电力系统分析课程设计指导书

1、电力系统分析课程设计指导书课程设计的目的电力系统分析课程设计是学完电力系统分析课程后的一次综合性练习。电力系教学目的在于通过对地区电网的设计，巩固和运用前面所学到的基础理论知识， 掌握电力系统设计的一般原则和方法， 培养分析问题和解决问题的能力。统分析课程设计要求完成一个比较完整的电力网的初步设计。 在设计过程中， 要 考虑到各方面的相互关系和相互影响， 综合地运用课程中所学到的知识， 进行独 立思考。课程设计的基本要求熟悉电力网初步设计的有关技术规程，树立安全、可靠和经济的观点。掌握电力网初步设计的基本方法和内容 熟悉电力网正常运行的基本计算。学习工程设计说明书的撰写。课程设计内容课程设计题

2、目：地区电力网设计课程设计的原始资料： （附录 A）1、发电厂及变电所的地理位置图；2、各变电所及发电厂负荷的最大有功功率、年最大有功功率、年最大负荷 利用小时数、功率因数、变压器二次侧电压和调压要求及供电可靠性要求。3、各发电厂的装机台数、单机容量、型号及功率因数等。4、地区最热月平均空气温度等。课程设计的基本内容：1、功率平衡计算功率平衡计算，包括有功功率平衡和无功功率平衡两部分；1）有功功率平衡为了维持频率的稳定， 满足用户对功率的要求， 电力系统装设的发电机额定 容量必须大于当前的最大负荷。 因此必须进行最大负荷时有功功率平衡计算，校验系统备用容量是否符合要求。有功功率负荷按下式计算:

3、n-用电负荷P LD = K 1 Pmaxii 4PLD-发电负荷Pf =（Pg + Py）1 -K3 gn式中 无 Pmaxii 二n个变电所最大负荷之和;-供电负荷Ki 同时率K2 网损率K3 厂用电率Py 发电厂的机压负荷同时率Ki的大小与电力用户的多少、各用户的用电特点等有关，一般应根据实际统计资料确定。当无实际统计资料时，可参考附表B 1的同时率Ki。网损率K2以供电负荷的百分数表示，一般为5% 10%。厂用电率K3以厂用电负荷占发电负荷的百分数表示，通常发电厂厂用电率如附表B2所示。为保证系统的频率稳定和供电可靠性，系统内的总装机容量应大于发电负 荷，即系统中应有足够的备用容量。

4、按规定，系统的总备用不得低于系统最发电负荷的20%,即系统的总装机容量，应大于或等于发电负荷的1.2倍，即PG21.2Pf(2)无功功率平衡电力系统的无功功率平衡，是系统电压质量得根本保证。对系统作无功功率 平衡计算的主要目的，在于初步估计系统中发电机的容量是否能够满足系统最大负荷时的要求，是否需要加装无功补偿设备。根据电力系统电压和无功电力技术导则规定：220KV及其以下电压等 级的变电所，在主变压器最大时，其二次侧的功率因数或电网供给的无功功率与 有功功率之比值应满足附表B 3规定:对于不满足规定的变电所，需作无功补偿，使其全部满足规定值。无功功率平衡按下公式计算:-无功负荷nQld =送

5、 Qmaxii-变压器无功损耗nAQt =12%送 S X m式中，m为电压变换次数。-系统中无功电源Qg 送=n PGNtg 半 + Qg 送式中，n为发电机的台数,Q为主网和邻网输入的无功功率。-系统无功备用容量Qr = (7% 8%)Qld整个系统的无功功率应满足Qg-Qld -也 Qt Qr若上式不满足，则可初步确定出需加装的的容性补偿设备总容量为:Qc =Qr +QlD +也 Qt Qg 送说明:#各发电机的无功出力，按额定功率因数进行计算。#变压器的无功损耗，按每经过一次电压变换，无功损耗为视在功率负荷的 12%计算。#在作无功功率初步平衡计算时，可以假设110KV220KV输电线

6、路所消耗 的无功功率和线路发出的无功功率相互抵消。无功功率平衡基本达到要求后，并不能认为系统运行中电压质量已经满足要 求，而只能认为，保证系统电压质量具有可能，真正确认系统电压达到要求，则 必须通过潮流计算及采用相应的调压措施。2、电力网供电方案的确定（1）电压等级的选择电压等级的选择是一个涉及面很广的综合性问题，除了考虑输电容量、距离 等各种因素外，还应根据动力资源的分布、电源及工业布局等远景发展情况， 通 过全面的技术比较后，才能确定。并且，由于电网的电压等级和接线方案有着密 切的关系，因此，一般地区电网设计中，接线方案和电压等级确定同时进行。在 课程设计中，由于条件限制，不可能同时论证电

7、压等级和进行方案设计。因此,一般根据题目所给数据，参考附表B4，并根据同一地区，同一电力系统内应尽可能简化电压等级的原则，合理的确定电压等级。（2）电力网接线方案的初步选择对所给的原始资料进行定性分析，根据用户对供电可靠性的要求、地理位置及负荷的大小，提出各种可能的接线方案。接线方案应考虑以下因素：1）确定电源处断开一回线的情况下，仍能将所有功率送出去的最少出线数。2）根据负荷备用的要求及负荷大小，确定对各变电所的供电方案。3）考虑运行灵活方便，不宜有太多的环网。对各种可能的接线方案，进行初步比较，将明显不合理的的方案舍去，保留 23个方案。初步比较的可按以 下原则考虑:-技术方面:所提方案应

8、保证用户的电能质量。因为前面在进行有功功率平衡时，已经确 认系统具有足够的备用，所以不必考虑电能的频率问题。这里提到的电能质量是 指电压偏移。在选择接线方案时，电能质量可用电力网的电压损耗来衡量。由于在方案初步比较时，电网功率分布以及导线截面积均未知， 可以近似取xo =O.40/km作为线路电抗，并利用下式来估计电网在正常运行和故障后离电源点距离最远变电所的电压损耗百分数:孚XH100uN式中，Un 电网的额定电压（KV）Q 线路上所通过的无功功率,(Mvar)I 各段线路的长度（km），这里要注意把直线距离乘以1.1，以考虑线路线路经弯曲而增加的长度。按上式简化计算，若在正常运行时，电压损

9、耗在10%以内，故障情况下, 电压损耗在15%以内，则认为该方案在技术上是成立的。反之，该方案在技术 上不成立，应舍去。对于简单环形网络，将全网作为均一网络，计算其近似功率分布，进而求得 距电源点电气距离最远处的电压损耗的百分数 AU %。-经济方面:在初步比较时，经济指标包括线路长度和所需的高压开关数目。 线路长度可 以大致反映输电线路投资的大小，高压开关数目大体上代表变电所投资的多少。由于认为各方案中，变电所中变压器的型号和数量是相同的， 因而变压器可不参 加比较。根据以上的比较，可以从原始方案中初步确定出23个方案，然后，再作 详细的技术经济比较。（3）详细经济技术比较，确定电网接线的最

10、优方案。上面（2）步中确定的23个方案，均是技术上以成立的方案，在最优方案 的确定中，只作进一步的经济比较。经济比较的主要指标是电力网的一次投资和年运行费用。在比较中只考虑各 方案的不同部分，不考虑各方案的相同部分。1）导线截面积的选择为了计算投资积年运行费用，必须首先选择输电线路的导线截面。在选择导线截面积之前，首先进行各种方案的的初步潮流计算。取Xo =0.420/km，r。=0.21O/km，b。= 0，计算出各条线路的最大输送功率。按经济电流密度以及该线路正常运行方式下的最大持续输送功率，可求得导线的经济截面积，其实用计算公式为S _Pmaxj虑Un cos或 Sj =Q Pmax +

11、 Qmax占JU N式中，Pmax 正常运行方式下线路最大持续有功功率（KW)Qmax 正常运行方式下线路最大持续无功功率（KW)Un 线路额定电压（KV ）J 经济电流密度（A/mm 2）,其值可根据线路的Tmax及导线材料，由附表B 5查得。cos 负荷的功率因数根据计算所得的导线的经济截面积结果，选取最接近的标称截面的导线。注意:线路的最大负荷利用小时数Tmax应由所通过的各负荷点的功率及其Tmax决定。#对于放射形网络，每条线路只向一个负荷点供电，则线路的最大负荷利用小时数Tmax就是负荷所提供的最大负荷利用小时数;#对于链形网络，各线路的最大负荷利用小时数Tmax等于所提供负荷点的最

12、大负荷利用小时数的加权平均值，即nTmax力 Pmax j Tmax j_ n Pmax jj 二式中，Pmaxj 各负荷点的最大有功功率;Tmaxj 各负荷点的最大负荷利用小时数。对于环形网络，通常在有功功率分点出拆开，成为放射形或链形网络，各段 线路的Tmax可用上述方法求得。2）导线截面积的校验按以下三个方面校验导线截面积。 按允许载流量条件校验导线截面积（发热校验）导线型号初选后，需计算最严峻的正常运行方式下和事故运行方式下，实际可能的工作电流，将其与该型号导线长期允许载流量相比较，前者应小于后者。在正常情况下导线的最高工作温度取 70 t，当计及日照影响时最多不超过 80 C。在海拔

13、1000m及以下、环境温度为25 C时的铝绞线、钢芯铝绞线以及部 分特殊导线的长期允许载流量见附表 B 6及附表B 7,当导线的工作条件与表 附B 6和附表B 7所示载流量计算条件不符时，则导线的长期允许载流量需进 行修正，其修正系数见附表 B 8。需注意的是，这里的环境温度，对于户外裸 体导线应取当地一年中最热月份的平均最高温度。 按电晕条件校验导线截面积电晕将产生功率损耗、 干扰无线电通讯。 因此在设计线路时， 就应校验所选导线直径能否满足在晴朗天气不发生电晕的要求。附表B9 列出了规程规定的不必验算电晕的导线最小直径。如果按其他条件选择的导线直径小于附表B9中所列的数值，一般就应加大导线

14、截面积或考虑采用扩径导线或分裂导线。 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，规程规定，1KV 10KV线路不得采 用单股线，其最小截面如附表B 10所示。对更高电压等级线路，规程未作规定, 一般认为导线截面积不得小于 35mm2 。3）电压损耗的校验根据所选导线截面积， 在电力工程手册中可查得各导线的电阻、 电抗（几何 均距取4m ）,再根据所选导线的实际参数，进行潮流分布计算，目的是校验正常 运行情况下，线路的电压损耗是否满足要求。 同时，还要进行故障情况下的校验。 方法是选择最严重的故障情况， 进行潮流计算， 校验各条线路载流量是否满足导 线长期允许通过的电流值，并进行

15、电压损耗校验。若以上条件均满足， 可确定出导线的截面积， 若不满足， 则增大截面积重新 计算，并校验。4）计算电力网投资线路投资 WL线路的投资可查找相关电力工程设计手册。（35110KV网络，线路投资计 算可参考附表 B11 计算）变电所投资 Wb由于设变电所中， 变压器对各方案都是相同的， 所以变电所的投资可不参与 比较，只比较配电装置。因各方案的主接线没有确定，故在经济比较时，各方案均选现同的高压开关，并认为主接线形式一致。配电装置的投资可查找相关电力 工程设计手册。（35110KV网络，配电装置的投资计算可参考附表 B 12计算）电力网的总投资：Z =Wl +Wb5）计算年运行费用年运

16、行费用包括线路和变电所设备的折旧、 维护及小修费和电网的电能损耗 费。线路折旧维修费:Wlw =4%Wl变电所折旧维修费:Wbw =12%Wb根据最大负荷利用小时数电能损耗费:Tmax及各条线路的COS，查附表B 13得出最大负荷损耗时间Tmax。按潮流计算得出各条线路的山Pmax，由下式求得线路的电能 损耗也 Az =PmaxT max各线路的电能损耗之和2 iAz即为全网的电能损耗。I； AAz乘以系统平均售电价格后，可得电能损耗费Waz =送 MzWe（元）式中：We 为系统平均售电价格，元/（KWh）年运行费用：F =Wlw枷bw十Waz6）确定最优方案各方案的一次投资及年运行费用求出

17、以后，其中投资最少而且年运行费用 又最低的方案，就是最优方案。当；两个方案中，一方案投资大而运行费用小，另一方案投资小而运行费 用大，则按抵偿年限来选定方案，即式中，乙，Z2 两个方案的投资费用;Fi , F2 两个方案的年运行费用;N 抵偿年限，单位是“年”。目前我国一般采用标准抵偿年限为 58年。当N小于58年，认为投资 高而运行费用少的方案在经济上是有利的；反之，则认为投资低而运行费用高的 方案在经济上是有利的。对于多个方案进行比较时，为了简化计算，可以把抵偿年限公式变换一下,称之为计算费用最小的方法，其计算公式如下:Fji=+Fij1 N 1Fj2 =玉 +F2 j2 N 2式中，Fj

18、i,Fj2一各方案的计算费用;Z2一各方案的投资费用;Fi，F2一各方案的年运行费用;N 抵偿年限，一般取6年。当某一方案的计算费用最小时，可以认为该方案在经济上是有利的，选为最 优方案。考核方法及成绩评定考核方式由对课程设计说明的撰写质量的评定及答辩成绩两部分组成。成绩评定为两级分：合格与不合格。课程设计说明书基本要求1 摘要用 300 字左右概述设计题目的特点， 重点概述设计方案采用的分析、 设计方 法，得出的结论等。2 前言围绕选定的设计题目在查阅大量文献资料的前提下，写出查阅文献的综述。主要包括选题的理论研究价值和工程实践意义等。方案设计与分析(1)在计算分析的基础上提出诸多设计方案；

19、(2)经分析、比较选出最佳的创新设计方案；心得体会谈一谈参加“电力系统分析课程设计”的体会。6 参考文献列出参考文献 （ 包括书、期刊、报告等 ）其他要求1电力系统分析课程设计要求在 1 周内完成。第 l 天查资料，熟悉题目；第24天方案分析、比较阶段，同时撰写设计说明书；第5天整理输出设计说 明书并交卷答辩。2要求学生在“电力系统分析课程设计”阶段，全力以赴完成课程设计任 务，不能做与本设计无关的事， 有事需向指导老师请假。 按时完成设计任务书要 求的设计任务。3按照学校规定，设计资料（含电子文档）交系研究所统一存档。4课程设计说明书书写格式参照学校课程设计（论文）格式要求执行。附录A电力系

20、统分析课程设计原始资料 题目：地区电力网设计 原始资料:(1)发电厂、变电所地理位置图系统(2)电源情况 水电厂：TS900/135-56,额定容量 45MW( coO.9)，台数 3 系统：与3#变电所由2XLGJ-150相连，系统母线电压最大最小负荷时均维持115KV，最大负荷时提供功率50MW (cosn=0.9 )，最小负荷时为 30MW(cos% =0.9)(3)说明1)变电所3#是原有变电所，主接线为双母线结构;2)为开发利用水资源，在距离变电所 3#约100km处新建一水利发电厂。发 电能力在春夏秋三季满发，冬季最大出力为最大容量的3/4;3)发电厂国际厂用电率2%,机压负荷2M

21、W;4)区域气温最高为 40 C ,年平均温度为25 C ,最热月平均最高气温为32 C。（4）各变电所负荷情况编号1234变压器额定容量（MW）25x231.531.5x2252最大负荷（MW）30455025最小负荷（MW）25273020Tmax （小时）6000500050006500COS0.90.90.90.9负荷性质工业城市城市工矿（5）设计要求 1）设计说明书1份;2）计算书1份。附表B 1同时率Ki的参考值附录B用户、系统的情况用户较少用户特别多地区与系统之间同时率K10.951.00.70 0.850.90 0.95附表B 2 一般发电厂厂用电率电厂类型热电厂凝气式电厂水电

22、厂小型凝气式电厂同时率K112%8%10%0.1%1%5% 6%附表B 3电压等级与二次侧的功率因数及Q/P的关系变电所电压等级（KV）22035110二次侧功率因数0.95 10.9 1Q/P0.33 00.48 0附表B 4各电压等级输电线路合理输送容量及输送距离线路额定电压（KV）输送容量（MW）输送距离（km）线路额定电压（KV）输送容量（MW）输送距离（km）0.380.10.6352.0 1050 2030.11.031605.0 20100 2060.11.21541101050150 50100.2 2.0206220100300300 100附表B 5 经济电流密度（A/mm

23、2）导线材料最大负荷利用小时数Tmax3000以下300050005000以上铝线、钢芯铝线1.651.150.9铜线3.02.251.75铝芯电缆1.921.731.54铜芯电缆2.52.252.0附表B 6 LJ铝绞线的长期允许载流量（环境温度20 t ）标称截面积2 mm长期允许载流量（A）标称截面积2 mm长期允许载流量（A）+ 70 C+ 80 C+ 70匕+ 80 C1611211718553454325151157210584593351831902406346435023123930073173870291301400879883953513605001023102312041

24、04206301185118015046647680013881377附表B 7 LGJ铝绞线的长期允许载流量（环境温度20 ）标称截面积2 mm长期允许载流量（A）标称截面积2 mm长期允许载流量（A）+ 70 C+ 80 C0+ 70 C0+ 80 C108893185539548161151212105775862515416024065566235189195300735742502342404008989017028929750010251024953573656301187118212040841780014031390150463472附表B 8 不同环境温度时载流量的校正系数K

25、t （导体温度为70 C ）周围空气温度（C）51015202530354045修正系数1.201.151.111.051.000.940.880.810.74附表9 不必验算电晕的导线最小直径（海拔不超过1000米）额定电压（KV）60以下110154220330导线直径（mm）一9.613.6821.2833.22 X 21.28相应导线一LGJ-50LGJ-95LGJ-240LGJ-600LGJ- 2 240导线种类通过居民区时通过非居民区时铝绞线和铝合金线3525钢芯铝线2516铜线1616（万元/km）附表B 10导线最小截面积（mm2）附表B 1135110KV架空线路投资 （90

26、年代水平）电压及导线型号截面（mm2）3550709512015018524035KV110KVLGJLGJ导线综合导线综合0.191.10.211.250.291.450.291.950.401.650.402.10.491.850.492.250.622.10.622.450.762.350.762.70.982.70.982.95断路器型号进出线数单母线分段单母线分段带旁路双母线双母线带旁路主增减一增减一增减一增减一电压型号变馈总投资条线路总投资条线路总投资条线路总投资条线路KV压线的投资的投资的投资的投资器DW广35D2617.981.7721.62.1435DW2-352621.96

27、2.1923.492.4DW3-352621.242.1122.772.329.62DW1-1102465.88.62729.2470.079.2481.68.47SW1-1102458.27.4764.68.0963.18.0972.89.45110SW2-110G2465.068.4571.269.0769.969.0779.7610.2717SW4-1102470.89.27779.8975.79.8985.4KW1-11024127.517.3614774DW3-22022206.838.1204.538.1243.939.5SW1-22022150.826.9148.526.9188

28、28.3220SW5-22022156.628.1154.428.1193.929.4KW1-22022218.540.4216.340.4268.442.1附表B 1235110KV屋外配电装置投资（90年代水平）（万元）TmaxCOS（h）.0.800.850.900.951.002 0001 5001 2001 0008007002 5001 7001 5001 2501 1009503 0002 0001 8001 6001 4001 2503 5002 3502 1502 0001 8001 6004 0002 7502 6002 4002 2002 0004 5003 1503 0

29、002 9002 7002 5005 0003 6003 5003 4003 2003 0005 5004 1004 0003 9503 7503 6006 0004 6504 6004 5004 3504 2006 5005 2505 2005 1005 0004 8507 0005 9505 9005 8005 7005 6007 5006 6506 6006 5506 5006 4008 0007 4007 3507 250附表B 13最大负荷损耗时间Tmax于最大负荷利用小时数 Tmax的关系附表B 14架空线路电阻（20 C电阻，0/km）截面积2 mm型号TJLJLGJLGJQLG

30、JJ44.6563.06101.843.12161.201.982.04250.741.281.38350.540.920.85500.390.640.65600.32-700.280.460.46950.200.340.331200.1580.270.270. 271500.1230.210.210.210.211850.1030.170.170.170.172400.0780.1320.1320.130.1313000.0620.1060.1070.1080.1054000.0470.0800.0800.0800.0785000.0630.0656000.0520.0557000.044附表B 15铝导线敷设的架空线路的感抗和电阻（20 C电阻）导线型号LJ-16LJ-25LJ-35LJ-50LJ-70LJ-95LJ-120电阻（0/km）1.961.270.910.630.450.330.27几何均距（m ）线路感抗（C/km）0.60.3580.3450.3360.3250.3510.3030.2970.80.3770.3630.3520.3410.3310.3190.3131.00.3910.3770.3660.3550.3450.3340.3271.250.4050.3900.3800.3690.3590.3470.3411.5