某地区电网规划及发电厂电气部分设计.doc
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编号1151401127
毕业设计
（2015届本科）
题目：
某地区电网规划及发电厂电气部分设计
学院：
物理与机电工程学院
专业：
电气工程及其自动化
作者姓名：
谭小峰
指导教师：
王学志职称：
副教授
完成日期：
2015年5月15日
二○一五年五月
目录
河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明 І
河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告 ІІ
摘要 1
Abstract 2
第一章绪论 3
1.1电力系统概述 3
1.2毕业设计的主要内容及基本思想 3
1.2.1. 设计的主要内容、功能及技术指标 3
1.2.2毕业设计的基本思想及设计工作步骤 5
第二章新建火电厂发电机、主变压器及电气主接线的确定 7
2.1电厂发电机、变压器的选择 7
2.1.1火电厂发电机的选型 7
2.1.2水电厂发电机的选型 7
2.2变压器的选型 8
2.2.1容量计算及变压器选型 8
2.3新建火电厂电气主接线的确定 10
2.3.1电气主接线的重要性 10
2.3.2电气主接线的主要要求 10
2.3.3主接线的设计 11
2.3.4主接线的确定 14
第三章地区电网接线方案的确定 15
3.1通过技术经济指标比较确定地区电网接线方案 15
3.2地区接线方案的计算 15
3.2.1地区电网接线方案1的功率平衡计算 15
3.2.2地区电网接线方案1的架空线路导线型号初选 18
3.2.3地区电网接线方案1的导线截面积校验 20
3.3地区电网接线方案的潮流计算 21
3.3.1地区电网接线方案1的潮流计算 21
3.3.2地区接线方案1的总投资和年运行费用 26
3.3.3地区接线方案2的计算 28
3.3.4地区接线方案2的局部环网潮流计算 28
3.3.5地区接线方案2的总投资和年运行费用 32
3.4通过技术比较确定最佳方案 34
第四章优选方案的短路电流计算 35
4.1概 述 35
4.1.1短路的原因及后果 35
4.1.2短路计算的目的和简化假设 36
4.2 各系统短路电流的计算 36
4.2.1短路计算的基本假定和计算方法 36
4.2.2电抗图及电抗计算 37
4.3短路点的选择 38
4.4短路电流以及冲击电流的计算 39
4.4.1k1点（110kV母线）短路电流计算 39
4.4.2k1点短路各电源供给的短路电流汇总表 41
4.4.3k2点（35kV母线）短路电流计算 42
4.4.4k2点短路各电源供给的短路电流汇总表 45
4.4.5k3点（10kV母线）短路电流计算 45
4.4.6k3点短路各电源供给的短路电流汇总表 48
4.4.7各短路点短路电流汇总表 49
第五章火电厂一次设备的选择 50
5.1选择电气一次设备遵循的条件 50
5.1.1按正常工作条件选择 50
5.1.2按短路条件进行校验 52
5.2电气设备的选择 53
5.2.1系统各个回路的最大工作电流 53
5.2.2高压断路器的选择 54
5.2.3高压隔离开关的选择 57
5.2.4互感器的选择 59
5.2.5导线及电缆的选择与校验 61
第六章继电保护 65
6.1发电机的保护 66
6.1.1 发电机纵差动保护 66
6.1.2发电机的横差动保护 67
6.2变压器的保护 68
6.2.1变压器主保护设计 68
6.3 母线的保护 69
6.3.1 装设母线保护的几种情况 69
6.3.2 目前国内110kV及其以上母线保护装置的原理 70
6.4 防直击雷的保护 70
6.4.1直击雷的保护范围 70
6.4.2直击雷的保护措施 70
结论 72
参考文献 73
致谢 74
附录1 75
附录2 77
附录3 77
河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表 І
河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表 ІІ
河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表 Ш
河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表 ІV
河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者签名：
二O年月日
河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告
论文题目
某地区电网规划及XX发电厂电气部分设计
学生姓名
谭小峰
所属学院
物理与机电工程学院
专业
电气工程及其自动化
年级
2011级
指导教师
王学志
所在单位
物理与机电工程学院
职称
副教授
开题日期
2014年11月17日
1．课题研究背景、意义
本课题来源于生产实践，与其研究的内容以及配网的研究水平不仅与我们的生活息息相关，还对我们的生活和生产起着至关重要的影响。
电力资源是支持国民经济发展不可或缺的一种宝贵能源,电能的生产、传输、储存高效、洁净，它在现代工农业生产、人们日常生活及社会各个领域中已获得了广泛应用。
电力是国民经济的血液，是保障我国社会主义现代化建设的骨干。
它与广大人民群众的日常生活及整个社会的生存发展息息相关。
随着经济的快速发展、科技水平的不断进步，对电力的需求和要求也必然日益提高。
地区电网与发电厂规划设计是城市用电网建设中较为关键的技术环节。
因此，搞好地区电网与发电厂之间的设计、建设和改造是我国电力建设的重点内容。
随着高新技术的发展和应用，对电能质量和供电可靠提出了新的要求，高压、超高压变电站的设计和运行系统必须适应这种新形势，因此，改善电网结构，提高供电能力与可靠性以及综合自动化程度，以满足日益增长的社会需求是电力企业的首要目标。
变电所是联系发电厂和用户的中间环节，一般安装有变压器及其控制和保护装置，起着变换和分配电能的作用。
为了保证在送变电过程中的供电可靠性，首先要满足的就是变电所的设计规范。
进入21世纪后，我国电力仍将以较高的速度和更大的规模发展，电源和电网建设的任务仍很重。
做为发电厂和用户的中间环节，变换和分配电能的重要组成部分，将面临电力体制改革和技术创新能力的双重挑战，如何合理的设计一个变电所，使之在技术上、管理上适应电力市场化体制和竞争需要，促使电网互联范围的不断扩大，是这次设计的主要目的。
电力工业是国民经济发展的基础工业。
随着经济建设的发展，发电设备的容量也在向应增大。
为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，电力系统运行越来越依靠自动控制的提高。
电力系统中同步发电机保有在同步运行状态下，其送出的电磁功率为定值同时在电力系统中各节点的电压及支路功率潮流也都是定值，这就是电力系统的稳定运行状态。
反之，
如果电力系统中各发电机间不能保持同步，则发电机送出的电磁功率和全系统各节点的电
压及支路的功率将发生很大幅度的波动。
如果不能使电力系统中各发电机间恢复同步运行，电力系统将持续处于失步运行状态，即电力系统失去稳定状态。
保证电力系统稳定是电力系统正常运行的必要条件。
只有保持电力系统稳定的条件下，电力系统才能不间断的向各类用户提供合乎质量要求的电能。
通过此次设计能对四年来所学的知识进一步巩固和加强，并得到了实际工作经验。
设计中查阅了大量的相关资料，努力做到有据可循。
在设计中逐步掌握了查阅，运用资料的能力，培养学生正确的设计思想和思维方法、严谨的科学态度和独立的工作能力，培养学生综合运用所学理论知识和基本技能分析与解决工程实际问题的能力，初步具有从事科学研究的能力。
2.设计相关技术的发展现状
作为我国基础产业的电网事业是国民经济的重要构成部分。
随着社会的进步，电网事业也得到了很大程度的进步。
随着我国电力工业的发展和电网事业的进步，电网也日益方
便了我们的生活，提高了我国居民的生活质量。
我们对于电力的涉及，需要对于资源进行合理的使用，需要对于城市电网进行科学的规划，最终实现城市电网安全、平稳、健康、合理的发展,使得电网整体的供电水平得到最大限度提高，进而更好的为方便居民生活和经济发展做贡献。
目前使得电网更好的满足经济高速发展的供电要求，同时使其将对供电保障和电网运行的决定和指导作用更好的发挥出来就是城市电网规划设计的主要目标。
城市电网规划设计的长远目标应该基于城市建设规划设计，进而制定出科学合理的规划设计指标，实现城市电网规划设计和城市环境相协调，使得整个电网处于安全、稳忠可靠、经济以及环保的运行状态中，不断提高电网的供电能力，使其更好的满足城市不断发展的用电需求。
想要实现对城市电网规划设计的长远日标,就需要根据城市的发展情况，做好长远的规划和设计，随着城市发展要根据实际情况作必要的调整和修改，已完成最优的设计，为电网的安全可靠运行提供有力的保障。
目前应用较多的电网建设模式为典型设计模式和通用设计模式。
典型设计方案主要包括初步设计阶段的变电站典型设计方案、配电站典型设计方案、线路典型设计方案等。
通用设计方案则主要包括变电站、配电站、线路等组成模块的施工设计。
近年来提出并得到推广应用的供电模式是规划设计阶段的典型设计模式。
本文供电模式为界定了电网结构、供电单元和电网装备等供电系统主要组成要素的电网规划设计方案，深度介于电网规划与初步设计之间，属于典型设计范畴。
供电模式以电网规划理论、规程规范为支撑,在电压等级匹配、供电半径优化、电网
布局优化等基础上,对电网结构、供电单元和电网装备等供电系统主要组成要素进行优化配置。
供电模式将典型设计拓展到了电网规划设计领域。
目前施工设计阶段和初步设计阶段的典型设计方案服务于供电单元的标准化建设,供电模式则从电网建设的源头入手，服务于全供电系统的标准化建设。
在应用供电模式编制某地区电网规划方案时，需要以该地区用电需求为出发点。
区域供电充分考虑各区域供电需求的差异化，以供电区域需求为核心制定区域电网规划方案，在各子区域规划的基础上形成全规划区的规划方案。
区域供电思想可概括为：
按照区块功能、地理环境、行政区划等条件将供电区划分为不同层次、相互关联而又相互独立的供电区域的实际情况。
综合考虑负荷、经济、资源、环境、技术等多方面因素，分情况采用合理的电压等级、电网结构、设备型式、生产管理及用电服务技术手段;考虑供电区域特别是相邻、相嵌套区域的供电系统的相互影响及制约因素，采用由下至上的规划设计顺序（即
先规划较低电压等级电网再规划较高电压等级电网）制定各供电区域的电网规划方案，最后通过优化组合制定全供电区的电网规划方案。
电网规划设计具有以下特点：
（1）电网之间相互影响又相互独立。
（2）各供电区域/用户的电系统之间相互影响又相互独立。
（3）各级变电所/配电站的分布由用户/供电区域或下级电网决定。
（4）电网接线/结构出上级电网及本级变电所的分布情况决定。
以上特点表明在规划某电压等级或区域/用户电网时可相对独立地规划另一电压等级或区域/用户电网，同时也表明完全可以由下往上制定电网规划方案，而电网接线特别是高压电网接线需要考虑上、下级电网布局,即在规划中需要考虑上、下级电网的相互影响。
电网规划设计特点表明从用户/区域出发采取由下至上的顺序进行规划具有理论及技术的可行性，电网规划设计实践也证明了基于区域供电的电网规划设计方法符合电网发展规律，切实可行并且易于实施。
3.对本课题自己的见解
地区电网与发电厂规划设计内容分为：
确定发电厂发电机、主变压器型号、参数，发电厂及变电站电气主接线设计、制定无功平衡方案，确定各节点补偿容量、输电网络潮流分布的计算、地区电网经济投资计算及比较，地区电网优选接线方案的确定、短路计算、主要设备的选择及校验、常规继电保护等部分。
重点难点及要解决的问题是：
在本课题中，设计的重点是发电厂电气主接线以及电网
的接线方式的确定，因为它们的可靠性、经济性和灵活性直接影响着整个电网的可靠性、经济性和灵活性。
还影响着厂用电设计、短路计算、设备的选择校验等内容。
同时它们也是进行潮流计算、经济性比较以及短路计算的前提，也是本设计的核心所在。
而其中的潮流计算又是重中之重，它的计算结果是表明输电网络功率与电压分布的状态。
是判断接线方案可行性的依据。
另外，短路计算部分也是本次设计的重要部分，它的准确性影响着设备的选择及校验，也影响到整个网络的经济性与安全性。
难点在于潮流计算时对等值电路的理解，前推回代法的应用以及对负荷估算的准确性。
此外，短路计算中作等值电抗图以及化简也是难点之一。
本次设计要解决的问题是：
通过电气主接线、电力网络方案的确定及经过经济性比较后最终所选出的方案中选取可靠性比较高的为最后方案。
本次设计是本着可靠性和安全性的原则来完成的。
4.课题研究的步骤方法
根据主接线可靠性、灵活性与经济性，初选两个主接线方案，技术经济比较选出一个最佳方案；再进行电气主接线设计，发电厂方案设计，厂、所用电的设计，再确定厂站用电的接线方式；接着选择进行潮流计算，及输配线路的网络的潮流计算；然后确定对电气设备的选择及其校验。
最后确定地区电网潮流分部图，电气总平面布置图与配电装置得设计。
毕业设计的基本思想及设计工作步骤如下：
（1）主接线的设计：
发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。
电气主接线的设计原则是：
应根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。
根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。
应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。
（2）主变压器的选择：
发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL5000—2000《火力发电厂设计技术规程》的规定：
“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过65℃的条件进行选择”。
（3）电网最优方案的选择：
根据地理位置。
可以列出多个地区接线方案。
根据就近
送电，安全可靠，电源不要我点等原则，初步选定两个比较合理的方案，进行技术经济比较。
在确定比较方案后，分别对两个方案进行潮流计算，得到各个点的电压以及负荷，在满足供电要求的前提下，再进行投资计算，主要包括电能损耗、线路投资、变电所和发电
厂投资、年运行费用等部分。
在计算完成后选择综合投资较少的方案为地区电网的接线方
案。
（4）短路电流的计算：
短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。
短路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目，它涉及接线方式及设备选择校验，设计中的重点是对等值电抗图的化简和理解。
（5）电气设备的选择：
选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号。
正确的选择电气设备的目的是为了导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、及经济合理的运行、在进行设备选择时，应根据工程实际情况、在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采取新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。
（6）主变压器继电保护的设计：
继电保护是保证系统安全和设备可靠运行的关键装置之一。
当电力系统和设备发生故障时，继电保护应准确、可靠快速的切出故障，保证系统和设备的安全发供电，并能保证其他设备的正常继续运行。
为防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失以及保证电力系统安全连续运行，变压器应设置相应的保护。
论文进度安排和采取的主要措施：
1.总的工作任务安排
按时完成开题报告，完成电网规划的接线方案以及发电厂电气主接线的制定，编写符合要求的的毕业论文，画出符合要求的数学模型图，说明说不少于15000字，查阅参考文献，总结优缺点，完成毕业论文。
根据给定的地理数据以及负荷大小，初步制定出两套地区接线方案进行经济性比较，最后选择出综合投资较少的方案，对其进行短路计算，设备选型以及继电保护。
最后按要求写出设计说明说，完成毕业设计。
2.进度安排
（1）2014年11月17日~12月25日，搜集、阅读相关资料；
（2）2014年12月25日~2015年1月15日，确定课题设计的主要方法；
（3）2015年1月15日~2月5日，整理设计思路，编写开题报告；
（4）2015年2月5日~2月10日，制定详细的设计步骤；
（5）2015年2月10日~3月1日，进行数学计算；
（6）2015年3月1日~4月15日，撰写论文，完成论文初稿；
（7）2015年4月15日~5月1日，送指导老师审查和修改论文；
（8）2015年5月1日~5月15日，修改论文，完成论文的撰写；
（9）2015年5月15日~5月25日，准备论文答辩。
3.预期结果
按设计任务书的要求，完成毕业设计的全部工作，通过经济性比较最终确定出最佳的接线方案，并对之进行短路计算以及设备的选型、继电保护。
最后确定出的方案能满足供电的安全性、可靠性，具有较高的可行性和参考价值。
4.提交成果
提交成果形式：
设计说明书一份，开题报告一份，外文翻译一份，绘制发电厂主接线图一张，最大负荷潮流分布图一张。
主要参考资料和文献：
[1]王士政.电力系统控制与调度自动化.北京：
中国电力出版社,2008.
[2]王士政.发变电站电气工程.北京：
中国水利水电出版社,2009.
[3]王士政.电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程.北京:
中国水利水电出版社,2007.
[4]卓乐友.电力工程电气设计.北京:
中国电力出版社,1991.
[5]陈珩.电力系统稳态分析（第三版）.北京:
中国电力出版社,2007.
[6]尹克宁.电力工程.水利电力出版社,1987.
[7]陈连.发电厂电气工程.水利电力出版社,1987.
[8]刘介才.工厂供电.机械工业出版社,1987.
[9]电力工业部.电力规划设计院.电力系统设计手册[M].中国电力出版社.2001.
[10]西北电力设计院.电力工程设计手册[M].中国电力出版社.2003.
指导教师意见：
签名：
年月日
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
摘要
本次设计的主要内容分为：
确定火电厂和水电厂的发电机型号、参数，确定发电厂的主变压器，确定发电厂的电气主接线，地区电力网络接线方案的潮流计算，通过技术、经济比较确定地区电力网络接线方案，优选方案短路电流计算，主要设备的选择与校验，继电保护配置等内容。
设计中首先对火电厂变压器容量的选择进行了计算，根据计算结果选择合适的变压器。
然后根据地区的电源情况和负荷情况，拟出两个地区的接线方案。
通过地区电网的功率平衡计算，导线截面积计算及校验，地区电网的潮流计算以及接线方案总投资和年运行费用的计算，比较两个方案的可行性和经济性，最终选择最佳方案。
其次对优选方案进行了短路电流计算，通过计算对设备选型。
最后对系统进行常规继电保护，它为系统安全运行提供了保障。
关键词：
电力网络；主接线；潮流计算；短路计算。
0
Abstract
Themaincontentofthisdesignisdividedinto:
determinethetypeofgenerator,parametersofthermalpowerplantsandhydropowerplants,determinethemaintransformerpowerplant,determinepowerplantmainelectricalwiring,wiringschemeofareapowernetworkpowerflowcalculation,throughtechnical,economiccomparisontodeterminetheregionalpowernetworkconnectionscheme,schemeoptimizationcalculationofshort-circuitcurrent,selectandcheckthemainequipment,relayprotectionconfigurationetc.Thedesignofthefirstthermalpowerplanttransformercapacitywascalculatedaccordingtothecalculationresults,selecttheappropriatetransformer.Thenaccordingtothesituationofthepowerandtheloadarea,aconnectionschemeoftworegions.Thepowerbalanceoftheregionalpowergridcomputing,wiresectionareacalculationandverification,regionalpowerflowcalculationandconnectionschemeoftotalinvestmentandtheannualoperationcostcalculation,feasibilityandeconomyofthetwooptions,thefinalselectionoftheoptimumscheme.Secondly,theshort-circuitcurrentcalculationoftheoptimizedscheme,throughcalculationandselectionofequipment.Theconventionalrelayprotectionsystem,itprovidestheguaranteeforthesafeoperationofthesystem.
Keywords:
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