地方电力网规划毕业设计

目录 一、设计题目： 地方电力网规划设计 . 1 二、目的与要求： . 1 三、设计规模 ： . 1 四、主要设计内容： . 1 （一）、电力电量平衡 . 1 1. 电力电量平衡的目的. 1 2. 各种容量的考虑. 2 3. 用表格法进行电力平衡. 3 ，系统最大供电负荷计算 . 3 ，工作容量计算 . 4 ，备用容量的计算 . 6 ，系统需要装机容量计算 . 7 ，系统新增装机计算 . 7 ，总的电力平衡表 . 8 4. 用表格法进行电量平衡. 9 ，按月求电力网月平均负荷 . 9 ，按月求火电厂的月平均出力 . 9 ，求年利用小时数 . 10 （二）、电网电压等级的确定和电网接线方案的初步选择 .11 1. 线路路径长度 （L 1）. 11 2. 线路总长度 （L 2 ） . 11 3. 总负荷矩 ( Pl ). 11 4. 总高压开关数 ( 11 K ) . （三）、电网接线方案的详细比较和确定 . 12 1. 正常和故障情况下的最大电压损耗. 12 2. 电力网电能损耗 ( A ). 12 3. 线路和变电站的一次投资 ( K ). 13 4. 电力网的年运行费 ( C). 13 （四）、潮流分布与调压措施的选择 . 14 （五）、物资统计和运行特性计算 . 14 五、设计成果： . 14 六、参考资料： . 15 附录（摘自电力工业部电力规划设计总院编“电力系统设 计手册” . 15 一、设计题目： 地方电力网规划设计 二、目的与要求： 通过设计掌握电网规划设计的一般原则和常用方法，综合运用所学专 业知识，特别是有关电力网、发电厂和变电站方面的理论、概念和计算方 法，进而了解有关技术政策、经济指标、设计规程和规定，树立统筹兼 顾、综合平衡、整体优化的观点，培养从技术、经济诸多方面分析和解决 实际工程问题的能力。 1、巩固与扩大专业知识； 2、使理论与实际联系，基本掌握电力网设计的主要内容、原则与方法； 3、树立技术经济观点，进行技术经济比较； 4、建立正确的设计思想与方法，提高独立工作能力； 5、培养正确的计算、绘图与编写说明书的能力。 三、设计规模 ： 规划设计一个容量在100 MW以下的，包括2-4个水、火电厂、4 6个 变电站的35110 KV的地方电力网。 四、主要设计内容： （一）、电力电量平衡 1. 电力电量平衡的目的 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 1 电力电量平衡计算，在毕业设计中电力电量平衡主要考虑以下问题： （1）确定电力系统需要的发电设备容量，即在给定的装机容量的情况下 确定火电的装机容量余缺； （2）确定系统需要的备用容量，确定备用容量在水、火电厂之间的分 配； （3）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； （4）确定各各类型电厂的发电设备利用小时数，检验电量平衡； （5）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； （6）分析系统与系统之间、地区与地区之间的电力电量交换，为论证扩 大联网及拟定网络方案提供依据。 2. 各种容量的考虑 在进行毕业设计中，对于电力平衡计算，有以下容量应该考虑： （1） 装机容量。指系统中各类电厂发电机组额定容量的总和。 （2） 必需容量（或需要装机容量）。指维持电力系统正常供电所必需有 的装机总容量，即工作容量和备用容量之和。 （3） 工作容量。指发电机担任电力系统正常负荷的容量，在电力平衡表 中的工作容量是指电力系统最大负荷时的工作容量。对于担任基荷 的电厂出力就是其工作容量，担任峰荷和腰荷的发电厂以日负荷最 大时刻的出力作为其工作容量。水电厂的工作容量是指按保证出力 运行时所能提供的发电容量，一般按水电的日电量在冬季日负荷曲 线上所能承担的最大容量确定，其大小与其保证出力及其在电力系 统日负荷曲线上的工作位置有关。（见附录） （4） 受阻容量。指由于各种原因，发电设备不能按额定容量发电时的容 量称受阻容量。机组受阻的原因很多，火电机组有设备缺陷、燃料 发热量过低、循环水温过高等原因。水电机组由于运行水头低于设 计水头而受阻的称为水头受阻容量；由于水量不足而受阻的称为水 量受阻容量，主要发生在径流式电厂中。对一个水电厂来说，水头 2 受阻平均分配在每台机上；水量受阻可调度集中于一台或几台机 组，这些机组可替代本厂的检修备用和其他机组的事故备用。 （5） 备用容量。指为了为了维持电力系统正常运转、保证系统不间断供 电、并保持在额定频率下运行而设置的部分装机容量。它包括有负 荷备用、事故备用和检修备用容量三部分。负荷备用容量是指为担 负电力系统一天内瞬时的负荷波动和计划外的负荷增长所需要的发 电容量，在规划设计中，一般取为系统最大负荷的2% 5%，大系 统采用较小的百分数，小系统采用较大的百分数。事故备用容量是 指电力系统中发电设备发生偶然事故时为保证正常供电所需要的发 电容量，其大小与系统容量的大小、发电机组台数的多少、单机容 量的大小、系统中各类发电厂的比重、系统供电可靠性的要求等有 关，在规划设计中，一般取最大负荷的10%，但不小于系统中最大 机组的容量，系统事故备用容量在水火电之间的分配，一般可按水 火电的工作容量的比例分配。检修备用容量是指在电力系统一年内 的低负荷季节，不能满足全部机组按年计划检修而必须增设的发电 容量；在系统中，必须使所有机组有可能周期性的进行停机检修， 只有当季节性负荷低落时所空出的容量不足以保证全部机组检修时 才需设置检修备用容量。 3. 用表格法进行电力平衡 在系统设计中一般用表格法进行电力平衡（表格见后） 由于毕业设计是给出的年最大负荷曲线，因此，要按月进行电力平衡计 算，具体按以下步骤进行。 ，系统最大供电负荷计算 系统最大供电负荷等于全系统计及同时率后的用电负荷的总和。对于毕业 设计，按给定的最大年负荷曲线，并计及网损率进行计算。即按题目给出的全 网年最大负荷曲线，用下面公式，按月求出系统最大供电负荷 3 系统最大供电负荷 年最大负荷 1网损率 月份 一 月 二 月 三 月 四 月 五 月 六 月 七 月 八 月 九 月 十 月 系统最大 供电负荷 十 一 月 十 二 月 ，工作容量计算 工作容量计算包括水电工作容量（也称水电工作出力）及火电工作容量 （出力）计算。 水电工作容量的计算 先求出夏季及冬季的最小负荷系数，分别将题目给出的夏季及冬季各变 电站（包括发电厂的地方负荷）的最大有功负荷及最小有功负荷分别相加，求 出夏季及冬季变电站总的最大有功负荷及总的最小有功负荷后，然后分别按下 面公式计算夏季及冬季的最小负荷系数： 最小负荷系数 变电站总的最小有功负荷 变电站总的最大有功负荷 在系统中有水电厂及火电厂联合运行时，对于水电厂的运行方式的考虑应 尽可能充分利用水电厂的电量和装机容量，尽可能避免弃水，合理利用水利资 源。具有调节性能的水电厂应在枯水期担任尖峰负荷，充分利用水电厂的水量 （即相应电量），使它能最大限度地替代火电厂的容量，这时，火电厂担任基 荷，提高火电厂的发电效率，节约煤耗，降低成本。在丰水期为避免弃水，水 电厂应尽量在基荷运行，使一次能源能够最经济合理地得到利用。 一般将水电厂的日电量在冬季（即枯水期）日负荷曲线上所能承担的最大 容量称为水电厂的工作容量（或称为水电厂的工作出力）。 对于毕业设计，题目给出的是一年中每一个月水电厂的月平均出力，给出 的年最大负荷曲线也是按月给出的，因此要求按月计算求出水电厂的工作容量 （每个月都计算），对于一年来说，设四月到九月为夏季，十月到十二月及一 月到三月为冬季。 4 关于水电厂工作容量的计算通常有两种办法，即图解法和公式近似计算 法，对于毕业设计，由于没有给定日负荷曲线，因此要求用公式法近似计算， 下面介绍用公式计算水电厂工作容量的办法。 先按下面公式计算水电厂的可调日保证电量 A t j K tj (P sh yp P q )24 其中： P sh yp 水电月平均出力（题目中已给出） P q 水电厂不可调节部分出力（若题目中未给出，则P q 0） K tj 水电厂月调节系数，在规划设计中，一般采用经验数据为 1.05 到 1.3，当水电厂保证出力小，又担任尖峰负荷时，调节系数大，当为无调节 水电厂时，K tj 1.0；年调节时可取K tj 1.1。 计 算 出 水 电 厂 的 可 调 日 保 证 电 量A tj 后 ， 用 其 与 日 峰 荷 电 量 P max ()24比较，这时，可以有以下两种情况： 水电厂的可调日保证电量大于或等于系统日峰荷电量时，即 A tj P max ()24时 此时水电厂除可带全部尖峰负荷外，还可带部分基荷，此时所带尖峰负 荷部分为P ma x (1)，而可带基荷负荷部分为K tj (P sh yp P q ) P ma x () 将以上两个部分相加，再计及水电厂不可调节部分出力P q ，即为水电厂 的工作容量 K t j (P sh yp P q ) P ma x () P ma x (1) P q K tj (P sh yp P q ) P ma x (1) P q 即水电厂的工作容量可按下式计算： P shg K tj (P sh yp P q ) P max (1) P q 式中P max 电力系统最大日负荷；（用前面求出的系统每月的最大供电负 荷） 日负荷率；（题目已给出） 最小负荷系数；（分别按夏季和冬季用前面求出的数值） 应该注意的是，在丰水季节计算水电厂的工作容量时，如求出的水电厂的 工作容量大于给出的水电厂的装机容量时，由于受装机容量的限制，就只能取 其装机容量为水电的工作容量，此时将会产生部分弃水。 5 这时水电厂将按其装机容量带基荷。 当A t j P max ()24时，水电厂只能担任部分峰荷，可按下式计 算 P sh g 2 (P sh yp P q )K tj (P max (1) P q 按月求出水电厂的工作容量后，可得下述表格： 月份 一 月 二 月 三 月 四 月 五 月 六 月 七 月 八 月 九 月 十 月 十 一 月 十 二 月 水电厂 工作容量 火电厂的工作容量计算 火电厂的工作容量等于系统的最大供电负荷减去水电厂的工作容量 按月求出火电厂的工作容量后，可得下述表格： 月份 一 月 二 月 三 月 四 月 五 月 六 月 七 月 八 月 九 月 十 月 十 一 月 十 二 月 火电厂 工作容量 ，备用容量的计算 求负荷备用容量，一般负荷备用容量为最大负荷的2% 5% 负荷备用容量 系统最大供电负荷负荷备用率 求事故备用容量，一般考虑事故备用容量为最大发电负荷的10%左 右，并且不小于系统一台最大单机容量，这里暂时没有计及厂用电，故 事故备用容量 系统最大供电负荷事故备用率 如果求出的事故备用容量小于最大机组容量，则事故备用容量取最大机组容 量。 求备用容量在水火电厂之间的分配 备用容量在水火电厂之间的分配原则是：负荷备用一般由水电承担，事故 备用一般按水火电厂担负系统工作容量的比例分配。 系统需要备用容量，即总备用容量为负荷备用容量与事故备用容量之 6 和（在教学任务设计中，这里没有考虑检修备用容量）。 最后列出备用容量表格如下 电力系统备用容量表 月 备 用 一 月 二 月 三 月 四 月 五 月 六 月 七 月 八 月 九 月 十 月 一，负 荷备用 容量 二，事 故备用 容量 其中： 水电 火电 十 一 月 十 二 月 三，系 统需要 备用容 量 表中：第三项为第一项与第二项之和 ，系统需要装机容量计算 需要装机容量，是工作容量与备用容量之总和。（对于水电厂其工作出力 与备用容量之和有时也称为水电利用容量） 月份 一 月 二 月 三 月 四 月 五 月 六 月 七 月 八 月 九 月 十 月 十 一 月 十 二 月 系统需要 装机容量 ，系统新增装机计算 在电力平衡计算中，在某些月份，可能会出现系统需要装机容量大于系统 的实际装机，就需要考虑新增装机，这时，应该计算出新增装机的容量和台数 以及装机的进度，并列出下面表格（毕业设计中，一般只考虑火电新增装机） 7 月份 一 月 二 月 三 月 四 月 五 月 六 月 七 月 八 月 九 月 十 月 需要新增 装机容量 十 一 月 十 二 月 ，总的电力平衡表 经过以上计算，就可以得出下面总的电力平衡表 电力平衡表 系统一二 电力平衡表月月 一，系统最大 供电负荷 二，工作容量 其中水电厂 工作容 量 火电厂 工作容 量 三，备用容量 其中负荷备 用容量 事故备 用容量 系统需要的总 备用容量 四，系统需要 装机容量 五，系统原有装机容量 其中水电装 机容量 火电装 机容量 六，需要新增 火电装机容量 三四五六七八九十十 月月月月月月月月一 月 十 二 月 8 4. 用表格法进行电量平衡 ，按月求电力网月平均负荷 在系统设计中一般也用表格法进行电量平衡的计算（表格见后） 月平均负荷能反应负荷所需的月电量，可按下式计算 电力网月平均负荷 系统最大供电负荷 日负荷率 月不均衡率 P yp P y . max y y 式中P yp 某月平均负荷； P y . max 某月最大负荷； y 某月月不均衡系数； y 日负荷率。 月平均负荷乘以相应的月小时数，12个月相加后即得全年的需电量。 ，按月求火电厂的月平均出力 计算凝汽式电厂的月平均出力，为系统月平均负荷减去水电厂月平均出力 及供热强制出力。 毕业设计中，没有考虑供热强制出力部分，故 火电厂月平均出力 电力网月平均负荷 水电厂实际月平均出力 其中水电厂的月平均出力已在题目中给出 如果求出的火电厂月平均出力为负值，则取零 ，最后可得出下面电量平衡表 9 电量平衡表 电量平衡表一二三四五六七八九十十十年 月月月月月月月月月月一二发 月月电 量 一，系统月 平均负荷 （万KW） 二，系统月平均出力 （万 KW ） 其水电厂 中实际月 平均出 力 火电厂 月平均 出力 ，求年利用小时数 （1）水电年利用小时数： 水电年利用小时数 十二个月水电平均出力的总和730 水电装机容量 其中： 730每月平均小时数 （2）火电年利用小时数： 火电年利用小时数 十二个月火电平均出力的总和730 火电装机容量 如果火电有新增装机，则应按下面公式分段进行计算火电年利用小时数： N个月火电平均出力的总和 （ 12- N)个月平均出力的总和 )730 原有火电装机容量最后的火电装机容量 其中：N 为新增装机前的月份数 火电年利用小时数 （ 各类电厂的年利用小时数，用以检验电量是否平衡， 一般在电量平衡中， 火电机组年利用小时数按不大于 5000 小时考虑。 当求出的机组年利用小时数与5000小时差距比较大时，则可能是装机不够 或太多，此时，应当提出解决问题的措施，进行调整等。 10 （二）、电网电压等级的确定和电网接线方案的初步选择 电压等级的选择：根据电网中电源和负荷的布局，先按输送容量和输送 距离，由有关设计手册查阅、选择适当的电网电压。 电力网主接线的选择：先根据电网安全、经济、可靠和灵活等方面，结 合电网电压等级，拟就几个可能的接线方案，然后按路径长度、线路长度、 负荷矩和开关数等项指标进行比较，从中选出2 4种比较合理的方案留待进 一步比较。 1. 线路路径长度 （L 1 ） L 1 l(1.05 1.1) l : : 线路地理距离总长度 (1.05 1.1)路径弯曲系数 2. 线路总长度 （L 2 ） L 2 l(1.05 1.1) 双回路的线路长度l应乘以2 3. 总负荷矩 ( Pl ) Pl )：反应有色金属消耗量 总负荷矩( P：各线路段的潮流，对于环网，定出调频厂和基荷厂的有功 功率分配后，可算出各线路段的功率初分布 l：各线路段的长度 4. 总高压开关数 ( K ) 双母线分段主接线K N 1 11 单母线分段主接线K N 1 桥形接线K N 1 无备用终端变电站K N N：元件数（一条出线或一台变压器为一个元件） 在电压等级和电网接线方案的初步选择中，必要时应对不同电压下的 不同接线进行技术经济比较。 （三）、电网接线方案的详细比较和确定 对上面所选的几个初步方案，按以下各项进行分析比较，选出一个最 优的可行的方案： 1. 正常和故障情况下的最大电压损耗 先计算电网的有功功率和无功功率初分布，由经济电流密度选择线路 导线截面积，并进行导线的发热与允许最小截面积的校验，求出各线路段 的R和X值,再进一步进行功率分布计算，并计算出各段线路的电压损 耗，从而找出各个方案的最大电压损耗。 2. 电力网电能损耗 ( A ) 由下式计算各线路段的电能损耗： A P max ：最大负荷损耗时间 P max ：各线路段的最大功率损耗 12 3. 线路和变电站的一次投资 ( K ) 4. 电力网的年运行费 ( C) 由下式计算 C A K % 其中：电能损耗单价 （元/千瓦小时） %：维修折旧率 K：投资 在方案比较时，只需对各方案中的不同部分进行比较，而不计各方案中 的相同部分。 当各方案的投资与年运行费用之间存在矛盾时（如某一方案的投资与 年运行费用不同时大于或小于另一方案时），可用以下方法进行计算比 较： 回收年限法（二个方案的比较） T (K 1 K 2 )/(C 2 C 1 ) K 1 K 2 ：方案一与方案二的投资 C 1 C 2 ：方案一与方案二的年运行费 （双回路的第二回路的投资取第一回路投资的90%） 当 T T N 时，则以方案一为最优 T T N 时，则以方案二为最优 T N ：标准折回年限 计算费用法 各方案的计算费用( J ) J C (K /T N ) C：各方案的年运行费 K：各方案的投资 13 各方案中，以J 最小者为经济上最优 经过详细比较，最后确定一个有利于国民经济发展，符合国家制定的 方针政策，满足技术规程要求，在技术上和经济上综合最优的方案。 （四）、潮流分布与调压措施的选择 选定发电厂和变电站的变压器台数、型号和容量； 制定电力网等效图，确定各变电站的运算负荷与基荷厂的计算功 率； 计算正常情况不同方式下最大和最小负荷时的功率分布,求出各线 路段的功率损耗和电压损耗； 分别计算最大和最小运行方式下电力网各节点的电压及最大负荷 时,最严重事故情况下、各节点的电压； 根据各负荷点对调压的要求，选择调压措施。可以用发电机调 压，合理选择变压器分接头，必要时可以加装无功补偿设备，这时须确定 安装地点及补偿装置容量。 当各种设备和各种调压措施确定后，再进行功率分布的详细计算, 校验调频厂的功率及功率因数是否在容许范围内，电力网的备用容量是否 满足要求，发电机的负荷分配是否合理等。 （五）、物资统计和运行特性计算 统计导线型号、长度及重量，变压器型号、容量和台数，高压开关型 号和台数，统计、计算不同方式下最大和最小负荷时全网的功率损耗率， 全网全年的电能损耗率计算输电效率。 五、设计成果： 设计说明书一份，约30页 系统地叙述设计内容与步骤，并划分章节，用简练的文字和正确的技 术用语进行说明与讨论，分析问题及结果； 14 图纸两张（电网主结线图一、电网主结线图二）： 电力网主结线图一，标出最大及最小负荷潮流分布、各节点电压； 电力网主结线图二，标出各发电厂及变电站的主结线、各元件的主要 参数（如发电机及变压器的型号、容量、台数、线路的回路数、导线型 号、长度等）； 设备和材料清单一份（可附于设计说明书后）； 计算机打印的潮流结果一套。 六、参考资料： 电 力系统设计手册 电力工业部电力规划设计总院编 中国电力出版社出版 1998年 电力系统规划设计颜婉仪编著 成都科技大学出版社 系统设计技术规程 SDJ 161-85 水利电力出版社 PQ分解法电力系统潮流计算程序 四川联合大学水电学院电力系 电力系统分析 华中工学院 四川大学电气信息学院 王贵德 二零零三年十二月 附录（摘自电力工业部电力规划设计总院编“电力系 统设计手册”） 水电厂工作容量的计算 15 水电厂工作容量的计算 水电厂的工作容量计算通常包括两种方法，一种是图解法，另一种是用公 式近计算。 1图解法 用图解法确定水电厂的工作容量步骤如下： (1)计算水电厂的可调节电量 按电力平衡代表月相应水电厂的月平均出力和水库调节性能，计算水电厂可调 节的日保证电量Atj为： A tj K tj (P sh yp P q )24 式中P sh yp 水电厂的月平均出力 P q 水电厂的不可调节部分出力，包括强制出力和径流电厂保证出力 两部分 (2)作出日电量累积曲线 根据规划年系统的负荷水平及负荷特性，确定系统电力平衡代表月的日负荷曲 线，并绘制日电量累积曲线。制作该曲线时，将每小时负荷按照由大到小的顺 序排队，算出每个小时负荷差值P及其持续