21

1

3

1.00077

3.002

-8.24

4

2

表2主变压器数据

首端节点编号

首端节点名称

末端节点编号

末端节点名称

回路

类型

状态

变比

调节误差

最小调节量

最大调节量

最小变比

最大变比

档距

6

115KV主母线BUS6

7

220KV母线BUS7

1

Fixed

Closed

1

-0.51

0.51

1.5

0.51

1.5

0.00625

8

BUS8

6

115KV主母线BUS6

1

Fixed

Closed

1

-0.51

0.51

1.5

0.51

1.5

0.00625

9

BUS9

6

115KV主母线BUS6

1

Fixed

Closed

1

-0.51

0.51

1.5

0.51

1.5

0.00625

10

BUS10

6

115KV主母线BUS6

1

Fixed

Closed

1

-0.51

0.51

1.5

0.51

1.5

0.00625

11

BUS11

6

115KV主母线BUS6

1

Fixed

Closed

1

-0.51

0.51

1.5

0.51

1.5

0.00625

6

115KV主母线BUS6

12

37KV母线BUS12

1

Fixed

Closed

1

-0.51

0.51

1.5

0.51

1.5

0.00625

13

6KV母线BUS13

6

115KV主母线BUS6

1

Fixed

Closed

1

-0.51

0.51

1.5

0.51

1.5

0.00625

19

3KV母线BUS19

6

115KV主母线BUS6

1

Fixed

Closed

1

-0.51

0.51

1.5

0.51

1.5

0.00625

表3负荷数据

LoadRecords

编号节点

名称节点

区域名称Load

分区名称Load

ID

有功

无功

视在功率

恒功率有功负荷

恒功率无功负荷

14

6KV母线BUS14

1

1

1

5

1

5.1

5

1

14

6KV母线BUS14

1

1

2

3

1

3.16

3

1

14

6KV母线BUS14

1

1

3

5

2

5.39

5

2

14

6KV母线BUS14

1

1

4

3

1

3.16

3

1

15

115KV母线BUS15

1

1

1

8

2

8.25

8

2

15

115KV母线BUS15

1

1

2

11

3

11.4

11

3

15

115KV母线BUS15

1

1

3

10

3

10.44

10

3

15

115KV母线BUS15

1

1

4

10

3

10.44

10

3

16

37KV母线BUS16

1

1

1

5

2

5.39

5

2

16

37KV母线BUS16

1

1

2

5

2

5.39

5

2

16

37KV母线BUS16

1

1

3

5

2

5.39

5

2

16

37KV母线BUS16

1

1

4

8

1

8.06

8

1

17

37KV母线BUS17

1

1

1

5

2

5.39

5

2

17

37KV母线BUS17

1

1

2

5

2

5.39

5

2

17

37KV母线BUS17

1

1

3

5

2

5.39

5

2

18

6KV母线BUS18

1

1

1

5

2

5.39

5

2

18

6KV母线BUS18

1

1

2

3

2

3.61

3

2

18

6KV母线BUS18

1

1

3

3

1

3.16

3

1

20

3KV母线BUS20

1

1

1

3

1

3.16

3

1

20

3KV母线BUS20

1

1

2

2

1

2.24

2

1

20

3KV母线BUS20

1

1

3

2

1

2.24

2

1

20

3KV母线BUS20

1

1

4

3

1

3.16

3

1

21

3KV母线BUS21

1

1

2

1

0.5

1.12

1

0.5

21

3KV母线BUS21

1

1

3

1

0.5

1.12

1

0.5

表460MW火力发电机-主变-厂变参数

设备名称

发电机

主变压器

高压厂用变压器

额定容量（MVA）

80

16

额定电压（KV）

121±2×2.5%/10.5

10.5±2×2.5%/6.3

额定电流（A）

382/4400

879/1466

联结组号

Ynd11

Ynd11

空载损耗△P。

（KW）

空载电流I。

%

短路损耗△Pk（KW）

短路阻抗Uk%

18.1

10.3

功率（MW）

60

定子电压（kV）

10.5

定子电流（A）

4125

频率（Hz）

50

功率因数（cosφ）

0.8

转速（r/min）

3000

四、设计容

图4-1正常运行

图4-2发电机2跳闸

图4-3主变压器2跳闸

图4-4输电线路6跳闸

图4-53KV母线负荷跳闸

图4-6潮流分布图

图4-7短路计算结果（节点19发生三相短路）短路电流标幺值1.048

表4-1短路计算结果（节点19发生三相短路）短路电流标幺值1.048

FaultData-Buses

编号

名称

相电压A

相电压B

相电压C

相角A

相角B

相角C

1

220KV母线BUS1

0.81647

0.81647

0.81647

5.02

-114.98

125.02

2

BUS2

0.81647

0.81647

0.81647

5.02

-114.98

125.02

3

BUS3

0.80584

0.80584

0.80584

2.9

-117.1

122.9

4

BUS4

0.80678

0.80678

0.80678

3.04

-116.96

123.04

5

BUS5

0.80678

0.80678

0.80678

3.04

-116.96

123.04

6

115KV主母线BUS6

0.78569

0.78569

0.78569

2.35

-117.65

122.35

7

220KV母线BUS7

0.8031

0.8031

0.8031

3.9

-116.1

123.9

8

BUS8

0.80116

0.80116

0.80116

3.74

-116.26

123.74

9

BUS9

0.80281

0.80281

0.80281

2.82

-117.18

122.82

10

BUS10

0.79563

0.79563

0.79563

2.68

-117.32

122.68

11

BUS11

0.80376

0.80376

0.80376

2.94

-117.06

122.94

12

37KV母线BUS12

0.78508

0.78508

0.78508

1.17

-118.83

121.17

13

6KV母线BUS13

0.78562

0.78562

0.78562

1.65

-118.35

121.65

14

6KV母线BUS14

0.78562

0.78562

0.78562

1.61

-118.39

121.61

15

115KV母线BUS15

0.78565

0.78565

0.78565

2.22

-117.78

122.22

16

37KV母线BUS16

0.78507

0.78507

0.78507

1.16

-118.84

121.16

17

37KV母线BUS17

0.78507

0.78507

0.78507

1.16

-118.84

121.16

18

6KV母线BUS18

0.78562

0.78562

0.78562

1.61

-118.39

121.61

19

3KV母线BUS19

0

0

0

0

0

0

20

3KV母线BUS20

0

0

0

0

0

0

21

3KV母线BUS21

0

0

0

0

0

0

图4-8短路计算结果（节点19发生单相短路）短路电流标幺值1.042

表4-2短路计算结果（节点19发生单相短路）短路电流标幺值1.042

FaultData-Buses

编号

名称

相电压A

相电压B

相电压C

相角A

相角B

相角C

1

220KV母线BUS1

0.81576

1.02245

0.98301

4.2

-119.07

121.48

2

BUS2

0.81576

1.02245

0.98301

4.2

-119.07

121.48

3

BUS3

0.80142

1.02526

0.98384

2.05

-121.12

119.79

4

BUS4

0.80287

1.02491

0.98368

2.19

-120.97

119.89

5

BUS5

0.80287

1.02491

0.98368

2.19

-120.97

119.89

6

115KV主母线BUS6

0.77921

1.02718

0.98168

1.39

-122

119.13

7

220KV母线BUS7

0.79643

1.02584

0.98408

3.05

-120.5

120.65

8

BUS8

0.79425

1.02608

0.98392

2.87

-120.67

120.5

9

BUS9

0.79675

1.0262

0.98419

1.96

-121.32

119.75

10

BUS10

0.78842

1.02705

0.9836

1.78

-121.61

119.58

11

BUS11

0.79807

1.02592

0.98411

2.08

-121.19

119.85

12

37KV母线BUS12

0.77848

1.02784

0.97949

0.09

-123.14

118

13

6KV母线BUS13

0.77909

1.02793

0.98074

0.62

-122.67

118.46

14

6KV母线BUS14

0.77909

1.02798

0.98069

0.57

-122.71

118.42

15

115KV母线BUS15

0.77916

1.02727

0.98147

1.25

-122.12

119.01

16

37KV母线BUS16

0.77848

1.02784

0.97948

0.07

-123.15

117.99

17

37KV母线BUS17

0.77848

1.02784

0.97948

0.07

-123.15

117.99

18

6KV母线BUS18

0.77909

1.02798

0.98069

0.57

-122.71

118.42

19

3KV母线BUS19

0

1.05929

0.95189

0

-126.93

114.05

20

3KV母线BUS20

0.00003

1.05932

0.95187

0

-126.93

114.04

21

3KV母线BUS21

0.00003

1.05932

0.95187

0

-126.93

114.04

五、防雷设计：

主要城镇雷暴日数统计

01市76.1（30.4℃）

02市52.6（29.4℃）

03市94.6（30.9℃）

04市94.4

05市73.9

06市64.2

07市77.9

0879．6

09南雄84.7

10连县71.8

11梅县83.1

12揭阳77.3

13惠阳87.1

14高要105.7

1552.9

16宝安68.4

17 信宜108.9

18台山87.8

19徐闻98.8

全国雷暴日分布图

由全国雷暴日分布图可以知道省是属于多雷区域，年平均雷暴日数大概为70—80。

Td—年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定d/a，年平均雷暴日Td=76.1d/a。

地面落雷密度和雷暴日的关系式为γ

，则γ=0.084。

要做好防雷保护工作，还要注意观察当地雷电活动季节的开始和终了日期，省每年3月至9月，是雷雨多发季节。

防雷保护设备：

避雷针一般用于保护发电厂和变电所，可根据不同装设在配电构架上，或独立架设。

避雷线主要用于输电线路的保护，也可以用来保护发电厂和变电所，同时又分流作用。

避雷器是专门用以限制线路传来的雷电过电压或操作过电压的一种防雷装置。

发电厂和变电所的防雷保护：

发电厂和变电所遭受雷害一般来自两方面：

一方面是累直击与发电厂、变电所；另一方面上雷击输电线路后产生的雷电波沿该导线侵入发电厂、变电所。

对于直击雷的保护，一般采用避雷针或者避雷线；雷击输电线路后产生的雷电波侵入式发电厂、变电所事故的主要原因，主要措施是在发电厂、变电所里安装适合的避雷器以限制电气设备上的过电压峰值，同时设置进线保护段以限制雷电流幅值和降低侵入波的陡度。

35kv及以下的变电所，需要架设独立避雷针。

对于110kv及以上的变电所，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平比较高，可以将避雷针架设在配电装置的构架上。

发电厂的主厂房、主控制和配电装置室一般不装设直击雷保护装置，以免发生反击事故和引起继电保护误动作。

由以上可以参考本次设计的变电所的3、6、37kv采用FZ普通阀式避雷器；115以及220kv采用氧化锌为主的金属氧化物避雷器。

输电线路防雷设计：

220kv输电线路全线假设双避雷线，避雷线对导线的保护角为20°，在线路上装设自动重合闸装置。

110kv、138kv输电线路全线架设避雷线，避雷线对导线的保护角为20°到30°，在线路上装设自动重合闸装置。

35kv以下的线路采用中性的不接地或经消弧线圈接地的方式，在线路上装设自动重合闸装置。

（在雷电活动剧烈的地方应尽量降低杆塔接地电阻或在带线下方4到5米处架设耦合地线）

多雷区的非直配电机的防雷保护：

采用直击雷保护并在电机母线上装设每相不小于0.15uF的电容器或磁吹避雷器，在电机的中性点上装设灭弧电压为相电压的阀式避雷器。

六、总结（感想与心得）

这次设计报告我深有感触，我们在没有老师指导的情况下，利用自己在课本上所学到的知识，通过上网查阅大量资料的方法，最终克服了很多困难，完成了这次设计报告。

几周的课程设计报告时间，看似很充裕，但是因为之前没有接触过类似的设计，一开始就我们在分组上伤透了脑筋。

我们组有五个人，每个人到底擅长那个模块？

到底怎么分才能最有效的发挥个人的长处，达到事半功倍的效果？

这个问题纠缠了很久，最终通过一致讨论，我们把它划分几个模块。

每一个人都有专门负责的模块。

我主要是负责电网设计。

我想说，这个模块真是让我榨干了脑浆。

根据老师在PPT的提示，我先在草稿图上想好开式网络的结构，然后在powerworld这个软件上画出来。

软件的使用也是一个难题，因为第一次接触这个软件，学习需要一个过程。