电力拖动与控制技术课程设计-高压配电网设计毕业论文.doc

电力系统分析课程设计报告书题目: 高压配电网设计 专 业： 电气工程及其自动化 目 录摘 要IABSTRCTII1 绪论11.1 本课题研究背景及意义11.2 本设计原始资料的分析12 电力负荷分析22.1 系统供电负荷和发电负荷计算22.1.1 系统的供电负荷22.1.2 系统的发电负荷22.2 系统备用容量32.2.1 负荷备用容量32.2.2 事故备用容量32.2.3 检修备用容量32.3 有功功率平衡42.4 计算无功平衡42.4.1 总的无功负荷42.4.2 发电机组提供的无功功率43 初步方案的选定53.1电压等级的确定53.2 方案的初步选定及比较53.3 现在对拟定方案I的初步比较63.4 系统接线方案的详细比较83.4.1技术比较83.2.2 方案的经济比较134 主变压器的选择184.1 发电厂主变的选择要求184.2 变电所主变的选择要求194.3 发电厂、变电所主变的选择194.3.1 发电厂A主变压器194.3.2 变电所1的主变压器194.3.3 变电所2的主变压器194.3.4 变电所3的主变压器195 系统潮流计算215.1系统接线图215.1.1 计算线路，变压器参数215.2.1 计算各变电所和发电厂的运算负荷和运算功率（最大运行方式）225.3.1最大运行方式下的潮流分布235.4.1 计算各变电所和发电厂的运算负荷和运算功率（最小运行方式）265.5.1最小运行方式下的潮流分布276 系统调压316.1 调压方式及要求316.2 发电厂A的调压316.3 变电所1的调压326.4 变电所2的调压326.5 变电所3的调压33结 论34参考文献35附录A：系统接线图361 绪论1.1 本课题研究背景及意义电是能量的一种表现形式。电能具有显著的优点：可简便的转变为其他形式的能量，如光能、热能、机械能等；输送、分配方便，易于操作和控制；用电进行控制容易实现自动化，提高产品质量和经济效益。电力自从应用于生产以来，已成为现代生产化、生活的主要能源，在工农业、交通运输、国防、科学技术和人民生活等方面都得到了广泛的应用。电力工业的发展水平和电气化程度是衡量一个国家国民经济发展水平的重要标志。我国电力工业立足于科技兴电，相继建成了一批具有世界先进水平的重点实验室和装置，完成了一批重点科研课题，掌握和解决了大机组建设和全国联网等大电力系统建设、运行等一系列问题。我国的电力队伍已能承受现代化大型水、火、核电厂和电力系统的设计、施工、调试和运行任务，并已经建设投产和正在建设着具有当代国际先进水平的各类大型电厂和500kV交、直流输变电工程，各大电网的计算机监控调度系统已进入了实用化阶段，电力系统运行和调度实现了自动化、现代化。而这一切的一切，都要以设计为基准，为前提，一个电力系统设计的好坏，直接关系到该系统说产生的效应，对国民生产和人民的日常生活质量的影响盛大。 1.2 本设计原始资料的分析发电机总装机容量（有功功率的额定值之和）应大于所有最大负荷之和。 由此可得：，因此需要由无穷大系统S向发电厂提供至少50MW的功率作为补偿。2 电力负荷分析2.1 系统供电负荷和发电负荷计算2.1.1 系统的供电负荷系统的供电负荷，就是用电负荷加上为输送该负荷而产生的功率损耗，这种损耗通常成为网络损耗，简称网损。网损包括线路损耗和升、降压变压器损耗。在规划设计时，网损是用网损率计算的，一般取510%。这样，系统的供电负荷为： 式（2.1） 式中：网损率，取6； 系统的用电负荷。 式（2.2） 式中：负荷的同时率，取1。 则： 2.1.2 系统的发电负荷系统的发电负荷是指满足系统供电负荷，以及发电机电压直配负荷的需要，发电机（厂）所必须发出的功率，它等于系统供电负荷、直配负荷,即系统的发电负荷为： 式（2.4） 式中：系统的供电负荷； 发电机电压直配负荷，取0； 厂用电率，取10。 因此： 2.2 系统备用容量2.2.1 负荷备用容量负荷备用容量是指接于母线上能立即带负荷的旋转备用容量，以备用平衡负荷瞬间波动与发电机负荷曲线的差值。通常为最大发电负荷的25，低值适用于大系统，高值适用于小系统。在这里取。2.2.2 事故备用容量事故备用容量是指系统中电源发生偶然事故时，为了系统正常供电，在短时间内可调用的备用容量，其中有一部分备用容量可在系统频率下降时自动投入。通常为最大发电负荷的15左右，但不小于系统中最大一台机组的容量。事故备用容量取。2.2.3 检修备用容量通常为最大发电负荷的815，具体数值由系统情况而定。检修备用容量应考虑系统负荷特点、水火电比例、设备质量、检修水平等因素，应能满足对运行机组进行周期性计划检修的需要，故一般按系统中最大一台机组容量来参照确定检修备用容量。则检修备用容量取。综上所述，发电厂的容量要满足系统所需要的总容量，则须增加一台的发电机作为备用发电机，由于线路网络与无穷大系统相连接，则所需的容量可由无穷大系统补偿。2.3 有功功率平衡取负荷的同时率，厂用电率取10，网损率取6（注意系统还没有设计出来，因此网损率只是估计算），计算出，进而计算出有功的综合负荷为：则系统的备用率为： 满足有功备用条件。2.4 计算无功平衡2.4.1 总的无功负荷发电厂A的无功负荷： 则总的无功负荷： 2.4.2 发电机组提供的无功功率 ，不满足无功功率平衡，需由无穷大系统补偿25.88Mvar。，不满足无功功率平衡，需由无穷大系统补偿22.65Mvar 3 初步方案的选定3.1电压等级的确定应该根据电网中电源和负荷的布局，线路送电功率和送点距离来确定。公式为： 式（3.1）按式（3.1）算出本系统各线路的电压等级见表3.1.表3.1 电压等级的选取测量距离（km）考虑弯曲度（1.1-1.15）后的距离(km)负荷矩PL（MWkm）计算所得电压（kV）标准电压等级(kV)452700115.33110543240120.71110683400122.18110573420122.36110472820116.60110452250110.20110 由表3.1，系统的电压等级可选定为110kV。3.2 方案的初步选定及比较根据给定的数据和发电厂、变电站的位置，设计出多个（610个）接线图方案，并加以初步比较，选择其中最适合的两个进行精确比较。初步比较的内容包括：接线图的复杂程度，继保整定是否简单（即线路上潮流的流向是否经常改变），高压开关的个数，线路的长度，并进行简单的经济性分析。对每种方案都作出简单的方案优缺点评价。3.3 现在对拟定方案I的初步比较线路长度（L）L=（402+50+40+48+42）1.13=293.8（km） 总负荷矩对环形网络，可按线段长度和负荷功率求出各线段上的功率分布（初分布），再计算其负荷矩。 对两端供电网S2A求功率分布： 同理可以求得，对两端供电网S1A求功率分布:因此用求得的有功功率分布计算负荷矩 高压开关数：变电站1，变电站2，变电站3，和发电厂A都采用桥型接线K=4*3=12台。无穷大系统采用双母线分段接线K=6+3=9台则共需要高压开关数K=21台其他的方案可以采取相同的方法来计算比较，其他的方案的数据如表3.2所示。表3.2 初选线方案方案结线图线路长度（km）高压开关数（台）负荷矩（MWkm）I293.8218367.8II287.0218747III231.6178299IV293.821。8999.48V294.93218908.44VI312.5218976VII297.4198893VIII295.2198868注：其中，A代表发电厂，1代表变电所1，2代表变电所2，3代表变电所， S代表无限大系统。 根据表3.2比较，从可靠性、保护简单、线路长度和开关数量以及总负荷矩方面进行初选：方案I与方案II各变电站中的各类负荷都含有重要负荷所以要求它们都要为双电源供电，如果线路或者两侧变电间隔设备进行检修或发生故障时，不用进行全站停电。从可靠性方面来说，这种方案满足条件，但是方案I与方案II相比，方案II更好，因为这种方案消耗的金属较少。方案III：开发区内各变电站均为双电源供电，两回线路互为备用，无论线路或者两侧变电间隔设备进行检修或发生故障时，变电站供电均不受影响，正常运行时，线路电能损失比较小。但需要进行进一步的计算比较方可确定。方案IV、V各变电站均为双电源供电。对于各变电站，其可靠性很高。但是所需的金属量比方案I和II要大而且负荷矩也比较大。综上所述，初步选定方案II、III作进一步比较。3.4 系统接线方案的详细比较3.4.1技术比较以方案II为例图3.1 方案II 全网功率初分布计算 由原始资料可知： 则有： 网络导线截面的选择 1） 导线截面的计算公式为： 式（3.2）因变电所的最大负荷利用小时数为50005500小时，查手册得到铝材料的经济电流密度J=1.05A/mm2。同理可求得数据如表3.3所示。表3.3 导线的截面积和流过的电流：支路计算截面AJ（mm2）所选导线型号流过的电流I（A）S-3157.20LGJ-300/40312.0S-2166.63LGJ-150/25175.0S-A157.20LGJ-150/25165.01-319.41LGJ-70/1020.4A-1313.84LGJ-300/40330.0 2） 按发热校验导线载面的公式： 式（3.3）a当线路S-3断开时，线路A-1通过的最大电流为 因 所以导线选择LGJ-300/40满足热稳定要求。同理可以得到数据如表3.4 所示。表3.4 方案II所选的导线支路计算截面AJ（mm2）所选导线型号最大载流量Imax（A）长期允许载流量+70C（A）电阻电抗值R+jX（）S-3297.12LGJ-300/40641.57354.725+j17.775S-2166.63LGJ-150/254714769.87+j19.552S-A157.20LGJ-150/2547147613.02+j25.7921-319.41LGJ-95/20349.935113.28+j17.16A-1313.84LGJ-300/40641.57354.725+j17.775 功率分布的重新计算图3.2 方案II的功率分布 经过上面的计算，我们可以得到变电站1为功率分点，在计算电压损耗时以变电站1开环。 电压损耗的计算 1）在正常情况下，对于两端供电网S-3-1-A；经过前面的计算可知，功率分点在变电站1处，则正常情况下的最大电压损耗：正常时：故障时；a在线路A-1断开情况下，1点电压最低，这时的最大电压损耗： b在线路S-3断开时，这时的最大电压损耗： 因此，需要加装有载变压器。经过同样的方法我们可以计算出方案III的数据如表3.6所示。表3.6 综上所述，可得出方案III所选的导线支路计算截面AJ（mm2）所选导线型号最大载流量（A）长期允许载流量（A）+70C电阻电抗值S-3313.73LGJ-300/40641.57354.725+j17.775S-2203.92LGJ-210/35349.95847.05+j19.035A-2156.22LGJ-150/25349.946611.34+j22.4641-355.14LGJ-95/20349.935113.28+j17.16A-1303.6LGJ-300/40641.57354.725+j17.775对方案II和方案III的技术比较结果如表3.7所示表3.7 方案的技术比较方案项目方案II方案III变电站1变电站2变电站3变电站1变电站2变电站3正常时最大电压损耗6.32%3.6%4.94%7.2%3.6%4.94%故障时最大电压损耗22.8%15.8%21%1212%11%21%调压要求常调压常调压逆调压常调压常调压逆调压是否装有载变压器要装要装要装不装不装要装3.2.2 方案的经济比较 方案的综合投资费用1）高压断路器的投资高压断路器造价为(每台断路器的造价为58.1万元 58.121=1220.1万元2） 导线投资表3.8 方案2线路投资表型号长度（km）单价（万元/km）总价（万元）LGJ-150/258515.11277.46LGJ-300/404520.4918LGJ-95/204012.9516LGJ-300/404520.4918LGJ-150/256215.1936.2合计4565.663） 变压器的投资（万元）其中，每台137.55万元，共需要4台 每台162.96万元，共需要4台4) 总投资KK=4565.66+1220.1+1202.04=6987.8（万元） 年运行的费用年运行费主要包括一年中变压器的电能损耗费，小修、维护费及折旧费，可按下式计算： （万元） 式（3.5）式中 电能电价，取0.2元/kWh； 变压器的年电能损耗，kWh； 年小修费、维护费，取0.022，万元； 年折旧费，取0.057，万元。与变压器的型式及负荷情况有关。对于双绕组变压器，台相同容量变压器并联运行时，则： 或 式（3.6）式中 相同变压器的台数； 一台变压器的额定容量，kVA； 一台变压器的空载、短路有功损耗，kW； 一台变压器的空载、短路无功损耗，kvar； 台变压器承担的最大的总负荷，kVA 变压器全年实际运行小时数，一般取8000h； 无功当量，kW/kvar，发电厂取0.02，变电所取0.1； 台变压器承担的总平均负荷，kVA； 最大负荷损耗时间，h。1) 电能的损耗费用 两端供电网S-3-1-A，由前面计算可知变电站1为功率分点：a.线段S-3的电能损耗： 查考相关参考资料得=3400小时。故 b.线段3-1的电能损耗为： 查表得，=3200小时。 c.线段A-1的电能损耗为 查表得，小时。 所以， d.线段A-S的电能损耗为： 查表得小时。 e.线段S-2的电能损耗为： 查表得，小时。 综上所述，年电能损耗费用N： -为现在市场上的电价（0.5元/小时） -为电能损耗 设备的折旧费用 =182.71（万元） -为设备折旧维护率；其值，线路为0.022，变电站和高压开关为0.042对于方案（3）的经济技术的计算我们用同样的方法来求得，所以在这我们就不再累述。表3.9 方案的经济比较项目方案II方案III线路投资4565.66万元4027.5万元高压开关投资1220.1万元987.7万元变压器投资1202.04万元1202.04万元总计6987.8万元6217.24万元年运行费用折旧费用182.71万元161.1万元电能损耗费用147.98万元90.75万元总计330.69万元251.85万元 综合方案III比方案II的技术比较和经济技术的比较，可见方案III 更好。4 主变压器的选择4.1 发电厂主变的选择要求 单元接线中的主变压器容量应按发电机额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10的裕度选择 （MVA） 式（4.1） 式中 发电机容量，MW；发电机额定功率因数； 厂用电率。 接于发电机电压母线与升高电压母线之间的主变压器容量按下列条件选择。 1) 当发电机电压母线上的负荷最小时，应能将发电厂的最大剩余功率送至系统。 （MVA） 式（4.2） 式中 发电机电压母线上的发电机容量之和MW； 发电机电压母线上的最小负荷MW； 负荷功率因数； 发电机电压母线上的主变压器台数。 2) 若发电机电压母线上接有2台及以上主变压器，当负荷最小且其中容量最大的一台变压器退出运行时，其它主变压器应能将发电厂最大剩余功率的70以上送至系统。 （MVA） 式（4.3） 3） 当发电机电压母线上的负荷最大且其中容量最大的一台机组退出运行时，主变压器应能从系统倒送功率，满足发电机电压母线上最大负荷的需要。 （MVA） 式（4.4） 式中 发电机电压母线上的最大负荷，MW； 发电机电压母线上除最大一台机组外，其它发电机容量之和，MW； 对以上三个式子计算结果进行比较，取其中最大者。4.2 变电所主变的选择要求变电所主变压气的容量一般按变电所建成后510年的规划负荷考虑，并应按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷的6070（220kV变电所为60）或全部重要负荷选择。即 （MVA） 式（4.5）式中 变电所主变压器台数为了保证供电的可靠性，变电所一般装设2台主变压器。相关的设计规范规定：选择的变压器容量需同时 满足下列两个条件： ; 其中， 为变电所的最大负荷容量； 为变电所的全部重要负荷容量。因为1、2、3、变电所和发电厂A都有重要负荷，所以每个变电所都选择两台主变压器。4.3 发电厂、变电所主变的选择4.3.1 发电厂A主变压器、 且 因此选择变压器,综合投资为162.96万。4.3.2 变电所1的主变压器 因此选择变压器,综合投资为137.55万。4.3.3 变电所2的主变压器 因此选择变压器,综合投资为137.55万。4.3.4 变电所3的主变压器 因此选择变压器SF 740000,综合投资为120.4万。表4.1 各发电厂和变电站中变压器型号的选择型号额定容量（KVA）额定电压（KV）空载电流（%）损耗阻抗电压（%）高压低压空载（KW）短路（KW）发电厂63000110 5%110.75225410.5变电站1 50000110 5%110.85521510.5变电站2 50000110 5%110.85521510.5变电站3 SF ZQ740000,40000110 8*1.25%10.51.050.517410.55 系统潮流计算5.1系统接线图图5.1 系统接线图5.1.1 计算线路，变压器参数 线路的参数见前面第4章： 各变电站和发电厂中变压器的参数：1) 发电厂A中的变压器 额定负荷下的损耗： 2) 对于变电站1,2的变压器参数 额定负荷下的损耗： 3）对于变电站3的变压器参数 额定负荷下的损耗： 计算结果见表5.1。表5.1 各变压器的参数变电站（）（）（）（）（）（）变电站11.1528.010.2155.250.0550.35变电站21.1528.010.2155.250.0550.35变电站31.4535.00.1744.20.00460.32发电厂A0.8722.230.266.620.0650.385.2.1 计算各变电所和发电厂的运算负荷和运算功率（最大运行方式） 变电站3,中的两台变压器的功率损耗 变电所母线所联线路中无功功率的一半： 运算负荷为： 用同样的方法可以求出其他变电站和发电厂的运算负荷和运算功率如表6.2所示。表5.2 变电站和发电厂的运算负荷和运算功率变电站（MVA）（Mvar）运算负荷（MVA）变电站1变电站2变电站30.26+j4.69发电厂A0.40+j7.51-j1.7 根据上面求得的数据，画出系统接线图额等值电路：图6.2 系统接线图的等值电路5.3.1最大运行方式下的潮流分布 计算初步功率分布=60.12+j28.49（MVA） 同理可以求得： 核对：即计算无误。 计算各线段的功率损耗由等值电路可见，线路为两端供电，对于线路S-3-1-A;功率分点为变电站1，选网络额定电压110KV计算功率损耗：1） 2） 3） 4） 5） 计算各线段的电压损耗（忽略横分量电压） 由求得的始端功率和已知的始端电压（110Kv）。求各线段上的电压损耗 用同样的方法计算得到的数据如表5.3所示。 表5.3 在最大运行方式下各节点的电压（kV）无穷大系统S发电厂A变电站1变电站2变电站3110109.18101.35103.74102.8图5.3潮流分布计算结果5.4.1 计算各变电所和发电厂的运算负荷和运算功率（最小运行方式）此时的发电厂A中只有一台发电机在运行，其他负荷也要按照给定的最小负荷来计算。 变电站3,中的两台变压器的功率损耗（此时流过变电站3的视在功率为30+j14.53（MVA） 变电所母线所联线路中无功功率的一半： 运算负荷为： 同理可以求得： 变电站1,中的两台变压器的功率损耗此时流过变电站1的视在功率为35+j16.95（MVA） 运算负荷为： 变电站2,中的两台变压器的功率损耗此时流过变电站2的视在功率为40+j19.37（MVA） 运算负荷为 发电厂A,中的两台变压器的功率损耗 此时流过变电站A的视在功率为35+j28.2（MVA）=0.20+j2.45（MVA） 运算功率为: 根据上面求得的数据，画出系统接线图额等值电路：图5.4 最小负荷运行方式下的等值电路5.5.1最小运行方式下的潮流分布 计算初步功率分布 =39.59+j14.7（MVA） 同理可以求得：核对：即计算无误。 计算各线段的功率损耗由等值电路可见，线路为两端供电，对于线路S-3-1-A;功率分点为变电站3，选网络额定电压110KV计算功率损耗：1） 2） 3） 4） 5） 计算各线段的电压损耗 （忽略横分量电压） 由求得的始端功率和已知的始端电压（110Kv）。求各线段上的电压损耗 同理可以得到： 所以： 表5.4 在最小运行方式下各节点的电压（）无穷大系统S发电厂A变电站1变电站2变电站3110110.08106.62105.95105.47图5.5 最小负荷运行下的潮流分布结果6 系统调压6.1 调压方式及要求 电力系统高压方式有顺调压、逆调压、常调压三种，设低压侧电网额定电压为10kV。顺调压：最大负荷方式中枢点电压不低于线路额定电压的102.5%，即10.25kV；最小负荷方式中枢点电压不高于线路额定电压的107.5%，即10.75kV。逆调压：最大负荷方式中枢点电压不高于线路额定电压的105%，即10.5kV；最小负荷方式中枢点电压为线路额定电压，即10kV。常调压：任何运行方式下中枢点电压保持不变，常为线路额定电压的102105%，可取10.3kV。 当调压方式不满足上面三种情况时，我们可以考虑用有载调压变压器。对于有载调压变压器，由于它可以带负荷进行分接头的调节，故可按求出的和分别选择不同的分接头，并进行验算。6.2 发电厂A的调压 最大负荷和最小负荷时变压器的电压损耗： 变压器在最大负荷和最小负荷运行时，低压侧的电压分别为： 则： 取算术平均值选择最接近分接头 ，。按所选分接头校验低压侧母线的实际电压。 所以所选分接头的调压范围符合顺调压范围。6.3 变电所1的调压 最大负荷和最小负荷时变压器的电压损耗： 变压器在最大负荷和最小负荷运行时，低压侧的电压分别为： 则： 取算术平均值 选择最接近分接头。按所选分接头校验低压侧母线的实际电压。 所以所选分接头的调压范围不符合常调压范围，故可以选择有载变压器来满足调压要求。6.4 变电所2的调压最大负荷和最小负荷时变压器的电压损耗： 变压器在最大负荷和最小负荷运行时，低压侧的电压分别为： 则： 取算术平均值： 选择最接近分接头。按所选分接头校验低压侧母线的实际电压。 所以所选分接头的调压范围不符合常调压范围，故需要选择有载变压器。 对于=10.8kv不