10kV配电网电磁环网运行分析.doc

1 引引 言言 电能从被发明之日起就开始与人们的生活 工作密切相关 电力是一个关系到 国计民生的基础经济 电力工业的迅速发展 对电力网的规划设计提出了更高的要 求 要科学的驾驭电力 必须从电力工程的设计原则和方法上来理解和掌握电力网 设计的精髓 提高电力系统的安全可靠性和运行效率 不仅要让初期的投资最少 投产后能长期地安全可靠运行 还要在以后的正常运行中 能够采取有效措施降低 损耗 提高能源的利用效率 从而达到降低生产成本 提高经济效益的目的 电力系统一个新的更高的电压等级问世的早期 网络在结构上不可能做到非常 坚强 而是一步步完善 加强并日臻合理的 在这个完善 强化的过程中 为了获 取大的网络传输功率 以合理利用廉价资源 满足用户对最大用电的要求等 电力 系统大多出现一个或多个电磁环网运行 在电力系统的实际运行中 并非排斥一切 电磁环网运行方式 相反 在有些情况下 也许在一段时间内在充分利用资源 提 高输电可靠性 降低输电损失等方面电磁环网运行比开环运行更利大于弊 因此 我们必须对电磁环网运行做深入的研究 掌握电磁环网的运行方式 可以通过本次 毕业设计 计达到对电磁环网运行的研究 本次设计主要是对 10kV 配电网电磁环网运行的分析 具体内容包括 了解电 力系统电磁环网运行原因 条件及特点 了解配电网的结构特点 分析给定配电网 开环运行潮流分布特征 并计算合环后潮流分布 电磁环网合环前后导线载流量的 分析 电磁环网合环前后断路器的安全分析 电磁环网开环运行与合环运行的功率 损耗比较 2 第一章第一章 电磁环网的概述电磁环网的概述与配电网的结构特点与配电网的结构特点 1 1 电磁环网的概述 1 1 1 电磁环网的概念 电磁环网 亦称高低压电磁环网 是指两组不同电压等级的线路通过两端变压 器磁回路的联接而并联运行 两组不同电压等级的线路并联运行时 由于高压线路输送容量远大于低压线路 当高压线路跳闸后 潮流转移到低压线路中 容易导致低压线路过载或稳定破坏 此外 由于两端变压器还要承担调压 当两端变压器变比不一致时 根据变压器并 联运行的原理可以知道 此时将会在变压器间产生环流 这种环流很难控制 对系 统稳定威胁很大 因此 在电力系统运行中 对电磁环网运行往往比较忌讳 据统计 我国 1970 1990 年共发生与电网结构相关的功角和电压稳定破坏事故 187 次 其中与高 低压网络结构有关的事故达 55 次 占 20 2 国外与电磁环网相关的大停电事故 也屡见不鲜 如 1996 年 7 月 2 日美国西部电力系统大停电事故 当 PACI 三回 500 kV 交流 断开后 大量潮流涌向东部 345 230 kV 网络 导致电压稳定破坏 WSCC 解列为 5 个孤岛 200 多万个用户停电 损失负荷 10576 MW 最长停电时间达 6 4 h 同年 8 月 10 日 该电力系统同类性质的事故再度发生 停电用户 损失负荷 停电时间都远远超过 7 月 2 日事故 因此 人们往往 谈环色变 只要可能 电 磁环网均采取开环方式运行 1 1 2 电磁环网运行的原因 电力系统一个新的更高的电压等级问世的早期 网络在结构上不可能做到非常 坚强 而是一步步完善 加强并日臻合理的 在这个完善 强化的过程中 为了获 取大的网络传输功率 以合理利用廉价资源 满足用户对最大用电的要求等 电力 系统大多出现一个或多个电磁环网运行 出现电磁环网运行的主要原因有以下几点 1 电网间统一管理制度的不完 善 2 初期规划设计的整体思路 3 电网非正常运行时的过度期 4 区域 电网运行的供电需要 例如 由于电力系统发展 传输的负荷迅速增大 某一地区 必须增建更高电压等级的输电线路 于是在新电网中原来较低电压等级的电网降格 为次输电电网或配电网 然而在新旧交替的初期 高低电压的输电线路又不可避免 3 的沿统一路径传输电能 甚至由于地区发展对电能的更多需求 还要沿此路径增建 更多的低压输电线路 随着电网构造与运行方式的不断复杂化 对于分别或分级的 联网系统不可避免的回出现不同电压电网的并列运行情况 也就是不可避免的出现 了高低压电磁环网运行 高低压电磁环网运行是电网发展过程中的一种过渡运行方式 电网稳定导则明 确指出应尽量避免电磁环网运行方式的出现 目前 随着网架结构的逐步完善 我 国电网以电磁环网运行的方式正在逐渐减少 但随着电力系统微机化 通信自动化 技术水平及重要用户对供电可靠性要求的提高 在一些电力网架不尽完善 改善网 架结构投资较高 且容载比低的地区采用电磁环网运行仍是有必要的 出现高低压 电磁环网主要是高压输电线路初期运行时比较薄弱 不得不与低压线路并联运行来 提高可靠性 1 1 3 电磁环网运行的条件 在电力系统的实际运行中 并非排斥一切电磁环网运行方式 相反 在有些情 况下 也许在一段时间内在充分利用资源 提高输电可靠性 降低输电损失等方面 电磁环网运行比开环运行更利大于弊 电磁环网运行 必须慎之又慎 并坚持以下原则 a 在事故情况下 环网中任一元件 主要是高压元件 断开 即便发生功率转 移 也不至造成稳定破坏 b 电磁环网运行时 继电保护配置 整定配合好 安全稳定措施实施简单可靠 c 电磁环网运行后 受端电压水平应基本不受影响 d 电磁环网运行 任一母线短路容量的提高 不应造成开关遮断困难 e 电磁环网运行 输电损失不应明显增加 如果满足以上五条原则 电磁环网运行是可以接受的 但是 必须指出 智 者千虑 必有一失 大量的事故并不完全在人们的预想之中 因此 电力系统在 采用电磁环网运行方式时 应有防止事故联锁发生 造成大的功率转移 可能引起 稳定破坏 或引起保护错误动作的可靠措施 在电网运行中 有条件时 应尽可能避免电磁环网运行 万不得已 应尽最大 努力满足电磁环网运行的条件 1 1 4 电磁环网运行的特点 电磁环网是不同电压等级运行的线路 通过变压器电磁回路的联接而构成的环 4 路 一般情况中 往往在高一级电压线路投入运行初期 由于高一级电压网络尚未 形成或网络尚不坚强 需要保证输电能力或为保重要负荷而又不得不电磁环网运行 因此电磁环网运行具有以下特点 1 易造成系统热稳定破坏 如果在主要的受端负荷中心 用高低呀电磁环网 供电而又带重负荷时 当高一级电压线路断开后 所有原来带的全部负荷将通过低一级 电压线路 虽然可能不止一回 送出 容易出现超过导线热稳定电流的问题 2 易造成系统动稳定破坏 正常情况下 两侧系统间的联络阻抗将略小于高压 线路的阻抗 而一旦高压线路因故障断开 系统间的联络阻抗将突然显著地增大 突变为两端变压器阻抗与低压线路阻抗之和 而线路阻抗的标么值又与运行电压的平 方成正比 因而极易超过该联络线的暂态稳定极限 可能发生系统振荡 3 不利于经济运行 500kV 与 220kV 线路的自然功率值相差极大 同时 500kV 线路的电阻值 多为 4 400 平方毫米导线 也远小于 220kV 线路 多为 2 240 或 1 400 平方毫米导线 的电阻值 在 500 220kV 环网运行 情况下 许多系统潮流分配难于达到最经济 4 需要装设高压线路因故障停运后联锁切机 切负荷等安全自动装置 但实 践说明 若安全自动装置本身拒动 误动将影响电网的安全运行 城镇 10kV 配电网在相位正确的情况下 通过环流及角差 压差分析设置环网 开关 实现不停电负荷转移 提高供电的可靠性 充分利用资源 降低输电损失 通过改造大多达到了 闭环结线 开环运行 的供电方式 达到 手拉手 配电环网运 行 把两条线路组成一条手拉手环网 对每条线路进行分段设置控制开关 线路的 连接点设置联络开关 利用设备的延时进行停电区间的负荷转换 当供电线路的某 一区发生故障时 配电系统具备自动隔离故障区段 自动恢复非故障区段的供电能 力 从而达到缩小停电范围和减少用户停电时间 提高对用户供电可靠性的目的 1 2 配电网的结构特点 1 2 1 配电网的概念 通常把电力系统中二次降压变电所低压侧直接或间接降压后向用户供电的网络 称为配电网 配电网由架空线路 电缆线路 柱上变压器 开闭所 开关站 配电站或室 含 5 箱式变电站 接户线等组成 在配电网改造中应积极采用新技术 新设备 新工艺 新材料 但应持慎重态 度 以确保电力系统的安全运行 1 2 2 配电网的分类 高压配电网 配电电压 1 千伏以上的部分称为高压配电网 其额定电压为 6 千 伏 10 千伏 35 千伏等 低压配电网 将配电电压不足 1 千伏的部分称为低压配电网 其额定电压为单 相 220 伏 三相 380 伏 从体系结构上分类 配电网还可分为放射状网 树状网 环状网 这几种接线 方式如图 1 1 所示 图a 环状网 6 图b 树状网 图c 放射状网 图 1 1 配电网的各种典型接线图 1 2 3 配电网运行的特点 配电网的运行有以下特点 深入城市中心和居民密集点 传输功率一般不大 供电容量 用户性质 供电质量和可靠性要求千差万别各不相同 中性点不接地 在发生单相接地时仍允许供电一段时间 1 2 4 环状配电网开环运行的必要性 环状配电网运行有很多可取之处 有一下几点可取之处 a 稳定易于控制 在开环网络中发生干扰 往往切除故障元件 再辅以有效的 事故处理手段 即可平息事态发展 在环网中如果发生故障 不少情况下切除故障 元件后 将引起功率转移 使非故障元件功率越限而导致稳定破坏 b 潮流控制方便 开环运行时 调整送端电源的有功 或功角 和无功 或电 压 即能达到调整潮流的目的 合环时 潮流在环网内自然分布 控制困难 往往 发生环网元件通过功率有的满载甚至过载 有的闲置 c 限制短路容量 环网开环运行 是限制短路容量的重要手段 合环运行 因 综合阻抗往往较小 短路容量比较大 短路容量大的母线 是那些出线较多 并且 7 电源出线集中的母线 这些母线发生故障 往往是触发电力系统大事故的元凶 d 简化继电保护和安全自动装置 环网的继电保护和稳定措施配置比非环网要 复杂得多 配合的难度较大 保护和安全自动装置的复杂化和不配合 一般是事故 直接或扩大的原因 e 在某些环网中 因为开环运行不存在环流问题 可能输电损失比合环运行时 要小 从而可提高输电效率 8 第二章 电磁环网开环运行与合环运行的潮流分析 电力系统的的潮流计算是针对具体的电力网络结构 根据给定的负荷功率和电 源母线电压 计算网络中各节点的电压和各支路中的功率及功率损耗 在电力系统的设计和运行中都要用到潮流计算的结果 例如电力网规划设计时 要根据潮流计算的结果选择导线截面和电气设备 确定电力网主接线方案 计算网 络的电能损耗和运行费用 进行方案的经济比较 电力系统运行时 要根据潮流计 算的结果制定检修计划 校验电能质量 采取调频和调压措施 确定最佳运行方案 因此 潮流计算是电力系统基本计算中很主要的一部分 潮流计算通常按以下几个步骤进行 内容如下 1 按精确计算法计算网络元件参数 2 作出等值电路图 3 进行潮流计算 因此 在对给定配电网进行潮流计算前 先根据给定配电网网络参数及接线图 如图 2 1 所示 计算出网络中的元件参数并作等值电路 江庄变东郊变 110 38 5 10 5 Ud 10 3 Ud 18 08 Ud 6 67 8MVA Ud 7 5 QS1QS2QS0 31 5MVA 35 10 5 SA 1500 j735kVASB 2000 j978kVA 江街变 3 07kM东街变 1 85kM 10 5kV 35kV 江东线LGJ 150 20 5 33kM 38 5kV 10 5kV 110kV 图 2 1 10kV 配电网网络接线及参数图 9 2 1 计算网络元件参数并作等值电路 2 1 1 导线型号的选取及校验 对于不同地方的送电线路来说 起控制作用的技术条件往往不同 例如超高压 输电线路主要考虑电晕放电 无线电干扰和噪音的程度 1 10kV 的线路主要考虑电 压损耗 大跨越的导线主要考虑机械强度和长期允许载流量 因此对于不同地方的送电线路 导线截面有不同的选择方法 通常有以下几种 35kV 及以下电压等级的送电线路 这类线路首先应按经济电流密度选择导 线截面 再按电晕条件 允许载流量 机械强度等条件校验 10kV 及以下电压等级的送电线路 这类线路往往是按允许电压损耗选择导 线截面 再按允许载流量 机械强度等条件校验 进行潮流计算 低压配电线路 这类线路由于线路较短 电压损耗也较小 导线截面主要按允许载流量条件选取 因为给定配电网为 10kV 电压等级的送电线路 所以应按允许电压损耗选择导 线截面积 并且按开环运行时的电压损耗选取 另外 由于所选线路为 35kV 以下的 架空线路 应该忽略线路的导纳 只考虑线路阻抗即可 1 江街线的选取 已知 kmL07 3 kmmm 5 31 2 0 4 m几何均距为 3 1 max max 0 4 978 103 07 1 12 10 5 10 5 0 5 0 50 120 38 n iii i x N N rx XQ L UkV U UUkV UUUkV 3 2 31 5 2000 103 07 50 89 0 38 10 ii rN PL mm U U S 所以选取LJ 70型号的导线 0 45 0 268 0 450 268 3 071 3820 878 km xkm Zjj 11 查表 r 2 东街线的选取 已知 1 85Lkm 2 31 5 0 4 mmkmm 几何均距为 10 3 1 max max 3 2 0 4 735 101 85 0 054 10 5 10 5 0 5 0 50 0540 446 31 5 1500 101 85 19 60 0 446 10 n iii i x N N rx ii rN XQ L UkV U UUkV UUUkV PL mm U U S 所以选取LJ 25型号的导线 1 28 0 319 1 280 319 1 852 3680 59 km xkm Zjj 11 查表 r 3 江街线和东街线的校验 a 按机械强度条件校验导线截面积 为保证架空线路具有必要的机械强度 对于跨越铁路 公路 通信线路以及 居民区的电力线路 其导线截面积不得小于 35 通过其他地区的允许最小截 2 mm 面积为 35kV 及以上线路 25 35kV 以下线路 16 线路显然符合要求 2 mm 2 mm b 按允许截流量条件校验导线截面积 发热校验 说明 正常情况下导线的最高的工作温度取 70 呼和浩特市最热月最高温度平均值为 30 修正系数 根据 电气工程专业毕业设计指南电力系统分册 78 P 表 可得15 0 94K 查允许载流量 江街线 LJ 70 2910 94 291273 54 N IKA 东街线 LJ 25 1510 94 151141 94 N IKA 江街线 的校验 LJ 70 max 22 1 05 3 2000978 1 05 3 10 134 963 B g N S I U A max 273 54 gN II A 所以线路符合要求 东街线 的校验 LJ 25 11 max 22 1 05 3 1500735 1 05 3 10 101 262 A g N S I U A max 141 94 gN II A 所以线路符合要求 4 江东线阻抗值的计算 已知导线型号为 LJ 150 20 L 5 33km 0 210 0 387 km xkm 11 查表 r 0 2100 387 5 331 1192 063 Zjj 2 1 2 变压器型号的选取 由于给定配电网的变压器容量较小 励磁损耗很小 可以忽略其导纳 只考虑 变压器的阻抗 1 双绕组变压器的选取 已知变压器容量为 8MW 根据已知条件选 7 5 s u 取变压器型号为 查表 1 8000SFL 57 S PKW 将该双绕组变压器阻抗参数全部归算到高压侧 22 33 22 33 57 35 10101 091 8000 7 5 35 101011 484 100100 8000 1 09111 484 SN T N SN T N PU R S UU X S Zj 2 三绕组变压器的选取 已知变压器容量为 31 5MW 1 2 1 3 2 3 10 3 18 08 6 67 s s s u u u 根据已知条件选取变压器型号为 查表得 1 31500SFSLZ 1 2 1 3 2 3 229 212 181 6 S S S PkW PkW PkW 12 1 1 2 1 2 2 3 2 1 2 2 3 1 3 3 1 3 2 3 1 2 11 229212 181 6 129 7 22 11 229 181 6212 99 3 22 11 212 181 6229 82 3 22 SSSS SSSS SSSS PPPPkW PPPPkW PPPPkW 22 33 1 1 22 22 33 2 2 22 22 33 3 3 22 129 7 38 5 10100 194 31500 99 3 38 5 10100 148 31500 82 3 38 5 10100 123 31500 SN T N SN T N SN T N P U R S P U R S P U R S 1 1 2 1 3 2 3 11 10 3 18 086 67 10 855 22 SSSS uuuu 2 1 2 2 3 1 3 3 1 3 2 3 1 2 11 10 36 67 18 08 0 22 11 18 086 67 10 3 7 225 22 SSSS SSSS uuuu uuuu 该变压器的阻抗全部归算到中压侧 35kV 22 33 1 1 2 3 2 2 10 885 38 5 10105 108 100100 31500 100 100 SN T N SN T N UU X S UU X S 22 33 3 3 1 2 3 7 225 38 5 10103 4 100100 31500 0 1945 108 0 148 0 1233 4 SN T N T T T UU X S Zj Z Zj 2 1 3 给定配电网等值电路图的绘制 根据计算出的网络参数 分别作出给定配电网开环运行和合环运行的等 值电路图 合环运行时 其等值电路图如图 2 2 和图 2 3 所示 0AB SSS 13 图 2 2 开环运行等值网络图 图 2 3 合环运行等值网络图 14 2 2 电磁环网开环运行潮流分析 1 用线路额定电压代替各点实际运行电压 有末端向首端逐段计算功率分布 计 算过程如下 末端的功率 假定各点的电压为额1500735 A SjkVA 2000978 B SjkVA 定电压保持不变 图 2 4 等值功率图 江街线路上的功率损耗为 22 777 2 22 3 2 2000978 101 3820 878 10 68 49943 518 BB N PQ SRjX V j jkVA 流入江街线路的功率为 77 68 49943 5182000978 2068 4991021 518 B SSS jj jkVA 三绕组变压器低压侧的功率损耗为 1 22 77 666 1 22 3 2 35 2068 4991021 518 100 1233 4 35 0 53414 772 N N VkV PQ SRjX V j jkVA 流入三绕组变压器低压侧的功率为 667 0 53414 7722068 4991021 518 2069 0331036 29 SSS jj jkVA 15 图 2 5 等值功率图 东街线路上的功率损耗为 22 555 2 22 3 2 1500735 102 3680 59 10 66 07316 462 AA N PQ SRjX V j jkVA 流入东街线路的功率为 55 66 07316 462 1500735 1566 073751 462 A SSSjj jkVA 双绕组变压器上的功率损耗为 1 22 55 444 1 22 3 2 35 1566 073751 462 101 09111 484 35 2 68728 286 N N VkV PQ SRjX V j jkVA 流入双绕组变压器的功率为 445 2 68728 286 1566 073751 462 1568 76779 748 SSSjj jkVA 江东线路上的功率损耗为 22 44 333 2 1 22 3 2 1568 76779 748 101 1192 063 35 2 8035 168 N PQ SRjX V j jkVA 流入江东线路的功率为 334 2 8035 168 1568 76779 748 1571 563784 916 SSSjj jkVA 三绕组变压器中压绕组的功率损耗为 22 33 222 2 1 22 3 2 1571 563784 916 100 148 35 0 373 N PQ SRjX V kVA 流入三绕组变压器中压绕组的功率为 223 0 373 1571 563784 916 1571 936784 916 SSSj jkVA 16 图 2 6 等值功率图 流出三绕组变压器高压绕组的功率为 126 1571 936784 9162069 0331036 29 3640 9691821 206 SSS jj jkVA 三绕组变压器高压绕组的功率损耗为 22 11 011 2 1 22 3 2 3640 9691821 206 100 1945 108 35 2 62569 108 N PQ SRjX V jkVA 系统流入的功率为 001 2 62569 1083640 9691821 206 3643 5941890 314 SSS jj jkVA 2 根据给定的系统首端电源电压和计算所得的功率分布计算各点的电压 该配 电网属于 35KV 以下电力网 由于电压低 线路短 故不计变压器和线路的横向电 压分量 电压计算过程如下 V 首端的电压为 110KV 计算时选择三绕组变压器的额定变比为 110 38 5 10 5 选择双绕组变压器的额定变比为 35 10 5 图 2 7 等值电压图 系统输入的功率为 0 3643 5941890 314SjkVA 17 1 经变压器变比k降低后的电压 0 1 110 38 5VkV K 三绕组变压器高压绕组的损耗 0111 1 0 3 3643 594 0 194 1890 314 5 108 0 269 38 5 10 P RQ X V V kV 三绕组变压器高压绕组输出的电压 101 38 50 26938 231VVVkV 图 2 8 等值电压图 三绕组变压器中压绕组的电压损耗 2222 2 1 3 1571 936 0 148 0 006 38 231 10 P RQ X V V kV 江东线路首端的电压 312 38 231 0 00638 225VVVkV 江东线路上的电压损耗 3333 3 3 3 1571 563 1 119784 916 2 0627 0 088 38 225 10 PRQ X V V kV 江东线路末端的电压 433 38 2250 08838 137VVVkV 双绕组变压器的电压损耗 4444 4 4 3 1568 76 1 091 779 748 11 484 0 28 38 137 10 P RQ X V V kV 东街线路首端的电压 44 5 3 38 1370 28 11 35 35 10 5 VV VkV K 18 东街线路上的电压损耗 5555 5 5 3 1566 073 2 368751 462 0 59 0 366 11 35 10 PRQ X V V kV 东街线路末端的电压 55 11 350 36611 014 A VVVkV 图 2 9 等值电压图 三绕组变压器低压绕组的功率损耗 6666 6 1 3 2069 033 0 123 1036 29 3 4 0 099 38 231 10 P RQ X V V kV 江街线的首端电压 16 7 2 38 231 0 099 10 399 38 5 10 5 VV VkV K 江东线路上的电压损耗 7777 7 6 2068 499 1 3815 1021 518 0 878 0 361 10 399 P RQ X V V kV 江东线路末断的电压 67 10 3990 36110 038 B VVVkV 2 3 电磁环网合环运行潮流分析 2 3 1 计算电磁环网初步功率分布 1 供载功率的计算 19 2345 0 1 0 1 234567 350017130 148 1 1142 063 1 09111 4842 3680 59 0 148 1 1142 063 1 09111 4842 3680 59 1 3820 8780 1233 4 3896 713 26 08 SZZZZ ZS S ZZZZZZZ jjjj jjjjj 14 90471 533 6 22518 415 2987 711 25 87 2688 2851303 663 j jkVA 67 0 2 0 2 234567 350017131 3820 8780 1233 4 0 148 1 1142 063 1 09111 4842 3680 59 1 3820 8780 1233 4 3896 713 26 084 534870 624 6 22518 415 SZZ ZS S ZZZZZZZ jjj jjjjj j 3896 713 26 084 53570 624 19 43971 323 909 063 26 777 811 581409 55jkVA 验证 12 2688 2851303 663811 581409 55 35001713 SS jj jkVA 012 35001713SjkVASS 可见 计算结果正确 2 循环功率的计算 循环功率的计算是电磁环网潮流计算的重要部分 记为 AB NN ci UUUEU S ZZ 式中 为环路电势的共轭复数 E 电磁环网中的环路电势可根据等值电路空载状态下 任意处的开环电压来确定 应该注意的是 计算哪一电压等级侧的功率 开环点就应选在哪一电压等级 如下 图所示 20 图 2 10 环路电势图 已知系统首端电压为 110kV 假定循环功率为顺时针方向 则环路电势就等于 i 电处的开口电压 则环路电势可由下式计算 i U 1312 110 110 38 510 538 510 5 110110 1103511038 5 11 55 10 5 1 05 iiikkkk Euuukkkk kV AA AA 由此可得循环功率 1 05 10 6 22518 415 10 58 0 5402 71 3213 19 4385 71 3213 0 1730 5117 173511 7 N ci EU S j Z jMVA jkVA 3 网络中初步功率分布的计算 21 11 22 2688 2851303 663 173511 7 2515 285791 963 811 581409 550 173511 7 984 581921 250 ci ci SSSjj jkVA SSSjj jkVA 2 3 2 电磁环网的最终潮流分析 该电磁环网中的负荷点既是有功功率分点 也是无功功率分点 从负荷点将环 网拆开为开环运行的电力网 分别从两侧向供电点依次计算功率分布和功率损耗 初步功率分布中算得的和分别为线路的末端功率和 如下图所示 1 S 2 S B S A S 图 2 11 合环运行最终功率分布图 1 用线路额定电压代替各点实际运行电压 有末端向首端逐段计算功率分布 计算过程如下 末端的功率 假定984 581921 250 A SjkVA 2515 285791 963 B SjkVA 各点的电压为额定电压保持不变 图 2 12 等值功率图 22 江街线路上的功率损耗为 22 777 2 22 3 2 2515 285791 963 101 3820 878 10 96 06861 055 BB N PQ SRjX V j jkVA 流入江街线路的功率为 77 2515 285791 96396 06861 055 2611 353853 018 B SSSjj jkVA 三绕组变压器低压侧的功率损耗为 22 77 666 2 22 3 2 2611 353853 018 100 1233 4 35 0 75820 946 N PQ SRjX V j jkVA 流入三绕组变压器低压侧的功率为 676 2611 353853 0180 75820 946 2612 111873 964 SSSjj jkVA 图 2 13 等值功率图 东街线路上的功率损耗为 22 555 2 22 3 2 984 581921 25 102 3680 59 10 43 05310 727 AA N PQ SRjX V j jkVA 流入东街线路的功率为 55 984 581921 2543 05310 727 1027 634931 977 A SSSjj kVA 双绕组变压器上的功率损耗为 23 22 55 444 2 22 3 2 1027 634931 977 101 09111 484 35 1 71418 043 N PQ SRjX V j jkVA 流入双绕组变压器的功率为 454 1027 634931 977 1 71418 062 1029 348950 02 SSSj jkVA 江东线路上的功率损耗为 22 44 333 2 22 3 2 1029 348950 02 101 1192 063 35 1 7933 304 N PQ SRjX V j jkVA 流入江东线路的功率为 343 1029 348950 02 1 7933 304 1031 14953 323 SSSj jkVA 三绕组变压器中压绕组的功率损耗为 22 33 222 2 22 3 2 1031 140953 323 100 148 35 0 238 N PQ SRjX V kVA 流入三绕组变压器中压绕组的功率为 232 1031 14953 3230 238 1031 379953 323 SSSj jkVA 图 2 14 等值功率图 流出三绕组变压器高压绕组的功率为 126 1031 379953 3232612 111873 964 3643 4891827 287 SSSjj jkVA 三绕组变压器高压绕组的功率损耗为 24 22 11 011 2 N PQ SRjX V 22 3 2 3643 4891827 287 100 1945 108 35 j 2 62169 004jkVA 系统流入的功率为 011 3643 4891827 2872 62169 004 3646 1091896 291 SSSjjKVA jkVA 2 根据给定的系统首端电源电压和以上计算所得的功率分布计算各点的电压 该配电网属于 35kV 以下电力网 由于电压低 线路短 故不计变压器和线路的横 向电压分量 电压计算过程如下 V 首端的电压为 110kV 计算时选择三绕组变压器的额定变比为 110 38 5 10 5 选择双绕组变压器的额定变比为 35 10 5 图 2 15 等值电压图 系统输入的功率为 0 3646 1091896 291SjkVA 1 经变压器变比 k 降低后的电压 0 1 110110 38 5 11038 5 VkV K 三绕组变压器高压绕组的损耗 0101 0 0 3 3646 1089 0 194 1896 291 5 108 38 5 10 0 27 P RQ X V V kV 三绕组变压器高压绕组输出的电压 101 38 50 2738 23VVVkV 25 图 2 16 等值电压图 三绕组变压器中压绕组的电压损耗 2222 2 1 3 1031 388 0 148 38 23 10 0 004 P RQ X V V kV 江东线路首端的电压 312 38 230 00438 226VVVkV 江东线路上的电压损耗 3333 3 3 3 1031 14 1 119953 323 2 063 38 226 10 0 0818 PRQ X V V kV 江东线路末端的电压 433 38 2260 081838 144VVVkV 双绕组变压器的电压损耗 4444 4 4 3 1029 348 1 091 950 02 11 484 38 144 10 0 316 P RQ X V V kV 东街线路首端的电压 44 5 3 38 1440 316 11 35 3510 5 VV VkV K 东街线路上的电压损耗 5555 5 4 3 1027 634 2 368931 977 0 59 11 33 10 0 263 PRQ X V V kV 东街线路末端的电压 26 55 11 350 26311 087 A VVVkV 图 2 17 等值电压图 三绕组变压器低压绕组的功率损耗 6666 6 1 3 2612 111 0 123873 964 3 4 38 23 10 0 086 P RQ X V V kV 江街线的首端电压 16 7 2 38 230 086 10 403 38 510 5 VV VkV K 江东线路上的电压损耗 7777 7 7 3 2611 326 1 382853 018 0 878 10 403 10 0 419 P RQ X V V kV 江东线路末断的电压 77 10 4030 4199 98 B VVVkV 27 第三章第三章 电磁环网合环前后运行特性的分析电磁环网合环前后运行特性的分析 3 1 电磁环网合环前后导线的载流量分析 任何载流导线自身都存在有功损耗 其有功损耗将变为热能 使导线温度升高 从而使导线不能满足热稳定性 因此 通过导线的最大电流不允许超过其长期允许 载流量 这是线路传输容量的一个绝对限制条件 实际运行时 为了充分发挥线路的传输能力 往往根据环境温度 电压水平等 条件 精确的计算出线路的最大运行电流 冬季可以传输更大的电流 下面对电磁环网合环前后导线的载流量分别进行讨论 3 1 1 合环前导线载流量的分析 给定配电网开环运行时 高低压电磁环网连接的是分开的两侧系统 当高压线 路断开或过负荷时 随之发生振荡 以系统解列和甩掉大量负荷而结束 不会对低 一级电压线路形成长期带过负荷的局面 这样可以保护低一级的电压线路 从而使 10KV 线路的导线没有超过其载流量 如图 5 1 所示 28 D C B A S 35kV 10kV10kV 图 3 1 系统开环运行图 3 1 2 合环后导线载流量的分析 给定配电网合环运行时 在负荷中心用高低压电磁环网供电 此时 当 35kV 线 路断开 或者给 35kV 线路施加一大小为 S 的负荷时 如图 5 2 所示 35kV 线路所 带的负荷将通过 10kV 线路长期送出 很可能出现超过 10kV 线路导线载流量的情况 导线会因过热而拉长 造成坠地短路 或者导线因退火而报废 D C B A S 35kV 10kV10kV 图 3 2 系统合环运行图 3 2 电磁环网合环前后断路器安全性分析 断路器是电力网中最重要的开关设备 它除了要在正常情况下根据运行需要开 29 断和关合负载电流外 还必须能在电力系统发生短路故障时开断高达数十千安的短 路电流 也就是在正常运行和短路运行状态时 断路器都必须安全可靠的运行 因此 为了保证断路器安全可靠的运行 必须正确的选择断路器 选择的一般 程序是 先按正常工作条件选择出断路器 然后再按短路条件对断路器进行校验 由于给定配电网开环运行和合环运行时 它们的短路条件不同 因此 要按开 环和合环的短路条件 对断路器分别进行校验 3 2 1 短路电流的计算 1 短路点的选取和参数的归算 1 短路点的选取 根据给定配电网的结构特点 选择两点做为短路计算的短路点 这两点的位置为 d 1 点在三绕组变压器的低压母线上 d 2 点在双绕组变压器的低压母线上 2 参数的归算 由于短路点选在 10kV 配电线路上 为了直接说明问题 本计算 采用有名值计算 所有参数全部归算到额定电压为 10 5kV 的电压等级 即 10 5 B UkV 因为计算江街线路 LJ 70 和东街线路 LJ 25 的参数时 就是在 10 5kV 的电 压等级进行的 这几个元件的参数实际上已经归算过了 所以下面只需对三绕组变 压器 双绕组变压器SFL 和江东线路 LGJ 150 20 进行 1 31500SFSLZ 1 8000SFL 参数归算即可 三绕组变压器 1 31500SFSLZ 22 33 1 1 2 3 2 2 22 33 3 3 10 885 10 5 10100 38 100100 31500 100 100 7 225 10 5 10100 253 100100 31500 SB T N SB T N SB T N UU X S UU X S UU X S 双绕组变压器SFL 1 8000SFL 22 33 7 5 10 5 10101 034 100100 8000 SB T N UU X S 江东线路 LGJ 150 20 22 1 3 110 5 0 387 5 33 0 186 35 L Xxl k 2 开环运行的短路电流计算 30 由于该系统可认为是无限大功率电源系统 由无限大容量电源供给短路电流 可以认为短路电流周期分量不衰减 即 II 三相短路电流可按下式计算求得 3 1 22 3 U I RX 短路点的额定电压 U 电源到短路点的总电阻 总电抗 R X 短路电流冲击值可由下式求得 3 2 2 55 ch iI 短路全电流最大有效值可由下式求得 3 3 1 51 ch II 图 3 3 系统开环等值电路图 1 d 1 点短路电流的计算 图 3 4 d 1 点等值电路图 短路电流周期分量的有效值 31 13 3 10 5 6 498 3 0 30 380 253 N mTT U II XXX k A 短路电流的冲击值 2 552 55 6 49816 57 Ik A ch i 短路全电流最大有效值 1 511 51 6 4989 812 IIk A ch 2 d 2 点短路电流的计算 图 3 5 d 2 点等值电路图 短路电流周期分量的有效值 121 3 10 5 3 191 3 0 30 380 168 1 034 N mTTLT U II XXXXX k A 短路电流的冲击值 2 552 55 3 1918 137 Ik A ch i 短路全电流最大有效值 1 511 51 3 1914 818 IIk A ch 表 3 1 开环运行短路计算结果 短路点编号 短路电流周期 分量值 kA I 稳态短路电流 值 kA I 短路电流冲击 值 kA ch i 全电流最大有 效值 kA Ich d 1 点6 4986 49816 579 812 d 2 点3 1913 1918 1374 818 3 合环运行的短路电流计算 32 图 3 6 系统合环等值电路图 1 d 1 点短路电流的计算 图 3 7 d 1 点等值电路图 123 12123 1 3822 3683 75 0 168 1 0340 590 8782 67 LL TLTLL RRR XXXXXX 图 3 8 d 1 点等值电路图 33 113 2 113 3 752 67 0 2534 603 35 4510 253 90 3 752 67 0 2533 752 923 4 603 35 4510 253 90 4 755 37 935 0 245 87 516 0 0110 245 T T RjXX Z RjXX jj jjj j 2 2 0 011 0 245 R X 图 3 9 d 1 点等值电路图 2 12 0 011 0 30 380 2450 925 mT RR XXXX 短路电流周期分量的有效值 22 22 3 10 5 7 134 3 0 0110 925 N U II RX k A 短路电流的冲击值 2 552 55 7 13418 192 Ik A ch i 短路全电流最大有效值 1 511 51 7 13410 772 IIk A ch 2 d 2 点短路电流的计算 34 图 3 10 d 2 点等值电路图 123 1323 1 3822 3683 75 0 1680 590 8781 721 LL TLL RRR XXXX 图 3 11 d 2 点等值电路图 1121 2 113 2 2 3 751 721 1 2024 126 24 6521 202 90 3 751 721 1 2023 752 923 4 126 24 6521 202 90 4 755 37 935 1 043 76 717 0 241 015 0 24 1 015 TLT T RjXXXX Z RjXX jj jjj j R X 35 图 3 12 d 2 点等值电路图 2 12 0 24 0 30 38 1 0151 695 mT RR XXXX 短路电流周期分量的有效值 22 22 3 10 5 3 541 3 0 241 695 N U II RX k A 短路电流的冲击值 2 552 55 3 5419 03 Ik A ch i 短路全电流最大有效值 1 511 51 3 5415 347 IIk A ch 表 3 2 合环运行短路计算结果 短路点编号短路电流周期 分量值 kA I 稳态短路电流 值 kA I 短路电流冲击 值 kA ch i 全电流最大有 效值 kA Ich d 1 点7 1347 13418 19210 772 d 2 点3 5413 5419 035 347 3 2 2 断路器的选择 1 型式 由于是 10 千伏线路 所以选择少油断路器 2 额定电压选择为10 nN UUkV 3 额定电流的选择为 maxng II max 2222 1 05 3 20009781500735 1 05 3 10 236 226 AB g N SS I U A 36 选取断路器的型号为 1 10 SN 表 3 3 断路器的参数表 型号额定电 压 kV 额 定 电 流 A 额定断开电 流 kA 极限通过电流 kA 热稳定电流 kA 1 10 SN 1040011 652 30 1S 3 2 3 电磁环网开环运行时断路器的校验 1 开断电流 断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量 断路器的6 498I kA 额定开断电流 11 6 br I kA 所以 所选设备满足要求 I br I 2 动稳定 短路电流冲击值 断路器极限通过电流峰值 16 57 ch i kA max 52i kA 所以 所选设备满足要求 ch i max i 3 热稳定 断路器 t 秒热稳定电流 稳态三相短路电流30 t I kA1t s 6 498I kA 6 498 1 6 498 I I 根据 发电厂电气部分课程设计参考资料 图 可得 112 P15 0 8 z ts 22 0 050 80 05