电力系统设计++陈果.docx

辽宁工程技术大学课程设计 某地区电力系统规划第一部分设计说明书一确定火电厂和水电厂的发电机型号、参数根据设计任务书，拟建火电厂容量为汽轮发电机50MW2台、125MW1台；水电厂容量为水轮发电机60MW2台。确定汽轮发电机型号、参数见表1-1，水轮发电机型号、参数见表1-2 表1-1 汽轮发电机型号、参数型 号额定容量（MW）额定电压（kV）额定电流（A）功率因数cos次暂态电抗台数QF-50-250105344008501242QF-125-21251386150080181表1-2 水轮发电机型号 、参数型号额定容量（MW）额定电压（kV）额定电流（A）功率因数cos次暂态电抗Xd台数SF60-96/900060138295008502702二通过技术经济比较确定地区电网接线方案根据地理位置，可拟出多个地区电网接线方案。根据就近送电、安全可靠、电源不要窝电等原则，初步选出两个比较合理的方案，进行详细的技术经济比较。方案一：如图1-2所示，火电厂以双回线分别送给石岗和大系统；水电厂以双回线送电给清泉，以单回线送给大系统。所有线路均选用110kV。方案二：如图1-2所示，火电厂以双回线送给石岗，以单回线送给大系统；水电厂以双回线送电给大系统，同时在以单回线连接大系统和清泉，形成三点环网。所有线路均选用110kV。图1-1 方案一图1-2方案二经过输电线选择计算和潮流计算，两个设计方案在技术上都可行，再对这两个方案进行详细的技术、经济比较。在对设计方案进行经济性能比较时，有时要用抵偿年限来判断7。抵偿年限的含义是：若方案1的工程投资小于方案2的工程投资，而方案1的年运行费用却大于方案2的年运行费用，则由于方案2的运行费用的减少，在若干年后方案2能够抵偿所增加的投资。一般，标准抵偿年限T为68年（负荷密度大的地区取较小值；负荷较小的地区取较大值）。当T大于标准年限时，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较少的方案。三 、确定发电厂的电气主接线电气主接线是由高压电器通过连接线按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为电气主接线图。主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。1.火电厂电气主接线的确定（1）50MW汽轮发电机2台，发电机出口电压为10.5kV。10kV发电机电压母线采用双母线分段接线方式，具有较高的可靠性和灵活性。（2）125MW汽轮发电机1台，发电机出口电压为13.8kV，直接用单元接线方式升压到110kV，110kV侧采用双母线接线，运行可靠性高，调度灵活方便。（3）10kV发电机电压母线接出2台三绕组升压变压器，其高压侧接入110kV母线，其中压侧为35kV，选用单母线接线方式。2水电厂电气主接线的确定水电厂有60MW水轮发电机2台，发电机出口电压为13.8kV。直接用单元接线方式升压到110kV，110kV侧选用内桥接线方式，经济性好且运行方便。四、确定发电厂的主变压器1.确定火电厂的主变压器在对火电厂变压器选择时，选用1台125MW发电机采用150MVA双绕组变压器直接升压至110kV；2台50MW发电机采用2台63MVA三绕组变压器升压至35kV和110kV。两台变压器可以互为备用。表2-3 火电厂主变压器型号、参数名称型号额定容量（kVA）额定电压（kV）阻抗电压（%）台数高压中压低压高一中高一低中一低三绕组变压器S-FPSL7-63000/1106300012138510517105652双绕组变压器SSPL-150000/11015000012113812.6812.确定水电厂的主变压器水电厂水轮发电机为2台60MW，全部以110kV供本地系统。考虑到供电可靠性的要求，采用两台双绕组变压器。水电厂主变压器型号、参数见表2-4。表2-4 水电厂主变压器型号、参数名称型号额定容量(kVA)额定电压（kV）阻抗电压（%）台数高压低压双绕组变压器SSPL-90000/110900001211381052图1-3火电厂主接线图3.2 地区电网接线方案一的计算3.2.1 地区电网方案一功率平衡计算石岗变石岗变的负荷功率为：S=65.4+j45.4MVA则功率因数为：cos=65.465.42+45.42=0.821按要求采用电容器应该补偿到0.9以上=cos-10.9=25.84Q=Ptan=65.4tan25.84=31.67(Mvar)Q=Q-Q1=45.4-31.67=13.73(Mvar)火电厂以双回线向石岗供电，线路的末端功率：S=12(65.4+j31.670=32.7+j15.84(MVA)首端估计为：S=35+j18(MVA)清泉变清泉变的负荷功率为：S=55.4+j35.4MVAcos=55.455.42+35.42=0.843按要求采用电容器应该补偿到0.9以上Q1=Ptan=55.4tan25.84=26.83(Mvar)Qc=Q-Q1=35.4-26.83=8.57Mvar经电容器补偿后，清泉实际负荷为：S=55.4+j26.83MVA水电厂以双回线给清泉功电，每回线路的负荷：S=27.7+j13.4MVA线路的首端估计为：S=29+j15(MVA）水电厂水电厂输出的有功功率：P=2601-1%=118.8MW水电厂附近无负荷，因此可设定较高的功率因数，令水电厂110kV出口处的功率因数为0.95，输出的视在功率：S=Pcos=118.80.95=125(MVA)无功功率为：Q=1252+118.82=39(MVA)水电厂分别向清泉和大系统供电。水电厂以双回线向清泉供电，线路首端功率初步估算为：S=29+j15MVA水电厂以单回线向大系统供电，线路功率初步估算为S=125+j39-58+j30=60+j9MVA新建火电厂火电厂厂用电取总容量的5%以及供出16MW给10kV,26MW给35kV,则火电厂供给110kV外送功率：P=2501-5%-16-26+1251-5%=172MW令其功率因数为0.95则外送的视在功率：S=Pcos=1720.95=181MVA外送无功功率：Q=1812-1722=56.4Mvar火电厂以110kV外送功率：S=181+56.4MVA火电厂以双回线向石岗供电:S=35+j18MVA则每回线的功率为：S=1235+j18=17.5+9MVA火电厂以双回线向大系统供出的功率为：S=181+j56.4-35+j18=146+j38.4MVA)则每回线输送的功率为S=12146+j38.4=73+j19.2MVA3.2.2地区电网接线方案一的架空线路型号初选 水电厂至清泉变 由于水电厂以双回线至清泉变，因此每条线路线路上的总功率和电流为：S=292+152=32.65MVAI=S31U=32.6531110=0.173KA=173ATmax=5800h,查软导线经济电流密度图J=0.96A/mm2,则经济截面Sj=ij=1730.96=178(mm2)取最接近的导线截面为185mm2,选取LGJ-185/30钢芯铝绞线。水电厂至大系统水电厂以双回线至大系统，因此每条线路线路上的总功率和电流为：S=602+92=61MVAIg=s31U=6131110=0.32kA=320ATmax=6500h, 查软导线经济电流密度图J=1.24A/mm2,则经济截面为Sj=IgJ=3201.24=258(mm2)取最接近的导线截面为300mm2,选取LGJ-300钢芯铝绞线。新建火电厂至石岗由于新建火电厂至石岗以双回线至清泉变，因此每条线路线路上的总功率和电流为:S=352+18240MVAIg=s31U=4031110=0.21KA=210ATmax=5000h, 查软导线经济电流密度图J=1.1A/mm2,则经济截面为:Sj=IgJ=2101.1=191mm2就近原则，选取LGJ-185钢芯铝绞线。新建火电厂至大系统新建火电厂以双回线至大系统，因此每回线上的总功率和电流为:S=732+19.2275.5MVAIg=S31U=75.531110400ATmax=6500h, 查软导线经济电流密度图J=1.24A/mm2,则经济截面为Sj=IgJ=4001.24=322mm2就近原则，取截面积为300xmm2,导线型号为LGJ-300。3.2.3地区电网接线方案一的导线截面积的校验按机械强度校验导线截面积为保证架空线路具有必要的机械强度，对于110kV等级的线路，一般认为不得小于35mm2。因此所选的全部导线均满足机械强度的要求。按电晕校验导线截面积根据表3-1可见，所选的全部导线均满足电晕的要求。表31 按电晕校验导线截面积额定电压（kV）110220330500（四分裂）750（四分裂）单导线双分裂导线外径（mm2）9.621.433.1相应型号LGJ50LGJ240LGJ6002LGJ2404LGJ3004LGJQ400按允许载流量校验导线截面积允许载流量是根据热平衡条件确定的导线长期允许通过的电流。所有线路都必须根据可能出现的长期运行情况作允许载流量校验。进行这种校验时，钢芯铝绞线的允许温度一般去70，并取导线周围环境温度为25.各种导线的长期允许通过电流如表32所示。表32 导线长期允许通过电流 单位：A截面积（mm2）标号35507095120150185240300400LJ170215265325375440500610680830LGJ170220275335380445515610700800按经济电流密度选择的导线截面积，一般都会比按正常运行情况下的允许载流量计算的面积大得多。而在故障情况下，例如双回线中有一回线断开时，则有可能使导线过热19。根据气象资料，最热月平均最高气温为28，查得的允许载流量应乘以温度修正系数： K=70-2870-25=0.97火电厂石岗变（LGJ185双回线）：LGJ185钢芯铝绞线允许载流量为515A，乘以温度修正系数后：5150.97=500A188A 合格当双回路断开一回，流过另一回路的最大电流为：2188=376A，仍小于温度修正后的允许载流量500A， 合格。LGJ185/30导线满足要求，查得其参数（电阻，电抗，冲电功率）如下：r1=0.17/km, x1=0.395/km, QCL=3.35Mvar/100km火电厂大系统（LGJ300双回线）：LGJ300钢芯铝绞线允许载流量为700A，乘以温度修正系数后：7000.97=679290A 合格当双回路断开一回，流过另一回的最大电流为：2290=580A，仍小于允许载流量679A，合格LGJ400/50导线满足要求，查得其参数如下：r1=0.107/km, x1=0.385/km, QCL=3。35Mvar/100km水电厂清泉变（LGJ150双回线）：LGJ185钢芯铝绞线允许载流量为515A，乘以温度修正系数后：4450.97=431.65A153A 合格当双回路断开一回，流过另一回的最大电流为：2153=306A，仍小于允许载流量431.65A，合格LGJ185/25导线满足要求，查得其参数如下：r1=0.17/km, x1=0./km, QCL=3.3Mvar/100km水电厂大系统（LGJ300单回线）：LGJ300钢芯铝绞线允许载流量为700A，乘以温度修正系数后：7000.97=679A354A 合格LGJ300/50导线满足要求，查得其参数如下：r1=0.107/km, x1=0.382/km, QCL=3.48Mvar/100km3.23地区电网接线方案一的潮流计算仅进行最大负荷时的潮流计算。水电厂至清泉（LGJ-185双回线）对于每回线R=0.107120=12.84()X=0.395120=47.4()每回线路上的功率损耗：P=3I2R=3173212.81.15MWQ=3I2X=3173247.44.26Mvar每回线路上的冲电功率：Qc=3.351.2=4.02Mvar分到线路两端：Q=124.02=2.01Mvar图3-1水电厂至清泉潮流分布图水电厂至清泉首端的功为率：S=27.7+j13.4-j2.01=27.7+j11.4MA水电厂的出口电压设为120kV，则每回线路上的电压损耗为：U=PR+QXU=27.712.84+11.447.4120=7.512kV所以合格。水电厂至大系统（LGJ-300双回线）对于每回线R=0.107150=16.05()X=0.395150=47.3()每回线路上的功率损耗为：P=3I2R=3320216.054.93MWQ=3I2X=3320257.317.6Mvar每回线路上的冲电功为率：Qc=3.481.5=5.22Mvar分至线路两端，各位：Q=125.22=2.61Mvar图3-2水电厂至大系统潮流分布水电厂至大系统的首端功为率S=60+j9-j2.6=60+j6.4MA水电厂的出口电压设为120kV，则每回线路上的电压损耗为:U=PR+QXU=6016.05+57.36.4120=7.412kV所以合格。新建火电厂至石岗（LGJ-185双回线）对于每回线R=0.10760=6.42()X=0.39560=23.7()每回线路上的功率损耗：P=3I2R=321026.420.8MWQ=3I2X=3210223.73.14Mvar每回线路上的冲电功率：Qc=3.350.6=2.01Mvar分到线路两端：Q=122.01=1.005Mvar图3-3火电厂至石岗的潮流分布火电厂至石岗的首端的功率为：S=17.5+j9-j1=17.5+j8MA新建火电厂的出口电压设为120kV，则每回线路上的电压损耗为:U=PR+QXU=17.56.45+823.7120=2.512kV所以合格。新建火电厂至大系统（LGJ-300双回线）对于每回线R=0.10790=9.63()X=0.39590=35.6()每回线路上的功率损耗：P=3I2R=340029.634.62MWQ=3I2X=3400235.617.08Mvar每回线路上的冲电功率：Qc=3.350.9=3.02Mvar分到线路两端：Q=123.02=1.51Mvar图3-4新建火电厂至大系统新建火电厂至大系统的首端功为率S=73+j9-j1.51=73+j7.49MA新建火电厂的出口电压设为120kV，则每回线路上的电压损耗为:U=PR+QXU=739.63+7.4935.6120=8.08305A 合格当环网中水电厂大系统回路断开时，流过本线路的最大电流为：305+354=659A ，仍小于允许载流量679A ，合格LGJ-300/50导线满足要求。水电厂大系统（LGJ300单回线）LGJ-300/50钢芯铝绞线允许载流量为700A，乘以温度修正系数后为：7000.97=679354A 合格当环网中水电厂清泉变回路断开时流过本线路的最大电流为：305+354=659A，仍小于允许载流量679A，合格LGJ-300/50导线满足要求。大系统清泉变（LGJ300单回线）大系统清泉变正常运行是功率很小，但考虑到当环网其他某一回路断开时，流过本线路的电流大 ，因此仍选为LGJ300导线。3.3.4 地区电网接线方案2的潮流计算仅进行最大负荷时的潮流计算。火电厂石岗变（LGJ185双回线）由于火电厂至石岗变负荷及线路情况与方案1相同，计算从略。石岗变110kV母线的电压损耗为：U=PR+QXU=17.56.45+823.7120=2.512kV火电厂大系统（LGJ300双回线）由于火电厂至大系统负荷及线路情况与方案1相同，计算从略。大系统110kV母线的电压损耗为：U=PR+QXU=739.63+7.4935.6120=8.0812kV水电厂大系统初步选择时环网的3变均选了LGJ300钢芯铝绞线，现按均一环形电网来计算环网的潮流分布，校验初选的LGJ300钢芯铝绞线是否合适，水电厂至大系统潮流计算Sa=-118.8+j39125+（50+j20）30100+95+30=-60-j19即水电厂大系统单回路线路功率为：S1=Sa=60+j19（MVA）S30=602+192=63(MVA)Ig=S303UN=633110=330（A）Tmax=4000h ，查软导线经济电流密度图，得J=1.28A/mm2 ，则其经济截面为：SJ=IgJ=3301.28=258(mm2)可仍选截面为300mm2的导线，即选取LGJ300/50钢芯铝绞线是合适的。R=0.107150=16.05， X=0.382150=57.3线路上的功率损耗：P=3I2R=3330216.5=5.4(MW)Q=3I2Q=3330257.3=18.7(Mvar)线路上产生的充电功率为：Qc=QCLL=3.481.5=5.22（Mvar）折算到线路两端：QC=12QC=125.22=2.61(Mvar)由水电厂送往大系统的功率为：S水大=S1=60+j19（MVA）S4=60+j19+j1.74-（3.5+j12.5）=56.5+j8.24（MVA）已算出大系统110kV母线处电压为110kV，线路上的电压降落为：U=PR+QXU4=56.510.7+8.2438.2120=8.4(kV)可算出水电厂出口110kV母线电压为：U水=110+8.4=118.4kV所以合格。水电厂清泉变（LGJ300）由水电厂至清泉变采用单回线：S1=118.8+j39-（60+j19）=58.8+j20（MVA）S30=58.82+202=62(MVA)Ig=S303UN=623110=326(A)Tmax=5000h ，查软导线经济电流密度图，得J=1.1A/mm2 ，其经济截面为：SJ=IgJ=3261.1=296(mm2)仍可选截面为300mm2的导线，即选取LGJ300/50钢芯铝绞线是合适的。R=0.107100=10.7， X=0.382100=38.2线路上的功率损耗为：P=3I2R=3326210.7=3.2(MW)Q=3I2Q=3326238.2=12.2(Mvar)线路上产生的充电功率为：Qc=QCLL=3.480.95=3.3（Mvar）折算到线路两端：Qc=12QC=123.3=1.65(Mvar)水电厂清泉变线首端： S1=58.8+j20（MVA）S3=58.8+j20+j1.65=58.8+j21.6（MVA）已算出水电厂出口电压为120kV，线路上的电压降落：U=PR+QXU1=58.810+21.636.3120=11.6(kV)清泉变110kV母线电压为：U=120-11.6=108.4（kV）稍低，但仍在变压器分接头范围之内。因为开始时暂设火电厂的出口电压为120kV，导致清泉变110kV母线电压稍低。只要开始时暂设火电厂的出口电压为121kV各节点电压均可在110/11kV降压变压器分接头的调节范围之内，就完全可满足10kV母线的调压要求。因此本方案可行22。大系统清泉变水电厂清泉变线路末端：S6=58.8+j20+j16.5-（3.2+j11.5）=55.6+j10(MVA)大系统清泉变线路末端：S=(50+j20)-（55.6+j10）=-5.6+j10(MVA)S30=5.62+102=11.5(MVA)Ig=S303UN=11.53110=60(A)已选取LGJ300/50钢芯铝绞线：R=0.107130=14， X=0.382130=50线路上的功率损耗：P=3I2R=360214=0.15(MW)Q=3I2X=360250=0.54(Mvar)图3-5水电厂至清泉变潮流分布图3-6火电厂至大系统3.3.5 地区电网接线方案2的总投资和年运行费1、方案2线路的电能损耗(1)火电厂石岗变与方案1相同，全年电能损耗：(2)火电厂大系统。与方案1相同，全年电能损耗：(3)水电厂清泉变：查表得： 则全年电能损耗：(4)水电厂大系统查表得： 则全年电能损耗：(5)大系统清泉变线路上的功率损耗： 查表得： 则全年电能损耗：2方案2的全年总电能损耗（仅限于线路损耗）：方案2线路投资火电厂石岗变：LGJ185/30双回110kV线路60km。火电厂大系统：LGJ300/50双回110kV线路90km。水电厂清泉变：LGJ300/30单回110kV线路100km。水电厂大系统：LGJ300/50单回110kV线路150km。大系统清泉变：LGJ300/50单回110kV线路130km。3方案2线路总投资：2（18.560+3090）0.9+30（100+150+130）=18258（万元）4方案2变电所投资认为方案2与方案1的变电所投资和发电厂投资均相同，设为 。方案2工程总投资方案2年运行费用四、 通过技术经济比较确定最佳方案两个设计方案在技术上都可行，通过经济性能比较，最终确定最佳方案。在本设计中，方案1的工程投资小于方案2的工程投资：而方案1的年运行费用也小于方案2的年运行费用：由19502438年从经济节能角度出发，8年以上运行选方案二，否则选方案一结论在高速发展的现代化社会中，电力工业在国民经济中的作用以为人所知：它不仅是全面地影响国民经济其它部门的发展，同时也极大地影响人民的物质与文化水平的提高，影响整个社会的进步。而本课题为地区电网规划， 设计工作是工作工程建设的关键环节。做好设计环节工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的安全运行可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性作用。设计是工程建设的灵魂。在发、变工程设计的各阶段中，电气专业自始至终是主体专业，设计工作中，电气专业更是起主导作用。而电网损耗与压降是设计的主要部分，也是构成电力系统的主要环节，电力网络的确定