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高压输电网络规划设计
张妍
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教研室教研室主任批准日期 华北电力大学科技学院毕业设计(论文)任务书 电力工程 院系 电气工程及其自动化 专业 电气07K6 班、学生 张妍 一、毕业设计（论文）课题 高 压 输 电 网 络 规 划 设 计 二、毕业设计（论文）工作自 年 月 日起至 年 月 日止三、毕业设计（论文）进行地点： 华 北 电 力 大 学 科 技 学 院 四、毕业设计（论文）的内容要求；原始资料数据和参考资料： 设计任务：1. 根据原始资料进行功率平衡等初步分析。2. 根据方案的技术、经济比较，确定电力网的电压等级、结线图和导线型号。3. 确定各发电厂和变电所变压器的容量和台数，并制定出它们的主接线方案。4. 通过计算选取最优方案，并进行潮流计算及验证。5. 调压方式的确定及计算。 设计成果：1. 设计说明书。2. 设计计算书。3. 图纸（包括方案比较图、潮流计算图、电气接线图等）。 原始资料：1. 地理位置图（如图1所示）。2. 发电厂和变电所参数表（如表1所示）。 参考资料1. 电力系统稳态分析 南京工学院。2. 电力工程设计手册 东北电力设计院。图1 地理位置图厂站参数厂A厂B站1站2站3站4站5最大负荷（MW）30022502150200150200100最小负荷（MW）12021202751008010050最大负荷时cos0.850.850.80.80.80.80.8最小负荷时cos0.80.80.80.80.80.80.8低压母线电压201813.813.813.813.813.8Tmax5500550050005000500050005000对调压的要求逆逆常常逆常常表1 参数表：负责指导教师 指 导 教 师 接受设计论文任务开始执行日期 学生签名 华 北 电 力 大 学毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告学生姓名：张妍 班级：电气07k6 所在院系：科技学院 所在专业：电气工程及其自动化 设计（论文）题目：高压输电网络规划设计指导教师： 商淼 2011年3月22日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告一、结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不低于2000字的文献综述。（另附）二、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本次设计根据一定电力负荷的要求，在给定的地理位置上，合理的设计需要建设的发电厂和输电系统的容量和布局，主要考虑如何设计较经济可靠的输电网络，电力网的电压等级的计算，导线型号的选择、变压器的容量和台数的确定以及潮流计算。 通过任务书给出的地理位置和发电厂变电站参数的原始资料，结合电力系统课程设计参考资料等参考资料，通过功率平衡的初步分析与技术经济的比较选出最优方案，通过计算线路上的传输功率及线路距离确定电力网电压等级，通过计算导线的截面积选择导线型号、通过计算导线传输功率及功率因数确定变压器容量。三、指导教师意见：1 对“文献综述”的评语： 2对学生前期工作情况的评价（包括确定的研究方法、手段是否合理等方面）：指导教师： 年 月 日高电压输电网络规划设计文献综述一、前言电网规划又称输电系统规划，是指根据一定时期内电力负荷要求确定准备安装的发电厂和输电系统的容量和布局，确定在何时、何地投建何种类型的输电线路及其回路数，以达到规划周期内所需要的输电能力，在满足各项技术指标的前提下使输电系统的费用最小。在用电量需求日益加大的今天，电网规划的地位已经不容忽视，甚至在电力部门起着举足轻重的作用，不仅是电力建设的一个重要环节，而且关系到经济的节约、地理的合理利用以及电网能否正常运行及以后的扩建。二、电网规划设计的主要内容：1.功率平衡的初步分析主要考虑有功备用容量是否足够，系统内的总装机容量应大于发电负荷，即系统内应有足够的备用容量，在总的系统装机中除去电厂厂用电负荷、网损、综合负荷后，系统的总备用容量不得低于系统最大发电负荷的20%，亦即系统的总装机容量应大于或等于系统最大发电负荷的1.2倍。此外，无功功率根据规定，220kV及以下电压等级变电所，在主变压器最大负荷时，其二次侧功率因数应满足以下值：220kV变电所为0.951.0；35110kV变电所为0.91.0。对于不满足的变电所，需作无功补偿，使其功率因数满足要求。然后计算系统的无功电源和补偿后的系统无功负荷，作出无功功率平衡分析。在计算中可作如下假设：各发电机按额定状态运行，变压器的工作损耗，按每经一次电压变换，无功功率损耗为负荷视在功率的12%估算；架空送电线路的无功功率损耗与充电功率暂作相等而相互抵消。2.电压等级的确定电压等级是输配电系统实施标准化和系列化的基础。电力系统的额定电压对于输送容量、输电距离、建设投资、金属消耗量、接线方式以及电气设备的费用等都有直接的影响。因此，正确选择电压等级是电力系统发展规划的一个重要组成部分。我国电力系统的电压配置大致分为两类，即110/220/500 kV 和110/330/750 kV 两个系列。在220 kV 以下又有10/60/220 kV 和10/35/110/220 kV 两个系列。在选择输电系统电压等级时，从电力系统运行观点应考虑的技术因素有输电线路的热容量，电压损耗及系统稳定性等。在经济上除了考虑输电线路杆塔，导线和绝缘子的费用以外，还应计及两端变电设备，补偿设备的费用以及电能损耗费用。一般说来，影响电压等级选择的主要因素是输送容量和输电距离。根据电力系统功率损失与电压损失的关系式可知这两种损失均与电压成反比，而与距离成正比。对于某一选定的输电线，若所取的电压等级越高，则允许输送的功率就越大，而损失则越小。但另一方面，电压等级越高，会因设备绝缘问题使线路总造价上升。同时对输电距离而言，距离越长，其损失也大，尤其是不允许电压损失过大，否则将导致电压质量不满足规程要求。3.导线的选择先计算出最大运行方式下的初步功率分布（即不计变压器和线路上功率损耗的功率分布，环网按均一网考虑）；之后按经济电流密度选择各段导线截面积及对应的型号，然后按电晕、机械强度和允许载流量校验。双回线路按经济电流密度选择导线截面，再按一回线路因故障切除后剩余一回线路承担最大负荷时，导线发热满足进行校验。4.主接线形式1）一次接线种类：变电站一次回路接线是指输电线路进入变电站之后，所有电力设备（变压器及进出线开关等）的相互连接方式。其接线方案有：线路变压器组，桥形接线，单母线，单母线分段，双母线，双母线分段，环网供电等。2）线路变压器组：变电站只有一路进线与一台变压器，而且再无发展的情况下采用线路变压器组接线。3）桥形接线：有两路进线、两台变压器，而且再没有发展的情况下，采用桥形接线。针对变压器，联络断路器在两个进线断路器之内为内桥接线，联络断路器在两个进线断路器之外为外桥接线。 4）单母线：变电站进出线较多时，采用单母线，有两路进线时，一般一路供电、一路备用（不同时供电），二者可设备用电源互自投，多路出线均由一段母线引出。5）单母线分段：有两路以上进线，多路出线时，选用单母线分段，两路进线分别接到两段母线上，两段母线用母联开关连接起来。出线分别接到两段母线上。单母线分段运行方式比较多。一般为一路主供，一路备用（不合闸），母联合上，当主供断电时，备用合上，主供、备用与母联互锁。备用电源容量较小时，备用电源合上后，要断开一些出线。这是比较常用的一种运行方式。对于特别重要的负荷，两路进线均为主供，母联开关断开，当一路进线断电时，母联合上，来电后断开母联再合上进线开关。单母线分段也有利于变电站内部检修，检修时可以停掉一段母线，如果是单母线不分段，检修时就要全站停电，利用旁路母线可以不停电，旁路母线只用于电力系统变电站。6）双母线：双母线主要用于发电厂及大型变电站，每路线路都由一个断路器经过两个隔离开关分别接到两条母线上，这样在母线检修时，就可以利用隔离开关将线路倒在一条件母线上。双母线也有分段与不分段两种，双母线分段再加旁路断路器，接线方式复杂，但检修就非常方便了，停电范围可减少。5. 潮流计算及电压损耗电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。所谓潮流计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、个支路电流与功率及网损。对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算根据电力系统接线方式、参数和运行条件计算电力系统稳态运行状态下的电气量。通常给定的运行条件有电源和负荷节点的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。待求的运行状态量包括各节点电压及其相位角和各支路（元件）通过的电流（功率）、网络的功率损耗等。在潮流及电压计算时，首先设定电力网中某一点电压值，这一点通常是系统中主力电厂的高压母线或枢纽变电所的高压母线，或已知的功率分点。然后进行潮流与电压计算，得出各支路功率。全网各点电压、各发电机出力及电压等。若对计算结果不满意，则需重新设定电压值，或配以改变各无功补偿的补偿容量，再作几次计算，从而获得合理的潮流分布和较好的电压水平。此时各变压器的分接开关可选择到适当的位置，各发电机运行在正常工作范围，整个系统处于良好的运行状态。此外还应作严重事故后的校验。电压损耗分别计算最大负荷正常和故障两种运行方式下的电压损耗。只对线路部分的电压损耗作初步计算，即按不计功率损耗的初步功率分布，分别求得各段线路的电压损耗，然后求得全网的最大电压损耗，及电源点到网络中最低电压点间的电压损耗。一般若满足正常情况时损耗不大于10%，故障运行方式下不大于15%，则认为此电网的电压损耗为正常。三、总结随着我国电力需求的快速增长, 电网建设规模不断扩大,为了使规模日益壮大的我国电力工业拥有合理的安全和可靠性水平，并使电力安全和可靠性水平得到稳步提高，必须更加注重对电力工业的科学规划和协调发展。由于电力市场在我国并未完全成熟 ,因此相应的符合我国电力市场实际的电网规划制度并未完全建立起来 ,电网规划的投资体制在我国仍处于探索阶段 ,其回报返还机制需要进一步研究 ,成熟而高效的电网规划方法还急需进一步发展。我国人均用电水平远低于发达国家，未来几十年内，电力负荷增长仍会保持较高的速度。从全国联网和西电东送的电网发展趋势来看，我国有发展特高压输电和实现智能电网的必要。国家电网提出加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网，已得到世界范围的普遍认同。四、参考文献【1】发电厂电气部分 -熊信银【2】电力系统课程设计参考资料 -梁志瑞【3】输电网络优化规划研究综述 -翟海保,程浩忠,陈春霖,江峰青,房领峰【4】35110kV输电线路设计 -许建安 2003 【5】电力系统稳态分析 -陈珩 【6】交流电气化铁道牵引供电系统 -谭秀炳编 2006【7】电气化铁道供电系统与设计 -李彦哲等编著 2006 【8】电网规划建设的原则与运用 彭昌勇 詹智红【9】电网扩展规划的可靠性和经济性研究综述 -牛辉, 程浩忠, 张焰, 陈陈【10】电网规划设计中的风险评估应用 -孙强,张运洲,李隽,王乐,曾沅【11】电力系统运行方式 -王维超，张明，胡堃编著 2008 【12】冲突与对策 物权法与电网建设 -赵建平，徐解宪主编 2009 【13】变压器节能方法与技术改造应用实例 -姚志松，姚磊编著 2008 【14】电力市场环境下电网规划的若干问题研究 -高赐威,程浩忠1 【15】电力体制改革后的电网规划 -戴彦，文福拴，韩祯祥华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）毕 业 设 计(论文)题 目高压输电网络规划设计院 系电力工程系专业班级电力07k6班学生姓名张妍指导教师商淼二一一年六月II高压输电网络规划设计摘要输电网络规划又称输电系统规划，以负荷预测和电源规划为基础。输电网络规划确定在何时、何地投建何种类型的输电线路及其回路数，以达到规划周期内所需要的输电能力，在满足各项技术指标的前提下使输电系统的费用最小。其根本任务是，在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发、利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供充足、可靠和质量合格的电能。供电的可靠、经济以及电能的质量不仅取决于系统中各种设备的性能和质量，而且还取决于电力系统的规划、设计及运行管理水平，而其中输电网络的规划设计又关系到系统的稳定及发展，因此就显得比较重要。本设计根据所学理论知识，在电源及负荷大小及其相对地理位置已确定的情况下，完成一个区域电力网络的设计。要求对多个方案进行技术经济比较和分析，选择出最优方案，并对所选方案进行必要的技术计算（如调压计算、稳定性计算），提出解决技术问题的措施。关键词：输电网络规划；调压计算；供电可靠；最优方案High voltage power transmission network planning and designAbstract Power grid planning and transmission system planning is also called load forecast and power planning for the foundation. Power grid planning sure when, where to build what type of transmission line and its back, in order to achieve his planning period of transmission capacity, the need to meet the technical indicators that transmission system under the premise of the minimum cost. The basic task is in the national economy development plan, the overall arrangement, rational development, utilization power resources, with a relatively small investment and operation cost, to meet the national economy and peoples life each department growing demand, and provide sufficient, reliable and quality of electric power.Power system planning, design and operation of the fundamental task of national economic development plans in co-ordination arrangements, reasonable development and utilization of power resources, with less investment and operating costs, to meet the needs of the people of the national economy and livelihood of the departments growing required to provide adequate, reliable and quality power. The power supply reliability, economy and power quality depends not only on the system of equipment performance and quality, but also by electric power system planning, design and operation management level. And among them transmission network planning design and related to the systems stability and development, and thus is more important.This design according to the theory knowledge we studies, when power and load and its relative location has determined, to complete a regional power network design. Asked to compare and analysis the technical and economic among some schemes, select the optimal plan, and the alternative of the necessary technical calculation (such as pressure regulating calculation, stability calculation), puts forward the measures to solve technical problems.Key words: Power transmission network planning; Pressure regulating calculation; Reliable power supply; The optimum scheme华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）目录摘要Abstract1 前言11.1 电网规划设计的目的和要求11.2 主要研究内容12 原始资料分析32.1 设计任务32.2 有功功率平衡校验32.3 无功功率平衡校验42.4 几种可选方案42.5 电压等级的确定63 接线形式及变压器的选择及确定73.1 主接线形式73.2 变压器的选择74 导线型号的选择84.1 方案5导线型号的选择84.2 方案3导线型号的选择125 初步比较155.1 导线长度155.2 断路器数155.3 金属耗量156 详细比较166.1 电压损耗计算166.2 一次投资236.3 年运行费用236.4 比较分析247 最优方案潮流计算247.1 正常运行时最大负荷情况247.2 正常运行时最小负荷情况307.3 故障运行时情况357.4 程序计算结果与手算的比较378 变压器分接头选择388.1 变电站1388.2 变电站2398.3 变电站3408.4 变电站4418.5 变电站5429 输电效率43总结44参考文献45致谢461 前言1.1 电网规划设计的目的和要求电力系统毕业设计是学生在学习电力系统课程后的一次综合性训练，复习巩固本毕业设计应达到下列要求：1、熟悉国家能源开发策略和有关的技术规程规定、导则等，树立供电必须安全、可靠、经济的观点；2、掌握电力网初步设计的基本方法和主要内容；3、熟练电力网的基本计算；4、学习工程设计说明的撰写。1.2 主要研究内容本文在如何设计输电网络方面进行了详细的分析与计算，主要包括以下几方面内容：1）电力系统功率平衡功率平衡包括有功功率平衡和无功功率平衡。有功功率平衡:系统内的总装机容量应大于发电负荷，即系统内应有足够的备用容量。按规定，系统的总备用容量不得低于系统最大发电负荷的20%，亦即系统的总装机容量应大于或等于系统最大发电负荷的1.2倍。此外，还应分别进行最小负荷、计划检修时及严重事故后的系统有功功率平衡。无功功率平衡:首先根据规定，220kV及以下电压等级变电所，在主变压器最大负荷时，其二次侧功率因数应满足以下值：220kV变电所为0.951.0；35110kV变电所为0.91.0。对于不满足的变电所，需作无功补偿，使其功率因数满足要求。然后计算系统的无功电源和补偿后的系统无功负荷，作出无功功率平衡分析。在计算中可作如下假设：各发电机按额定状态运行，变压器的工作损耗，按每经一次电压变换，无功功率损耗为负荷视在功率的12%估算；架空送电线路的无功功率损耗与充电功率暂作相等而相互抵消。2）电力网接线方案的技术论证及经济比较应根据已有网络现状、输送功率、输送距离及今后发展等因素选择确定电压等级。对于各种可能的接线方案，再作较详细的技术经济比较。对于每个保留方案将作以下计算：选择导线截面积；计算电力网投资及年运行费用；进行各方案的技术经济分析，确定电力网接线方案。假若两个方案在经济比较时相接近，应选择有利于将来发展的方案，也可将有色金属或“三材”（钢材、木材、水泥）消耗量作为方案选择的参考。3）发电厂、变电所主接线选择对最后确定的电力网接线方案，继续做以下工作：确定发电厂、变电所的主变压器台数、容量、型式以及电气主接线；计算本次设计范围内的总投资。4）网络潮流计算与电压计算电力系统潮流计算是电力系统最基本的计算，也是最重要的计算。所谓潮流计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、各支路电流与功率及网损。对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置整定计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。在计算时，首先设定电力网中某一点电压值，这一点通常是系统中主力电厂的高压母线或枢纽变电所的高压母线，或已知的功率分点。然后进行潮流与电压计算，得出各支路功率。全网各点电压、各发电机出力及电压等。若对计算结果不满意，则需重新设定电压值，或配以改变各无功补偿的补偿容量，再作几次计算，从而获得合理的潮流分布和较好的电压水平。此时各变压器的分接开关可选择到适当的位置，各发电机运行在正常工作范围，整个系统处于良好的运行状态。无励磁调压变压器，即普通变压范围，通常为22.5%；有载调压变压器分接开关调压范围，因电压等级、生产厂家的不同而有所不同，通常有32.5%、81.25%、81.5%等多种。482 原始资料分析2.1 设计任务：1. 根据原始资料进行功率平衡等初步分析。2. 根据方案的技术、经济比较，确定电力网的电压等级、结线图和导线型号。3. 确定各发电厂和变电所变压器的容量和台数，并制定出它们的主接线方案。4. 通过计算选取最优方案，并进行潮流计算及验证。5. 调压方式的确定及计算。图1 地理位置图表1 参数表厂站参数厂A厂B站1站2站3站4站5最大负荷（MW）30022502150200150200100最小负荷（MW）12021202751008010050最大负荷时cos0.850.850.80.80.80.80.8最小负荷时cos0.80.80.80.80.80.80.8低压母线电压201813.813.813.813.813.8Tmax5500550050005000500050005000对调压的要求逆逆常常逆常常2.2 有功功率平衡校验（1）最大负荷时： （2）最小负荷时： 可见，经过计算与比较，备用容量均大于装机容量的10%，有功功率满足备用要求。2.3 无功功率平衡校验（1）发电厂发出的总无功： （2）负荷消耗总无功：（3）需要满足的条件：（4）已有备用容量：满足要求，使无功功率平衡。但因为变电站功率因数不足，应使之变为0.95.不满足无功功率平衡要求的，现做如下计算，进行无功补偿：变电站1,3：总容量：无功功率：变电站2,4：总容量：无功功率： 变电站5：总容量：无功功率：2.4 几种可选的方案根据不同的接线方法，按原始资料的地理位置图，以及负荷大小，经过比较，直观淘汰了一些明显不合理的方案，保留了如下八种方案如表2-1：表2-1：初步设计方案序号方案断路器数路径长（km）导线长（km）112415.8484.988216599.4699.14324831.6969.976416550.8642.452520734.4856.604续表2-1：初步设计方案6321198.81398.28720931.51086.501820696.6812.512注：表2-1中导线长考虑了弧垂和裕度，所以为路径的1.1664倍。从表2-1中分析比较后，可以选择的方案有两种：方案3和方案5。下面再对这两个方案进行一个初步比较，比较它们的导线长，断路器数目，金属耗量和优缺点，然后进行详细比较。2.5 电压等级的确定根据表2-2确定电压等级。表2-2：各电压等级线路的合理输送容量及输送距离额定电压（kV）输送功率（kW）输送距离（km）额定电压（kV）输 送 功 率（kW）输送距离（km）310010001360350030000301006100120041511010000500005015010200200062022010000050000010030035200010000205050080000020000004001000根据原始资料，发电厂向用户供给的最大负荷为200MW，超过了150MW，所以额定电压应选220kV。3 接线形式及变压器的确定3.1 主接线形式3.1.1 发电厂主接线形式发电厂A有300MW机组两台，机端电压20kV，根据此情况及相关规定，机组采用单元接线，这种接线简单，用的断路器较少，操作简便。为了提高供电的可靠性，高压侧采用双母线带旁路的接线方法，并且设有专用母联断路器。发电厂B有250MW机组两台，机端电压18kV，根据此情况及相关规定，机组采用单元接线，为了减少开断点，亦可不装断路器，但应留有可拆点，以利于机组调试。这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。高压侧也采用双母线带旁路的接线方法，并且设有专用母联断路器。3.1.2 变电站主接线形式为了提高供电的可靠性，接入变电站的线路条数都是两条，同时变电站的变压器的台数也是两台。五个变电站都可以选用桥形接线，所用的断路器数少，投资较少。如果是环形网时，为了防止穿越功率通过三台断路器，则应选用外桥接线。3.2 变压器的台数和容量3.2.1发电厂的变压器台数和容量采用发电机变压器单元接线形式时，主变的容量只要和发电机的容量相配套即可，但要保留10的裕度。所以连接300MW机组的变压器的容量为：3001.1/0.85388.235MW.所以选用SFP400000/220型的变压器。连接250MW机组的变压器的容量为：2501.1/0.85323.529MW.所以选用SFP3-340000/220型的变压器。3.2.2 变电站的变压器台数和容量由于5个变电站都属于枢纽变电站，主变压器台数为两台，低压母线电压都为13.8kV，应优先选三相三绕组变压器。 因为各站都有备用要求，其容量应考虑一台切除后，剩下的一台在过负荷30的情况下能够担负全部第一类和第二类负荷。其容量计算如下：站一容量为：S115080/(1.30.8)115.385(MVA)站二容量为：S220080/(1.30.8)153.864(MVA)站三容量为：S315080/(1.30.8)115.385(MVA)站四容量为：S420080/(1.30.8)153.864(MVA)站五容量为：S510080/(1.30.8)76.923(MVA)查表选10台电压为220KV容量为180000三绕组自耦变压器。3.2.3 所选用变压器的型号及相关参数表表3-1发电厂参数表项目站别型号及容量连接组损耗（kW）阻 抗电 压（）空载电流（）参考价格(万元)空载短路发电厂ASFP-400000/220Yo/-11250970140.8102.6发电厂BSFP7-340000/220Yo/-1119086014.30.2891.7表3-2变电站参数表 站别项目变电站型号及容量SFSP-180000/220连接组Yo/-11损耗（kW）空载95短路430阻抗电 压（）高中10高低34中低24空载电流（）0.5参考价格(万元)87.64 选择导线型号4.1 方案5导线型号的选择4.1.1 计算网络在最大运行方式下的初步潮流分布将变电站1、2和发电厂A三个节点从发电厂处打开，计算初步潮流分布。根据集中参数公式和可以算出初步潮流：可以看出有功分点、无功分点均为2.变电站3、5和发电厂B三个节点从发电厂处打开，计算初步潮流分布。可以看出用功分点、无功分点均为3.变电站4、发电厂A和发电厂B三个节点为两端供电网，计算初步潮流分布。由计算得出每条传输功率4.1.2 按经济电流密度计算导线截面积从无功分点将环网打开，如下图所示：根据最大负荷利用小时数，查表得各条支路的经济电流密度：J=1.11；电网电压等级为220kV。用公式： 计算导线截面积其中：S导线截面积（mm2）；P流过线路的有功功率；J经济电流密度（A/mm2）；线路额定线电压（kV）；功率因数；根据上述公式，可求得线段的截面积如下：4.1.3 选择导线型号及其校验导线型号的选择根据求得的导线截面积，电压等级和本系统所处的地理环境，可以用钢芯铝绞线。按机械强度校验导线截面积时，在平原地区35kV以上的线路中，容许的最小截面积为35mm2.电晕校验时，由于220kV的网络要求导线的截面积最小为180mm2的导线。可以选择线路如下：A1段选LGJQ500型A2段选LGJQ500型12段选LGJ185型B5段选LGJQ300型B3段选LGJQ400型35段选LGJ185型A4段选LGJ185型B4段选LGJ185型4.1.4 按照机械强度，允许载流量，电晕校验（1）、机械强度校验所选的绞线截面积都大于35mm2，所以都符合要求。（2）、允许载流量校验首选根据负荷可以求得流过导线的最大电流，当地年平均气温为25C，钢芯铝绞线的允许温度一般取70C。再查表得修正系数为K=1.00。只要即符合要求。经过校验，长期运行时导线的载流量满足要求。4.2 方案3的导线型号选择4.2.1 计算网络在最大运行方式下的初步潮流分布（a）、将变电站1、2和发电厂A看成辐射网，则每条线路上流过的功率为变电站的负荷的一半，计算初步潮流分布。（b）、将变电站3、5和发电厂B看成辐射网，则每条线路上流过的功率为变电站的负荷的一半，计算初步潮流分布。（c）、变电站4、发电厂A和发电厂B为两端供电网, 计算初步潮流分布.由计算得出每条传输功率4.2.2 按经济电流密度计算导线截面积如下图所示：根据最大负荷利用小时数，查表得各条支路的经济电流密度：J=1.11；电网电压等级为220kV。用公式： 计算导线截面积其中：S导线截面积（mm2）；P流过线路的有功功率(MW)；J经济电流密度（A/mm2）；线路额定线电压（kV）；功率因数；根据上述公式，可求得线段的截面积如下：4.2.3 选择导线型号及其校验导线型号的选择根据求得的导线截面积，电压等级和本系统所处的地理环境，可以用钢芯铝绞线。按机械强度校验导线截面积时，在平原地区35kV以上的线路中，容许的最小截面积为35mm2.电晕校验时，由于220kV的网络要求导线的截面积最小为180mm2的导线。可以选择线路如下：A1段选LGJQ240型A2段选LGJQ300型B3段选LGJQ240型B5段选LGJ185型A4段选LGJ185型B4段选LGJ185型4.2.4 按照机械强度，允许载流量，电晕校验（1）、机械强度校验所选的绞线截面积都大于35mm2，所以都符合要求。（2）、允许载流量校验首选根据负荷可以求得流过导线的最大电流，当地年平均气温为25C，钢芯铝绞线的允许温度一般取70C。再查表得修正系数为K=1.00。只要即符合要求。经过校验，长期运行时导线的载流量满足要求。5 初步比较将方案3、方案5进行初步比较，比较它们的导线长，断路器数目，金属耗量和优缺点。首先要求出两个方案的金属耗量，查表可得各种导线的单位重量，计算求得总重量。5.1 导线长度方案3：L=88.182+94.4782+72.4336+85.0312=969.976（km）方案5：L=107.0762+88.18+94.478+72.4334+85.0312=856.604（km）5.2 高压断路器的数目根据一条线路两个断路器的原则，各方案的高压断路器的数目如下：方案3：212=24（个）；方案5：210=20（个）5.3 金属耗量各种型号导线每千米的质量由参考资料可查到，具体计算过程如下所示：5.3.1 方案5:A-1段：mA188.181795=158283（kg）A-2段：mA294.4781795=169588（kg）1-2段：m12107.076774=82876（kg）B-3段: mB3=72.4331487=107707（kg）B-5段: mB5=72.4331116=80835（kg）5-3段: m53=107.076774=82876（kg）A-4段: mA4=72.4332774=112126（kg）B-4段: mB4=85.0312774=131627（kg）总的耗量为：mmi925.922（t） 5.3.2 方案3：计算方法同方案5：总的耗量为：mmi878.023（t）5.3.3 方案初步比较结果表51：两个方案的初步比较 项目方案导线长度（km）断路器数（个）金属耗量（t）方案3969.97624878.023方案5856.60420925.9226 详细比较6.1 电压损耗计算6.1.1 电压损耗计算原则由于发电厂部分相同，可以只对线路部分的电压损耗进行初步计算，计算时可以假定网络各点电压都等于额定电压，计算正常运行时最大负荷和故障两种情况下的电压损耗，故障运行方式应合理地假设较为严重的情况。正常情况下电压损耗不超过10，故障时不超过15即符合要求。计算公式如下： 电压损耗%6.1.2 正常运行时的电压损耗(1)方案5：首先打开发电厂A、变电站1、变电站2的环网，从发电厂处打开。潮流分布图如下： 查表并计算得线路阻抗如图：根据公式带入数据进行计算：22010%=22（kV）所以满足要求。 将发电厂B、变电站3和变电站5的环网从发电厂B处打开。潮流分布图如下：查表并计算得线路阻抗如图：根据公式带入数据进行计算：22010%=22（kV）所以满足要求。 将发电厂A、变电站4、发电厂B的两端供电网从变电站4打开。潮流分布图如下：查表求得线路的阻抗，在下图中画出：根据公式带入数据进行计算：22010%=22（kV）所以满足要求。 （2）方案3：首先将变电站1、2、4和发电厂A看成辐射网，潮流分布图如下：查表并计算得线路阻抗如图：22010%=22（kV）所以满足要求。 再将变电站3、5、4和发电厂B看成辐射网，潮流分布图如下：查表并计算得线路阻抗如图：22010%=22（kV）所以满足要求。 6.1.3 故障运行时的电压损耗（1）方案5：a、当A-2线路断线时线路1-2段的功率损耗为 所以流过线路1-2的负荷为(MVA)，流过线路A-1的负荷为(MVA)线路上的阻抗值如下图：电压损耗不满足要求，将导线1-2改为分裂导线LGJ-185，重新计算：线路1-2段的功率损耗为 所以流过线路1-2的负荷为(MVA)，流过线路A-1的负荷为(MVA)线路上的阻抗值如下图：电压损耗满足要求。b、当B-3线路断线时线路5-3段的功率损耗为 所以流过线路5-3的负荷为，流过线路B-5的负荷为线路上的阻抗值如下图：电压损耗满足要求。c、当B-4线路断一条线时线路上的阻抗值如下图：电压损耗满足要求。（2）方案3：a、当A-1、A-2、A-4线路各断一根线时线路上的阻抗值如下图：电压损耗满足要求。b、当B-3、B-5、B-4线路各断一根线时线路上的阻抗值如下图：电压损耗满足要求。6.2 一次投资由于发电厂和变电站的投资相同，两方案的电压等级相同，所以变压器可以不包括在一次投资比较中，只需比较线路上的投资。方案5：导线成本D：已知所选导线的型号和金属耗量，查表得导线单位质量的价格。 断路器成本Y：根据所选电压等级查表得每台断路器价格。Y25102500（万元）总成本ZD+Y5706（万元）方案3：同样可以得出导线成本D和断路器成本Y：Y25122600（万元）总成本Z=6552（万元）所以，选方案5一次投资要比选方案3少。6.3 年行运费用年运费主要包括电能损耗、折旧费。（1）方案5：电能损耗：=5000=70020(MW)电能损耗折算成电费A：(按每度5角钱计算)A7002010000.535010000（元）折旧费B：（按导线投资的7计算）B=5482.580.07=383.781（万元）总的年运费A+B=3884.781（万元）（2）方案3：电能损耗：=25000=76960(MW)电能损耗折算成电费A：(按每度5角钱计算)A7696010000.538480000（元）折旧费B：（按导线投资的7计算）B=6122.190.07=428.553（万元）总的年运费A+B=4276.553（万元）所以方案5的年运费比方案3的少。6.4 比较分析方案5和方案3在正常运行和故障情况下的电压损耗都满足要求，但是方案5的电压损耗较小，供电质量较高。在投资上，方案3的一次投资较方案5的高，而且方案5的年运费较少。所以，方案5为最优方案。7 最优方案潮流计算7.1 正常运行时最大负荷情况首先算出各变电站的负荷损耗，得到各节点的最大潮流分布。变电站1：=0.19+j1.8+0.165+j6.925=0.355+j8.725(MVA)=0.19+j1.8+0.165=0.355+j1.8(MVA)=0.19+j1.8+0.165+j16.621=0.355+j18.421(MVA)同理可求得：变电站2：变电站3：变电站4：变电站5：其次利用阻抗和最新变电站数据计算最大负荷时的潮流，计算方法同初步潮流计算： 计算得出每条线上的功率再次，先算小环网：由发电厂A、变电站1、变电站2组成。从无功分点2处打开环网，计算潮流。从发电厂经过变电站1算变电站2上的压降：从发电厂1直接算变电站2上的压降： 计算无误。再算小环网由发电厂B变电站3和变电站5组成，从无功分点3处打开环网，计算潮流。从发电厂经过变电站5算变电站3上的压降：从发电厂B直接算变电站3上的压降：计算无误。变电站4、发电厂A和发电厂B三个节点为两端供电网，有功分点、无功分点均为4,从无功分点处打开两端供电网，计算潮流。从发电厂A算变电站4上的压降：从发电厂B算变电站4上的压降：计算无误。7.2 正常运行时最小负荷情况首先算出各变电站的负荷损耗，得到各节点最小负荷时的潮流分布。变电站1：变电站2： 变电站3： 变电站4： 变电站5： 其次利用阻抗和最新变电站数据计算最小负荷时的潮流，计算方法同初步潮流计算： 计算得出每条线上的功率再次，先算小环网：由发电厂A、变电站1、变电站2组成。从无功分点2处打开环网，计算潮流。从发电厂经过变电站1算变电站2上的压降：从发电厂1直接算变电站2上的压降：计算无误。再算小环网由发电厂B变电站3和变电站5组成，从无功分点3处打开环网，计算潮流。从发电厂经过变电站5算变电站3上的压降：从发电厂B直接算变电站3上的压降：计算无误。变电站4、发电厂A和发电厂B三个节点为两端供电网，有功分点、无功分点均为4,从无功分点处打开两端供电网，计算潮流。从发电厂A算变电站4上的压降：从发电厂B算变电站4上的压降： 计算无误。7.3 故障情况下的潮流计算（1）当A-2线路断线时，电网的等值电路图如下：所以流过线路1-2的负荷为，流过线路A-1的负荷为224（kV） 206（kV）压降百分数：在允许范围之内。（2）当断开B-3线路断线时，电网的等值电路图如下：所以流过线路5-3的负荷为，流过线路B-5的负荷为228（kV） 209（kV）压降百分数：在允许范围之内。（3）当B-4线路断一条线时线路上的阻抗值如下图：所以流过线路A-4的负荷为225（kV）压降百分数：在允许范围之内。7.4程序计算结果与手算的比较针对本次潮流计算，我用C语言编了潮流计算程序来进行专门校验。本程序在输入节点数、支路数、PQ节点数、PV节点数、对地支路数、支路阻抗及计算精度等数据的情况下，先形成节点导纳矩阵，再用牛顿拉夫逊法、雅克比矩阵和LU分解法求解，输出各支路的功率及电压，所得结果与手算结果偏差在允许范围内，证明计算无误。8 变压器分接头选择8.1 变电站1站1为常调压，无论何种负荷情况下，电压基本保持为一常数为102105Un。变压器的型号为SFSP-180000/220，等值阻抗为三绕组变压器等值电路如下图所示：按给定条件求得的各绕组中电压损耗如表8-1-1所示，归算至高压侧电压如表8-1-2所示。表8-1-1 各绕组电压损耗（kV）负荷水平高压绕组低压绕组最大负荷11.68513.938最小负荷7.9839.538表8-1-2 各母线电压（kV）负荷水平高压母线低压母线最大负荷222196.377最小负荷230212.479按表8-1-2，根据低压母线对调压的要求，选择高压绕组的分接头。最大负荷时电压不大于105UN，即低压母线电压要求为,从而最小负荷时，电压不小于102UN。即低压母线电压要求为14.076kV,从而取它们的平均值,可选用220-10%，即198kV的分接头。这时，低压母线电压最大负荷时，,最小负荷时，低压母线电压偏移：最大负荷时， ；最小负荷时，可见都能满足调压要求。于是，该变压器应选的分接头电压或变比为198/110/13.8kV。8.2 变电站2站2为常调压，无论何种负荷情况下，电压基本保持为一常数，为102105Un。三绕组变压器等值电路如下图所示：按给定条件求得的各绕组中电压损耗如表8-2-1所示，归算至高压侧电压如表8-2-1所示。表8-2-1 各绕组电压损耗（kV）负荷水平高压绕组低压绕组最大负荷16.8620.122最小负荷7.9839.538表8-2-2 各母线电压（kV）负荷水平高压母线低压母线最大负荷219182.018最小负荷228210.479按表8-2-2，根据低压母线对调压的要求，选择高压绕组的分接头。最大负荷时电压不大于105UN，即低压母线电压要求为14.49kV,从而最小负荷时电压不小于102UN。即低压母线电压要求为14.076kV,从而取它们的平均值,可选用220-2.5%，即214.5kV的分接头。这时，低压母线电压最大负荷时，,最小负荷时，低压母线电压偏移最大负荷时，；最小负荷时，可见都能满足调压要求。于是，该变压器应选的分接头电压或变比为214.5/110/13.8kV。8.3 变电站3站3为逆调压，最大负荷时电压不大于105UN，最小负荷时电压不小于UN。三绕组变压器等值电路如下图所示：按给定条件求得的各绕组中电压损耗如表8-3-1所示，归算至高压侧电压如表8-3-2所示。表8-3-1 各绕组电压损耗（kV）负荷水平高压绕组低压绕组最大负荷11.68513.938最小负荷8.239.831表8-3-2 各母线电压（kV）负荷水平高压母线低压母线最大负荷227201.377最小负荷233214.939按表8-3-2，根据低压母线对调压的要求，选择高压绕组的分接头。最大负荷时电压不大于105UN，即低压母线电压要求为14.49kV,从而最小负荷时，电压不小于UN。即低压母线电压要求不小于13.8kV,从而取它们的平均值,可选用220-7.5%，即203.5kV的分接头。这时，低压母线电压最大负荷时，,最小负荷时，低压母线电压偏移最大负荷时，；最小负荷时，可见都能满足调压要求。于是，该变压器应选的分接头电压或变比为203.5/110/13.8kV。8.4 变电站4站4为常调压，无论何种负荷情况下，电压基本保持为一常数，为102105Un。三绕组变压器等值电路如下图所示：按给定条件求得的各绕组中电压损耗如表8-4-1所示，归算至高压侧电压如表8-4-2所示。表8-4-1 各绕组电压损耗（kV）负荷水平高压绕组低压绕组最大负荷16.8620.122最小负荷7.9839.538表8-4-2 各母线电压（kV）负荷水平高压母线
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