电力系统规划毕业设计

长春工程学院毕业设计（论文）I目 录1 引 言 .12 电力系统有功功率平衡和发电厂装机容量的确定 .33 确定电力网的最佳接线方案 .53.1 网络方案的初选 .53.2 确定电力网络的最佳接线方式 .64 发电厂及变电所电气主接线的确定 .164.1 电气主接线设计原则 .164.2 发电厂及变电所的电气主接线确定 .165 选择发电厂及变电所的主变和高压断路器 .185.1 主变压器的选择 .185.2 高压断路器的选择与校验 .196 各种运行方式下的潮流计算 .456.1 丰水期的潮流计算 .466.2 枯水期的潮流计算 .607 电力系统无功功率平衡及调压计算 .757.1 电力系统无功功率平衡的计算 .757.2 调压计算 .768 总结 .80参考文献 .81谢 辞 .82长春工程学院毕业设计（论文）11 引言电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点。作为一种先进的生产力和基础产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到重要作用。近些年来，随着我国经济的持续快速健康发展，电力工业也突飞猛进，电力建设项目在全国遍地开花。因此，做好电力系统的设计规划工作，事关国家的长治久安和人民群众的切身利益，也是我们这些即将走上工作岗位的大学生义不容辞的责任 。1随着我国各大区域电网公司的组建，在区域电力市场发展的同时，需要加强区域电网的统一调度，运行方式的统一安排和电网的统一管理。包括负荷的统一安排，电厂检修的统一安排，负荷的统一平衡。同时，在区域电网之间建立一个机制来加强计划、协调、沟通和控制，也是亟待考虑的一个重要课题。强制性的电力可靠性标准和规程可以在电力系统控制的基础层面帮助解决计划，协调和沟通系统之间的崩溃。中国实行“厂网分开”以后，必须建立合理的电网投资回报机制，设计合理的输电电价体系，以吸引电网的持续投资。与此同时，为适应电力需求快速增长，电网规划需要有一定的提前性，适度超前以较好地适应发展的需求。随着电力系统规模不断扩大，电网逐渐加强，电力系统中短路电流水平逐年攀升，部分变电站的 220 kV 与 500 kV 母线的短路电流超过 50kA，甚至直逼 63kA 。由于短路电流是2电网导体与设备选择、计算的基础数据，短路电流的增大过快己成为电力系统规划、设计、运行面临的重大问题。而合理规划电网结构是限制短路电流的根本措施，特高压交直流电网的建设对电网规划提出新的要求。在现有电网结构基础上，局部适当调整电网运行方式，是抑制短路电流较为便捷的手段。采用传统的高阻抗设备、限流电抗器等，可以较好地限制短路电流，同时投资增加不大，目前在国内外电网中己经广泛应用，但使用时要考虑系统结构与运行方式等限制条件。提高中压配电网的电压等级，在增大输送容量的同时有效降低了配电网的短路电流。采用高遮断容量的开关设备只是一种适应性的手段，并不是限制手段。新型短路电流限制器与可控式串联电抗器，具有正常运行时不改变系统阻抗，短路时增大系统阻抗的特点，是具有发展前景的短路电流限制技术。对于限制不对称短路电流的零序分量，主要从增大变压器中性点阻抗方面入手，目前多采用加装变压器中性点小电抗与适当增加电网三线圈变压器数量来实现。总之，短路电流对于电网的规划、设计影响重大，与电网建设长春工程学院毕业设计（论文）2的投资关系密切，作为电力工作者应合理使用各种限制电网短路电流措施，以有效抑制目前短路电流水平增长过快的势头。本次设计的课题内容为电力系统常规设计，是电气工程及其自动化专业学生学习完该专业的相关课程后，在毕业前夕所做的一次综合性的设计。该次毕业设计的目的在于：学生在学习完该专业的相关课程后，能够对所学知识有一个系统而全面地认识，从而达到加强巩固的目的，为以后的工作奠定一定的基础。同时了解国家对电力系统的规划和发展的近期和远期目标；电力系统发展的规模及其速度和未来国民经济的发展对其规划和设计的要求；了解动力资源和其它经济资源的合理分配，从而测算出用户对电力、电量的需求，分析合理地电源构成和布局、装机规模及单机容量，研究新的输电方式和更高的电压等级，以及对电网新运行方式的需求，估算未来电力系统发展所需求的资金和各类燃料数量；提出电力工业发展所需超前研究的科研课题和建设方针、设计以及新设备试制等任务。通过该次设计，学生能够独立地设计出合理地电源和网络建设方案，统一和协调输、变电工程的配套建设方案项目，确定设计年度内系统发展的具体实施方案，从整体出发，深入论证各种方案的可行性。该设计解决的问题就是通过进行必要的安全校核计算，从众多方案中选择出技术指标（可靠性、灵活性和经济性）较高的方案，确定电厂、变电所主接线及对网络的中性点运行方式和不对称故障分析，力争做到创新。设计的内容主要包括计算书、说明书、与本专业的相关一篇外文翻译及附录。通过此次设计，我们不仅掌握了各种运行方式下电力网的潮流分布和故障分析，培养解决实际工程问题的能力，并为以后在电力系统行业的工作打下基础。长春工程学院毕业设计（论文）32 电力系统有功功率平衡和发电厂装机容量的确定电力系统有功功率平衡 是指运行中，所有发电厂发出的有功功率的总和 ，在3 maxP任何时刻都等于该系统的总负荷 。maxiP1）求取系统综合最大发电负荷系统综合最大用电负荷:式中： 为最大负荷同时率，本设计取 =0.9；max0axiPk0K0K=150+120+90+90+60=510（MW） ； =5100.9=459（MW）i maxP系统综合最大供电负荷：通过系统的最大用电负荷和供电负荷的 10%网损率可算出最大供电负荷，其公式为 ， 为网损率 ,取 10%； =459/(1-10%)=510(MW)lsKP1maxaxl maxs系统综合最大发电负荷式中： 为厂用电率，本设计中取值为 6%)(maxapsg p=510/(1-6%)=542.55（MW）P2）求取系统的有功备用容量P R事 故 备 用 ：取最大负荷的 10%，但不得小于最大一台机组的容量。10%=542.550.1=54.26(MW）maxg事 故 备 用负 荷 备 用 ：取最大负荷的(25)%，大系统取小值，小系统取大值，本系统取大值5%=542.550.05=27.13(MW）axgP负 荷 备 用即 系统的有功备用容量 54.26+27.13=81.39(MW）RP负 荷 备 用事 故 备 用3）确定电厂的装机容量系统总装机容量： 542.55+81.39=623.94(MW) RgGNmax水电厂的装机容量：P = - =459-5100.94800/8760=207.49(MW)峰 P平 均 负 荷=P 0.5=207.49/0.5=414.98(MW)水GN峰式中：P 系统有功日负荷曲线的峰头部分峰长春工程学院毕业设计（论文）40.5水电厂在枯水期用 50%的容量调峰水厂厂用电率为 1%；强迫功率 32MW；枯水期水厂可发电容量为丰水期的 50%。根据任务书所述，最多选定 6 台 TS425/94-28 机组，水轮机型号、参数见下表 2-2 所示：表 2-1 水轮机型号、参数型号 额定功率(MW)额定电压( kV)额定功率因数 xd xd xd xq x26TS425/94-28 10 10.5 0.80 1.070 0.305 0.219 0.749 0.228火电厂的装机容量： =623.94-60/0.5=593.94（MW）水火 PPGNN查电气工程电气设备手册 ，拟建火电厂的容量为 50MW 机组共 10 台，25MW 机组共 4 台；汽轮机型号、参数见下表 2-1 所示：表 2-2 汽轮机型号、参数型号 额定功率(MW)额定电压( kV)额定功率因数 xd xd xd x2 x04TQG-25-2 25 6.3 0.8 2.166 0.205 0.126 0.154 0.08310QFS-50-2 50 10.5 0.80 1.73 0.216 0.141 0.172 0.0651长春工程学院毕业设计（论文）53 确定电力网的最佳接线方案3.1 网络方案的初选根据地理位置，考虑可能的网络连接方式 ，对显然不合理的方案予以淘汰，其首要依据4为电力系统的供电可靠性，其次可通过满足备用情况的线路长度、高压断路器的数量及调度的灵活性等指标来取舍，最后只保留少数几个方案进行下一步的经济比较。从可靠性角度分，电网接线基本上可以分为无备用网络和有备用网络两大类。无备用网络又可分为单回路放射式和单回路链式；有备用网络又可分为双回路放射式、双回路链式、环网和双回路与环网混合型等。从电网结构繁简程度分，并从如何分析、控制稳定水平着眼，电网结构又可分为简单结构和复杂结构两种。属于简单结构的电力系统是分析机电暂态过程时可以归结为等值两机系统的电力系统。如果在分析电力系统机电暂态时不能归结为两机系统，则电力系统应该用 3 台或更多台等值发电机来表示，这就属于复杂结构的电力系统了。本题目属于复杂电力系统。电力网络初选的情况见表 3-1 所示：表 3-1 电力网络方案的初选1供电不可靠，电力网过于复杂且不安全，不宜采用2供电不可靠，所用导线过长过多，经济性差，不宜采用3供电可靠，但所用导线过长，经济性差，不宜采用4供电不可靠，所用导线过长过多，经济性差，不宜采用长春工程学院毕业设计（论文）65供电可靠性高，接线简单，运行方便，可采用6供电可靠性高，投资小，可采用7供电可靠，投资少，但调度复杂，不宜采用8供电可靠，投资少，但故障时会造成某些线路过负荷，不宜采用综上比较：初步选出了方案 5 与方案 6 两个比较合理的结线方案3.2 确定电力网络的最佳接线方式针对网络方案初选后所取的两个方案，从总投资和总年运行费两个方面进行经济技术比较。若总投资和总年运行费同时为小时，则取之；若总投资和总年运行费一大一小时，则采用偿还年限法进行经济比较，最后确定其中之一为最佳接线方案。一般，标准抵偿年限 T 为 68 年（负荷密度大的地区取最小值；负荷密度小的地区5取最大值） 。当 T 大于标准抵偿年限时，应选择投资小而年费用较多的方案；反之，则选择投资多而年费用少的方案。3.2.1 方案 5 的总投资和总年运行费1）计算方案 5 的总投资计算方案 5 的线路总投资a.首先确定各段线路的电压等级我国各级电压传输能力统计表 3-2表 3-2 各级电压架空线路与输送容量、输送距离的关系输电电压（kV） 输送容量（MW） 传输距离（kM）长春工程学院毕业设计（论文）70.38 0.1 及以下 0.6 及以下3 0.11.0 136 0.11.2 41510 0.22.0 62035 210 2050110 1050 50100220 100500 100300330 2001000 200600500 6001500 4001000根据上表可选各线路电压等级分别见表 3-3表 3-3 各线路电压等级项目 线路 H1 S1 H2 S3 S4 H5最大负荷（MW） 413.94 263.94 120 90 90 60距离（km） 181.11 100.50 82.46 100 106.30 42.43电压等级（kV） 220 220 220 220 220 220H：火电厂 S：水电厂b.计算导线截面积及型号火电厂到变电所 1、2、5 与水电厂到变电所 1、3、4 均采用双回线路，当其中一回发生故障时，另一回应能承担变电所最大负荷的 70%供电。按经济电流密度法确定各个导线型号通过线路的传输功率和传输距离，确定电压等级，按经济电流密度法 S=P/（ cos UJ） ，3J 取值：1.15，求出导线截面积,确定方案导线型号，各回线路所选导线型号结果见表 3-2= 选取导线型号为 LGJ-40021HS 23 m79.54.19021%5094.3= 选取导线型号为 LGJ-4006326= 选取导线型号为 LGJ-240H 23 .5.= 选取导线型号为 LGJ-2403S 1049021509长春工程学院毕业设计（论文）8= 选取导线型号为 LGJ-2404S 23 m10.45.9021%509= 选取导线型号为 LGJ-240H 766表 3-4 方案 5 所选架空导线参数线路线路型号 R( )/kmX( )/k电压等级（kV）单价km万 距离（km）投资（万）1HLLGJ-400 20.08 0.417 220 30 2181.11 21733.2SLGJ-400 0.08 0.417 220 30 2 100.50 60302HLGJ-240 0.131 0.432 220 30 2 82.46 4947.63SLLGJ-240 0.131 0.432 220 30 2100 60004LGJ-240 0.131 0.432 220 30 2 106.30 63785HLGJ-240 0.131 0.432 220 30 2 42.43 2545.8合计：导线投资为 47634.6 万元c.对所选导线的截面积进行校验按机械强度校验导线截面积为了保证架空线路必要的安全机械强度，对于跨越铁路，通航河流、运河、公路、通信线路和居民区的线路，其导线截面不得小于 35 mm ，所选导线都符合要求。2按电晕校验导线截面积电力设计手册规定：电压等级为 220kV 的输电线路，导线最小直径不小于 21.4mm不必验算电晕，所选导线都符合要求。按发热校验导线截面积