地区电网规划设计.docx
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地区电网规划设计
摘要
本次设计的题目是“地区电网规划”,内容分为：
电力网络方案的确定、发电厂及变电站电气主接线设计、厂及所用电设计、短路计算、主要设备的选择及校验、输电网络潮流分布的计算等部分。
其中输电网络的功率与电压分布及电器主接线的设计非常重要的，因为他们的可靠性、经济性和灵活性直接影响着整个电网的可靠性、经济性和灵活性。
还影响着厂用电设计、短路计算、设备的选择校验等内容。
本次设计的电力网络方案的确定及电气主接线经过经济性比较后最终所选出的方案中选取可靠性比较高的为最后方案。
另外，短路计算部分也是本次设计的重要部分。
他的准确性影响着设备的选择及校验，也影响到整个网络的经济性与安全性。
本次设计是本着可靠性和安全性的原则来完成的。
[关键词]电力网主接线短路计算潮流计算
Abstract
Thinkingofthisthedesignsubjectis“regionpowernetworkdesign”Thecontentisdividedinto:
Electricnetworkmethord’design,Theelectricdesingnthatthemainlywiresofsubstationandpowerplant.Themilldesignsinthewayoftheelectricity、Shortcircuitcalculation、Selectionofcapitalequipmentandcheck、thepowerandthevoltageofthepowersystemdesigned.
Butthethepowerandthevoltageofthepowersystemdesignedandthemainlinedesignedareveryimportant.Becauseitsretiability、Economyandmobilityaredirectlyaffectingtheentirepowernetworkandplantdependability、Economyandelasticity.Stillaffectingthemaindesigninthewayoftheelectricity、Shortcircuitcalculation、Theequipmentselectioncheckisuptostandardtobecontain.Thisdesigneiectricatnetprogrameaftertheeconomycomparativelyafterwardsfinallyfollowsintheofchooseselectstalleroneofdependabilityandthelowerecomomytoactasthelastscheme.
Besides,theShortcircuitcalculationaffectingtheSelectionofcapitalequipmentandcheckItalsoistheverysignificantSectioninthisdesign.Whetherornottherightdesignareabletoaffectsecurequalityofentireelectricpowersystem.Thisruledesignedinlinewithdependabilityandsecurityiscompleted.
[Keyword]PowernetworkThewairesofelectricTheloadflow
Shortcircuitcalculation
前言
电力工业是国民经济发展的基础工业。
随着经济建设的发展，发电设备的容量也在向应增大。
为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，电力系统运行越来越依靠自动控制的提高。
电力系统中同步发电机保有在同步运行状态下，其送出的电磁功率为定值，同时在电力系统中各节点的电压及支路功率潮流也都是定值，这就是电力系统的稳定运行状态。
反之，如果电力系统中各发电机间不能保持同步，则发电机送出的电磁功率和全系统各节点的电压及支路的功率将发生很大幅度的波动。
如果不能使电力系统中各发电机间恢复同步运行，电力系统将持续处于失步运行状态，即电力系统失去稳定状态。
保证电力系统稳定是电力系统正常运行的必要条件。
只有保持电力系统稳定的条件下，电力系统才能不间断的向各类用户提供人合乎质量要求的电能。
电力系统在某一运
行方式下，受到外界大干扰后，经过一个机电暂态过程，能够恢复到原始稳定运行方式，则认为电力系统在这一运行方式下是暂态稳定的。
电力系统暂态稳定性与干扰的型式有关。
在电力系统受到大的干扰的，其机电暂态过程是一组非线性状态方程式，不能进行线性化，所以一般采用数值积分法的时域分析法，将计算结果绘出运行参数对时间的曲线，用以判别电力系统的暂态稳定性。
电力工业是国民经济的重要行业之一，它即为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力，电力系统规划设计及运行的任务是，在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发，利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供可靠，允足，质量合格的电能。
通过此次设计对三年来所学的知识进一步巩固和加强，并得到了实际工作经验。
设计中查阅了大量的相关资料，努力做到有据可循。
在设计中逐步掌握了查阅，运用资料的能力，总结了三年来所学的电力工业的相关知识，为日后的工作打下了坚实的基础。
由于我在知识条件等方面的局限，仍存在许多不足，但在指导老师周文华和学院大力支持和帮助下，已有相当大的改进，在此表示衷心的感谢。
第一章电力网络接线方案的确定
第1.1节电力网络设计方案初选
1.1.1对电力网络设计方案的主要要求
（1）系统主干网络结构应与电源方案协调一致，并且有一定的适应发展能力。
（2）主赶网络应有一定的抗干扰能力，防止发生灾害性的大面积停电；在主干网络上不得有“T”型接线及用户变电所。
（3）有利于“分层分区”调度控制的实施及受端系统的加强。
（4）受端主干网络发生三相短路又重合不成功时，应能保持系统稳定运行和正常供电。
但在初期，受端主干网络尚未形成多回路结构时，允许采取切除部分发电机及负荷的措施。
（5）送端系统与受端系统间有多回联络线时，交流一回线或直流单极故障，应能保持系统稳定运行并不损失负荷。
（6）网络的输送容量必须满足各种正常及事故后运行方式的送电要求，其输送容量至少应考虑投运后5-10年的发展。
若线路走廊困难时，应充分考虑发展裕度。
（7）同一电压等级网络内任一元件（变压器，线路，母线，短路器等）事故时，其他元件不应超过事故过负荷的规定值。
（8）向无电源或电源很小的终端地区供电，若同一电压等级线路有两回及以上时，任一回线事故停运后，应分别能保证地区负荷的80%或70%以上。
除此之外，尚需满足其它有关技术规定的要求。
1.1.2选择投运的机组
根据电网负荷情况选择1#电厂和2#电厂中所需要投运的机组。
本组设计内容包括1#电厂
和2#电厂，1#变电站和2#变电站。
（1）确定发电机组的容量和台数：
根据功率平衡：
系统最大用电负荷为：
Py=K1∑PLmax
K1—同时率
同时率K1与电力用户的多少，各用户的用电特点等因素有关，一般应根据实际统计资料确定：
取K1=0.9
系统供电负荷为：
在规划设计时，网损是用网损率计算的，而网损率是以供电负荷的百分数表示，一般为5-10%，此时系统供电负荷为：
Pg=1/（1-K2）Py
K2—网损率
Py—系统的用电负荷
系统的发电负荷Pf=1/（1-K3）x（Pg+P2）
Pg—系统的供电负荷Pz—发电机电压直配负荷
K3—厂用电率10%
系统备用容量：
负荷备用2%事故备用5%
检修备用8%备用共计15%
则:
Pn=Pf+P备
由第一节的功率平衡计算确定发电机容量及型号选择如下:
1#发电厂:
2x50MW+100MW+2002#发电厂:
2x50+200MW
2#发电厂选型号如下:
型号
额定容量
MW
额定电压
KV
cosØ
Xd
X
X
Xd
%
X
X
%
X
X
%
X
QFQS-200-2
200
15.75
0.85
14.13
0.06
17.23
0.073
10.67
0.045
QFS-50-2
50
10.5
0.8
14.1
0.226
17.2
0.276
6.51
0.104
1.1.3初步方案的确定
电力系统的接线方式可分为无备用和有备用两类。
（1）无备用接线的主要优点在于简单，经济，运行方便，主要缺点是供电可靠性
差。
因此，这种接线不适用于一级负荷占很大比重的场合。
但在一级负荷的
比重不大，并可为这些负荷单独设置备用电源时，仍可采用这种接线。
这种
接线之所以适用于二级负荷是由于架空电力线路已广泛采用自动重合闸装置，
而自动重合闸的成功率相当高。
（2）有备用接线中，双回路的放射式，干线式，链式网络优点在于供电可靠性和电压质量高，缺点是可能不够经济。
因双回路放射式接线对每一负荷都以两回路供电，每回路分担的负荷不大，而在较高电压级网络中，往往由于避免发生电晕等原因，不得不选用大于这些负荷所需的导线截面积，以致浪费有色金属。
干线式或链式接线所需的断路器等高压电器很多。
有备用接线中的环式接线有与上列接线方式相同的供电可靠性，但却较它们经济，缺点为运行调度较复杂，且故障时的电压质量差。
有备用接线中的两端供电网络最常见，但采用这种接线的先决条件是必须有两个或两个以上独立电源，而且它们与各负荷点的相对位置又决定了采用这种接线的合理性。
电压等级的确定：
电力网电压等级的选择应符合国家规定的标准电压等级，在同一地域或同一电力系统内，电网的电压等级应尽量简化，根据我国经济发展迅速的特点各级电压间的级差不宜太小.各电压等级线路的送电能力：
线路电压等级
输电容量MW
输电距离Km
110KV
10.0-50.0
150-50
220KV
100-300.0
300-100
根据初步潮流计算及输送距离，先选220KV电压等级为合理等级。
第1.2节技术经济比较
1．2．1、经济计算方法
经济计算是从国民经济整体利益出发，计算电气主接线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（包括主要设备及配电装置的投资）和年运行费用两大项。
计算时，可只计算各方案不同部分的投资和年运行费用。
现分述如下：
（1）、计算综合投资Z
Z=Z0（1+
）（万元）
式中Z0——为主体设备的综合投资，包括变压器、开关设备、配电装置等设备的综合投资；
a——为不明显的附加费用比例系数，一般220kV取70，110kV取90。
所谓综合投资，包括设备本体价格、其他设备（如控制设备、母线）费、主要材料费、安装费等各项费用的总和。
（2）、计算年运行费用u
u=a△Ａ×10-4+u1+u2（万元）
式中u1——小修、维护费，一般为（0.022～0.042）Z，
u2――折旧费，一般为（0.005～0.058）。
a——电能电价，一般可取0.06～0.08元／（kW·h）。
△Ａ——变压器年电能损失总值（kW·h）。
关于变压器电能损失总值△Ａ的计算，由于所给负荷参数和选用变压器型式的不同，其计算也有所差异。
本设计所用如下：
双绕组变压器n台同容量变压器并列运行时，则
△Ａ=n（△PO+k△QO）To+
（△P+k△Q）×（smax/sn）2τ（kw·h）
式中sn——一台变压器的额定容量（KVA）
smax——n台变压器承担的最大的总负荷（KVA）
s—— n台变压器承担的总平均负荷（KVA）
To—— 变压器全年实际运行小时数（h），一般可取8000h
τ——最大负荷损耗时间（h）
三绕组变压器n台同容量并联运行，当容量比为100/100/100、100/100/66.6、100/100/50时
△Ａ=n（△PO+k△QO）To+
（△P+k△Q）×（s12/sn2+s22/sn2+s32/sns3n）τ（kw·h）
式中s1、s2、s3——为n台变压器三侧分担的最大的总负荷（KVA）
s3n——第三绕组的额定容量（KVA）
第二章电气主接线设计
电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。
它表明了发电机、变压器、线路和断路器等电器设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。
它的设计，直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。
由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。
因此，主接线的设计是一个综合性的问题。
必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。
第2.1节主接线的设计原则
1考虑变电所在电力系统的地位和作用
2考虑近期和远期的发展规模
3考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响
4考虑主变台数对主接线的影响
5考虑备用量的有无和大小对主接线的影响
第2.2节设计主接线的基本要求
根据我国能源部关于《220～500KV中变电所设计技术规程》SDT—88规定：
“变电所电气主接线应根据变电所在电力系统的地位，变电所的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。
并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建要求。
”
2．2．1可靠性
所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠
的客观准是运行实践评价可靠性的标志。
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。
在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：
可靠性的客观衡量标准运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。
我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。
设计时应予遵循。
主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次和二次设备）的可靠性的综合。
因此主接线设计，要同进考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。
可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某厂是可靠的，而对另一些厂则可能还不够可靠。
因此，评价可靠性时，不能脱离发电厂（变电所）在系统中地位和作用
衡量主接线运行可靠性的标志是：
断路器检修时，能否不影响供电。
线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间长短，以及能否保证对重要用户的供电。
发电厂、变电所全部停运的可能性。
对大机组超高压情况下的电气主接线，应满足可靠性准则的要求。
2．2．2灵活性
主接线的灵活性有以下几方面的要求
（1）调度要求：
可灵活的投入和切除变压器、线路。
调配电源和负荷，能够满足系统在运行方式下，检修方式下特别方式下的调度要求。
（2）检修要求：
可方便的停运断路器，母线及其继电器保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。
（3）扩建要求：
可容易的从初期过度到终期接线使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。
2．2．3、经济性
在满足技术要求前提下，做到经济合理。
投资省：
主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电所中，应推广采用直降式（110/6～kV）变电所和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。
占地面积小：
电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。
在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。
电能损耗少：
经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数，避免两次变压增加电能损失。
第2.3节主接线设计的方法和步骤
2．3．1、设计步骤
（1）拟定可行的主接线方案：
根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器型式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等。
并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，淘汰一些较差的方案，保留2个技术上相当的较好方案。
（2）对2个技术上较好的方案进行经济计算，选择出经济上的最佳方案。
（3）技术，经济比较和结论：
对2个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。
（4）绘制电气主接线图。
综上所述，根据主接线的各项要求，结合我们设计的具体情况，设计出以下两种方案进行比较，选出最合理的作为本次设计的主接线图。
2．3．2、发电厂方案设计
发电厂电气主接线设计原则:
发电厂电气主接线接线方式,应根据厂内装机容量、单机容量、设备特点、最终规模等，综合电力系统现状与将来发展，以及本厂在电力系统中的地位等条件综合确定，其接线方案应具备可靠、灵活、经济等基本特点。
发电厂电气主接线方式及其选择原则如下：
发电厂（变电所）电气主接线电力系统接线的主要组成部分。
它表明了发电机、变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。
它的设计，直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统安全、稳定、灵活和经济运行。
由于电能生产的特点是：
发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。
因此，主接线的设计是一个综合性的问题。
必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。
现将发电厂（变电所）电气主接线设计的有关原则和要求，简述如下
（1）、合理地确定发电机的运行方式：
确定运行方式总的原则是安全、经济地发、供电。
承担基荷的发电机，要求设备利用率高，年利用小时数在5000h以上；承担腰荷的发电机、设备利用小时数为3000～5000h；承担峰荷的发电机，设备利用小时数在3000h以下。
对具体发电厂来说，则视其工作特性而有所不同。
由于核电厂运行费用低，200MW能以上的大型汽轮发电机热效率高，供热式发电机按热负荷曲线工作，径流式水电厂设有库容，所以都应优先担任基本负荷。
凝汽式汽轮发电杨原则上可担负任何负荷。
一般热效率较低的中、小型凝汽式汽轮发电机可承担腰荷或峰荷，但尚应考虑汽轮发电机出力不能低于容许的最小出力（约为25～30%Sn）和汽轮发电机效率在85～90%Sn运行时为最高的特点。
水轮发电机组可在1～2min内自动起动承担负荷，所以水电是电力系统中最灵活的机动能源，应多承担调峰、调相任务。
坝后式水电厂根据库容大小和水位高低，可酌情担负基荷、腰荷和峰荷，同时注意在丰水期应首先利用水电厂的发电量，以承担基荷为宜，而在枯水期要充分理处利用水电厂的装机容量，一般应承担日、周调峰负荷。
抽水蓄能式水电厂则应承担尖峰负荷。
（2）接线方式
大型发电厂（总容量1000MW及上，单机容量变200MW以上），一般距负荷中心较远，电能需用较高电压输送，故宜采用简单可靠的单元接线方式，如发电机—变压器单元接线，或发电机—变压器—线路单元接线，直接接入高压或超高压系统。
中型发电厂（总容量200～1000MW、单机50～200MW）和小型发电厂（总容量200MW，单机50MW以下），一般靠近负荷中心，常带有6～10kV电压级的近区负荷，同时升压送往较远用户或与系统连接。
发电机电压超过10kv时，一般不设压母线而以升高电压直接供电。
全厂电压等级不宜超过的三级（即发电机电压为1级，设置升高电压为1～2级）。
采用扩大单元接线时，组合容量一般不超过系统容量的8～10%。
对于6～220kV电压配电装置的接线，一般分为两大类：
其一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类，包括单无接线、桥形接线和多角形接线等到。
应视电压等级和出线回数，酌情选用。
旁路母线的设置原则：
、采用分段单母线或双母线的110～220kV配电装置，当断路器不允许停电检修时，一般需设置旁路母线。
因为110～220kV线路输送距离较长、功率大，一旦停电影响范围大，且断路器检修时间长（平均每年约5～7天），故设置旁路母线为宜。
对于屋内型配电装置或采用SF6断路器、SF6封闭电器的配电装置，可不设旁路母线。
主变压器的110～220kV侧断路器，宜接入旁路母线。
当有旁路母线时，应首先采用以分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。
当220kv出线为5回线及以上、110kV出线为7回及以上时，一般装设专的旁路断路器
、35～60kV配电装置中，一般不设旁路母线，因重要用户多系双回路供电，且断路检修时间较短，平均每年约2～3天。
如线路断路器不允许停电检修时，可设置其他旁路设施。
、6～10kV配电装置，可不设旁路母线。
对于出线回路数多或多数线路系向用户单独供电，以及不允许停电的单母线、分段母线的配电装置，可设置旁路母线。
采用双母线的6～10kV配电装置多不设旁路母线。
对于变电所的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路一变压器组或桥形接线等。
若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。
在110～220kV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4回时，一般采用分段单母线接线。
在枢纽变电所中，当110～220kV出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。
在大容量变电所中，为了限制6～10kV出线上的短路电流，一般中采用下列措施：
、变压器分列运行。
、在变电器回路中装置分裂电抗器或电抗器。
、采用低压侧为分裂绕组的变电器。
、出线上装设电抗器。
（3）主变压器的选择
、变压器容量、台数的确定原则
主变电器的容量、台数直接影响主接线的形式的配电装置的结构。
它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5～10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。
如果变压器容量选取得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分理处发挥效益；若容量选取得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者会满足不了变电所负荷的需要，这在技术上是不合理的。
因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。
为此，在选择发电厂主变压器时，应遵循以下基本原则。
1）、单元接线的主变压器容量的确定原则
单元接线时变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。
采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定。
2）、具有发电机电压母线接线的主变压器容量的确
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