毕业设计（论文）-高压输电网络规划设计

河北工程大学毕业设计 1 目录 原始资料 . 1 第一章 原始资料分析及系统功率平衡 . 4 . 4 . 4 . 4 第二章 电力网络的设计方案 . 5 . 5 . 5 . 5 . 6 . 6 . 6 . 7 第三章 水电厂主接线 . 8 . 8 . 8 . 8 . 8 案一：发电机 变压器单元接线 . 8 扩大单元接线 . 9 扩大单元接线与发电机 变压器单元接线相结合 . 9 主变压器的选择 . 9 . 9 . 9 . 10 . 10 . 10 . 11 第四章 架空线路的确定 . 12 . 12 经济电流密度选择截面用输送容量，应考虑线路投运 5 10 年的 发展。 . 12 . 12 . 12 . 13 . 13 河北工程大学毕业设计 2 . 13 甲变电所的线路校验 . 13 . 13 第五章 变电所变压器和 线路参数的确定 . 16 电所主变压器的确定 . 16 . 16 . 16 路参数确定及校验 . 17 . 17 （ . 17 . 17 . 18 . 18 （ 1）、 甲 乙 . 18 导线间距的确定 . 19 电站 甲变电所线路的选择 . 19 各变电站间的线路选择 . 19 第六章 电力系统的无功补偿 . 23 功电源不足对系统的影响 . 23 功补偿原则 . 23 功电源的选择 . 23 . 23 . 23 功补偿容量的配置 . 23 第七章 潮流分布与计算 . 25 流计算 . 25 压调整 . 30 压方式的种类确定 . 30 . 30 . 31 . 31 第八章 网络中的设备配置 . 33 . 33 . 33 . 33 P=35 2=70. 33 . 34 . 34 . 34 河北工程大学毕业设计 3 路器 . 35 离开关 . 35 第九章 短路电流的计算 . 36 . 36 路电流计算的基本假设 . 36 . 36 . 36 短路点如图所示） . 38 . 38 体会 . 47 参考文献： . 47 附录 : . 47 河北工程大学毕业设计 1 原始资料 一、 设计题目：高压输电网络规划设计 二、设计的主要原始资料： 随着经济的发展， 拟在新兴开发区建设乙、丙、丁三座变电站，同时建设水电厂 W，如图 1 所示。 1 已有系统 发电厂总容量 1000均功率因数 =均厂用电率 3%，最大机组容量 100荷最大值 800均功率因数 =大负荷利用小时数400 小时。 甲变电所为 220/110/10压站，其 110线在最大负荷时不低于 104最小负荷时不高于 112220线短路时，系统提供的短路容量为 3000 2 水电厂 W 容量：设计年 5 35=景规划 7 35= 年平均发电量： 1000 行方式：丰水期满载运行，枯水期根据下游用水要求发电功率不得低于 25 厂用电率： 1% 额定电压： 抗参数： 新建变电所 各变电所数据： 名称 乙 丙 丁 最大负荷（ 23 26 34 最小负荷（ 16 18 27 北工程大学毕业设计 2 二次侧电压（ 10 10 10 一、二类负荷比例 60% 60% 90% 调压要求 顺 常 逆 时） 4500 4600 6935 平均负荷率 小负荷率 电 所丁的负载： 负载形式 年产（吨） 年耗电量（ 棉纱 104 104 冶金业电炉钢 105 105 机制纸 104 104 居民生活 60 104 普通水泥 105 105 4 地理位置 图 1 W 河北工程大学毕业设计 3 始 末 距离（ 通过地带 水电厂 W 甲 200 丘陵 甲 乙 50 平原 甲 丙 20 平原 甲 丁 49 平原 乙 丁 40 平原 丙 丁 40 平原 5 本说明书是对高压输电网络规划设计。本系统中有原始的甲变电所和火电厂，要求对系统一次侧进行规划设计。 计思路 （ 1）、首先认真阅读并对原始资料作一个初步了解和分析，确定系统的功率平衡。 （ 2）、确定网络的设计方安，在可靠、合理的基础上保证其经济性。 （ 3）、水电厂 W 的主接线，主要包括接线形式、主变和出线的选择。 （ 4）架空线路的确定。 （ 5）变电所电气主接线，主要分析乙变，确定其一次电气接线及各参数。 （ 6）、对系统进行无功补偿，确定各节点的无功补偿容量，使其满足总统要求。 （ 7）、对网络进行潮 流分析和电压调整，使得各节点的电压在允许的范围内变化，并进行短路计算。 计特点： 对于整个网络一定要简单、可靠、灵活，在此基础上保证其经济性。 计存在的问题： 对于系统网络在技术上和经济上不能统一。我们首先考虑技术方面，再考虑经济方面。但对于有些设备在满足一定的技术基础上再考虑经济方面，使其满足可靠性，经济性。 河北工程大学毕业设计 4 第一章 原始资料分析及系统功率平衡 力电量平衡的目的与要求 电力电量平衡是电力电量供应与需求之间的平衡。 在系统设计中应进行电力电量平衡计算，主要分析、研究一下问题： （ 1）、确定电力系统需要饿发电设备容量。 （ 2）、确定系统需要的备用容量，研究在水、火之间的分配。 （ 3）、确定系统需要的调峰容量，使之能满足设计年不同季节的系统调峰要求。 （ 4）、在满足电力系统负荷及电量需求的前提下。合理安排水火电厂的运行方式，充分利用水电，使燃料消耗最经济，并计算系统需要的燃料消耗量。 （ 5）、确定各代表水文年各类型电厂的发电设备利用小时数，检验电量平衡。 （ 6）、确定水电厂电量的利用程度，以论证水电装机容量的合理性。 （ 7）、分析系统与系统之间，地区与地区之间的电力电量交换，为保证扩大 联网及拟定网络方安提供依据。 力平衡中的容量组成 （ 1）、装机容量 （ 2）、工作容量 （ 3）、备用容量 率平衡计算 依据本次设计的原始资料 ,系统的功率平衡主要考有功备用容量是否足够。 （ 1）、 发电总容量为 1000荷最大值为 800 （ 2）、 水电厂设计容量为 5 35景规划为 7 35 （ 3） 、 乙、丙、丁的最大负荷分别为 232634 由于系统地有功备用容量远远大于所提供的负荷，所以满足系统的功率平衡。 河北工程大学毕业设计 5 第二章 电力网络的设计方案 网设计的一般内容 （ 1）、确定输电方式 （ 2）、选择电网电压 （ 3）、确定网络结构 （ 4）、确定变电所布局和规模 根据以下原则进行设计，使电网的设计做到合理性，可靠性，在此基础上做到经济性。 力网络的基本原则 （ 1）、 满足国民经济各部门用电增长的要求。 （ 2）、 满足用户对供电可靠性和电能质量的要求。 （ 3）、 要求节约投资及年运行费用，减少主要设备和材料消耗，特别注意减少当前“ 短线 ” 物资的消耗，要争取做到分期投资。 （ 4）、 远近结合，以近为主，若两个方案技术指标相近时，应采用有利于发展的方案。 （ 5）、 所提方案应在规定的期限由实现的可能性，过度也方便。 （ 6）、 要对多个方案进行技术比较，然后确定出最优方案。 气主接线的基本原则 根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量。 具有运行，维护的灵活性、经济性、方便性和发展性。 （ 1） 可靠性：衡量可靠的标准，一般是根据主接线型式机主要设备操 作的可能方式，按一定的规律计算出 “ 不允许 ” 事件发生的规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种主接线型式中择优 （ 2） 灵活性 在调度时，可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满 足系统在事故运行方式、检修运行方式以极特殊运行方式下的系统电镀要求；在检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，而不致影响电力网的运行和对用户的供电；在扩建时，可以容易的从初期接线扩建到最终接线，在不影响连接供电或停电时间最短的情况下，投入新机组、变压器或线路，并对一次和二次部分的改建工作量最少。在操作时间便、安全、不易发生误操作的 “ 方便性 ” 。 （ 3） 经济性。 河北工程大学毕业设计 6 主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器等一次设备，要是控制、保护不过于复杂，要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备 或轻型电器。做到投资省。合理的选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变等）容量、台数，避免两次变压而增加电能的损失。电器主接线选择时要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地面积减少 力网络电压等级的选择 同一地区，同一电网内，应尽可能简化电压等级。各级电压间的级差不宜太小，根据任务书数据，结合本系统的现有的条件，发电机出口侧电压为 W 甲的输送电压为 220变电所的输送电压为 110 续表 国各级电压输送能力统计 输电电压（ 输送容量（ 传送距离（ 以下 以下 3 3 6 15 10 20 35 2 10 20 50 110 10 50 50 150 220 100 500 100 300 330 200 1000 200 600 500 600 1500 400 1000 线方案 单结构的电力系统宜分为以下几种类型 （ 1）、放射形三 级 系统 （ 2）、链形系统 河北工程大学毕业设计 7 （ 3）、辐射形系统 （ 4）、环形系统 （ 5）、多回路系统 统接线方案比较 方案一：射形接线 因为每个变电所的负荷一、二次负荷都占很大的比例，所以每条线路都用双回路，保证供电的可靠性，且接线简单，清晰，线路间联系不大，但用料投资大，线路利用率低，从经济 考虑有些不合理。 方案二：环形接线 环形接线可以闭环运行，闭环运行有较高的可靠性，有不间断供电的优越性，线路短，大大节约了投资，从经济上考虑可行，但调度复杂，并且导线截面加粗反而浪费。 方 案三 : 双回路与环形网混合接线 可分为两种网络： A 网络和 B 网络 图 A 网络 B 网络 分析其接线长度及截面的选择， A 网络比 B 网络节省投资，所以选择 A 网络。（具体见计算书） 该网络优点：双回路与环形网混和接线，其可靠性高。当任何一条线路故障或检修时，可保证负荷不间断供电，集合了双回路和环形接线的优点，而且用料、投资比较低，线路的利用率高。 该网缺点：环形故障时的电压质量差，调度复杂。当甲 乙故障时，丁的故障必须由其他承担。 综合得： 三个方案都有比较高的可靠性，但从经济上考虑，虽然方案二的线 路 比较短，却大大 加粗 了 其截面积。方案一的线路太长，只有方案三的 A 网络在经济上比较合理，所以本系统采用方案三的 A 网络。 河北工程大学毕业设计 8 第三章 水电厂主接线 接线设计的基本要求 （ 1）、可靠性 （ 2）、灵活性 （ 3）、经济性 电厂资料 本次设计的水电厂，水轮发电机组其特点是能快速启动，并能在运行中有空载到满载大幅度改变负荷。水轮发电机组从启动到满负荷仅需几分钟，因此一般在丰水期满载运行以免弃水，在枯水期承担尖峰负荷。该发电厂为 5 台 35组，远景规划为 7台 35组，年平均发电为 1000 10 行方式 为丰水期满载运行，枯水期根据下游要求发电功率不低于 25 电厂接入系线的电压等级 (1)、 发电厂接入系统采用的电压应根据该发电厂接入系统中所在的地理位置、供电范围内的潮流发布情况确定。 (2)、 发电厂接入系统的电压，一般不超过两种，以简化接线。根据系统中甲变电所现有条件，甲主变为 220/121/11 气主接线形式 电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力或电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入 300高压系统；地区电厂靠近城镇，一般 接入 110统，也有接入 330统；企业自备电厂则以本企业供电供热为主，并与地区 110统相连。中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。 电气主接线的设计原则是：根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。 本设计初步进行三种方案比较： 方案 一：发电机 变压器单元接线 河北工程大学毕业设计 9 电能通过变压器升高后直接输入高压电网，这种接线的发电机和变压器不能单独工作，所以发电机与变压器的容量必须相同，而且两者之间不装断路器。 优点： 单元接线的特点是几个元件直接单独连接，其间没有任何横的联系（如母线等），这样不仅减少了电器的数目，简化了配电装置的结构和降低了造价，同时也大大减少了故障的可能性， 供电可靠性高。本电厂为水利发电厂，枯水期与丰水期发电容量相差悬殊，故可以在丰水期 5 台机组同时运行，故可靠性高，而在枯水期可以逐渐停下，而利用 1 台机组发电，利用率比较高 缺点：由于 单位容量的选价随单位容量的增加而下降，因此减少变压器的台数，提高单位容量可以降低变压器投资，随之配套的配电设备相应减少，并使配电装置相应减少，并使配电装置结构简化。 案二 : 扩大单元接线 在系统备用能力足够的情况下，可采用两台发电机组共用一台变压器的接线，每台发电机出口均装设断路器以使各机组可独立开、停。 优点：可减少变压器台数和高压断路器的数目 ，因此可以节省投资的减少占地面积，接线简单，单机容量只占系统容量的 1 2%，而发电机系统的连接电压较高，由于单机容量偏少，采用单元接线在经济 上不 合算。这时，可以考虑扩大单元接线。 缺点：当丰水期满载运行时，又两台机组满载向变压器供电，变压器利用率高，而当枯水期容量只有 25选择的变压器为 90明显利用率低，损耗大。 案三 :扩大单元接线与发电机 变压器单元接线相结合 当线路很短时，不需在发电厂内设置升高电压配电装置，从而减少投资和占地，同时，由于解除了站内高压各支路的并联，可降低站内的短路电流。 优点：集中了方案一、方案二的大部分优点保证系统运行的可靠性，减少了变压器台数，隔离开关和断路器的数目，从而节省投资。 电 厂接入系统的 主变压器的选择 变压器台数的确定 该设计中采用扩大单元接线，且为 5 台机组，所以采用 3 台升压变压器。 变压器容量的确定 水电厂发电机采用扩大单元接线：发电机单机容量 35=共 5 台发电机。 河北工程大学毕业设计 10 352 2 8 2 . 3 5c o s 0 . 8 5P M V A 变压器采用 42升压变压器。 经查表的 0000/220，且为 3台。 两台机组共用一台变压器，且 =当机组满负荷运行时 S=2 35/电厂一般原理负荷中心且运行本身所需厂用电较少，地区负荷小，因此选择主变压器的容量应大致等于其连接的发电机的容量，变压器采用 42电气设计参考资料 择额度容量为 90000高压为 242 2 变压器型 式的选择 （ 1）、相数的选择 三相变压器与同容量的单相变压器比，价格较低且安装占地面积小，运行损耗较少 12 15%，因此一般情况下，规定使用三相变压器。本水电厂 在丘陵地带，在运输条件允许情况下，选择三相变 压器。 （ 2）、发电厂主变压器绕组的选择 对深入至负荷中心具有从高压降为低压供电条件的发电厂简化电压等级或减少重复降压容量，易采用双绕组变压器。结合本系统的特点，主要是由发电机电压 20送，所以选择双绕组变压器。 变压器调压方式的选择 本系统中电压的调整范围较小，考虑经济方面的原因，宜选择变压器进行无载调压。 综合得： 本发电厂主变压器采用 90000/220。型号含义为：三相三绕组油浸风冷。 线的选择 在发电厂升压变出线的主输电线路的输电处，可采 用有母线和无母线形式连接。有母线形式可实现各进、出线各支路的并联，简单清晰，设备少，误操作机会少，但是母线短路将会造成全厂停电，且占地面积大。 综合得： 本发电厂为水电厂，并且有远景规划，为了保证其运行的可靠性，采用双母线加旁河北工程大学毕业设计 11 路母线接线方式保证系统可靠性。 用变压器的选择 本系统电厂采用双变压器并联合单变压器形式，都从单元接线发电机出口端引出，平时只让一台变压器工作，另一台备用。 河北工程大学毕业设计 12 第四章 架空线路的确定 为了保证架空线路具有必要的机械强度，采 用钢芯铝绞线，又因为本段线路太长（ 200经过丘陵地带架设线路不方便，所以采用单回路，虽可靠系数不大但比双回路昂贵的费用是一个比较好的选择。（单、双回路经济比较见计算书）。 经济电流密度选择截面 经济电流密度选择截面用输送容量，应考虑线路投运 5 10 年的 发展。 算公式 S 导线截面（ 2） P 送电容量（ 线路额定电压（ J 经济电流密度（ A/ 2） 功率因数 续 表 济电 流密度（ A/ 导线材料 最大负荷利用小时数下 3000 5000 5000 以上 铝线 线 电晕条件校 验 用导线最大工作电场强度为 KV/m）与全面电晕临界电场强度 比来衡量。 续 表 必验算电晕的导线最小直径（ 额定电压（ 110 220 330 单导线 双分裂导线 河北工程大学毕业设计 13 导线外径 应导线型号 2 综合得： 以上所选导线均不必进行电晕校验。 允许载流量校验 规程规定，进行校验时，钢芯铝绞线的允许温度一般为 70 ，基准环境温度为 +25 。 表 芯铝绞线长期允许载流量（ A） 载流量 210 445 510 690 835 导线型号 机械强度校验 为了保证架空线路有必要的机械强度，规定 1 10路不得采用单股线， 对于高电压线路，一般认为不能小于 35 2，所以本段线路合格。 允许长期最大载流量校验 允许温度取 70 环境温度取 25 当地最热月平均气温取 =30 电厂 甲变电所的线路校验 5， 长期允许最大载流量为 972A 972 65（ A） ( 7 3 5 )S = = 2 8 8 . 2 4 M V 8 5 m a . 0 5 7 9 4 . 2 8 ( )3U K 故所选线路合格 变电站之间的校验 1、甲 乙线路的校验 0 长期允许最大载流量为 766（ A） 766 ) 河北工程大学毕业设计 14 110 + ) 57= = 6 0 M V S 0 . 9 5 乙 丁 g m a 1 . 0 5 = 3 3 0 ( A )3U K 故所选线路合格 2、甲 丁线路的校验 0 长期允许最大载流量为 766（ A） 766 ) 110( + ) 57= = 6 0 M V S 0 . 9 5 乙 丁 g m a 1 . 0 5 = 3 3 0 ( A )3U K 故所选线路合格 3、甲 丙线路的校验 0 长期允许最大载流量为 250（ A） 250 ) 1103S = = = 1 3 . 6 8 M V S 0 . 9 5P 丙 g m a 1 . 0 5 = 7 5 ( A )3U K 故所选线路合格 当一回线路断开时流过另一回线路的最大电流为 2 150（ A） K 2 故所选线路合格 4、乙 丁线路的校验 5长期允许最大载流量为 543（ A） 543 A） 110北工程大学毕业设计 15 S = = 3 5 . 7 9 M V 丁 g m a 1 . 0 5 = 1 9 7 . 2 5 ( A )3U K 故导线满足允许载流量的要求。 河北工程大学毕业设计 16 第五章 变电所变压器和 线路参数的确定 电所主变压器的确定 变压器容量的确定 变电站主变容量，一般应按 5 10 年规划负荷来选择。根据城市规划、负荷性质，电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电站，应考虑当 1 台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足一类及二类负荷的供电。对 一般性变电站，当 1 台主变压器停运时，其余 变压器容量应满足全部负荷的 60%70%。 对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运市应保证剩下的一台在过负荷 30%的情况下能够负担全部的一、二类负荷。 变压器台数的确定 对大城市郊区的一次变电所，在已构成环形网的情况下，装设两台为宜。当只有一个电源或变电所的一组负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。 电压等级为 330以下电力系统中，一般 都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复 杂，也增加了维修工作量。 综合得： （ 1）、 乙变的确定 乙变电所变压器的选择 乙变电所的最大负荷为 23偿后 3 2 4 . 20 . 9 5 V S S=注：满足单台供电 达 70%) 经查表得 0000/110且为两台。 乙变位于环网中，供电可靠性高。为了避免一台主变压器故障或检修时影响供电，乙变电所装设两台主变。查电气设计参考 择 20000/110 且保证单台供电达 70%以上，其型号为三相双绕组油浸风冷，额定容量为 20 压等级为 110 2 V，低压侧电压为 变的一 、二 次侧母线主接线为双母线单断路器，具有两组母线之间通过母联断路器连接，而且每一组电源和出线都通过一台断路器和两组隔离开关分别接在两组母线上，正常运行时只合一组隔离开关。 （ 2）、 丙变的确定 丙变电所变压器的选择 丙变电所的最大负荷为 26偿后 =北工程大学毕业设计 17 26 2 7 . 3 70 . 9 5 V S S=S=注：满足单台供电达 67%) 经查表得 0000/110且为两台。 丙变为双回路供电，供电可靠性高，装设两台变压器。查电气设计参考 择 20000/110 且保证单台供电达 上。其型号为三相双绕组油浸风冷，额定容量为 20压等级为 110 2 V，低压侧电压为 变的一 、二次侧母线主接线为双母线单断路器，分析同乙变。 （ 3）、 丁变的确定 丁变电所变压器的选择 丁变电所的最大负荷为 34=4 3 5 . 7 90 . 9 5 V S S=（ P 60%） /（ 1+30%） =（ 34 60%） /（ 1+30%） =查表： 5000/110且为两台 丁变位于环网中，供电可靠性高，因为其一二次负荷所占的比例高达 90%，所以选用两台变压器并联运行。当一台主变压器故障或检修时，一台保证全部的一次负荷和大部分二次负荷。查电气设计参考 择 25000/110 上。丁变电所的一二次母线主接线为双母线带旁路母线的连接且具有专用的旁路断路 器，分析同乙 。 路参数确定及校验 经济电流密度选择截面 （ 故障校验 （ 1） 、 甲 乙 按线路甲 丁故障或检修时而由线路甲 乙承担乙、丁变电所的所有负荷。选择400/20， S=D=(具体见计算书 （ 2）甲 丁 按线路甲 乙故障或检修时而由线路甲 丁承担乙丁变所有的负荷。选择 00/20， S=d= （ 3）乙 丁 按线路甲 丁故障或检修时，流过乙 丁的确负荷最大选择。 185/30，3 C O S 河北工程大学毕业设计 18 S=d= （ 4）甲 丙 按甲 丙为双回路，考虑当一条线路故障或检修时，另一线路承担丙变所有负荷。选择 150/25， s=d= 电晕条件校验 电晕起始电压为1 () =m2m/r) 导线表面电场强度（ KV/ R 导线半径（ 几何均距（ 粗糙系数，光滑的单股先 ，绞线 2 气象系数，干燥或晴朗天气 ，有雾雨霜暴风时 1，最恶劣情况 （ 1）、 甲 乙 于三相导线接近三角形排列，可认为临界电压为 际相电压为 不发生电晕。 （ 2）、 甲 丁 同线路甲 乙。 （ 3）、 乙 丁 于三相导线 接近三角形排列，可认为临界电压为 际相电压为 不发生电晕。 （ 4）、 甲 丙 于三相导线接近三角形排列，可认为临界电压为 际电压为 故不发生电晕。 （具体见计算书） 允许载流量校验 （ 1） 、 甲 乙 查电力工程设计手册，得： 79A， 满足要求。 （ 2） 、 甲 丁 同线路甲 乙。 （ 3） 、 乙 丁 查电力工程设计手册，得： 43A， 满足要求。 （ 4） 、 甲 丙 查电力工程设计手册，得： 78A， 满足要求。 河北工程大学毕业设计 19 导线间距的确定 根据 79 规程规定： 220回路两线间为 了提高运行的可靠性 ，防止线路受雷堤岸直接袭击，一般导线上装设避雷器。避雷器离导线应有一定的距离，这个距离根据保护角的大小决定。 电站 甲变电所线路的选择 1、计算公式 3 C O S P=5 35=175平均发电量为 61000 10 1 0 0 0 1 0 .m a x 5 7 1 45 3 5 k w 2208 4 0 . 53m C O S 经查表得： 00/55， S= d=各变电站间的线路选择 方案一：采用甲 丙为双回路，甲 乙 丁为单回路 1、甲 乙的