电力工程设计说明书.docx
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电力工程设计说明书
华北电力大学
电力工程设计说明书
电力系统规划设计
农电0701班第二小组
2011年3月
《电力工程课程设计》任务书
一、设计题目：
电力系统规划设计
二、设计的原始资料（另附）
三、设计的内容要求
按照下述设计的内容与要求，每个小组的学生合作完成本设计，共同形成1份“电力工程课程设计说明书”
1.原始资料分析、系统的功率平衡及无功补偿的装置
2.确定若干可能的网络方案
1）设计电网布线形式及相应的电压等级。
2）选择线路的导线型号。
3）选择各变电站中主变压器的台数、容量及主接线形式。
3.对上述方案经初步比较（比较项目如下）选择出2~3个设计方案
1）路径长度
2）导线长度
3）有色金属消耗量
4）系统侧高压断路器数目
4.对上述方案经详细比较（比较项目如下）选择一个最优设计方案
1）电压损耗
（2）一次投资（3）年运行费（4）电能损耗
5.对最优方案进行下列三种方式的潮流计算，并绘出潮流分布图
1）正常情况最大负荷（此时，一般应再校验各导线的型号，必要时做相应重选）。
2）正常情况最小负荷。
3）故障情况最大负荷。
6.按照各结点电压的要求进行调压方式的选择和相应的计算
7.最优网络的统计数字如下
1）一次投资
2）年运行费
3）输电效率
4）物资消耗统计表
8.标准图纸要求
1）初步方案比较图一张（2号图纸）。
2）最优方案主接线图一张（2号图纸）。
3）最大及最小潮流分布图一张（2号图纸）。
四、主要参考资料
1.《电力工程设计手册》1、3册西北电力设计院
2.《电力系统课程设计参考资料》梁志瑞
3.《电力系统毕业设计及课程设计参考资料》东南大学曹绳敏
4.《电力工业常用设备手册》第3册
5.《电力系统稳态分析》
1电力电量平衡
1.1系统有功平衡
1.1.1系统用电负荷
发电机总装机容量（有功功率的额定值之和）应大于所有最大负荷之和。
系统总用电负荷为：
有了各个区域内的最大用电负荷，将其相加，再乘以同时率，即得系统最大用电负荷
，其表达式为：
式中
----区域内各个所最大用电负荷之和；
----同时率。
同时率
与电力用户的多少，各用户的用电特点等因素有关，参照表1-1，去同时率为0.90，得
=27.9MW。
用户及系统情况
用户较少
用户很多
地区与系统之间
同时率
0.95~1.00
0.70~0.85
0.90~0.95
表1-1同时率
参考值
1.1.2系统供电负荷和发电负荷
系统的供电负荷，就是用电负荷加上为输送负荷而产生的功率损耗。
系统的供电负荷
表达式为：
式中
----网损率；
----系统的用电负荷。
在规划设计时，网损是用网损率计算，而网损率是以供电负荷的百分数所表示，一般为5%~10%，本设计取
=8%，则
MW。
系统发电负荷是指满足系统供电负荷，以及发电机电压支配负荷的需要，发电厂发出的功率，其表达式为：
式中
----系统的供电负荷；
----发电机电压支配负荷；
----厂用电率。
通常发电厂厂用电率如表1-2，查表，取
=6%，得
=49.29MW。
电厂类型
热电厂
凝汽式电厂
小型凝汽电厂
大、中型水电厂
小型水电厂
核电厂
厂用电率
10～15
8～10
5～6
0.3～0.5
1.0
4～5
表1-2发电厂厂用电率（%）
1.1.3系统备用容量
负荷备用容量。
通常为最大发电负荷的2%~5%，低值适用于大系统，，高值适用于小系统。
本设计为小系统，取为5%。
事故备用容量。
通常为最大发电负荷的10%左右，本设计取为10%。
检修备用容量。
通常为最大发电负荷的8%~15%，具体数值有系统情况而定，本设计取为10%。
考虑备用容量后，系统发电负荷为：
=
*（1+5%+10%+10%）=61.61MW
发电机组额定容量为：
=25*3=75MW
发电机组工作效率为K=61.61/75=82.14%，正好满足发电机组在80%~100%的经济出力的要求，有利于事故时系统频率的稳定，也有利于供电的可靠性及运行的经济性。
1.2无功补偿的设置
取各个变电站补偿后的功率因数为0.95。
每个站的补偿容量计算如下：
1.2.11号变电站的无功补偿
补偿前的无功为：
补偿后的无功容量为：
1号变电站无功补偿容量为2.04Mvar
1.2.22号变电站的无功补偿
补偿前的无功为：
3.10
补偿后的无功容量为:
2号变电站无功补偿容量为
1.2.33号变电站的无功补偿
补偿前的无功功率：
补偿后的无功容量为：
3号变电站无功补偿容量为:
1.2.44号变电站的无功补偿
补偿前的无功功率为：
补偿后的无功功率为
4号变电站无功补偿容量为
，故由发电机提供的无功功率不能满足电网的无功需求，要进行补偿，各个变电站总补偿容量为：
2供电方案设计与比较
2.1方案的初步设计
根据电力负荷对供电质量的要求以及电力负荷分布的特点，我们设计出了6种初步供电方案，各个方案的网络拓扑见附录（I）。
2.2发电厂和变电站的主接线设计
2.2.1主接线设计要求
发电厂的电气主接线方式，应根据厂内装机容量、单机容量、设备特点、最终规模等，结合电力系统现状与将来发展，以及本厂再电力系统中的地位等条件综合确定，其接线方式应具备可靠、灵活、经济等基本性能特点。
2.2.2发电厂主接线设计
此电厂发电机组容量为25MW，台数为3台，低压侧采用双母接线；用3台主变压器与110KV网络联系。
高压侧都有4回出线，所以选择双母线的主接线形式。
2.2.3变电站的主接线设计
1）变电所的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，如桥型接线、变压器—线路组等，在满足继电保护的要求下，也可在地区线路上采用分支接线，即T形接线，但在系统主干网上不得采用分支接线。
2）在具有两台主变压器的变电所中，当35~220KV线路为双回线时，若无特殊要求，该电压级主接线均采用桥型接线。
3）在35~60KV配电装置中，当线路为3回及以上时，一般采用单母线或单母线分段接线。
若连接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。
4）在110、220KV配电装置中，当线路为3~4回时，一般采用单母线分段接线；若为枢纽变电所，线路在4回及以上时，一般采用双母线接线。
5）如果断路器不允许停电检修，则应增加相应的旁路设施，其原则基本同前。
根据以上要求对各种方案的主接线选择见表（3）。
2.3导线的选择与校验
按经济电流密度选择导线截面积：
式中—正常运行方式下的线路最大持续视在功率，KVA；
—线路额定电压,KV；
—经济电流密度，A/
根据计算结果选取接近的标称截面积导线。
2.3.1方案I
对环网进行初步潮流计算：
2
3
1
4
A
A
7+J2.3
14+J4.602
5+J1.643
5+J1.643
图2-1方案I环网初步潮流分布图
经计算、查表可得
时，；时，；
时，；
计算A-2线路得，
计算2-3线路得，
计算3-4线路得，
计算1-4线路得，
计算A-1线路得，
按发热校验导线截面：
线路A-2：
线路2-3：
线路3-4：
线路1-4：
线路A-1：
其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。
经查表得所有线路均采用LGJ50/8。
单位重量为195.1Kg/Km。
线路长度为349.8Km，所以有色金属消耗量为68.25吨
2.3.2方案II
对环网进行初步潮流计算：
1
4
2
A’
A
7+J2.3
5+J1.643
19+J6.251
图2-2方案II环网初步潮流分布
经计算、查表可得
时，；时，；
时，；
计算A-2线路得，
计算2-3线路得，
计算2-4线路得，
计算1-4线路得，
计算A-1线路得，
按发热校验导线截面：
线路A-2：
线路2-3：
线路2-4：
线路1-4：
线路A-1：
其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。
经查表得所有线路均采用LGJ50/8。
单位重量为195.1Kg/Km。
线路长度为371.8Km，所以有色金属消耗量为72.534吨
2.3.3方案III
对环网进行初步潮流计算：
2
3
1
4
2
2
5+J1.643
7+J2.3
14+J4.602
图2-3方案III环网初步潮流分布
经计算、查表可得
时，；时，；
时，；
计算A-2线路得，
计算2-4线路得，
计算3-4线路得，
计算2-3线路得，
计算A-1线路得，
按发热校验导线截面：
线路A-2：
线路2-3：
线路3-4：
线路1-4：
线路A-1：
其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。
经查表得所有线路均采用LGJ50/8。
单位重量为195.1Kg/Km。
线路长度为299.2Km，所以有色金属消耗量为58.37吨
2.3.4方案IV
经计算、查表可得
时，；
时，；
时，；
计算A-2线路得，
计算2-3线路得，
计算2-4线路得，
计算A-1线路得，
按发热校验导线截面：
线路A-2：
线路2-3：
线路2-4：
线路A-1：
其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。
经查表得所有线路均采用LGJ50/8。
单位重量为195.1Kg/Km。
线路长度为376.2Km，所以有色金属消耗量为73.40吨
2.3.5方案V
对环网进行初步潮流计算：
3
4
2
2
5+J1.643
14+J4.602
图2-4方案V环网潮流分布
（1）
1
2
A
A
24+J7.888
7+J2.301
图2-5方案V环网潮流分布
（2）
各线路功率
经计算、查表可得
时，；
时，；
计算A-2线路得，
计算2-3线路得，
计算3-4线路得，
计算1-2线路得，
计算A-1线路得，
计算2-4线路得，
按发热校验导线截面：
线路A-2：
线路1-2：
线路A-1：
线路2-3：
线路4-3：
线路2-4：
其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。
经查表得所有线路均采用LGJ50/8。
单位重量为195.1Kg/Km。
线路长度为332.2Km，所以有色金属消耗量为64.81吨
2.3.6方案VI
对该网进行初步潮流计算：
2
3
4
A
14+J4.602
5+J1.643
5+J1.643
图2-6方案VI潮流分布
经计算、查表可得
时，；时，；
时，；
计算A-2线路得，
计算2-3线路得，
计算3-4线路得，
计算A-1线路得，
按发热校验导线截面：
线路A-2：
线路2-3：
线路3-4：
线路A-1：
其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。
经查表得所有线路均采用LGJ50/8。
单位重量为195.1Kg/Km。
线路长度为302Km，所以有色金属消耗量为58.920吨
2.4变压器的选择与相关参数的计算
2.4.1发电厂主变的选择
1、本设计主接线为发电机端设立母线形式，发电机经母线及升压变压器接入系统时，其变压器总容量应考虑负荷的逐年发展，并按以下原则计算选择：
A.当发电机端电压母线上的负荷最小时，应能将剩余功率送入系统；
B.当发电机电压上最大一台发电机停运时，应能保证由系统经主变压器供给电压母线上最大负荷。
2、考虑备用负荷时，选择两台变压器。
其容量考虑一台切除后，另一台能过负荷30%；确定发电厂变压器容量时，地区负荷最低时发电机的功率能全部送出，同时考虑地区负荷最大时，允许系统倒送一部分功率，一台变压器检修切除时，其余变压器能送出70~75%Sn，如三台并联时考虑Sn/2*1.3。
3、容量计算与型号选择
发电厂负责对四个地区负荷供电，为避免变压器检修或故障时造成变压器全厂停电，变压器通常为2~3台，本设计选择为三台变压器并联。
选型110Kv双绕组压变压器为：
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）（高）
额定电压（KV）（低）
联接组标号
-31500/110
31500
11022.5%
10.5
YN，d11
空载损耗（KW）
负载损耗（KW）
空载电流（%）
阻抗电压（%）
重量（t）
42.2
148
1.1
10.5
50.3
表2-1发电厂变压器选择
2.4.2四个变电站主变的选择
1、主变选择要求
变电所主变压器容量，一般都应按5~10年规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。
对重要变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及负荷能力允许时间内，应满足一`类及二类负荷供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%以上。
考虑备用时，选择两台变压器，保证一台由于故障切除后，另一台能够过负荷30%。
一站：
二站：
三站：
四站：
型号列表为：
站点
变压器型号
台数
（Kw）
（Kw）
％
1
SFL1-6300/110
2
52.5
9.76
1.1
10.5
2
SFL1-6300/110
2
52.5
9.76
1.1
10.5
3
SFZL1-16000/110
2
120
34
1.2
10.5
4
SFL1-6300/110
2
52.5
9.76
1.1
10.5
表2-2变电站变压器选择
2、电站主变参数计算
双绕组变压器等值电路参数计算：
各站变压器参数如表2-3
站点
2
2
1
16
201.67
8.07
5.73
8
100.835
16.14
11.46
2
16
201.67
8.07
5.73
8
100.835
16.14
11.46
3
5.67
79.41
2.81
1.59
2.835
39.705
5.62
3.18
4
16
201.67
8.07
5.73
8
100.835
16.14
11.46
表2-3变压器参数计算
2.5供电方案的初步比较
六个方案的情况列表如下：
方案
线路长度（Km）
路径长度（Km）
发电厂与变电站主接线形式
高压开关数（个）
有色金属消耗量（t）
电厂
1号站
2号站
3号站
4号站
I
349.8
224
双母
桥型
双母
双母
桥型
14
68.245
II
371.8
224
双母
桥型
双母
桥型
桥型
14
72.534
III
371.8
192
双母
桥型
双母
桥型
桥型
14
58.374
IV
376.2
171
双母
桥型
双母
桥型
桥型
16
73.397
V
311.3
239
双母
桥型
双母
桥型
桥型
14
60.735
VI
332.2
151
双母
桥型
双母
双母线
桥型
16
64.812
表2-4初步方案项目列表
表中所列方案均能满足供电可靠的性的要求，但各种方案的经济性有差异。
通过对比我们选择了经济性好，供电可靠性高的发难III、VI做进一步的详细比较。
2.6供电方案的详细比较
2.6.1电能损耗
（1）方案III
网络中的功率分布：
各段电阻如下：
最大负荷损耗小时数
总电能损耗：
（2）方案VI
网络中的功率分布：
各段电阻如下：
最大负荷损耗小时数：
线路A-1：
，
线路3-4：
，
线路2-3：
，
线路A-2：
，
总电能损耗：
2.6.2电压损失校验
2.6.2.1方案III电压损失校验
（1）变电站1由电压校验：
因故障A-1中的一回线停
U％===1.62％<15％
满足要求
（2）当A-2某回线退出运行时，潮流如图2-7。
5
14
41
21
50
2’
4
3
2
图2-7当A-2某回线退出运行时潮流分布
===9.58MW
===9.42MW
故3号站为功率分点：
U％===9.88％<15％
满足要求
（3）4号站电压损耗计算
U％===10.2％<15％
满足要求
2.6.2.2方案VI电压损耗校验
1
2
44
50
3
A
4
21
图2-8方案VI拓扑图
（1）A-1电压损耗在前面已经校验过满足要求
（2）4号站电压损失校验
①A-2中某回线退出运行
U％===10.2％<15％
满足要求
②若2-3中某一回线退出运行
U％===10.2％<15％
满足要求
2.5.3一次投资与年运行费
（1）方案III一次投资
采用LGJ-50/8型导线总长度：
2992.2km，有色金属58373.92kg，导线单位长度造价：
3420元/t
导线总投资：
58.37392t3420元/t=200888.064
变压器：
SFL1-31500/110，共3台，17万元/台，总计51万元
SFL1-6300/110，共6台，6.72万元/台，总计40.32万元
SFZL1-16000/110，共2台，13.36万元/台，总计26.72万元
变压器共计：
=26.72+40.32+51=118.04万元
断路器的造价断路器型号：
SW4-110/1000,47600元/台
断路器台数：
4+14=18台，=1847600=856800（万元）
设备投资：
=20.09+85.68=105.77（万元）
主体设备投资：
I==223.81（万元）
综合造价：
P=I
式中a为不明显的附加费用比例系数，110kv时取90
P=223.81（1+0.9）=425.239（万元）
检修维护费：
G=0.04*P=0.04=17（万元）
折旧费=0.058*P=0.058=24.67（万元）
年运行费：
C=+=79.727（万元）
方案VI一次投资
导线选择LGJ-50/8型导线，计64.81222t
总投资：
=64.81222t3420t/元=221657.724元
变压器需=118.04万元
断路器:
=4=20=95.2（万元）
一次投资：
=22.17+95.2=117.37（万元）
主体设备投资：
I=118.04+117.37=235.41（万元）
综合造价P=I（1+）
P=235.41=447.279（万元）
检修维护费用：
=0.04*P=0.04=17.89（万元）
折旧费：
=0.058*P=0.058（万元）
C=0.1
2.5.4两种方案经济比较
1、两种方案的线路总投资和年运行费用如表2-5。
方案投资
线路总投资Z（万元）
年运行费用u（万元）
方案3
425.239
79.727
方案6
447.279
76.81
表2-5线路总投资和年运行费用
2、抵偿年限法：
在两个方案中，综合投资,而运行费用,则可用抵偿年限法确定最优方案
T=
代入数据得：
T==7.56>5，则方案3为最优方案。
3潮流计算
3.1最大功率与最小功率分布计算
变压器参数计算如表2-3.
各变电站功率计算如表3-1.
站号
1
2
3
4
最大负荷
7+j2.30
5+j1.643
14+j4.602
5+j1.643
最小负荷
2.4+j0.790
1.6+j0.526
7+j2.303
1.6+j0.526
表3-1各变电站功率
3.1.1确定各站点运算负荷
变压器等值电路及功率
其中：
S’=S++
1、1号站：
；取
+
2、2号站：
3、3号站：
4、4号站：
各点运算负荷
（MVA）
（MVA）
1
7.0518+j2.8971
2.4237+j0.9819
2
3
4
表3-2变电站运算负荷
5、计算线路电路电纳后，为化简网络，重新计算各站点运算负荷
由，方向由站点流向大地
;
计算电路电纳后得各站点运算负荷如表3-3。
站点
’（MVA）
’（MVA）
1
7.0518+j1.6748
2.4237-j0.2344
2
5.0378-j1.0114
1.6214-j2.3356
3
14.1189+j4.5001
7.0807+j1.6666
4
5.0378+j0.9651
1.6214-j0.3591
表3-3计算电路电纳后得各站点运算负荷
3.1.3初步潮流分布
1）最大负荷
34
22’
34.65+j24.8614.55+j10.4428.41+j20.39
14.1189+j4.50015.0378+j0.9651
图3-1最大负荷时初步潮流分布
=9.66+j2.8437
=9.4966+j2.6214
5.0378+j0.9651）
=4.4588+j1.6563
故得初始功率分布图（节点3为功率分点）
34
22’
9.66+j2.84374.4588+j1.65639.4966-j2.6214
图3-2初始功率分布
1）最小负荷
34
22’
34.65+j24.8614.55+j10.4428.41+j20.39
7.0807+j1.66661.6214+j0.3591
图3-3最小负荷时初步潮流分布
=4.5132+j0.7908
=
=
=4.1889+j0.5167
=-=4.1889+j0.5167-（1.6214-j0.3591）=2.5675+j0.8758
可得初步功率分布为（其节点3为功率分点）
2
4
3
2
图3-4功率分布
3.1.4详细潮流
系统等值电路如附录4。
1、最大负荷时
（1）将环网从节点3打开如图3-5。
=9.66+j2.8437MVA
=
=0.2904+j0.2083MV
=+=9.95+j3.052MVA
（2）=
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