区域电力网规划设计详细的设计过程

电力网规划课程论文

题目：

学号：______

姓名：

2023年7月

目录

目录......................................................................................1

前言.....................................................................................2

第1章设计题目和原始资料........................................................3

1.1课程设计题目.......................................................................3

1.2设计主要内容.......................................................................5

1.3设计要求.............................................................................5

1.4原始资料.............................................................................5

第2章负荷合理性校验，功率平衡的校验及确定运行方式...................7

2.1电力网络负荷合理性校验..........................................................7

2.2电力网络功率平衡校验.............................................................7

2.3确定发电厂运行方式............................................................8

第3章确定网络结线方案和电压等级...........................................10

3.1电力网络电压等级的确定.........................................................10

3.2电力网络接线方案初级比较......................................................10

3.3电力网络接线方案精确比较...................................................11

第4章确定发电厂、变电所的结线方式........................................20

4.1选择发电厂主结线................................................................20

4.2确定变电所接线方式..............................................................21

4.3确定变压器型号、台数及容量...............................................21

第5章调压方式的选择和计算..................................................25

5.1系统参数计算......................................................................25

5.2潮流计算...........................................................................27

5.3网络电压损耗计算和变压器分接头的选择...................................32

5.4调压计算结果分析................................................................37

第6章统计系统设计的主要指标................................................38

5.1线损率的计算......................................................................38

5.2全年平均输电效率及输电成本计算...............................................38

5.3网络设计小结......................................................................40

参考文献41

—前■-sA-

本课程设计的任务是根据给出的数据及要求，按国民经济应用的要求设计一个

供电、变电网络。该网络包括一个发电厂、四个变电站及输电线路。该网络必须在

符合国民经济要求的前提下，保证一定的供电可靠性和稳定性，运行方式灵活，电

能质量符合标准，并且有一定的经济性。

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；进行系统的调压计算，选择

变压器的分接头；统计系统设计的主要指标；绘制系统电气主接线图。

根据给出的负荷情况及输电距离确定网络的电压等级为110KV,再根据变电

站、发电厂的地理位置，选出4〜6种结线方案进行粗略的比较，比较后从中选出2〜

3种方案进行精细的方案比较，最后选出一种技术、经济上最优的方案，随之可以

确定发电厂、变电站的结线方式和运行方式。然后根据所选的结线方式和运行方式

进行潮流计算和调压计算，直至调压方式、范围合符要求，最后统计物资用量，进

行经济指标计算。

最后得出的设计方案应具有高可靠性，能够安全、可靠地向用户提供符合电能

质量要求地电能，运行方式变换灵活，具有一定的经济性，基本满足国民经济的要

求。

由于本人的水平有限，设计中难免出现错漏，希望指导老师指正，并感谢指导

老师在设计过程中给予的辅导和帮助。

第1章设计题目和原始资料

1.1课程设计题目

二类用户（％）3530353030

调压方式常常顺逆顺

注意：（1）.发电厂的负荷包括发电厂的自用电在内；（2）.建议采用的电力网额定电

压为1lOkVo

1.4.3发电厂和变电所的地理位置图：

图例：〃

◎发电

比例尺：1:1000000“

G）—变申

第2章负荷合理性校验，功率平衡校验及确定运行方式

2.1电力网络负荷合理性校验

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-Tmax>Pmin,87608760----全年小时数

2.1.1发电厂负荷

(Pmax・Tmax=40X5500=220000)>(Pmin-8760=21X8760=183960)(MWh)

2.1.2变电所1负荷

(Pmax-Tmax=34X5500=187000)>(Pmin-8760=18X8760=157680)(MWh)

2.1.3变电所2负荷

(Pmax-Tmax=26X5500=143000)>(Pmin-8760=14X8760=122640)(MWh)

2.1.4变电所3负荷

(Pmax*Tmax=37X5000=185000)>(Pmin・8760=19X8760=166440)(MWh)

2.1.5变电所4负荷

(Pmax•Tmax=20X5000=100000)>(Pmin•8760=11X8760=96360)(MWh)

结论：经上述校验，所有负荷均满足合理性要求。

2.2电力网络功率平衡校验

2.2.1有功功率平衡校验(在最大负荷方式下)

系统最大有功综合负荷：PXMAX=K1K2£PMAX.〃

1

系统最小有功综合负荷：PXM】N=K1・K22

1

K1——同时系数取0.9

K2——厂用网损系数取1.15(其中网损5%,厂用10%)

PXMAX=0.9X1.15X(40+34+26+37+20)=162.5(MW)

AJrJfiV=0.9X1.15X(21+18+14+19+11)=86(MW)

发电厂装机容量：PFMAX=25X5+50X1=175(M2

有功备用容量：=P“AX・GMAX=175-162.5=12.5(MW)

备用容量占系统最大有功综合负荷的百分比：7.69%<10%

2.2.2无功功率平衡校验(最大负荷方式下)

系统最大无功综合负荷：QXMAX=PXMAX,tan(cos")

-1

—•■八JV/八八162.5Xtan(COS0.82)=113.43(MV«r)

-|

发电机能提供的无功功率：。尸MAX=PFMAX-tan(cos4)

-1-1

QhMAX=(5oxi)tan(cos().85)+(25x5)tan(cos0.8)=124.74(MV«r)

无功备用容量：QB74-113.43=11.32(MVar)

无功备用容量占系统最大无功综合负荷的百分比：9.98%<(10~15)%

2.2.3功率平衡校验结论

发电厂有功储备为12.5MW,达到系统最大综合有功综合负荷的7.69%,小于10%,

基本满足系统有功平衡的要求。

发电厂无功储备有11.32MVar,达到系统最大综合无功功率的9.98%,不满足

系统无功平衡要求的10〜15%的储备要求。

综上所述，该发电厂装机容量不满足系统功率平衡的要求，需要增加机组。

综合原始发电机资料，现增加一台50MW机组。计算得发电机无功储备为42.29

MVar,无功备用容量占系统最大无功综合负荷的百分比为37.28%,完全满足系统无

功平衡要求的10〜15%的储备要求

2.3确定发电厂运行方式

当系统以最大负荷方式运行时，该系统最大有功综合负荷为162.5MW,而发

电厂最大出力为175MW,因有功备用容量12.5MW不足一台发电机组的容量，所

以所有机组都须带负荷运行。机组间负荷分配，可以按机组容量来分配。

当系统以最小负荷方式运行时，系统有功功率只有86MW,此时发电厂以最大方式运

行时，平均每台机组所承担的负荷仅达到容量的25%〜50%,这显然是不经济的，

因此要考虑切除机组；同时考虑事故时的备用容量，应切除I台25MW机组和1台

50MW机组，即一台50KW机组和四台25MW机组带负荷，而另一台50KW机组和一台

25MW机组作备用，用作轮流检修和事故备用。

第3章确定网络结线方案和电压等级

3.1电力网络电压等级的确定

本设计的网络是区域电力网，输送容量20〜30MVA,输送距离从30〜40kM,根

据各级电压的合理输送容量及输电距离，应选择1I0KV电压等级(其输送能力为10〜

50MW,5()〜150kM)。

故网络电压等级确定为：110kV

3.2网络结线方案初步比较

方线路长度高压开

结线图优缺点

案(kM)关数

优点：供电可靠性高。

I28814缺点：电厂出线多，倒闸操作

麻烦；有环网，保护须带方向。

优点：供电可靠性高。

缺点：电厂出线多，倒闸操作

II23114

4麻烦；有环网，保护须带方向。

优点：供电可靠性高，电J出

线少，线路短。

III21612

4缺点：有环网，保护须带方向。

优点：电厂出线最少，线路最

短；开关最少，操作简单：电

IV1378

压损失最少。

缺点：供电可靠性最低。

优点：供电可靠性最高，保护

设施简单。

V27416

缺点：电厂出线最多，线路最

4r长，开关最多。

优点：供电可靠性最高，电厂

出线少。

VI32716

缺点：有环网，保护须带方向；

线路复杂，开关多。

根据上表比较，从可靠性、操作容易、保护简单等方面选优，选出II、HI两种方案

进行精确比较。

3.3网络结线方案精确比较

确定导线材料和杆塔的类别及导线的几何均距。目前我国高压输电线主要采用

钢芯铝绞线。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，

钢芯铝钱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llOkv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.在LGJ-240以下者，均采用单杆三角形排列，在

LGJ-300以上者，均采用口型杆塔。有关数据综合如下：

导线投资线路综合投资

导线截面段流量（A）r(Q/km)X(Q/km)

（万元）（万元）

LGJ-702750.450.4320.291.95

LGJ-953350.330.4160.42.1

LGJ-1203800.270.4090.492.25

LGJ-1504450.210.4030.622.45

LGJ-1855150.170.3950.762.7

LGJ-2406100.1320.1880.982.95

LGJ-3007100.1070.3821.463.4

LGJ-4008980.0790.38624

初选ill来的H、川方案技术和经济精确比较见下表：

方案11III

,

结线图

线路A-1：37.28+j26.02线路A-1：17+jl1.87

线路A-2：13+j8.74线路A-2：13+j8.74

潮流（MVA）线路A-3：33.72+j21.78线路A-3：18.5+jll,95

线路A-4：10+j6.72线路A-4：10+j6.72

线路1-3：0.28+j0.18

A-1：LGJ-3OOA-1：2XLGJ-15O

A-2：2XLGJ-95A-2：2XLGJ-95

选导线A-3：LGJ-240A-3：2XLGJ-150

A-4：2XLGJ-95A-4：2XLGJ-95

1-3：LGJ-70

A-1：3.424+jl2.224A-1：3.36+j6.448

A-2：5.28+j6.656A-2：5.28+j6.656

线路阻抗（C）A-3：5.016+j7.144A-3：3.99+j7.657

A-4：5.775+j7.28A-4：5.775+j7.28

1-3：12.15+jl1.66

A-1：占额定电压的3.7%A-1：占额定电压的1.1%

A-2：占额定电压的1%A-2：占额定电压的1%

正常时AU%

A-3：占额定电压的2.7%A-3：占额定电压的1.4%

A-4：占额定电压的0.9%A-4：占额定电压的0.9%

故障时最大△u%在线路A-4断开时，11.7%在线路A-3断开时，2.9%

线路：总计：线路：总计：533.08

线路

470.53万元554.53万元437.08万元万元

投资（K）

断路器：84断路器：96

断路器

万元万元

线路及断路折旧费年运行费折旧费年运行费

年运行费器折旧44.36万元259.99万元43.65万元110.89万元

用（N）线损费线损费

线损费用

215.63万元68.33万元

年计算费用（万元）339.21万元187.04万元

由上表的技术及经济比较可以看出，方案H、山在技术上均满足要求（正常时△〃<

5%,故障时AUV15%）,从经济上，供电可靠性上，方案III优于方案H,故选择方

案III为网络结线方案。

表中数据算法及算例如下：

线路潮流公布计算的两个假定：1、计算时不考虑线路功率损失；2、功率大小按导

线的长度平均分布。

3.3.1方案n

3.3.1.1潮流计算

(38+27)x34+38x371406+2210=3616

线路A-1：=37.28MW

32+27+38-9797

-1-1

QA-I=^A-I,tan(cos。)=37.28xtan(cos0.82)=26.02MVar

线路A-2：Px_2=—=\3MW

-1-1

QA2=PA2-tan(cos0)=13xtanfcos0.83)=3.14MVar

线路A-3：PA3=32x34+(32+27)x37=1088+2183=3372M|V

232+27+3897

-1

QA_3=PA_3­tan(cos(/>)=33.72xtan(cos-'0.84)=21J^MVar

20

线路A-4：PA4=—=]0MW

-1。)=-1

QA_4=PA_4-tan(cos10xtan(cos0.83)=6.72MVar

线路1-3：用3=Pk3-4=37.28-37=0.28MW

Qi-3=6-3,ian(cos-1(/>)=0.28xtan(cos-10.84)=0.18MM4r

3.3.1.2网络导线L选取

线路A-1：/AT=/T=尸28x1。'=238.63A

V3MCOS^V3x110x0.82

/—(34+37)X103

A-，max-V3«cos^"73x110x0.82-

°/._1238.632

Si==------=265.14mm2取J=0.9A/mm2

△AJ0.9

故选LGJ-300，Tmax=710A

13xl3

线路A-2：/.2="=O—=82.214

鸟cosp73x110x0.83

p26xl()3

?l-2max=164.42A

6ucos(pV3x110x0.83

S2==91.34ww2取J=0.9A/nu?f

A2J0.9

故选2XLGJ-95〃_2max=335A

Ei33.72x103

线路A-3：=210.704

64cos973x110x0.84

Ea=(34+37)x103

=443.65A

A-3max43ucos(pV3x110x0.84

/9107

SA3=上1==234.ll/nw2取/=0.9A/mm2

A~3J0.9

故选LGJ-240/111*1A=610A

线路A-4：IA_4=*4=l°xl"—=63.244

y/3ucos(pV3xl10x0.83

/---4max_2()XK)_12648A

zmax一^COS^-73x110x0.83一

S=—==70.27，〃〃J取•/=().9A/，〃〃/

J0.9

故选2XLGJ-95/max=335A

外吆IN7儿30.28xlO3.

线史各1-3：—---=—------------=1.75A

△ucoscpV3x110x0.84

Pxi

I=_max______■_；________OQ104

—一V3«cos^-73x110x0,84■

5.=—=—=1.94〃〃疗取J=0.9A/mm2

1-3J0.9

故选LGJ-70/max=275A

3.3.1.3网络线路阻抗Z计算

阻抗Z="=rt,L+jxoL

A-l：r+Jx=0.107x32+J0.382x32=3.424+j\2.224(0)

A-2：r+"=0.33x32/2+70.416x32/2=5.28+/6.656(C)

A-3：r+jx=0.132x38+jO.188x38=5.016+/7.144(C)

A-4：r+*=0.33x35/2+70.416x35/2=5.775+J7.28(Q)

1-3：r+"=0.45x27+70.432x27=12.15+jl1.66(G)

3.3.1.4网络正常运行时的电压损失计算

电压损失AU%=

U2

37.28x3.4244-26.02x12.224

A-1：△U%==3.7%

HO2

A-2：A^=13X5.28+8.74X6.656=1%

1102

Ar70/33.72x5.016+21.78x7.144__0/

A-3△U/o=--------------n--o2--------------=2.7/o

10x5.775+6.72x7.28

A-4：△u%==0.9%

IIO?

3.3.1.5网络故障时最大电压损失计算

在A-3-1-A网络中，当A-1断开电压损失最大：

(344-37)x5.164-(344-37)tangos"10.82)x7.144366.36+354.04

△%%==6%

11021102

34x12.15+34xtan(cos-10.82)x11.66413.1+276.72

=5.7%

HO21102

△U%=皿_3%+SUA_3%=6%+5.7%=11.7%

3.3.1.6电力网络总投资K计算(万元)

网络总投资二线路投资+开关设备投资

线路投资K1：若线路为双回路线，则线路计算长度为两线路长度之和的70%

K=G+K-

线路：KA_2+KA_3+长…+

=3.4x32+2.1x32x2x0.7+2.95x38+2.1x35x2x0.7+1.95x27

=470.53(万元)

断路器：（=6x14=84（万元）假定每个开关设备需投资6万元

总投资：K=用+&=470.53+84=554.53（万元）

3.3.1.7网络年运行费用计算（万元）

年运行费用包括折旧费和损耗费，其中折旧率按每年占总投资的8%来计算；电价

取0.4元/kWh.

折旧费=总投资x折旧率=8%K=554.53x8%=44.36（万元）

线路年网损费用：（T查表14-1：最大负荷损耗小时数T与最大负荷的利用小时数

Oax的关系《电力系统分析第三版下册》表14-1匕29）

3728+602

线路A-l：AP..=^X/?=--^-~x3.424=0.58486MW

4-1u2no2

cos°=0.85Tnax=55OO〃查表得T=4000〃

］？，+874

线路A-2：AR=-^-xR=~；-x5.28=0.10708MW

A-?2u2no2

cos0=（）.85TmaK=5500h查表得T=4000/2

q233722+?1782

线路A-3：AR.=^—xR=^^~x5.106=0.67999MW

2

A・3wHO

cos0=0.857^nax=5000h查表得T=3500/2

线路A-4：△匕4=工xR=1°+6J2X5.775=0.06928MW

iu21102

cos^=0.85Tmax=5000h查表得T=3500/2

线路1-3：A“3=JX/?=丁X12.15=00X）11MW

1-3u2no2

cos^=0.857；nax=5500h查表得T=4000/?

电能损耗：

AA=^（AP-r）=0.58486x4000+0.10708x4000+0.67999x3500+0.06928x3500+0.000I

1X4000=5390.645（MWh）

总网损成本=5390.645X101X0.4=215.63（万元）

年运行费二折旧费+损耗费N=44.36+215.63=259.99（万元）

3.3.1.8网络年计算费用N（万元）

按7年收回投资计算，则年计算费用一总投资/7+年运行费用.

N=554.53/7+259.99=339.21(万元)

3.3.2方案m

3.3.2.1潮流计算

线路A-l：P,.=—=17MVV

0,1=•tan(cos-1^)=17xtan(cos~'0.82)=11.87MVar

0A

线路A-2：P.八一12=—2=13MVV

P_-tan(cos-1。)=13xtan(cos-10.83)=S.74MVcir

QA_2=A2

37

线路A-3：PA_3=y=I8.5A/W

=P_-tan(cos-1(/>)=18.5xtan(cos-10.84)=11.95MVar

QA_3A3

20

线路A-4：PA_4=y=10MlV

=P_-tan(cos-1。)=10xtan(cos-10.83)=6.72MVar

QX_4A4

3.3.2.2网络导线L选取

p17x1n3

线路A-1：Z,_.=-=^—=-=------——=108.82A

A/3WCOS^V3x110x0.82

J=--imax=34x1()="763A

一国cos。-73x110x0.82"

J1MQQO

5片］=3=.=120.9\rnrn1取J=0.9A/mnr

Nj0.9

故选2XLGJ-150/e皿1tx=M5A

A213xl3

线路A_2：lx_2=J'-=0_=82.2M

V3WCOS69yj3x110x0.83

I_2_2max_26X1°、_jx442A

2mL疯,cos。-V3x110x0.83"

JQOO1

SA2==91.34，〃〃/取/=()9A/加加2

2j0.9

故选2XLGJ-952max=335A

线路A-3：/.一=％=18.5x103=n56A

y/3ucos(p73x110x0.84

p37xlO3

A-3max

=231.2A

6ucos(p\f3x110x0.84

S43=人==128.44〃?加2

取J=0.9A/mm2

4-3J0.9

故选2XLGJ-150Anax=445A

10xl03

线路A-4：I_4=63.244

A4\/3wcos«?\/3xl10x0.83

2—4max20x103

=126.48A

一品cos/6x110x0.83

S=-==70.27机机2取J=094/min2

J0.9

故选2XLGJ-95/max=335A

3.3.2.3网络线路阻抗Z计算

Z=r+jx=roL+jx(tL

A-l：r+*=0.21x32/2+川.403x32/2=3.36+/6.448(C)

A-2：r+jx=0.33x32/2+70.416x32/2=5.28+J6.656(Q)

A-3：r+*=0.21x38/2+70.403x38/2=3.99+/7.657(C)

A-4：r+*=0.33x35/2+70.416x35/2=5.775+/7.28(C)

3.3.2.4网络正常运行时的电压损失计算

△U%二占产，1。期

17x3,36+11.87x6.448

A-1：△U%==1.1%

1102

13x5.28+8.74x6.656

A-2：Al/%==1%

HO2

A,”18.5x3.99+ll.95x7.657一

A-3：△U%=---------------；-----------=1.4%

1102

10x5.775+6.72x7.28

A-4△U%==0.9%

HO2

3.3.2.5网络故障时最大电压损失计算

在A-3网络中，当A-3断开电压损失最大：

37x3.99+37tanCcos-10.82)x7.657147.63+197.75

△"%==2.9%

1102no2

3.3.2.6电力网络总投资K计算（万元）

线路：K、=Gk+%+心

=2.45x32x2x0.7+2.1x32x2x0.7+2.45x38x2x0.7+2.1x35x2x（）.7

=437.08万元

断路器：&=6x16=96万元（单价6万元）

总投资：437.08+96=533.08万元

K=KX+K2=

3.3.2.7网络年运行费用计算（万元）

年运行费用包括折旧费和损耗费，其中折旧率按每年占总投资的8%来计算；电价

取0.4元/八%。

折旧费=8%K=533.08x8%=42.65万元（折旧率8%）

线路年网损费用：（。查表：《电力系统分析第三版下册》表14-1。⑵）

92172+1IR72

线路A-l：\P..=^-xR=-~^-x3.36=0.11938MW

ATu21102

cos°=0.85Tnax=55OO〃查表得T=4000〃

］？，+874

线路A-2：AR=-^-xR=~；-x5.28=0.10708MW

A-?2u2no2

COS0二（）.85（nax=55OO〃查表得T=4000/2

q2IQ52+ii952

线路A-3：AR..=^-x/?=———L—x3.99=o15995MW

3U2HO2

cos0=0.857^nax=5000h查表得T=3500/2

q2