电力系统分析课程设计-高压配电网的设计.doc

信息工程学系电力系统分析课程设计报告书 题目: 高压配电网的设计 专 业：电气工程及其自动化班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 钟 健 伟 2012 年 2 月 25 日 信息工程学院课程设计任务书学生姓名 学 号 成 绩设计题目 高压配电网的设计设计内容1潮流计算，进行变电所接入系统及用户供电线路设计2变电所电气主接线和所用电设计3短路电流计算4. 选择变电所电气设备设计要求（1）封面（见后页）（2）内容顺序：（3）课程设计说明书（4）课程设计计算书（5）图纸（6）参考资料时间安排第二周到第五周参考资料 1熊信银.发电厂电气部分M.3版.北京:中国电力出版社,20042李光琦.电力系统暂态分析M. 北京: 中国电力出版社,20043单渊达.电能系统基础M. 北京:机械工业出版社,2001目录一 设计任务介绍31.1设计内容31.2设计成果41.3时间安排41.4 Garver-6节点系统数据4二 电力系统潮流计算62.1电压等级的确定62.2 Garver-6节点原始网络62.3可行方案一72.4可行方案二11三 方案的经济性比较143.1 经济性比较原理143.2方案比较14四 变电站设计164.1主接线设计164.2变压器选择164.3短路计算和断路器、隔离开关的选择17五 心得体会19六 参考文献19七 附录19一 设计任务介绍1.1设计内容1.1.1潮流计算，进行变电所接入系统及用户供电线路设计：(1)根据待建变电所所供用电用户总负荷、用电用户对变电所供电可靠性要求、与系统接入点的距离，确定待建变电所接入系统方案：线路电压等级、回路数、导线规格。(2)分析各用电用户对供电不中断可靠性的要求，确定各用电用户供电线路方案、回路数、导线规格。(3)输、供电线路供电线路，按经济电流密度选择，并应满足电晕(110kV 线路)、发热和电压损耗等技术要求。1.1.2变电所电气主接线和所用电设计：(1)拟定满足供电可靠性、运行灵活性要求的主变比较方案（类型、台数、容量、型号）。(2)对技术上满足要求的主变方案通过经济比较，确定待建变电所的主变方案。(3)根据所确定的主变方案和进出线回路数，通过技术分析、论证，确定待建变电所各电压等级的电气主接线型式。(4)根据待建变电所所用电方案所用变压器台数、容量、型号和所用电接线型式。（所用电负荷按0.1%变电所容量计）。1.1.3短路电流计算：(1)为保证变电所选用的设备，在短路故障状态时的安全，采用三相短路时的电流近行校验。(2)三相短路电流的计算，采用标么制和运算曲线，计算4”时的值。进而计算短路电流最大值 i 、0.1”短路容量S和4” 短路电流热容量Q，作为电气设备动稳定、开断容量、热稳定的校验。1.1.4 选择变电所电气设备：选择变电所的断路器、隔离开关、母线。1.2设计成果1.2.1设计说明书一份(1)说明要求书写整齐，条理分明、表达正确、语言简洁。(2)扼要阐明设计内容、论证各设计内容的最终成果并附必要图表。1.2.2计算书一份(1)计算书内容：为各设计内容最终成果的确定提供依据所进行的技术分析、论证和定量计算，如供电线路导线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配置继电保护装置的设想等。(2)计算书要求：计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容结果列表汇总。1.2.3图纸：要求用标准符号绘制，布置匀称、设备图形按比例大小合适，清晰美观。(1)变电所主接线图一张(2)变电所平面布置图一张(3)变电所电气设备布置图一张(4)线路变压器组电流电压回路图一张1.3时间安排根据教学计划，毕业设计自2011年8月15日至2011年8月28日。1.4 Garver-6节点系统数据1.4.1原始网架结构Garver-6节点系统的原始网是一个5节点系统，网架结构和各节点功率如图F1.1。未来的电源配置和负荷数据如图F1.2。由图F1.2可知，6号节点是一孤立节点。图F1.1 原始网络图图F1.2 具有未来负荷和装机的原始网络图1.4.2走廊参数Garver-6节点系统走廊参数如表F1.1：表F1.1 Garver-6节点系统走廊参数支 路交流电阻（p.u.）交流电抗（p.u.）原有线路数（回）可扩建线路数（回）交流容量（MW）长 度 （KM）英里（MILE）120.100.40131004024.855130.090.38041003823.612140.150.6013806037.282150.050.20131002012.427160.170.6804706842.253230.050.20131002012.427240.100.40131004024.855250.080.31041003119.263260.080.30041003018.641340.150.5904825936.661350.050.20131002012.427360.120.48041004829.826450.160.6304756339.146460.080.30041003018.641560.150.6104786137.904最大损耗小时数为3000小时/年，抵偿年限取4年，发电成本取0.05元/度，维护费用取设备总投资的5%。二 电力系统潮流计算2.1电压等级的确定电能系统的能量输送是靠电力线路来完成的，当输送一定的功率时输电电压越高，电流就越小，相应的导线载流部分的截面积就越小，投资也越小，但电压越高，对耐压的绝缘要求越高，杆塔，变压器，断路器等的投资也越大。综合经济技术比较，对应一定的输送功率和输送距离有一个最合适的线路电压，根据题目要求和相应表格，最终确定该网络所有线路额定电压为220KV。2.2 Garver-6节点原始网络图2-1 原始网络接线图2.3可行方案一2.3.1接线图图2-2 可行方案一接线图2.3.2走廊参数设置表2-1 方案一走廊回路设置支 路原有线路数（回）可扩建线路数（回）已扩建回路数（回）现有回路数（回）121301130400141301151301160400231312241301250400260433340400351323360400450400460433560411注：总扩建线路10回2.3.3潮流计算结果使用powerworld软件的潮流计算功能，得出节点和支路信息如下：表2-2 方案一潮流之节点信息表编号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并联补偿器无功12201.05230.99-7.6280012027.86022201.0104222.30-8.992400032201.05230.99-3.52401030045.46042200.9973219.41-8.581604029.8452201.0163223.60-10.172400062201.052310362.0334.160从表中可以看出，这种方案的发电机出力为120MW,300MW和362.03MW，均保留了部分备用容量。表2-3 方案一潮流之支路信息表首端节点编号末端节点编号回路有功 首端节点无功 首端节点视在功率 首端节点视在功率极限%视在功率极限(最大值)有功损耗无功损耗211-8.3-7.811.410011.90.130.511414.989.48011.80.120.4815126.611.529100290.381.53231-35-5.935.210036.60.613.6432235.39.636.610036.60.613.64241-0.93.53.71003.70.010.0562156.13.256.210056.22.298.5962256.13.256.210056.22.298.59263-545.454.110056.22.298.5935163.15.463.410063.41.827.2935263.15.463.410063.41.827.2935363.15.463.410063.41.827.2964154.27.954.810054.82.188.1664254.27.954.810054.82.188.1664354.27.954.810054.82.188.16561-304.530.17839.91.325.362.3.4 N-1可靠性检验N-1可靠性检验，即在全部N条支路中任意断开一条后，系统的各项正常运行指标必须满足要求，由于线路太多，这里仅举一例：图2-3 方案一N-1校验举例图图中断开2-6的一回线，可以看出，平衡节点发电机有功出力与无功出力稍有增加，节点2,4的电压稍有降低，各个线路潮流有增加但未超限。总体来说在这样的情况下系统可以正常运行。2.4可行方案二2.4.1接线图图2-4 可行方案二接线图2.4.2走廊参数设置表2-4 方案一走廊回路设置支 路原有线路数（回）可扩建线路数（回）已扩建回路数（回）现有回路数（回）121301130400141301151301160400231301241301250400260444340400351334360400450400460433560400注：总扩建线路10回2.4.3潮流计算结果使用powerworld软件的潮流计算功能，得出节点和支路信息如下：表2-5 方案二潮流之节点信息表编号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并联补偿器无功12201.05231-6.6580013022.55022201.0110222.43-8.152400032201.05231-4.55401028837.94042200.9980219.56-8.321604029.8852201.0222224.88-10.12400062201.052310362.3937.760表2-6 方案二潮流之支路信息表首端节点编号末端节点编号回路有功 首端节点无功 首端节点视在功率 首端节点视在功率极限%视在功率极限(最大值)有功损耗无功损耗12198.112.110012.10.130.531426.97.410.28012.70.140.5615134.1734.810034.80.552.232436.412.438.510038.50.672.692411.52.93.31003.30.010.0462151.13.651.210051.21.917.1562251.13.651.210051.21.917.15263-49.23.649.310051.21.917.1562451.13.651.210051.21.917.1535152.93.953100531.285.135252.93.953100531.285.135352.93.953100531.285.135452.93.953100531.285.164152.67.853.210053.22.057.764252.67.853.210053.22.057.764352.67.853.210053.22.057.72.4.4 N-1可靠性检验图2-5方案二N-1校验举例图从接线图中我们可以看出，当断开4-6一回线路以后，只有4节点的电压降低，各线路的潮流有变化，但都在正常运行范围内，所以在这样的情况下系统可以正常运行。三 方案的经济性比较3.1 经济性比较原理在传统方法所选定的几种方案在技术上均可行时，就需要要进行经济上的评价。所谓经济评价主要是对各方案的中投资和年运行费用做综合效益比较。3.1.1指标介绍1 总投资费主要包括全部线路以及设备的综合投资费用，可以用下式表示式中主体设备投资，包括明显的工程附加费用，如增修桥梁、公路与拆迁费用等； 不明确的附加费系数，如基础加工费、电缆沟道等，220KV取70,110KV取90。2 年运行费主要包括电能损耗以及检修、维护等费用，起计算式为式中电价可以取工业电价； 电能损失； 检修维护费，取0.05P 折旧费，取0.058P3.1.2静态评价法这种方法将设备、材料、人工等经济价值作为不随时间变化的固定值来处理，具有代表性的方法是抵偿年限法。当有两个方案，第二个方案投资费高于第一个方案，而第一方案的年运行费高于第二个方案的时则 抵偿年限值T表示以低的年运行费抵偿贵的投资所需的年限。若求出的抵偿年限值T小于标准的抵偿年限，则具有较大投资和较小年运行费的方案在经济上合算。若则具有较小投资的方案较为合算。3.2方案比较下面进行两种方案的选择。扩建成本100万元/千米，最大损耗小时数为3000小时/年，抵偿年限取4年，发电成本取0.05元/度，维护费用取设备总投资的5%。在本题目中，原始网络不计入成本，故总投资只有新加的线路费用。表3-1 可行方案总投资统计表方案扩建线路数(回)扩建总里程(千米)扩建总投资 (万元)不明确的附加费系数总投资(万元)110301301007051170210270270007045900表3-2 可行方案年运行费用统计表方案电能损耗(KWh)电价(元/KWh)检修维护费=0.05P折旧费=0.058P年运行费(万元)122000*30000.05元/KWh2558.52967.865856.36220000*30000.05元/KWh22952662.25257.2由以上两表可以看出，方案二的总投资费用和年运行费用均低于方案一，故选择方案二为最终方案。图3-1 最终方案接线图四 变电站设计我选择2号变电站进行设计，包括主接线设计，变压器选择，断路器、隔离开关选择。4.1主接线设计从图中可以看出2号变电站是非常重要的变电站，其可靠性必须保证。220KV等级下，进出线回路达7回，故使用双母线带旁路的接线方式，110KV等级下输出容量应在220MW左右，设置6回出线，选择双母线带旁路接线方式，35KV等级为厂用电，使用单母线方式。图4-1 2号变电站电气主接线图4.2变压器选择根据可靠性要求，选择两台三绕组变压器，当其中某台变压器出现故障，另一台应该能满足70%-80%供电要求，即容量在240*(0.7-0.8)=168-192MW之间。选择SFPS7-180000/220型变压器，具体参数见下表。表4-1变压器参数表额定容量/KVA180000电压组合/KV高压220 24222.5%中压69 121低压35 38.5 短路阻抗（降压变压器）高中12-14高低22-24中低7-9空载损耗/KW178.00负载损耗/KW650.00空载电流(%)0.7连接组标号YNyn0d11重量/t油重36.00器身重113.70总重188.50具体参数计算： 4.3短路计算和断路器、隔离开关的选择4.3.1主接线的PowerWorld 实现主接线可以用PowerWorld来搭建，母线即节点，变压器使用软件自带的三绕组变压器，负荷方面使得110KV侧得到220MW，35KV侧得到20MW以供厂用电。图4-2 发电厂主接线在PowerWorld中的形态4.3.2 短路计算对实例进行短路计算，对于每个断路器和隔离开关的两端分别进行短路，选取电流较大的那个作为器件选择标准表4-2短路计算结果待选断路器或隔离开关位置断路器或隔离开关某侧短路断路器或隔离开关另侧短路起始短路电流（对应动稳定电流）/A等效阻抗(查图表用）4S后短路电流（对应热稳定电流）/A起始短路电流（对应动稳定电流）/A等效阻抗（查图表用）4S后短路电流（对应热稳定电流）/A2-1出线回路2576.680.1513653.46449.490.1513653.462-3出线回路2046.670.1514653.98965.310.1513653.462