电力系统课程设计.doc

2009年电力系统课程设计说明书课程设计说明书 课程名称： 电力系统课程设计 设计题目： 电网设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 目 录序 言1第一章 设计任务介绍2第二章 电力系统功率平衡32.1 系统有功功率平衡：32.2 系统无功功率平衡：32.3 功率平衡的结论：4第三章 电力系统规划方案选择53.1电力网络接线的初步拟定53.2初选合理方案的初步设计73.3 方案的比较和筛选93.3.1 技术比较的计算93.3.2 经济比较的计算9第四章 变电器的选择和计算134.1发电厂主接线的选择134.2变电所变压器和母线接线的选择15第五章 调压计算185.1 系统参数的计算185.2 系统的功率分布195.3电压损耗计算和抽头选择20第六章 电力系统主要经济指标256.1经济指标256.2 主要物资的统计2526序 言 现代的电力工业是国民经济极其重要的组成部分，它和国民经济其它部门有着密切的联系，因此我们在进行电力网络的设计时必须以保证其可靠为前提，然后再考虑其经济性，另外还应使设计的方案具有发展的余地，才能满足国民经济日益增长的需要。本设计的内容包括：校验电力系统功率平衡，决定系统的接线图，计算电力网络功率分布，变压器的抽头选择，计算电力网络的主要经济指标，绘制系统主结线图，编写设计说明书。通过设计能进一步巩固和运用电力网及电力系统新学到的知识，初步掌的握电力网络设计的一般原则和方法，学会查电力手册和资料，进一步培养独立思考和独立工作的能力，为以后的设计工作打好一个坚实的基础。第一章 原始资料分析根据课程设计任务书所提供的发电厂、变电站资料，本设计有电厂一个，装机容量为175MW；变电站4座，负荷最大的是3变电站40.0MW，负荷最轻的是1变电站26.0MW；供电距离一般为2030kM左右。详细资料见设计任务书。电力网地理位置图如下：变电站负荷合理性校验：变电站负荷PmaxTmax8760Pmin是否合理变电站1143000122640是变电站2187000157680是变电站3220000183960是变电站4185000166440是第二章 校验电力系统功率平衡2.1 系统有功功率平衡： 发电厂的总装机容量：PF=5*25+50=175MW 综合最大负荷：P=K1*K2*Pmax+P =1.05*0.9*(26+34+40+37)+20 =149.5MW 系统的备用容量：P备=PFP=175149.5=25.5MW P备/p =25.5/149.5*100% =17.1% 1015% 满足要求。 2.2 系统无功功率平衡： 发电机提供的无功负荷： QF=5*25*tg(arccos0.8)+50*tg(arccos0.85) =135.57Mvar 系统所需的无功功率： Q=K1*Qmax +k2*STN+Qb =0.9*(17.47+23.23+27.92+23.90)+0.2*(26+34+40+37)+13.44 =124.56Mvar Q备=QFQ=135.57124.56=11.01Mvar Q备/Q=11.01/124.56*100%=8.8%810% 满足要求。2.3 功率平衡的结论： 从以上的功率可知系统的有功和无功功率能满足要求，当发电机在最大负荷时，一台发生故障，还可以保证一、二类用户的供电，对三类负荷大部分仍能供电。在正常运行时，系统的有功功率备用为17.1%，无功功率备用为8.8%。第三章 电力网络结线的选择3.1网络结线初步方案的拟定网络结线方式的选择在很大程度上决定了系统运行的可靠性、经济性，是由负荷大小、地理位置、对可靠性的要求等因素决定的。就本电网而言，由于各个变电所带的一类负荷比例较大，所以可靠性要求较高，根据这些特点，从可靠性、经济性、灵活性及电能质量的方面着眼，拟定以下四个方案进行技术、经济性的初步比较。方案一方案二方案三方案四各方案比较结果：方案优点缺点等值线长开关组数方案一供电可靠，电压水平高。投资较大14016方案二供电可靠，电压水平高。继保复杂17512方案三供电可靠，电压水平高。继保复杂14714方案四供电可靠，电压水平高。继保复杂14016经过以上的各方案技术、经济的简单比较，选出1、4方案进行精选。3.2网络结线最佳方案的拟定在1、4方案选出最佳方案的过程中，需要进行技术和经济比较的内容：技术比较：比较正常和发生电压损耗最大的故障，因电压损耗是重要的指标之一，所以对于正常情况电压损失不应大于10%Ue，故障情况下不应大于15%Ue.经济比较： a、总投资K，包括线路造价和断路器投资。 b、年运行费用n，包括线路、断路器的折旧及维修费、线路年电能损耗费。 c、年计算费用Z，Z=n+K/P P为折旧年限，这里取 7年。 下面就进行各方案的功率分布计算，选出导线截面、电压校验、电能损耗、系统网络的总投资、年运行费用、年计算支出费用。1、 功率分布计算：对环网可用均一网计算，即按公式PI=(Pi*li)/l, QI=(Qi*li)/lPII=(Pi*li，)/l, QII=(Qi* li，)/l式中PI、QI 分别为第i负荷的有功及无功功率，li li， 分别为从第i个负荷点到供电点I、II的线路长度，l为线路总长度。2、 选择导线截面： 按经济电流密度S=I/j 选择导线的截面，I为流过线路的电流，j为经济电流密度，当最大利用小时数达到5000小时以上，钢芯铝铰线的j取0.9A/mm2。在电压等级为110KV的线路，为了避免电晕损耗，导线截面不得小于LGJ-70。3、 电压损耗：按U=(PR+QX)/U 公式计算，式中U取线路的额定电压，P、Q为流过线路的有功及无功功率。 4、电能损耗 每条线路按A=P*公式计算线路的电能损耗。 5、系统网络的总投资：K=KL+KF 式中KL为线路的总造价，KF为断路器的投资。6、年运行费用： N=K*8%+FA*C 式中FA为电能损耗费。7、年计算支出费用： Z=N+K/P3.3 网络结线技术经济比较计算以方案一为例介绍技术经济计算方法：1、功率分布：A1：26j17.47；A2：34j23.73； A3：40j27.92；A4：37j23.44。2、选线线路A1：I=PA1 /（1.732Uecos1）=26*1000/(1.732 *110*0.83)=164.4ASjA1=I/j=164.4/0.9=182.6mm2 (选2*LGJ-95型导线)线路A2：I=PA2 /（1.732Uecos2）=34*1000/(1.732 *110*0.82)=217.6ASJA2=I/j=217.6/0.9=241.8mm2 (选2*LGJ-120型导线)线路A3：I=PA3 /（1.732 Uecos3）=40*1000/(1.732 *110*0.82)=256ASJA3=I/j=256/0.9=284.4mm2 (选2*LGJ-150型导线)线路A4：I=PA4 /（1.732Uecos4）=37*1000/(1.732 *110*0.84)=231.2ASJA4=I/j=231.2/0.9=256.8mm2 (选2*LGJ-120型导线)2、电压损耗正常时电压损耗最大的在A-4线路上：U=（37*8.1+23.44*12.27）/110/2=2.7KVU%=2.7/110*100%=2.45%最严重故障的电压损耗在A-4线路上（当一回断线时）：U=（37*8.1+23.44*12.27）/110=5.4KVU%=5.4/110*100%=4.9%3、电能损耗计算1)、A1的电能损耗： P=(P*P+Q*Q)/(U*U)*R =（26*26+17.47*17.47）/(110*110)*6.6/2=267.6KW 因为cos1=0.83 Tmax=5500小时 查表得=4000小时 A1=P*=1070401度2)、A2的电能损耗： P=(P*P+Q*Q)/(U*U)*R =（34*34+23.47*23.47）/(110*110)*6.75/2=479.5KW 因为cos2=0.82 Tmax=5500小时 查表得=3900小时 A2=P*=1870068度3)、A3的电能损耗： P=(P*P+Q*Q)/(U*U)*R =（40*40+27.92*27.92）/(110*110)*5.25/2=516.22KW 因为cos3=0.82 Tmax=5500小时 查表得=4000小时 A3=P*=2064878度4)、A4的电能损耗： P=(P*P+Q*Q)/(U*U)*R=(37*37+23.9*23.9)/(110*110)*9.45/2=649.4KW 因为cos4=0.84 Tmax=5000小时 查表得=3800小时 A4=P*=2467755度线路的总损耗： A=747.31万度4、经济计算1）、线路及开关的总投资：K=KL+KF =(20*2.1*0.7+25*2.25*0.7+25*2.45*0.7+30*2.25*0.7)*2+16*6 =413.8万元2）、年运行费用：N=K*8%+FA =254.9*0.08+747.31*0.4=332.03万元3）、年计算支出费用：Z=N+K/n =319.32+413.8/7=391.14万元同理可方案4的技术经济指标。计算结果如下表：方案正常电压故障电压总投资年运行费年计算费方案12.45%4.9%413.8332.03391.14方案43.97%10.21%426.45367.84428.76综合表中可得出方案1为最佳方案。第四章 发电厂和变电所主接线4.1发电厂主接线的选择发电厂主接线应满足的在求：运行灵活、方便，可靠性高。根据以上的要求拟定3个方案。方案I的结线图：变压器的选择：变压器T1容量：根据和发电机容量匹配，选用SFL163000/121变压器，变压器T2和T3容量：5台25MW发电机向系统输送的功率：S送= 5*25/0.820*0.83=132.15MVA当一台变压器检修或发生故障时，要求通过变压器功率为最大负荷的6080%。可选2台SFPL163000/121变压器。方案II的结线图：变压器T1、T2的容量选择：根据上面原则，各变压器选定如下： T1：SSPL1-90000/121型T2：SSPL1-90000/121型方案的结线图：变压器T1、T2、T3、T4的容量选择：根据上面原则，各变压器选定如下： T1：SSPL1-63000/121型 T2：SSPL1-63000/121型 T3：SSPL1-63000/121型 T4：SSPL1-63000/121型比较方案I、II、，可选出方案I为优的原因：1、 可靠性高：方案I任一台发电机、变压器或者母线发生故障时，都不会影响供电的可靠性。2、 投资少，电能损耗也小。4.2变电所变压器和母线接线的选择变电所接线选择一般采用桥式接线，桥式接线有内桥和外桥接线两种，由于发电厂至各变电所输送距离较短，故全部采用外侨接线。内桥和外侨接线如下：外桥接线内桥接线各变电所的变压器的容量选择：变电所I：总的视在功率S2=26/0.83=31.33MVA，故一台容量为31.33*70%=21.93MVA，故选择2*SFL1-20000/110型变压器。变电所II：总的视在功率S3=34/0.82=41.46MVA，故一台容量为41.46*70%=29.02MVA，故选择2*SFL1-31500/110型变压器。变电所III：总的视在功率S4=40/0.82=48.78MVA，故一台容量为48.78*70%=34.14MVA，故选择2*SFL1-31500/110型变压器。变电所IV：变电所I的总视在功率S1=37/0.84=40.05MVA，由于有一、二类负荷，故要选两台变压器。其中一台变压器的容量按总负荷的6070%来选，故一台变压器的容量为：40.05*70%=30.83MVA，故选两台SFL1-31500/110型变压器。综合以上列表： 参数 名称 变压器型号空载损耗短路损耗短路电压空载电流变电所12*SFL1-20000/1102213510.50.8变电所22*SFL1-31500/11031.119010.50.7变电所32*SFL1-31500/11031.119010.50.7变电所42*SFL1-31500/11031.119010.50.7发电厂T1、T2、T32*SFL1-63000/1216029710.50.67第五章 调压计算 在进行调压计算的过程中，先要假设发电机高压母线的电压（在最大负荷、最小负荷时），根据网络的功率分布，求出变电所高压侧的电压，再根据中枢点的调压要求，选出变电所的变压器抽头。发电机的升压变压器也用同样的方法选出变压器的抽头。5.1 系统参数的计算 变压器参数： 参数 名称 变压器容量R ()X ()有功空载损耗 (kw)无功空载损耗 (Kvar)变电所1SFL1-20000/1104.0863.5322160变电所2SFL1-31500/1102.3240.3431.1220变电所3SFL1-31500/1102.3240.3431.1220变电所4SFL1-31500/1102.3240.3431.1220发电厂主变T1、T2、T3SFDL1-63000/1210.90520.1760422.1 线路参数：导线型号LGJ95LGJ120LGJ150Ro(/KM)0.330.270.21Xo(/KM)0.4160.4090.4035.2 系统的功率分布功率分布图： 单位（MVA） 26.42+j20.74 26.08+j20.05 26+j17.47 46.64+j36.89 14.16+j11.35 14.02+j10.92 14+j10.14 0.062j0.44 34.73+j27.84 34.14+j26.32 34+j23.73 0.12+j0.84 18.25+j14.52 18.04+j13.85 18+j13.03 46.64+j36.89 36.5+j29.47 0.044j0.32 40.84+j33.44 40.20+j31.89 40+j27.92 21.28+j17.65 21.06+j16.90 21+j15.75 0.12+j0.84 46.64+j36.89 0.062j0.44 36.5+j29.47 37.94+j28.66 37.16+j27.13 37+j23.9 19.31+j15.41 19.05+j14.67 19+j13.76 0.12+j0.84 0.062j0.445.3电压损耗计算和抽头选择计算公式：U=（PR+RX）/U （U为实际电压，P、Q为计及功率损耗的功率）抽头选择：降压变用公式U1tmax=(U1max-UTmax)*U2N/U2max U1tmin=(U1min-UTmin)*U2N/U2min (U1：高压侧实际电压，U2：低压侧要求的电压) 升压变用公式U1tmax=(U1max+UTmax)*U2N/U2max U1tmin=(U1min+UTmin)*U2N/U2min (U1：高压侧要求的电压，U2：低压侧实际电压)最大负荷时电压取116kV，最小负荷取112kV，计算结果如下：1、变电所1：采用顺调压，要求最大负荷时电压不小于10.25kV,最小负荷时电压不高于10.75kV运行。根据上面公式可得：最大负荷时：UL1.5kV，UT=6.03kV最小负荷时：UL0.84kV，UT=3.38kV最大负荷时理想分接头为：Ud（1161.56.03）*11/10.25=116.42kV最小负荷时理想分接头为：Ux（1120.843.38）*11/10.75=110.29kVUp=(Ud+Ux)/2=113.25kV选取112.75kV分接头。校验：最大负荷时：U2（1161.56.03）*11/112.75=10.58kV最小负荷时：U2（1120.843.38）*11/112.75=10.52kV满足要求。2、变电所2：采用常调压，要求最大负荷、最小负荷时电压维持在6.18kV运行。同理可得：最大负荷时：UL2.24kV，UT=5.06kV最小负荷时：UL1.21kV，UT=2.71kV最大负荷时理想分接头为：Ud（1162.245.06）*6.6/6.18=116.09kV最小负荷时理想分接头为：Ux（1121.212.71）*6.6/6.18=115.42kVUp=(Ud+Ux)/2=115.75kV选取115.5kV分接头。校验：最大负荷时：U2（1162.245.06）*6.6/115.5=6.21kV最小负荷时：U2（1121.212.71）*6.6/115.5=6.18kV满足要求。3、变电所3：采用常调压，要求最大负荷、最小负荷时电压维持在10.3kV运行。同理可得：最大负荷时：UL2.37kV，UT=6.07kV最小负荷时：UL1.29kV，UT=3.3kV最大负荷时理想分接头为：Ud（1162.376.07）*11/10.3=114.86kV最小负荷时理想分接头为：Ux（1121.293.3）*11/10.3=114.71kVUp=(Ud+Ux)/2=114.79kV选取115.5kV分接头。校验：最大负荷时：U2（1162.376.07）*11/115.5=10.24kV最小负荷时：U2（1121.293.3）*11/115.5=10.23kV满足要求。4、变电所4：采用逆调压，要求最大负荷时电压维持在10.5kV,最小电压维持在额定电压运行。同理可得：最大负荷时：UL2.84kV，UT=5.22kV最小负荷时：UL1.54kV，UT=2.88kV最大负荷时理想分接头为：Ud（1162.845.22）*11/10.5=113.08kV最小负荷时理想分接头为：Ux（1121.542.88）*11/10.0=118.34kVUp=(Ud+Ux)/2=115.71kV选取115.5kV分接头。校验：最大负荷时：U2（1162.845.22）*11/115.5=10.3kV最小负荷时：U2（1121.542.88）*11/115.5=10.25kV满足要求。5、对于发电厂升压变T1：采用发电机调压，调压范围为9.97511.025kV,最大负荷时：UT=6.79kV，最小负荷时：UT5.58kV最大负荷时理想分接头为：Ud（116+6.79）*10.5/9.975=129.3kV最小负荷时理想分接头为：Ux（112+5.58）*10.5/11.025=112kVUp=(Ud+Ux)