区域电网设计教师指导用书

1、课程设计题目：区域电网设计姓名： 指导教师： 一、 课程设计目的：通过区域电力网络的规划设计，巩固和加深对课程所学理论知识的理解，培养独立分析和解决问题的能力，掌握电力工程设计的基本方法和基本步骤。设计任务是根据给出的数据及要求，对原有资料核实分析，设计一个输电、变电电力系统。该电力系统包括一个火电厂、一个水电厂、五个变电站及输电线路，该系统必须保证电能质量符合标准，供电可靠性和稳定性，运行方式灵活性，并具有一定的经济性。二、 设计原始资料a) 设计的系统与厂、站地理位置图AB10km绘图比例尺 图1-1 电厂电站地理位置图A：火电厂 B：水电厂 . ：变电所 （图中比例尺代表10km）电厂、

2、变电站负荷资料 表1-1 系统电力平衡表 单位：MW 月份项目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最大负荷0.687 0.655 0.722 0.761 0.850 0.954 0.994 10.995 0.915 0.748 0.760 电厂可调日保证电量Atj2.02.53.45.56.88.19.08.86.45.24.23.0图1-1 广东省某市2010年最大负荷曲线表1-2 火力发电厂资料项目台数容量（MW）电压(kV)功率因素1566.30.85表1-3 水力发电厂资料项目台数容量（MW）电压(kV)功率因素2526.30.85表1-4 发电厂和变电所负荷资料项目发

3、电厂A发电厂B变电所1变电所2变电所3变电所4变电所5最大负荷（MW）4.4+j2.62.5+j1.36.5+j3.55.6+j3.88.2+j5.56.2+j3.87.2+j4.6最小负荷（MW）2.1+j1.41.3+j0.63.2 +j1.72.8+j1.54.0+j1.63+j1.63.8+j1.8最大功率因数0.900.900.880.890.880.880.90最小功率因数0.80.80.820.810.820.820.81调压方式顺调压顺调压常调压常调压常调压常调压常调压Tmax（小时）4500500045004500450045004500注：（1）电厂负荷不包括厂用电；（2）

4、主网采用110kV电压等级，厂用电率自己确定。 两电厂之间以双回线联络。 设计成果：设计说明书一份和主接线图一张。b) 设计的主要内容1 用Matlab编制潮流计算程序，可任选一种潮流计算方法。2 检验有功、无功平衡；编制电力电量平衡、核实原发电厂是否需要增容。3 根据设计任务书所给的发电厂和变电站的地理位置设计出4种网络接线方案，从供电可靠性、线路总长度、开关数量、继电保护整定的难易程度等几个方面选择出两种较优的方案，对这两个接线方案进行以下设计工作，包括：1） 采用自己编制的潮流计算程序进行初步的潮流计算，采用PowerWorld软件进行比对。2） 用经济电流密度法，确定线路的截面和型号；

5、（列出典型线路的参数表）3） 确定各厂、站接线方案，选择变压器的型号、容量；4） 用PowerWorld软件完成大方式的“N-1”潮流校核，进行线路载流能力和电压水平分析，并针对存在的问题，调整线路选型；5） 采用PowerWorld软件进行短路计算，进行三相短路容量测算校核。（110kV短路电流限制<40kA，若短路电流越限，提出处理措施并进行验算）。（发电机的电抗值）6） 计算电力网的网损和投资等经济指标（投资不考虑变电站的投资，补充投资单价）；4 通过技术经济比较，确定推荐接线方案，并绘制接线图； 5 编制课程设计报告。三、 设计要求和设计成果：1、每两位同学为一组，自行分工，但任

6、务不能重复；2、每位同学对自己的设计任务编写课程设计说明书一份；3、一组同学共同完成一份完整的设计报告；4、设计说明和报告应包含：² 以上设计任务每一部分的计算过程和结果分析；² 设计说明书一份；² 所编制的潮流源程序（主要语句应加注释）；² 潮流计算结果（潮流图）² 主接线图一张；华南理工大学电力系 电气工程和及其自动化 专业课程设计(论文)任务书兹发给 课程设计任务书,内容如下：1. 课程设计题目： 区域电网设计 2. 应完成的项目：A. 用Matlab编制潮流计算程序，可任选一种潮流计算方法。B. 检验有功、无功平衡；编制电力电量平衡、核

7、实原发电厂是否需要增容；C. 通过方案比较，确定接线方案；D. 确定厂、站接线方案，选择变压器的型号、容量；E. 进行潮流计算，选择变压器的分接头；并采用PowerWorld软件进行潮流计算并与自己计算结果进行校核和分析；F. 用PowerWorld软件完成大方式的“N-1”潮流校核；G. 采用PowerWorld软件进行短路计算，进行三相短路容量测算校核。3. 参考资料以及说明A. 电力系统分析（上、下册）华中科技大学出版B. 发电厂电气部分高等学校教材C. 电网调度运用技术东北大学出版社D. PowerWorld 15使用手册E. 电力系统课程设计及毕业设计参考资料水利电力出版社4. 本毕

8、业设计（论文）任务书于2011年12月19日发出，应于2011年 12 月 30 日前完成，然后提交课程考试委员会进行答辩。系主任 批准 年 月 日教员组主任 审核 年 月 日指导老师 签 发 2011 年 12月 15日教师指导用书：2.1电力平衡2.1.1最大发电负荷计算 最大发电负荷计算公式：P发电= (2.1)公式中: 厂用电率=5% 网损率=5%厂用电率为厂用电负荷占本厂发电负荷的百分数。不同性质的电厂其值同，按手册资料取5%是合理的。线损率为线路及变压器的有功功率损失占供电负荷的百分数，当缺乏参数时，可在5%-10%范围选取。由式(2.1)可计算每个月的最大发电负荷如下:一 月:

9、P发电=30.8/(95%×95%)=34.13 MW 二 月: P发电=29.3/(95%×95%)=32.47 MW三 月: P发电=28.0/(95%×95%)=31.02 MW四 月: P发电=25.2/(95%×95%)=27.92 MW五 月: P发电=24.0/(95%×95%)=26.59 MW六 月: P发电=23.0/(95%×95%)=25.48 MW七 月: P发电=24.3/(95%×95%)=26.93 MW八 月: P发电=25.0/(95%×95%)=27.70 MW九 月: P发电

10、=25.7/(95%×95%)=28.48 MW十 月: P发电=28.8/(95%×95%)=31.93 MW十一月: P发电=30.2/(95%×95%)=33.46 MW十二月: P发电=31.7/(95%×95%)=35.12 MW2.1.2水电工作容量(出力) 水电工作出力的计算通常采用公式近似计算方法,公式如下:(1)当可调日保证电量Atj大于或等于系统日峰荷电量时,即AtjPmax×(-)时，水电厂的工作容量按下式计算Pshg=Ktj×(Pshyp-Pq)+ Pmax ×(1-)+Pq (2.2)式中, Psh

11、g水电工作出力 Pshyp水电月平均出力 Pmax电力系统最大负荷日 Pq水电厂不可调节部分出力日负荷率 日最小负荷系数Ktj水电厂调节系数，用于反映月（周）内用电的不均衡性，与之间存在如下的关系: = 0.5+0.5 (2.3) 若当为无调节或日调节电厂时，Ktj =1，则上式可简化为:Pshg= Pshyp+ Pmax ×(1-) (2.4)Atj 在此取水电月平均出力Pshyp（相当于Ktj取1且不考虑Pq）(2)当AtjPmax×(-)时，水电厂只能担任部分峰荷Pshg=+ Pq (2.5)计算时Ktj 取1且不考虑Pq，所以公式(1.5)简化为：Pshg= (2.

12、6)代入每月的数据计算如下： 11月12月.1月.2月.3月.4月为冬季，由式(2.3)和(2.6)得 = 0.5+0.5=0.85=0.7一 月：Atj = Pshyp=2.0 MW Atj <Pmax×(-)=30.8×0.15=4.62 MW Pshg=+ Pq = = =6.08 MW二 月：Atj = Pshyp=2.5 MW Pmax×(-)=4.395 MW Pshg=+ Pq = = =6.63 MW三 月： Atj = Pshyp=3.4 MWPmax×(-)=4.2 MW Pshg=+ Pq = = =7.56 MW四 月：At

13、j = Pshyp=5.5 MW Pmax×(-)=3.78 MW Pshg= Pshyp+ Pmax ×(1-)=5.5+25.2×0.15=9.28 MW五 月：夏季= 0.5+0.5=0.83=0.66Atj = Pshyp=6.8 MW Pmax×(-)=4.56 MWPshg= Pshyp+ Pmax ×(1-) =6.8+24×0.17 =10.88 MW六 月：Atj = Pshyp=8.1 MW Pmax×(-)=4.39 MW Pshg= Pshyp+ Pmax ×(1-)=8.1+23×

14、;0.17=12.01MW 七 月：Atj = Pshyp=9.0 MW Pmax×(-)=4.617 MW Pshg= Pshyp+ Pmax ×(1-)=9.0+24.3×0.17=13.13MW八 月：Atj = Pshyp=8.8 MW Pmax×(-)=4.75 MW Pshg= Pshyp+ Pmax ×(1-)=8.8+25×0.17=13.05MW九 月：Atj = Pshyp=6.4 MW Pmax×(-)=4.883 MW Pshg= Pshyp+ Pmax ×(1-)=6.4+25.7

15、5;0.17=10.77MW十 月：Atj = Pshyp=5.2MW Pmax×(-)=5.472 MW Pshg=+ Pq = = =10.09MW十一月：冬季Atj = Pshyp=4.2MW Pmax×(-)=4.53 MW Pshg=+ Pq=8.72MW 十二月：Atj = Pshyp=3.0MW Pmax×(-)=4.755 MW Pshg=+ Pq=7.55MW2.1.3火电厂工作容量（出力）火电厂工作出力等于最大发电负荷减去水电工作出力一 月：P火=P发电-P水=34.13-6.08=28.05MW二 月：P火=P发电-P水=32.47-6.63

16、=25.84MW三 月：P火=P发电-P水=31.02-7.56=23.46MW四 月：P火=P发电-P水=27.92-9.28=18.64MW五 月：P火=P发电-P水=26.59-10.88=15.71MW六 月：P火=P发电-P水=25.48-12.01=13.46MW七 月：P火=P发电-P水=26.93-13.13=13.8MW八 月：P火=P发电-P水=27.70-13.05=14.65MW九 月：P火=P发电-P水=28.48-10.77=17.71MW十 月：P火=P发电-P水=31.93-10.09=21.84MW十一月：P火=P发电-P水=33.46-8.72=24.74M

17、W十二月：P火=P发电-P水=35.12-7.55=27.57MW2.1.4备用容量 (1)负荷备用：日负荷曲线通常是每小时平均值表示，但实际负荷是瞬时变化的，加上常出现计划外短时负荷，有必要设置备用容量，保证系统维持在额定频率下运行。通常取最大负荷的25%，大系统采用较小的百分数，小系统采用较大的百分数。(2)事故备用：运行中部分机组因故需强迫停运时，为保证在规定的时间内不间断向用户供电，需要设置事故备用，通常按采用传统的百分率法，根据经验采用最大发电负荷的10%，并且不小于系统一台最大单机容量选取。 (3)检修备用：为保证发电设备安全经济运行，发电设备必须有计划定期进行定期检修。当季节性负

18、荷下降的容量不足以保证全部机组周期性检修时，需设置检修备用容量。实际中检修备用应按有关规程要求和系统情况，在年负荷曲线图上安排年检修计划确定，可参考SD230-87发电机检修规程所规定的设备检修周期和检修天数执行。检修备用容量可按最大发电机负荷的815%考虑。火电机组检修周期按3年考虑，水电机组检修按4年考虑。停机检修时间约为30天左右。(4)系统备用容量按照规程规定不得低于最大发电负荷的20%。备用容量在水火电厂之间的分配原则： 负荷备用一般由水电厂承担，事故备用一般按水火电厂承担系统工作容量的比例分配，检修备用由具体情况而定。在本设计中各备用容量按下面取值。计算结果见表2-1负荷备用：取5

19、%P月max，事故备用：取10%P发电，检修备用：取8%P发电，表2-1 发电厂备用容量分配表 单位：MW 123456789101112Pmax30.829.328.025.224.023.024.325.025.728.830.231.7P发电34.1332.4731.0227.9226.5925.4826.9327.7028.4831.9333.4635.12负荷备用1.541.471.41.261.201.151.221.251.291.441.511.59事故备用3.413.253.102.792.662.552.692.772.853.193.353.51检修备用2.732.602

20、.482.232.132.042.152.222.282.552.682.81P备用其中：水电： 火电：6.832.154.686.492.134.366.202.154.055.582.233.355.322.293.035.102.352.755.392.532.865.542.562.985.702.373.336.392.453.946.692.384.317.022.344.68水电备用=负荷备用+(水电出力X事故备用)/月最大发电负荷(5)需要装机容量 指维持电力系统正常供电所需要的装机容量，需要装机容量是工作容量与备用容量的总和。(6) 确定装机容量 若系统需要装机容量大于现有装

21、机容量，则需新增机组。(7)装机容量 指系统中各类电厂发电机组额定容量总和。(8)备用容量为保证不间断供电并保持在额定频率下运行而设的装机容量。包含负荷备用、事故备用、检修备用三部分。 综合上述数据汇总可的表1-2系统电力平衡表表2-2 系统电力平衡表 单位： MW 月份项目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一最大发电负荷34.1332.4731.0227.9226.5925.4826.9327.7028.4831.9333.4635.12二水电工作容量火电工作容量6.0828.056.6325.847.5623.469.2818.6410.8815.7112.0113.46

22、13.1313.813.0514.6510.7717.7110.0921.848.7224.747.5525.57三备用容量 其中：水电 火电6.832.154.686.492.134.366.202.154.055.582.233.355.322.293.035.102.352.755.392.532.865.542.562.985.702.373.336.392.453.946.692.384.317.022.344.68四需要装机容量其中：水电 火电40.968.2332.7338.968.7630.237.229.7127.5133.511.5121.9931.9113.1718.74

23、30.5814.3616.2232.3215.6616.6633.2415.6117.6334.1813.1421.0438.3212.5425.7840.1511.129.0542.149.8933.25五系统原装机容量其中：水电 火电401030401030401030401030401030401030401030401030401030401030401030401030六新增容量其中：水电火电1001010010100101001010010100101001010010100101001010010100102.2 电量平衡表的编制2.2.1系统月平均负荷 Pyp=Pymax

24、15;y× (2.7) Pyp某月平均负荷 Pymax某月最大负荷 y某月月不均衡系数 日负荷率月平均负荷乘以相应的月小时数，得到每月需要的电量，12个月相加后即得全年需要的电量。其中月不平均衡系数y的求取： 年电量E=y××T (2.8) 同时年电量E=×Tmax (2.9)令上两式相等，即可求出y，由于各月的y不同，分冬、夏季考虑其差别，冬季的月不均衡系数可取1.10y。 式中， T相应的月小时数， N变电站个数， Pnmax第n个变电站的最大负荷年电量E=E=y××T =730y（30.8+29.3+28+25.2+30.2+3

25、1.7）×0.85×1.1+730yX（24+23+24.3+25+25.7+28.8）×0.83 =730y×0.85×175.2×1.1+730y×150.8×0.83 =210952.48y年电量E=×Tmax =(6.5+5.6+8.2+6.2+7.2)×4500+4.4X4500+2.5X5000 =151650+32300=183950 y=183950/210952.48=0.873（可查手册11、12、1、2、3、4月为冬季=0.85，5、6、7、8、9、10月为夏季=0.83）

26、所以，系统月平均负荷为：1月：p1p=p1max×y×=30.8×0.873×0.85 =22.85MW 2月：p2p=p2max×y×=29.3×0.873×0.85=21.74MW 3月：p3p=p3max×y×=28.0×0.873×0.85=20.77MW4月：p4p=p4max×y×=25.2×0.873×0.85 =18.70MW5月：p5p=p5max×y×=24.0×0.873×0

27、.83=17.4MW6月：p6p=p6max×y×=23.0×0.873×0.83 =16.67MW7月：p7p=p7max×y×=24.3×0.873×0.83=17.61MW8月：p8p=p8max×y×=25×0.873×0.83=18.11MW9月：p9p=p9max×y×=25.7×0.873×0.83 =18.62MW10月：p10p=p10max×y×=28.8×0.873×0.83

28、=20.87MW11月：p11p=p11max×y×=30.2×0.873×0.85=22.41MW12月：p12p=p12max×y×=31.7×0.873×0.85=23.52MW系统各月平均负荷总和为:239.27MW水电厂各月平均负荷总和为:64.9MW(2+2.5+3.4+5.5+6.8+8.1+9.0+8.8+6.4+5.2+4.2+3.0)=64.9 MW 火电厂月平均出力等于系统月平均负荷减去水电厂月平均出力2.2.2计算年利用小时数将各类电厂各月平均出力乘以相应的月小时数后相加即得各类电厂的年电量

29、，用其除以相应的装机容量即得各类电厂的年利用小时数。即：水电厂年利用小时数=12个月水电厂月平均出力×相应的月小时数之和/水电装机容量火厂年利用小时数=12个月火电厂月平均出力×相应的月小时数之和/火电装机容量火电厂年利用小时数一般不大于5000小时，水电厂的年利用小时数一般在40005000小时。水电厂利用小时数=×=5.41×876=4737.7小时火电厂利用小时数=×=3182.3小时一、 系统月平均负荷合（万kw）二、 系统月平均出力（万kw）其中： 水电出力： 火电出力：项目2.285 2.174 2.077 1.87 1.74 1.

30、667 1.761 1.811 1.862 2.087 2.241 2.3520.2 0.25 0.34 0.55 0.68 0.81 0.9 0.88 0.64 0.52 0.42 0.32.085 1.924 1.737 1.32 1.06 0.857 0.861 0.931 1.222 1.567 1.821 2.0521 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12月 份 表2-3 系 统 电 量 平 衡 表23.936.4917.44合计183.949.88134.02年电量MKwh5水电：1火电：4装机容量（万kw）水电：4737.7小时火电：3182.2小时年发电设备利用小时

31、数第三章 负荷合理性及功率平衡校验 3.1负荷合理性校验 根据最大负荷利用小时数的定义，最大负荷运行Tmax小时所消耗的电量等于全年实际耗电量，所以应大于全年以最小负荷运行所消耗的电量，即： Pmax·TmaxPmin·8760 (3.1)（满足该式，判为合理） 8760全年小时数 发电厂A负荷 （Pmax·Tmax4.4×450019800）（Pmin·87602.1×8760183960） （MWh） 发电厂B负荷 （Pmax·Tmax2.5×500012500）（Pmin·87601.3×

32、876011388） （MWh） 变电所1负荷 （Pmax·Tmax6.5×450032500）（Pmin·87603.2×876028032） （MWh） 变电所2负荷 （Pmax·Tmax5.6×4500296800）（Pmin·87602.8×876024528） （MWh） 变电所3负荷 （Pmax·Tmax8.2×450036900）（Pmin·87604×876035040）变电所4负荷 （Pmax·Tmax6.2×450035960）（Pmi

33、n·87603×876026280）变电所5负荷（Pmax·Tmax7.2×450032400）（Pmin·87603.5×876030660）结论：所以以上负荷均满足合理性要求。 3.2 功率平衡校验3.2.1有功功率平衡校验（最大负荷方式下） 系统最大有功综合负荷： PXMAX=K1K2PMAXI+P厂 (3.2) 系统最小有功综合负荷： PXMIX=K1K2PMIXi+P厂 (3.3)K1同时系数取0.95 K2网损系数取1.05P厂-装机容量6% 发电厂装机容量PFMAX= 5x6+5x2+1X10=50MW PXMAX =

34、0.95x1.05x(4.4+2.5+6.5+5.6+8.2+6.2+7.2)+50x6%=43.5MW有功备用容量 P=PFMAX -PXMAX= 50-43.5=6.5MW备用容量占系统装机容量的百分比：6.5/50=13(规范要求大于10 )3.2.2无功功率平衡校验（最大负荷方式下） （1）系统最大综合无功负荷：QXMAX=K1QMAXI+K2Sei +Q厂 (3.4) (3.5)K1同时系数取0.95 K2变压器无功损耗系数取0.2Q厂-装机容量6% K1QMAXI0.95x(3.5+3.8+5.5+3.8+4.6+2.6+1.3)= 23.85 Mvar K2Sei=0.2X(31

35、.5x2+8+8)=15.8Q厂= QFMAX X6%=30.98x6%=1.86MVar2、发电机能提供的无功功率： QFMAX（50×1）tan (cos-10.85)=30.98MVarQ厂= QFMAX X6%=30.98x6%=1.86 MVar（2）发电机能提供的无功功率与系统需求的差额:30.98-(23.85+15.80+1.86)=-10.53 MVar需加补偿装置。且应就近补偿。1. 校验电力系统功率平衡和确定发电厂的运行方式3.1. 负荷合理性校验根据最大负荷利用小时数的定义，最大负荷运行TmaxI小时所消耗的电量等于全年实际耗电量，所以应大于全年以最小负荷运行

36、所消耗的电量，校验之。3.2. 功率平衡校验1) 有功功率平衡校验系统最大有功综合负荷： PXMAX=K1·K2·K1同时系数取0.9K2厂用网损系数取1.15（其中网损5%，厂用10%）需校验发电厂的有功备用容量是否大于最大有功负荷的10%。2) 无功功率平衡校验求出系统最大的无功综合负荷，校验发电厂的无功备用容量是否大于最大无功负荷的10%。3) 功率平衡校验结论评价前面的功率平衡校验结果，并校验发电厂带最大负荷时一台机组故障后能否保证一二类负荷的供电，对三类负荷的供电情况如何。2. 确定电力系统的接线图4.1. 网络电压等级的确定根据设计任务书的要求，网络的电压等级取

37、110kV。4.2. 网络接线方案初步比较根据设计任务书所给的发电厂和变电站的地理位置设计出4种网络接线方案，从供电可靠性、线路总长度、开关数量、继电保护整定的难易程度等几个方面选择出两种较优的方案，用来进行后面的精确比较。注：各个初选方案应画图说明。4.3. 网络接线方案精确比较按电力设计手册，当负荷的年最大利用小时数达到5000小时以上时，钢芯铝铰线的经济电流密度取J=0.9A/mm2，在高压区域电力网，用经济电流密度法选择导线载面，用发热校验。因本设计是110kv及以上电压等级，为了避免电晕损耗，导线截面不应小于LGJ-70。有关数据综合如下：导线截面载流量（A）r(/km)X(/km)导线投资（万元）线路综合投资（万元）LGJ-702750.450.4320.291.95LGJ-953350.330.4160.42.1LGJ-1203800.270.4090.492.25LGJ-15044