高压输电网络规划设计 毕业设计.doc

1 河南科技大学河南科技大学 毕毕 业业 设设 计计 说说 明明 书书 题题 目目 高压输电网络规划设计 学学 院院 车辆与动力工程 班班 级级 农电 092 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 日日 期期 2013 年 6 月 10 日 2 高压输电网络规划设计 摘 要 电网起到传输电能的作用，在电力系统中占有举足轻重的地位。但是输电网的 规划却存在着安全稳定要求，网络结构特点，电力输送能力，潮流计算方法，运行 方式区别，电能质量规定，线路数目多少，供电半径长短，导线截面差异等方面显 著的特点，正确、合理的电网规划可以实现经济可靠的输送电能，因此在规划电网 时它们所执行的规划准则，完成的技术要求，以及使用的规划方法等方面要求都比 较严格。 输电网规划结果的优劣直接影响到配电网的工作以及负荷用户的利益，甚至影 响到整个电网的供电可靠性和供电质量。因此，深入研究输电网规划对社会稳定和 国民经济都具有重要意义。 本文简述了高压输电网设计的过程与方法。高压输电网的设计应根据用户负荷 的相关资料，各配电变电所的地理位置和已有电厂的供电情况做出相应的功率平衡， 确定各变电所变压器的主变容量与台数。根据已有的知识与经验设计出几种备选的 方案，通过技术经济比较，主要从以下几个方面：1、按经济截面选择导线，按机械 强度、是否发生电晕、载流量等情况校验导线，确定各段的导线型号。2、对各种备 选方案进行正常和故障情况下的电压和电能损耗的计算，本过程的计算主要采用手 工算潮流的方法，得出各种正常及故障时的电压损耗情况，评定各种接线方案。3、 从各种方案线路的电能损耗，线路投资，变电所的投资以及年运行费用等方面进行 经济比较。综合以上三个方面确定最佳的方案，即为本设计的选定方案。本设计给 出所选方案的完整接线图。 关键字：输电网,规划,潮流计算 3 high-voltage transmission network planning and design abstract the grid to power transmission function, occupy the position play a decisive role in the power system. but the transmission network planning there are security and stability requirements, characteristics of network structure, power transmission capacity, power flow calculation method, mode of operation, power quality requirements, line number,and power supply radius length of wire section, significant differences in characteristics of power network planning, correct, reasonable can realize the transmission of economic and reliable energy therefore, they are performing in the planning power grid planning standards, required to complete the technology, and the use of the programming method and other requirements are very strict. transmission network planning results directly affect the distribution network as well as the work load of the users interests, and even affect the entire power grid reliability and quality of power supply. therefore, in-depth study on the transmission grid planning both social stability and economic are significance. this paper describes the high-voltage transmission grid design process and methods. high voltage transmission grid should be designed according to user load of the relevant information, the distribution substation location and existing power plants supply situation and make the appropriate power balance, determine the main transformer substation transformer capacity and number of units. according to the existing knowledge and experience to design several alternative solutions, through technical and economic comparison, mainly from the following aspects: 1, according to the economic section select wire, according to mechanical strength, whether the corona, carrying capacity, etc. school test leads, identify each segment conductor type. 2, the various alternatives under normal and fault conditions the voltage and power loss calculations, the calculation of this process 4 the main trend of using manual calculation methods, draw a variety of normal and fault conditions when the voltage loss, assessed various wiring scheme. 3, from the various programs line power loss, line investment, substations, and annual operating costs of investment in areas such as economic comparison. taking all these three aspects determine the best solution is chosen for this design scheme. this design gives a complete wiring diagram of the selected program. key words:transmission, planning, flow calculation 5 目录 第一章 绪论6 1.1 我国输电网的发展概述6 1.2 输电网规划模型研究现状6 1.3 输电网规划方法研究现状8 第二章 系统的功率平衡11 2.1 电力电量平衡的目的与要求.11 2.2 功率平衡计算.11 第三章 输电网络的设计13 3.1 输电网络设计的基本原则.13 3.2 电力网络电压等级的选择.13 3.3 接线方案.14 3.4 各变电站的线路选择.16 3.5 线路参数确定及校验.17 3.5.1 按经济电流密度选择截面17 3.5.2 按电晕条件校验 .18 3.5.3 按机械强度校验 .18 3.5.4 按允许长期最大载流量校验 .18 3.6 水电站甲变电所线路的选择.20 3.6.1 水电厂甲变电所的线路校验 .20 第四章 水电厂、变电所的主接线和短路计算.22 4.1 电气主接线的基本原则.22 4.2 水电厂电气主接线形式和主变压器的选择.23 4.2.1 本水电厂电气主接线初步进行三种方案设计比较 .23 4.2.2 水电厂主变压器的选择 .24 4.3 各变电站主接线形式和主变压器的选择.26 6 4.3.1 主变压器容量的确定26 4.3.2 主变压器台数和主接线的确定26 4.4 短路电流的计算.28 4.4.1 高压网络短路电流计算条件的规定 .28 4.4.2 短路电流计算的基本假设 .28 4.4.3 各线路的电抗标幺值的计算 .28 4.4.4 等值阻抗图 .30 4.4.5 短路点的确定与计算 .31 第五章 各变电站主设备的选择36 5.1 水电厂主设备的选择.36 5.1.1 水轮发电机出口断路器的选择 .36 5.2 各变电站主设备的选择.37 5.2.1 乙变电站主设备的选择 .37 5.2.2 丙变电站主设备的选择 .38 5.2.3 丁变电站主设备的选择 .40 第六章 无功补偿与潮流计算43 6.1 潮流计算.43 6.2 潮流计算的典型运行方式.43 6.3 变电所的无功补偿.43 6.3.1 无功补偿的原则 .43 6.3.2 无功补偿容量的配置 .44 6.3.3 最大负荷时各变电站的规律损耗 .45 6.3.4 最小负荷时各变电站的规律损耗 .46 6.3.5 线路阻抗计算 .47 6.3.6 最大负荷的潮流计算 .47 6.3.7 最小负荷的潮流计算 .49 总结.51 参考文献.53 致谢.55 7 第一章 绪论 1.1 我国输电网的发展概述 长期以来，我国重视发电厂轻视输电网，输电网投资不足等因素造成了电网成 为电力系统建设的薄弱环节，同时能源产地越来越远离负荷中心，加之信息化与工 业化的融合，都要求在“十二五”规划中要继续加大电网的投入。 “西电东送”的发 展战略，对于加快西部经济发展，电力开发以及促进全国联网建设都起到积极地促 进作用，取得了巨大的经济，社会、环境效益。在“十二五”规划中，要进一步在 “西电东送”战略基础上增加“北电南送”的战略内容，这样对于我国电力与电网 发展都有重要意义，电网规划承载着极其重要的使命。 我国的电力市场改革已经启动，而针对电力市场环境下的输电网规划研究工作 才刚刚起步，有待于深入，今后的研究方向应当包括： （1）加强对新型寻优算法的研究，寻找更快速、高效的实用规划求解方法。 （2）合 理地考虑多阶段规划中各阶段规划方案之间的过渡和相互约束，寻找求解动态规划 的更合理的模型和实用的求解方法。 （3）在规划模型中更合理地考虑和协调经济性和可靠性的关系，更充分地考虑安全 因素，使规划方案更具实用价值。 （4）更为全面合理地考虑和处理各种不确定性因素，如经济、环境和政策等，使规 划方案具有更高的灵活性和适应性。 （5）在输电网规划中考虑采取合理的接线模式，降低短路电流水平。 （6）如何考虑和确定合理的电网规划模型和算法，使其符合电力市场模式的需求。 1.2 输电网规划模型研究现状 输电网规划模型大致可以分为以下几类： (1)单目标规划模型与多目标规划模型 根据规划模型目标函数个数的不同，输电网规划模型可以分为单目标划 模型和多目标规划模型。只有一个目标函数的为单目标规划模型，两个以上的目标 8 函数为多目标规划模型。长期以来，单目标规划模型一直以经济性为主，经济性方 面一般包括输电线路的建设费用和运行费用。随着电力市场的发展和人们对电网输 电可靠性要求越来越高，输电网规划不仅仅要考虑经济性，还要考虑电网输电的可 靠性水平，使用户和电力工业都得到最大利益。单目标规划模型适用于规划单一性 的目标函数，比如只考虑输电网建设的经济性或可靠性。而多目标规划模型可以很 好的兼顾经济性和可靠性，它将相关的目标函数单项列出，作为子目标函数考虑， 这样既单独又统一的分析了经济性和可靠性，目的是使规划方案在经济性和可靠性 方面寻求最优的平衡点。由于在输电网的扩建中，线路的建设费用比其它的费用大 得多，所以省略了其它费用。 (2)静态规划模型和动态规划模型 输电网规划不仅要解决在何处投建何种类型的输电线路，还要考虑何时投入。 根据是否考虑时段因素，输电网规划模型分为静态规划模型和动态规划模型。静态 规划模型也是单阶段规划模型，只是规划最终水平年的最佳网络结构方案，而动态 规划模型也是多阶段规划模型还要考虑各阶段之间的过渡情况，前一阶段的规划结 果对后一阶段的规划有影响，每一阶段的扩展方案既要考虑本阶段的要求还要考虑 整个规划期的要求。动态规划根据规划期的长短可以划分为短期规划(一般为 15 年)、 中长期规划(一般为 515 年)、远景规划(一般为 1530 年)。动态规划一般比静态规 划的时期长，它详细的规划出每个阶段在何处投建何种类型的输电线路。 (3)确定型规划模型和不确定型规划模型 随着电力市场的改革和发展，输电网规划面临越来越多不确定因素的影响，主 要包括电源规划、负荷预测、国家政策变化、社会经济发展等。根据是否考虑不确 定性因素，输电网规划模型分为不确定型规划模型和确定型规划模型。对于不确定 性因素的处理方法一般分为两类：一类是基于多场景技术的输电网规划，主要是将 不确定性因素根据实际情况和运行的经验多种情况预测，并组成各种未来场景，也 就是将不确定性因素转化为确定性因素，然后进行传统规划得出方案；另一类是基 于不确定性理论的输电网规划，运用数学上的不确定性理论建模并计算。 1.3 输电网规划方法研究现状 输电网规划是一个变量数很多、约束条件复杂的优化问题，其求解方法随着计 9 算机的应用及发展，系统工程、运筹学领域的成果和智能技术的发展而发展，输电 网规划方法的发展大致分为三个阶段描述： (1)启发式方法阶段 启发式方法是以直观分析为依据，常采用基于电力系统某一性能指标对可行路 径上一些线路参数的灵敏度，根据一定原则，逐步迭代直到满足要求为止。 在启发式方法阶段，灵敏度分析法是在电力系统规划决策及运行控制中常用的 方法，它主要是通过分析某项运行指标与决策和控制变量的关系来确定该变量对系 统的影响，从而进一步提出改善该项运行指标的措施。基于灵敏度分析法的思想， 出现了逐步扩展法和逐步倒推法。它简单方便的处理孤立节点问题，对现有网络模 拟比较精确，计算简单，但没有真实反映线路的投资关系，影响规划方案的质量。 启发式方法的优点是直观、灵活、计算简便，便于人工参与决策；缺点是难以 正确反映输电网规划问题中的性能指标，无法在理论上保证规划方案的最优性。 (2)数学优化方法阶段 数学优化方法就是将输电网规划的要求约束归纳为运筹学中的数学模型，然后 运用规划算法对其求解，得出最优规划方案。目前数学规划方法包括：线性规划方 法、非线性规划方法、整数规划方法、混合整数规划方法、分支定界方法、动态规 划方法、模糊规划方法等。 输电网规划由于目标函数和约束条件为非线性，其实质是非线性规划，运用非 线性规划方法提高了规划结果的精度，避免了线性规划方法简化系统大量的非线性 而造成的误差，非线性规划方法不仅可以求得全局最优解，还可以求得局部最优解。 分支定界方法只需要检查满足约束条件的整数组合的一部分就能得出最优的整数组 合。在求解较大型的整数规划时，还可以与启发式方法配合，以经验舍去一些可能 组合，提高计算速度。 数学规划方法运用了运筹学中的知识，考虑了各个变量之间的关系和影响，在 理论上比较严密，但适用于小型的输电网规划，原因是电力系统规模越来越大，输 电网规划变量和约束条件成倍增加，出现了“维数灾，组合爆炸”的问题，面对此 种情况，用数学规划方法求解存在很大的困难。智能优化算法的出现解决了大型输 电网规划的难题。 (3)智能优化方法阶段 传统的数学规划方法只适应于解决小规模的输电网规划问题，无法解决节点多 的复杂输电网规划问题。近些年，随着人工智能学的快速发展，国内外学者提出了 10 一些新的方法：将专家知识和规划人员经验相结合并进行知识推理的专家系统，通 过模拟金属退火过程温度变化的模拟退火算法，根据模糊数学规则进行优化求解的 模糊算法，模拟自然界“物竞天择，适者生存”规律的遗传进化算法，模拟自然界 植物生长的模拟植物生长算法，模仿蚂蚁寻求最优捕食路径的蚁群算法，通过记忆 与反馈来进行最优搜索的粒子群算法，此外还有人工鱼群算法，混沌优化算法等。 这些智能算法各有优缺点，常采用智能算法之间的结合或智能算法与数学优化方法 的配合来弥补算法的缺点。 遗传算法(ga)的优化机制源于自然遗传学，实质是将优胜劣汰，适者生存的原 理抽象出来，通过计算机编码技术将实际的优化问题编码为符号串(染色体)，符号 通常选为 0 和 1，然后通过染色体的生殖、交叉、变异等遗传操作直到出现最优染色 体即实际问题的最优解。它所求解的问题可以是非线性和不连续的，并且在可行域 中寻找最优解，避免了局部最优解的问题。遗传算法的优点是将输电网规划中复杂 的优化变量转化为计算机的 0-1 变量，不需要模型连续、可导、线性的要求，简单 清晰地做出规划方案；缺点是初始参数选取不适当时，优化搜索可能陷入局部极值， 并且计算速度有待提高。 蚁群算法(aco)是一种模拟蚂蚁觅食的仿生学优化法，它的基本思想是模拟蚁群 觅食行为，蚂蚁在寻找食物的过程中，所经过的路径上会留下信息素，为其它伙伴 提供信息，信息素越浓的路径会吸引更多的蚂蚁经过，通过这种正反馈选择优秀路 径。当蚂蚁完成一次搜索后，对路径上的信息素进行更新，然后再进行搜索，反复 多次进行，最终会寻找到觅食的最短路径即最优方案。蚁群算法通过正反馈的机制 提高寻优的效率，但是也会由于信息素在正反馈机制的作用下不断积累，选择局部 极值的概率远远大于全局极值，影响最终解得质量。 模拟植物生长算法(pgsa)是模拟自然界植物向光性的生长机制，植物在光合作 用下，努力向上、向四周繁殖更多的树枝和树叶。树枝的长出与树枝节点的形态素 浓度有关，形态素浓度越高，树枝长出的概率越大。每次新枝产生后，对植物的节 点上的形态素浓度进行更新，然后再进行生长新枝，直到没有新枝产生为止，这时 一棵参天大树长成即得出最优解。模拟植物生长算法具有计算模型简单，约束条件 处理方便，在寻优上兼顾了搜索的方向性和随机性，但它实质上是通过概率方法寻 优的，不能迅速寻到最优解。 人工鱼群算法(afsa)是模拟自然界鱼群寻找食物的一种搜索算法，它通过个体 行为和群体协作对食物进行搜索，具体行为方式：聚群行为，追尾行为，觅食行为。 11 单条人工鱼的行为方式是根据周围环境(伙伴和食物浓度)来决定的，即便是随机游 走一下。人工鱼群算法不需要了解规划问题的复杂性，只需要对规划方案解进行优 劣的比较，并且收敛速度快，同时还具有并行性、全局性，跟踪性等特点，在输电 网规划中具有非常大的潜力，但该算法存在“早熟”现象。 混沌优化算法(coa)是一种新颖的随机优化算法，它善于解决非线性问题。它利 用混沌运动具有的随机性、遍历性、对初值敏感性的特点进行优化搜索，在搜索过 程中可以不重复的遍历每个状态，不会出现其它随机优化算法陷入局部极值的问题， 这在输电网规划中会有很好的发展前景。 12 第二章 系统的功率平衡 2.1 电力电量平衡的目的与要求 电力电量平衡是电力电量供应与需求之间的平衡。在系统设计中应进行电力电量 平衡计算，主要分析、研究以下问题： （1） 、确定电力系统需要的发电设备容量。 （2） 、确定系统需要的备用容量，研究在水、火之间的分配。 （3） 、确定系统需要的调峰容量，使之能满足设计不同季节的系统调峰要求。 （4） 、在满足电力系统负荷及电量需求的前提下。合理安排水火电厂的运行方式， 充分利用水电，使燃料消耗最经济，并计算系统需要的燃料消耗量。 （5） 、确定各代表水文年各类型电厂的发电设备利用小时数，检验电量平衡。 （6） 、确定水电厂电量的利用程度，以论证水电装机容量的合理性。 （7） 、分析系统与系统之间，地区与地区之间的电力电量交换，为保证扩大联网 及拟定网络安全提供依据。 2.2 功率平衡计算 依据本次设计的原始资料,系统的功率平衡主要考虑有功备用容量是否足够。 （1） 、发电总容量为 1000mw，负荷最大值为 800mw。 （2） 、水电厂设计容量为 535mw，远景规划为 735mw。 （3） 、乙、丙、丁的最大负荷分别为 6mw、9mw、8mw。 所以系统的装机容量为：p=800mw+175mw=975mw 系统所提供的最大负荷为：q=6mw+9mw+8mw+20mw =43mw 系统的备用容量975 mw43 mw =932 mw=q备 由于系统的有功备用容量大于所提供的负荷，所以满足系统的功率平衡。 13 第三章 输电网络的设计 输电网设计的内容一般包括确定输电方式、选择电网电压、确定网络结构和确定 变电所布局和规模。根据以下原则进行设计，使电网的设计做到合理性，可靠性， 在此基础上再做到经济性。 3.1 输电网络设计的基本原则 （1） 、满足国民经济各部门用电增长的要求。 （2） 、满足用户对供电可靠性和电能质量的要求。 （3） 、要求节约投资及年运行费用，减少主要设备和材料消耗，特别注意减少当 前“短线”物资的消耗，要争取做到分期投资。 （4） 、远近结合，以近为主，若两个方案技术指标相近时，应采用有利于发展的 方案。 （5） 、所提方案应在规定的期限由实现的可能性，过渡也方便。 （6） 、要对多个方案进行技术比较，然后确定出最优方案。 3.2 电力网络电压等级的选择 同一地区，同一电网内，应尽可能简化电压等级。各级电压间的级差不宜太小， 根据任务书数据，结合本系统的现有的条件，发电机出口侧电压为 10.5kv，w甲 的输送电压为 220kv，各变电所的输送电压为 110kv。 14 表 1 我国各级电压输送能力统计 输电电压（kv）输送容量（mw）传送距离（km） 0.380.1 及以下0.6 及以下 30.11.013 60.11.2415 100.22.0620 352102050 110105050150 220100500100300 3302001000200600 50060015004001000 3.3 接线方案 简单结构的电力系统宜分为放射形三级接线、链形接线、辐射形接线、环形接线 和多回路接线。其中放射形三级接线、链形接线、辐射形接线比较复杂，技术要求 高，投资大，现实中应用比较困难，而环形接线可以闭环运行，闭环运行有较高的 可靠性，有不间断供电的优越性，线路短，大大节约了投资，从经济上考虑可行， 但调度复杂，并且导线截面加粗反而浪费，因为每个变电所的负荷一、二次负荷都 占很大的比例，所以每条线路都用多回路，保证供电的可靠性，且接线简单，清晰， 线路间联系不大，但用料投资大，线路利用率低，从经济上考虑有些不合理。 15 综上所述，该系统宜采用双回路与环形网混合接线，该网络优点：双回路与环形 网混和接线，其可靠性高。当任何一条线路故障或检修时，可保证负荷不间断供电， 集合了双回路和环形接线的优点，而且用料、投资比较低，线路的利用率高。 该系统的网络简单可分为以下两种网络：a 网络和 b 网络，其接线形式如图 1 所 示 图 1 3.4 各变电站的线路选择 1、甲乙的线路截面选择 16 =6ppmw 乙 0.95cos max 4500th 乙 查电力工程基础第70页，表3-3 我国现行经济电流密度规定得：j=0.9 n u =110kv 2 29 3 n p smm jucos 选用与接近的标准截面，即选lgj35 2 29mm 2 35mm 2、甲丁的线路截面选择 =8ppmw 丁 max 6935th 丁 =0.95cos max t 5000h 查电力工程基础第70页，表3-3 我国现行经济电流密度规定得：j=0.9 n u =35kv 2 154 3 n p smm jucos 选用与接近的标准截面，即选lgj150 2 154mm 2 150mm 3、甲丙的线路截面选择 p= p 丙=9mw cos=0.95 t丙m ax =4600h 查电力工程基础第70页，表3-3 我国现行经济电流密度规定得：j=1.15 n u =110kv 2 43 3 n p smm jucos 选用与接近的标准截面，即选lgj50 2 43mm 2 50mm 4、乙丁的线路截面选择 p= p 丁=8mw cos=0.95 max 6935th 丁 查电力工程基础第70页，表3-3 我国现行经济电流密度规定得：j=0.9 17 n u =35kv 2 154 3 n p smm jucos 选用与接近的标准截面，即选lgj150 2 154mm 2 150mm 由电力工程手册得各网络线路的造价： a网络方案：1.35(4.350+2.45202+4.349+2.740)万元=852.795万元 b网络方案：1.35（2.4550+4.3202+4.949+2.740)万元=877.095万元 综合得： 由于a网络方案比b网络方案更经济，所以采用a网络方案。 表2 a网络方案线路 路径型号电阻（ ）/ km 电抗（ ）/ km 长度（）km 甲乙lgj-350.950.35850 甲丁lgj-1500.210.39449 甲丙lgj-500.650.42920 乙丁lgj-1500.210.39440 3.5 线路参数确定及校验 3.5.1 按经济电流密度选择截面 选择结果见表 2 a 网络方案线路 3.5.2 按电晕条件校验 电晕起始电压为=49.3 (dm/r) 1 () m crcg r r uled 1 m 2 m gl 3 n p s ujcos 18 ecr导线表面电场强度（kv/cm） r导线半径（cm） dm几何均距（cm） m1粗糙系数，光滑的单股先 m1=1，绞线 m1=0.9 m2气象系数，干燥或晴朗天气 m2=2，有雾雨霜暴风时 m21，最恶劣情况 m2=0.8。 （1） 、甲乙 ucr=143.23kv 由于三相导线接近三角形排列，可认为临界电压为 143.23kv，实际相电压为 69.9kv，故不发生电晕。 （2） 、甲丁 同线路甲乙。 （3） 、乙丁 ucr=107.61kv 由于三相导线接近三角形排列，可认为临界电压为 107.61kv，实际相电压为 69.9kv，故不发生电晕。 （4） 、甲丙 ucr=101.29kv 由于三相导线接近三角形排列，可认为临界电压为 101.29kv，实际电压为 69.9kv ，故不发生电晕。 3.5.3 按机械强度校验 为了保证架空线路有必要的机械强度，规定 110kv 线路不得采用单股线，对 于高电压线路，一般认为不能小于 35 mm2，所以所选线路均合格。 3.5.4 按允许长期最大载流量校验 当地最热月平均气温取=30 1、甲乙线路的校验 lgj-35 长期允许最大载流量为 xu i =189（a） k xu i =1890.89=168.21(a) n u =110kv 6 6.3 0.95 p smva cos 乙 19 max 1.0534.8( ) 3 g n s ia u max ig k xu i 故所选线路合格 2、甲丁线路的校验 lgj-150 长期允许最大载流量为 xu i =463（a） k xu i =4630.89=412.07(a) n u =35kv 8 8.4 0.95 p smva cos 丁 max 1.05145.86( ) 3 g n s ia u max ig k xu i 故所选线路合格 3、甲丙线路的校验 lgj-50 长期允许最大载流量为 xu i =234（a） k xu i =2340.89=222.5(a) n u =110kv 9 9.5 0.95 p smva cos 丙 max 1.0552.36( ) 3 g n s ia u max ig k xu i 故所选线路合格 当一回线路断开时流过另一回线路的最大电流为2 max ig =105（a） k xu i 2 max ig 故所选线路合格 4、乙丁线路的校验 lgj-150 长期允许最大载流量为 xu i =463（a） k xu i =4630.89=412.07(a) n u =35kv 8 8.4 0.95 p smva cos 丁 max 1.05145.86( ) 3 g n s ia u 20 max ig k xu i 故导线满足允许载流量的要求。 3.6 水电站甲变电所线路的选择 计算公式 3 n p s jucos p=535=175mw cos=0.85 年平均发电量为 6 1000 10 kw.h 6 1000 10. max5714 5 35 kwh th mw j=0.9 n u =220kv 2 840.5 3 n p smm jucos 选用与接近的标准截面，即选lgj800 2 840.5mm 2 800mm 3.6.1 水电厂甲变电所的线路校验 （1）按电晕条件校验 21 表 3 不必验算电晕的导线最小直径（mm） 330 额定电压（kv）110220 单导线双分裂导线 导线外径9.621.433.1221.4 相应导线型号lgj-50lgj-240lgj-600lgj-2402 综合得： 以上所选导线均不必进行电晕校验。 （2） 按机械强度校验 为了保证架空线路有必要的机械强度，规定 110kv 线路不得采用单股线，对 于高电压线路，一般认为不能小于 35 mm2，所以本段线路合格。 （3）按允许长期最大载流量校验 lgj-800/55，长期允许最大载流量为 xu i =972a k xu i =9720.89=865（a） (7 35) s=288.24mva 0.85 max i1.05794.28( ) 3 g n s a u max ig k xu i 故所选线路合格 22 第四章 水电厂、变电所的主接线和短路计算 4.1 电气主接线的基本原则 根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量。 具有运行，维护的可靠性、灵活性、经济性。 （1）可靠性：衡量可靠的标准，一般是根据主接线型式机主要设备操作的可能 方式，按定的规律计算出“不允许”事件发生的规律，停运的持续时间期望值等指 标，在几种主接线型式中择优。 （2）灵活性：在调度时，可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，调配 电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以极特殊运行方式下的系统 电镀要求；在检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，而不致影 响电力网的运行和对用户的供电；在扩建时，可以容易的从初期接线扩建到最终接 线，在不影响连接供电或停电时间最短的情况下，投入新机组、变压器或线路，并 对一次和二次部分的改建工作量最少。在操作时间便、安全、不易发生误操作的 “方便性” 。 （3）经济性：主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感 器等一次设备，要是控制、保护不过于复杂，要能限制短路电流，以便于选择价廉 的电气设备或轻型电器。做到投资省。合理的选择主变压器的种类（双绕组、三绕 组或自耦变等）容量、台数，避免两次变压而增加电能的损失。电器主接线选择时 要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地面积减少。 23 4.2 水电厂电气主接线形式和主变压器的选择 电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类 型。大型主力或电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入 300-500kv 超高压系统；地区 电厂靠近城镇，一般接入 110-220kv 系统，也有接入 330kv 系统；企业自备电厂则 以本企业供电供热为主，并与地区 110-220kv 系统相连。中小型电厂常有发电机电 压馈线向附近供电。 4.2.1 本水电厂电气主接线初步进行三种方案设计比较 1、方案一：发电机变压器单元接线 电能通过变压器升高后直接输入高压电网，这种接线的发电机和变压器不能单 独工作，所以发电机与变压器的容量必须相同，而且两者之间不装断路器。 优点：单元接线的特点是几个元件直接单独连接，其间没有任何横的联系（如 母线等） ，这样不仅减少了电器的数目，简化了配电装置的结构和降低了造价，同时 也大大减少了故障的可能性，供电可靠性高。本电厂为水利发电厂，枯水期与丰水 期发电容量相差悬殊，故可以在丰水期 5 台机组同时运行，故可靠性高，而在枯水 期可以逐渐停下，而利用 1 台机组发电，利用率比较高。 缺点：由于单位容量的选价随单位容量的增加而下降，因此减少变压器的台数， 提高单位容量可以降低变压器投资，随之配套的配电设备相应减少，并使配电装置 相应减少，并使配电装置结构简化。 2 方案二: 扩大单元接线 在系统备用能力足够的情况下，可采用两台发电机组共用一台变压器的接线， 每台发电机出口均装设断路器以使各机组可独立开、停。 优点：可减少变压器台数和高压断路器的数目 ，因此可以节省投资的减少占地 面积，接线简单，单机容量只占系统容量的 12%，而发电机系统的连接电压较高， 由于单机容量偏少，采用单元接线在经济上不合算。这时，可以考虑扩大单元接线。 缺点：当丰水期满载运行时，有两台机组满载向变压器供电，变压器利用率高， 而当枯水期容量只有 25mw，而选择的变压器为 90mw ，明显利用率低，损耗大。 24 3 方案三:扩大单元接线与发电机变压器单元接线相结合 当线路很短时，不需在发电厂内设置升高电压配电装置，从而减少投资和占地， 同时，由于解除了站内高压各支路的并联，可降低站内的短路电流。 优点：集中了方案一、方案二的大部分优点保证系统运行的可靠性，减少了变压器 台数，隔离开关和断路器的数目，从而节省投资。所以该水电厂应采用扩大单元接 线。 4.2.2 水电厂主变压器的选择 1 主变压器台数的确定 该设计中采用扩大单元接线，且为 5 台机组，所以采用 3 台升压变压器。 2 主变压器容量的确定 水电厂发电机采用扩大单元接线：发电机单机容量 35mw，=0.85，总共 5 cos 台发电机。 35 2282.35 cos0.85 pmw smva 变压器采用10.5/242kv 的升压变压器。 经查电力工程手册得sspl190000/220，且为3台。 两台机组共用一台变压器，且=0.85，当机组满负荷运行时 cos s=235/0.85=82.35mw。水电厂一般原理负荷中心且运行本身所需厂用电较少，地 区负荷小，因此选择主变压器的容量应大致等于其连接的发电机的容量，变压器采 用10.5/242kv升压变压器。选择额度容量为90000kva且高压为24222.5%。 3 主变压器型式的选择 （1） 、相数的选择 三相变压器与同容量的单相变压器比，价格较低且安装占地面积小，运行损耗较 少 1215%，因此一般情况下，规定使用三相变压器。该水电厂在丘陵地带，在运 输条件允许情况下，选择三相变压器。 （2） 、发电厂主变压器绕组的选择 对深入至负荷中心具有从高压降为低压供电条件的发电厂简化电压等级或减少重 复降压容量，易采用双绕组变压器。结合本系统的特点，主要是由发电机电压 10.5kv 向网络电压 220kv 输送，所以选择双绕组变压器。 25 4 主变压器调压方式的选择 本系统中电压的调整范围较小，考虑经济方面的原因，宜选择变压器进行无载 调压。 综合得： 本发电厂主变压器采用 sspl190000/220。型号含义为：三相、油浸水冷强迫 油循环、双绕组、无励磁调压、铝导线。 5 出线的选择 在发电厂升压变出线的主输电线路的输电处，可采用有母线和无母线形式连接。 有母线形式可实现各进、出线各支路的并联，简单清晰，设备少，误操作机会少， 但是母线短路将会造成全厂停电，且占地面积大。 综合得：本发电厂为水电厂，并且有远景规划，为了保证其运行的可靠性，采 用双母线加旁路母线接线方式保证系统可靠性。 6 扩大单元接线母线截面的选择 p=352=70mw max 1.05 4757( ) 3 g n p ia ucos max t =5714h 由于 max t 5000h 故j=0.9 max2 5282 g i smm j 经查电力工程手册母线选用槽型铝裸导线： h=200,b=90,c=10,r=14 xu i =7550（a）温度修正系数k=0.94 k xu i =75500.94=7097（a）4757（a） k xu i maxg i 4.3 各变电站主接线形式和主变压器的选择 4.3.1 主变压器容量的确定 变电站主变容量，一般应按 510 年规划负荷来选择。根据城市规划、负荷性质、 电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电站，应考虑当 1 台变压器停运时，其 26 余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足一类及二类负荷的供电。对一 般性变电站，当 1 台主变压器停运时，其余变压器容量应满足全部负荷的 60%- 70%。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时应保证剩下的一台在 过负荷 30%的情况下能够负担全部的一、二类负荷。 4.3.2 主变压器台数和主接线的确定 对大城市郊区的一次变电所，在已构成环形网的情况下，装设两台为宜。当只有 一个电源或变电所的一组负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。电 压等级为 330kv 及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组 相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂，也增加了维修工 作量。 综合得： （1） 、乙变电所的确定 乙变电所变压器的选择 乙变电所的最大负荷为6mw，补偿后cos=0.95 6 6.3 0.95 p smva cos s=0.7s=0.76.3=4.42mva (注：满足单台供电 达70%) 经查电力工程手册得sfp96300/110且为两台。 乙变电所位于环网中，供电可靠性高。为了避免一台主变压器故障或检修时影 响供电，乙变电所装设两台主变压器。选择 sfp96300/110 且保证单台供电达 70% 以上，其型号为三相、风冷强迫油循环、双绕组、无励磁调压、铝导线，额定容量 为 6.3mw，电压等级为 11022.5%kv，低压侧电压为 35kv。乙变电所的一次侧母 线主接线为单母线单断路器,而二次侧母线主接线为双母线单断路器，具有两组母线 之间通过母联断路器连接，而且每一组电源和出线都通过一台断路器和两组隔离开 关分别接在母线上，正常运行时只合一组隔离开关。 （2） 、丙变电所的确定 丙变电所变压器的选择 丙变电所的最大负荷为9mw，补偿后=0.95cos 27 9 9.47 0.95 p smva cos s=0.7s=0.79.47=6.63mva(注：满足单台供电达67%) 经查电力工程手册得sf98000/110且为两台。 丙变电所为双回路供电，供电可靠性高，装设两台变压器。选择 sf98000/110 且保证单台供电达 67.3%以上。其型号为三相、风冷强迫油循环、双绕组、无励磁 调压、铝导线，额定容量为 8mw，电压等级为 11022.5%kv，低压侧电压为 35kv。丙变电所的一、二次母线主接线为双母线双断路器，而且每一组电源和出线 都通过一台断路器和两组隔离开关分别接在两组母线上，正常运行时只合一组隔离 开关。 （3） 、丁变电所的确定 丁变电所变压器的选择 丁变电所的最大负荷为8mw，=0.95cos 8 8.42 0.95 p smva cos s=（p60%）/（1+30%）=（860%）/（1+30%）=3.69mva 经查电力工程手册：s94000/35且为两台 丁变电所位于环网中，供电可靠性高，因为其一二次负荷所占的比例高达 90%，所以选用两台变压器并联运行。当一台主变压器故障或检修时，一台保证全 部的一次负荷和大部分二次负荷。选择 s94000/35 且保证单台供电达 89.4%以上。 其型号为三相、油侵自冷自然循环、双绕组、无励磁调压、铝导线。丁变电所的一、 二次母线主接线为单母线单断路器，而且每一组电源和出线都通过一台断路器和两 组隔离开关分别接在两组母线上，正常运行时只合一组隔离开关。 4.4 短路电流的计算 4.4.1 高压网络短路电流计算条件的规定 （1） 、计算短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式。 （2） 、选择导线和电气的短路电流在电气连接网络中，如有同步发电机和调相机， 应计算其供电的短路电流（电容补偿装置应考虑其放电电流影响） 。 28 （3） 、对供电导体和电气选择用的短路电流，其短路计算点的选择。应以正常接线 方式时的短路电流最大为原则。 4.4.2 短路电流计算的基本假设 （1） 、水电厂与地区电网的所有电源都在额定出力下运行。 （2） 、所有电站的发电机电动势的相位角均相等。 （3） 、对高压网络一般只计入所有元件的电抗值。 （4） 、变压器的励磁电流假设故障点无阻抗流忽略不计。 （5） 、假设故障点无阻抗，即发生金属性短路。 （6） 、计算架空线路或电缆的饿阻抗时，取各个电压的