高压电力网最优网络接线方案设计

a编号1151401333课程设计（2014级本科）题目：高压电力网最优网络接线方案设计系（部）院：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化作者姓名：王彦荣指导教师：刘永科职称：副教授完成日期：2014年7月1日目录TOC\o"1-4"\f\h\u30503目录 18101河西学院本科生课程设计任务书 25566引言 431528第一章功率平衡校验 5287881.1有功功率的平衡 5271081.1.1系统综和最大用电负荷的计算 5214531.1.2系统供电负荷的计算 5114831.1.3系统中发电负荷的计算 5207401.1.4发电厂A的总装机容量初定 5152271.2无功功率平衡 621581.3初步确定主网架 62300第二章供电网络接线初步设计 8275972.1方案的初步拟定 814962.2初步潮流计算 10246842.2.1方案一初步潮流计算 10179212.1.2方案二的初步潮流计算 1599842.2电力网电压等级的确定 2014777第三章导线截面的选择 22244763.1导线截面积选择原则和方法 2256913.2按电晕校验导线截面积 22292443.3按电压损失校验导线截面积 22134583.4两种方案的经济比较 24104193.4.1投资费用的计算 2482793.4.2年运行费用 25河西学院本科生课程设计任务书高压电力网最优网络接线方案设计1.设计任务1.1设计题目高压电力网最优网络接线方案设计1.2设计内容经设计方案的初步筛选和经济技术比较后，确定较优主网架接线方案，并对其进行N-1校验、导线选型及校验。本次设计旨在初步掌握并熟悉电力网接线设计、无功补偿、方案经济性比较等基本方法，加深对电力系统潮流计算方法及意义、技术经济比较理论的理解。1.3原始数据（1）发电厂变电所地理位置。本设计针对一个地区电力网，该电力网中有一个火力发电厂A，发电厂附近有一些近区负荷，另有3个变电所，发电厂、变电所的地理位置关系如图3-1,1、2、3为变电所，图中每个方格距离代表20km。（2）发电厂、各变电所负荷情况。发电厂A各变电所的负荷情况见表3-2，其中补偿后功率因数是对变电所低压负荷母线的运行要求。图1-1发电厂变电所地理位置图表1-1发电厂和各变电所负荷情况表项目地点A123最大负荷/最小负荷(MW)6/342/3550/3535/28功率因数（补偿后）0.950.980.980.98最大负荷利用小时（h）4000400045003600一、二类负荷所占比例（%）25406052低压母线电压（kv）10设计的基本要求2.1设计及计算说明书（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言正确。（2）计算书内容：为各设计内容最终成果、确定提供依据进行的技术分析、论证和定量计算，如。（3）计算书要求：计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。2.2图纸（1）绘制分析所需的必要图纸（2）图纸要求：用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适，清晰美观。3.论文(设计)进度安排阶段论文（设计）各阶段名称起止日期1熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料2查阅有关资料3阅读设计要求必读的参考资料4书写设计说明书5上交设计成果4.需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）[1]:陈珩.电力系统稳态分析（第三版）[M]，北京，中国电力出版社，2007[2]：何仰赞，温增银.《电力系统分析》第三版[M]，武汉,华中科技大学出版社，2002[3]：陈悦.《电气工程毕业设计指南电力系统分册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2008[4]:[5]:教研室意见负责人签名：年月日学院意见负责人签名：年月 日引言电能是当前我国能源消费的主要形式之一，近年来，随着国名经济的快速增长，社会对电能的需求越来越高，对供电质量和可靠性的需求也越越来越高。因此，必须通过发展电力工业，不断扩大电力系统的规模，建设稳定可靠的供电网络来满足经济发展的需求。电力网络接线最优方案的设计是前提，是电网建设的总体规划，是电力工程建设的实施方针是一项具有战略意义的工作，必须以高效，经济，可靠为原则。电网设计的任务是根据设计期内的复合要求及电源建设方案，确定相应的电网接线，以满足可靠、经济、安全地输送电力的要求。电网接线方案通常有很多种，根据电网实际情况确定最优的接线方案，是电网设计的重中之重。本设计内容包括：分析原始资料，审定运算条件，校验系统有功、无功平衡和各种运行方式，通过方案比较，确定系统接线方案，确定发电厂、变电所的接线方案和变压器的型号、容量及参数，进行系统的潮流计算，选择变压器的分接头，设计系统设计的主要指标，回执系统电气主接线图。第一章功率平衡校验1.1有功功率的平衡1.1.1系统综和最大用电负荷的计算系统综合最大用电负荷按下式计算：其中：负荷同时系数。根据原始资料中的数据可算得：1.1.2系统供电负荷的计算其中：系统网损率1.1.3系统中发电负荷的计算系统发电负荷是指发电机出力。即系统供电负荷、发电机电压直配负荷、发电厂厂用电（简称为厂用电）负荷之和。根据原始数据表分析可得发电厂A为小型火力发电厂，则系统发电负荷为：其中：厂用电率1.1.4发电厂A的总装机容量初定发电厂装机容量除满足系统发电负荷的需求外，还应考虑留有的系统有功备用容量。所以可以初步确定发电厂A的装机容量为：因发电厂最大机组容量一般不超过系统总容量的,在考虑到系统负荷增长的情况下，发电厂A中最大机组容量以不超过为宜，最终确定发电厂总装机容量为。1.2无功功率平衡电力系统的无功功率平衡是保障电压质量的基本条件。无功功率平衡遵循的是分层和分供电区就地平衡原则。为达到就地平衡就必须分层分区进行无功补偿。合理的无功补偿和有效的电压控制，不仅可以保证电压质量，而且将提高电力系统的稳定性、安全性和经济性。在主变压器最大负荷时，因为功率因数为0.9--0.95，所以不需补充无功功率，系统内的总装机容量应该大于发电负荷，即系统内应该有足够的备用容量，按规定系数的总装机容量应大于或等于系统最大发电负荷的1.2倍。1.3初步确定主网架在变电所和电源布局确定的基础上，电力网络接线方案的选择就是十分重要的。一个良好的接线方案，对于电力网的投资、建设、运行和发展都有重要的意义。电力网的接线方案的选择中需考虑的技术条件通有：供电的可靠性，电能的质量，运行及维护的方便灵活性，继电维护及自动化操作的复杂程度以及发展的可能性等。电力网接线方案的具体选择过程中常采用筛选法，其步骤大致分为：a.列出每个可能的接线方案;b.从供电可靠性，运行维护的灵活性等角度去掉明显不合理的方案。c.暂留下的方案，按类似的接线方式进行粗略经济比较，方案是按象征变电所投资大小的断路器和象征线路投资大小的线路长度进行比较。d.根据原始资料图，设计主网架时依据可靠性原则，选择出以下七个初选方案如图。第二章供电网络接线初步设计2.1方案的初步拟定从满足电网供电可靠性角度出发，在进行电力网网络结构初步设计时，应考虑选用有备用的接线方式。通过比较各变电所的负荷及地理位置，发电厂的地理位置初步拟定接线方案如下：表2.1各种接线方案方案图形线路长度（km）优缺点方案一291.93优点：线路段，接线方式简单；缺点：损耗大，供电可靠性不高。方案二337.64优点：线路较短，可靠性高，损耗小；缺点：接线较复杂，变电所3的接线方式较单一，灵活性一般。方案三389.93优点：供电可靠性高，线路较短；缺点：接线复杂，损耗大。方案四374.39优点：线路段，可靠性高；缺点：接线有点复杂，损耗大。方案五482.96缺点：线路太长，损耗较大，此方案不适用。方案六435.64缺点：接线方式较单一，电力网络灵活性不高，损耗大，线路太长不经济。方案七217.82缺点：接线方式较单一，电力网络灵活性不高。发电厂与各变电所、变电所与变电所之间的距离计算如下：根据发电厂和各变电所负荷情况表中各变电所负荷大致分布及各变电所中一二类负荷所占比例，电路电线的距离，所用断路器的个数，以及电力电网运行时的稳定性判断初次去掉方案三、方案四，方案五、方案六和方案七。留下方案一和方案二进一步计算比较。一个较好的网络接线方案不仅提供充足、可靠、合格和廉价的电力，而且具有良好的经济效益。因此对初步选择的方案一、方案二还需进一步的比较和分析，本次设计采用经济技术比较的方法，从两个方案中选出一个最优方案。2.2初步潮流计算由于规划设计阶段，网络导线型号是未知的，因而假设全网为同一往来进行初步潮流计算。初步潮流分析同时忽略线路的损耗，此时网络的初步潮流分析对于环网来讲只和线路长度及负荷功率有关。2.2.1方案一初步潮流计算由原始资料可知，发电厂最大最小负荷的大小是给出的因而发电厂是监视厂，网络的功率平衡也由发电厂A实现的，所以选择A的功率为流出方向，其他支路功率方向为假设方向。根据此原则画图3-1.1.各变电所的最大负荷由资料可知，所以2.电力网络潮流计算线路名称输送容量（MVA）输送距离（km）电压等级（kv）最大负荷利用小时（h）最大负荷损耗时间A-167.1772.11110400035001-225.1756.57110450035003-224.83100A-359.8363.2511040003500由于电压等级都为,查附表得软导线经济电流密度。各导线的截面积4.根据导线截面积选择导线型号从下面附表中，查导线电阻与电抗值，得出参数如下表：表2.3导线的型号电阻和电抗线路名称横截面积（）导线型号电阻（）电抗（）电压等级（kv）充电功率（Mvar/100km）允许截流量（A）A-1280.88LGJ-300/400.1050.3951103.827351-2105.25LGJ-120/250.2230.4211103.5724083-2103.83LGJ-120/250.2230.4211103.572408A-3250.19LGJ-300/400.1050.3951103.827355.校验导线截面积（按允许载流量条件校验导线截面）（1）A—1段a.故障时断开1—2段，则流入线路A—1的功率、电流分别为：b.故障时断开A-3段，则流入线路A-1的功率、电流分别为：(2)1-2段a.故障时断开A-1线路，则流入线路1-2的功率、电流分别为：b.故障时断开3-2线路，则流入线路1-2的功率，电流分别为：(3)3-2段a.故障时断开1-2线路，则流入线路3-2的功率、电流分别为：b.故障时断开A-3线路，则流入线路3-2的功率，电流分别为：(4)A-3段a.故障时断开3-2线路，则流入线路A-3的功率、电流分别为：b.故障时断开A-1线路，则流入线路A-3的功率，电流分别为：6.精确计算(1)各线路的阻抗参数(2)各段线路功率的分布情况(3)修正后的截面积线路名称导线横截面积（）导线型号电阻（）电抗（）电压等级（kv）充电功率（Mvar/100km）允许截流量（A）单位造价（万元/km）A-1348.7LGJ-400/500.0970.3861103.91289834.91-2123.58LGJ-150/250.210.4161103.61846322.023-2124.88LGJ-150/250.210.4161103.61846322.02A-3304.98LGJ-400/500.0970.3861103.91289834.92.1.2方案二的初步潮流计算根据假设的方向画出功率示意图：1.各变电所的最大负荷由原始资料可知，则2.电力网络潮流计算线路名称输送容量（MVA）输送距离（km）电压等级（kv）最大负荷利用小时（h）最大负荷损耗时间（h）A-147.1872.11110400035001-20.6356.5711045003500A-244.8382.4611045003500A-317.563.2511040003500由于电压等级都为,查表得软导线经济电流密度。3.各导线的截面积4.根据导线截面积选择导线型号从下面附表中，查导线电阻与电抗值，得出参数如下表：表2.3导线的型号电阻和电抗线路名称导线横截面积（）导线型号电阻（）电抗（）电压等级（kv）充电功率（Mvar/100km）允许截流量（A）A-1197.3LGJ-210/350.150.4051103.6755391-221.62LGJ-25/41.96901100115A-2187.46LGJ-210/350.150.4051103.721577A-373.18LGJ-95/200.3320.4291103.5043575.校验导线截面积（按允许载流量条件校验导线截面）(1)A—1段a.故障时断开1—2段，则流入线路A—1的功率、电流分别为：b.故障时断开A-2段，则流入线路A-1的功率、电流分别为：(2)1-2段a.故障时断开A-1线路，则流入线路1-2的功率、电流分别为：b.故障时断开A-2线路，则流入线路1-2的功率，电流分别为：(3)A-2段a.故障时断开1-2线路，则流入线路A-2的功率、电流分别为：b.故障时断开A-1线路，则流入线路A-2的功率，电流分别为：(4)A-3段由于此线路是双回路供电，故障时断开其中另一条线路即可，则流入线路A-3的功率、电流分别为：6.精确计算(1)各线路的阻抗参数(2)各段线路功率的分布情况(3)修正后的截面积线路名称导线横截面积（）导线型号电阻（）电抗（）电压等级（kv）充电功率（Mvar/100km）允许截流量（A）单位造价（万元/km）A-1182.50LGJ-185/300.1700.411103.67553928.11-211.8LGJ-16/31.96901100115A-2202.75LGJ-210/350.150.4051103.72157733.7A-378.18LGJ-95/200.3320.4291103.50435720.52.2电力网电压等级的确定在选择输电线路电压等级时，应根据输送容量和输送距离，以及周围电力网的额定电压的情况，从拟定的几个方案中通过技术经济指标的比较确定。在接线方案拟定时，要注意要满足远景需要的发展。当方案技术经济指标相近，或者较低电压等级的方案优点不太明显时，应考虑电压等级高的方案。分析以上计算数据发现，单回线路输送的最大负荷估算值接近50MW，且最长线路为100km，则确定电网电压等级为110KV。第三章导线截面的选择3.1导线截面积选择原则和方法送电线路的截面积，一般根据经济电流密度选择。对于大跨越导线的截面积，一般按长期允许载流量选择。送电线路所采用的导线和避雷线，应符合国家颁布的产品规格，铝绞线、钢芯铝绞线和扩径导线的规格及长期允许载流量。导线截面积选择的一般做法：先按经济电流密度初选导线截面积，然后做电压损失、机械强度、电晕、发热等技术条件的校验，有必要时尚续做技术经济比较，确定导线截面积及相应的导线型号。3.2按电晕校验导线截面积对于110KV及以上电路，电晕现象往往是限制导线截面积不能过小的主要原因，所选导线截面的电晕临界电压应大于其最高工作电压。根据附表不必验算电晕的导线最小型号及外径中，表中列的是不产生电晕的导线最小截面积。因此两个方案所选的导线均不必进行电晕校验。3.3按电压损失校验导线截面积按电压损失校验导线截面积的目的不是主要运用截面积改变来使线路满足要求，而可以寻找各种措施，如题高功率因数，改用有载调压变压器以及改变电网规格设计方案等，将这些措施和增大截面积一起做经济比较，从而确定合理措施使线路满足电压损失校验。1.方案一(1)在正常运行情况下各线路的电压损耗为：（2）故障情况下各线路的电压损耗为：一般认为在无特殊情况下，正常运行时电压损耗不超过10%，故障时电压损耗不超过15%，则此校验中导线满足要求。2.方案二（1）正常运行时各线路的电压损耗（2）发生故障时各线路的电压损耗3.4两种方案的经济比较最优网络规划方案的设计是根据规划区内电源、负荷分布状况确定合理的电网结构，是保证电力系统安全、稳定、经济运行的关键。方案比较的主要方法：经济比较法。经济计算是从国民经济整体利益出发，计算电气主接线的各个比较方案的费用和效益，为选择经济上的最优方案提供依据。在经济比较中，一般有投资和年运行费用两大项。计算时，可以计算个方案不同部分的投资和年运行费用。先分析如下：3.4.1投资费用的计算1.方案一设线路的投资为Z，造价为P