长沙理工大学区域电网规划课程设计(刘桂英)

摘要 电能是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持有功功率和无功率的平衡。电力工业发展的经验告诉我们，电力系统愈大，调度运行就愈合理，经济效益愈好，应变事故的能力就越强，这也是我国电力工业必然的发展趋势。然而联合电网也是由地方电力网相互联接而成的。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，因此，做好电力规划，加强电网的建设，具有前瞻意识是十分重要的。本课程设计要求按照给定的数据，依照国民经济应用的要求设计一个供电、变电、输电、分配和消费的电力系统。本次设计是根据给定的发电厂、变电所原始材料完成一系列的设计，该电力系统包括一个发电厂、三个负荷、若干输电线路，同时考虑该系统与外系统连接，保证外系统供电。答题思路是，首先根据任务书上的发电厂和变电所的相对地理位置，作出大致的8个供电可靠性比较合理，线长较省的地理接线图方案，然后假设全网的输电线路都是一个型号的电力线路，将整个电网均一化，利用均一网的潮流分布计算公式，确定整个线路上的初步潮流分布。通过负荷矩（即输电线路的电能指标）和线长（即输电线路的一次投资量指标）进行筛选，选出两个备选方案进行精确潮流计算。本次设计考虑到供电的可靠性、经济性和调度的灵活性。 教师批阅 关键词 电力系统设计；潮流计算；供电可靠性；经济性 课 程 设 计 用 纸

目录 1 引言 ............................................................................................................................. 1 2 《电网规划课程设计》任务书（三） ..................................................................... 2 3 电网接线初步方案的拟定与比较 ............................................................................. 5 3.1 初步接线方案的拟定依据 ............................................................................... 5 3.2 初步拟定的方案 ............................................................................................... 5 3.3 初步方案的潮流计算 ....................................................................................... 6 3.4 初步潮流分布计算结果比较 ........................................................................... 9 3.5 电压等级的确定 ............................................................................................. 11 4 电网接线方式的技术经济比较 ............................................................................... 14 4.1 发电厂、变电所主接线方式的选择 ............................................................. 14 4.1.1 发电厂主接线方式的选择 ................................................................... 14 4.1.2 变电所主接线方式的选择 ................................................................... 15 4.2 导线截面的选择 ............................................................................................. 18 4.2.1 导线截面选择的原则 ........................................................................... 18 4.2.2方案三导线截面的选择 ........................................................................ 19 4.2.3 方案四导线截面的选择 ....................................................................... 20 4.3 方案的经济性比较 ......................................................................................... 22 4.3.1比较说明 ................................................................................................ 22 4.3.2方案三的经济计算 ................................................................................ 22 4.3.3经济精确比较结果 ................................................................................ 27 教师批阅 课 程 设 计 用 纸

4.4 发电厂变电所主变压器的选择 ..................................................................... 29 4.4.1 确定发电厂变压器容量及损耗 ........................................................... 30 4.4.2 确定变电所变压器容量及损耗 ........................................................... 31 5调压计算 .................................................................................................................... 32 5.1调压原则 .......................................................................................................... 32 5.2最大、最小负荷情况下的潮流计算 .............................................................. 33 5.2.1最大负荷情况下发电厂各变压器和线路的功率损耗 ........................ 33 5.2.2最大负荷情况下变压器和线路的电压损耗 ........................................ 34 5.2.3最小负荷情况下发电厂各变压器和线路的功率损耗 ........................ 36 5.2.4最小负荷情况下变压器和线路的电压损耗 ........................................ 37 5.3选变压器分接头 .............................................................................................. 39 6总结 ............................................................................................................................ 43 参考文献 ....................................................................................................................... 45 附录 ............................................................................................................................... 46 教师批阅 课 程 设 计 用 纸

1 引言 经济发展，电力先行。电力工业是国家的基础，在国民经济发展中占据十分重要的地位。电能是一种不能储存的、无形的二次能源，发电、变电、输送、分配和消费几乎是在一瞬间完成，必须保持有功和无功功率的平衡。同时为了满足消费需求，保证生产生活的稳定，所发电能要满足经济性好、可靠性高、电能质量高等要求。 经验告诉我们，在现阶段，联合电力系统是保证供电可靠性、经济性和高质量的最好的办法，而这也是我国电力行业发展的趋势。通过联络线路将几个地方电力系统连接起来所形成的电力系统称为联合电力系统。联合电力系统可以合理利用能源、减少系统备用容量、装设高效率的大容量机组，提高电力系统运行的经济性；系统间相互支援可以提高系统的供电可靠性；系统容量越大抗干扰能力越强，可以减小系统受到干扰（负荷变化）时的频率波动和电压波动，提高电能质量。 要建好大规模的安全可靠的联合电力系统，必须做好规划，加强电力规划和电网建设。电力规划是根据社会经济发展的需求，能源资源和负荷的分布，确定合理的电源结构和战略布局，确定电压等级、输电方式和合理的网架结构等。电力规划的合理与否，事关国民经济的发展，直接影响到今后电力网络运行的稳定性、经济性、可靠性以及未来经济的发展。 该课程设计要求按照给定的数据，依照国民经济应用的要求设计一个供电、变电、输电、分配和消费的电力系统。该电力系统包括一个发电厂、三个负荷、若干输电线路，同时考虑该系统为联合电力系统的一子系统，其联络线可视为无穷大系统。设计的要求是该电力系统应满足一定的供电可靠性、稳定性和经济性，电能质量高，同时运行方式灵活，适应多种负荷变化情况。投资费用亦应当设计至最小。 教师批阅 第1页 共50页

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2 《电网规划课程设计》任务书（三） 2.1 课题内容（原始资料） （1）发电厂、变电所相对地理位置及距离如图1所示（图中距离单位为km） 教师批阅 2155km75kmA S70km3 无限大系统 图1 发电厂、变电所相对地理位置及距离 (2)发电厂技术参数 装机台数、容量：4×600（MW）；额定电压（kV）：20kV；额定功率因数cos=0.90；最小运行方式为一台机运行。 N(3)负荷数据及有关要求 负荷数据及有关要求如表2.1所示 第2页 共50页

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表2.1负荷数据及有关要求 厂站 项目 最大负荷（MW） 最小负荷（MW） 功率因数cos Tmax(h) 教师批阅 发电厂 A 厂用电率6% 0.90 4500 20 5 0 30 30 1 160 65 0.93 5000 10（35） 2~5 2~5 30 30 变电所 2 130 50 0.93 5500 35（10） 2~5 2~5 25 40 3 180 85 0.93 5000 35（10） 2~5 2~5 35 30 低压母线电压（kV） 最大负荷（%） 调压要求 最小负荷（%） 各类Ⅰ类 负荷Ⅱ类 （%） 2.2课题任务要求 根据“电力系统分析”课程所学理论知识和电路系统规划设计的基本任务，在电源及负荷大小及其相对地理位置已确定的情况下，完成一个区域电力网络的设计。要求对多个方案进行技术经济比较和分析，选择出最优方案，并对所选方案进行必要的技术计算（如调压计算、稳定性计算），提出解决技术问题的措施。具体设计如下： (1)确定供电电压等级； (2)初步拟定若干待选的电力网接线方案； (3)发电厂、变电所主变压器选择； (4)电力网接线方案的技术、经济比较； (5)输电线路导线截面选择； (6)电网潮流和调压计算。 2.3课题完成后应提交的文件（或图表、设计图纸） (1)课程设计论文一份，论文中包含有： 设计任务书、设计说明书（各电压级各主要的电气设备结果表、短路电流计第3页 共50页

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算结果表，潮流计算结果表等）计算说明书（负荷计算、各支路最大负荷电流计算、短路电流计算，潮流计算等）、绘制的各种图纸和总结等。 (2)参考文献 2.4设计要求 (1)设计中应严格遵守课程设计的规章制度，按时到设计教室进行设计，任何人不得迟到、早退和无故缺席； (2)同学应根据设计要求独立完成课程设计任务，对设计中所出现的问题进行综合分析并加以解决；同组成员之间可以商量讨论，但严禁相互抄袭； (3)设计完成后，每个同学应提交设计说明书一份，课程设计说明书编写和电路图绘制应符合规范要求，文字通顺，排版合理，图纸符合国家规范； (4)按时参加课程设计答辩。 2.5 主要参考文献 [1]于永源. 电力系统分析[M]. 长沙：湖南师范大学出版社，1992年7月 [2]陈珩. 电力系统稳态分析（第二版）[M]. 北京：水利电力出版社，1995年11月 [3]陆敏政. 主编 电力系统习题集[M]. 北京：水利电力出版社，1990年 [4]熊信银. 发电厂电气部分[M]. 北京：中国电力出版社，2008年 [5]祝淑萍. 电力系统分析课程设计与综合实验[M]. 北京：中国电力出版社，2007年3月 [6]东北院. 电力系统设计手册[M]. 北京：中国电力出版社 [7]水电部. 电力工程概算指标[M]. 北京：中国水利电力出版社 [8]电力工程设计手册[M]. 北京：中国电力出版社 教师批阅 第4页 共50页

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3 电网接线初步方案的拟定与比较 3.1 初步接线方案的拟定依据 本次课程设计的答题思路是，首先根据任务书上的发电厂和变电所的相对地理位置，作出大致的8-9个供电可靠性比较合理，线长较省的地理接线图方案，然后假设全网的输电线路都是一个型号的电力线路，将整个电网均一化，利用均一网的潮流分布计算公式，确定整个线路上的初步潮流分布。通过负荷矩（即输电线路的电能指标）和线长（即输电线路的一次投资量指标）进行筛选，选出两个备选方案进行精确潮流计算。 在电力系统中，对于Ⅰ类负荷要求任何情况下不能断电，Ⅱ类负荷要求尽可能保证供电，必要时可以断电。 教师批阅 3.2 初步拟定的方案 电力网接线初步方案主要根据是给定的电源和负荷，以及它们之间的相对距离，做出可能实现该系统要求的各种接线方式。根据任务书给定的数据及要求，依照发电厂、负荷的位置关系，忽略地形因素， 可考虑下列几种可能的电网接线初步方案。 接线方案如图3.1~3.8所示： 2175kmA55km S370km 图3.1 方案一 图3.2 方案二 第5页 共50页

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275km175kmAmk5570km70km S3 图3.3 方案三 图3.4 方案四 22175kmA1Amk55 S3 S3 图3.5 方案五 图3.6 方案六 221A1Amk5570km S3 S3 图3.7 方案七 图3.8 方案八 3.3 初步方案的潮流计算 第6页 共50页

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为了先粗略选出这些初步方案中相对较为可行的，排除一些不切实际的，先对其进行粗略的计算，即并未确定导线截面积，先考虑成均一网并应用所给的条件对这些方案进行初步功率分布的计算。 均一网初步功率分布的计算公式如下： nn*iiLiSSiZi11n即：SSin （3-1） Z*iLii1i1式中的Li为与Zi相对应的线路长度。Si为每条线路的视在功率。 在此以方案三为例，详细的计算过程如下 ： （1）在S处解环，拆成一个两端供电网，两端电压相等，对其进行初布潮流分布（仅考虑有功分布）的计算（如图3.9） S867.2511027.25A1098.753918.75S' 1602126180 图3.9 方案3初步潮流示意图 （2）根据公式3-1计算初步功率分布： P160(755570)2126(5570)18070155755570867.25 P160552126(5575)180(557555)255755570918.75 PA11027.25 PA2130 PA31098.75 第7页 共50页

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P1S867.25 P3S918.75 PLPA1LA1P1SL1SPA3LA3P3SL3SPA2LA2 （3-2） 将数据代入公式3-2可得： PL1027.2575867.25551098.7555918.757013065257936.25 P2LP22222A1LA1P1SL1SPA3LA3P3SL3SPA2LA2 （3-3） 将数据代入公式3-3可得： P2L1027.25275867.252551098.75255918.75270130265247094378.40LLA1L1SLA3L3SLA22 （3-4） 将数据代入公式3-4可得： L75555570652385（km） （3）最终初步潮流分布如图3.10： 216011027.25A258.76S918.753180 图3.10 方案三有功功率分布示意图 （4）其他方案的初步潮流计算和线损计算与上例相似，在此不做赘述。 第8页 共50页

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3.4 初步潮流分布计算结果比较 各方案比较如表3.1 表3.1 初步潮流分布计算结果比较 类型 教师批阅 PL 2APL 2L(km) 1160PL= 226810 PL= 2L=610 S 方案一 1303355678060 21601657.74APL= 301864.40 2PL= L=310 308886219.40 S1128.263180 方案二 21601768.251027.25APL= 257936.25 PL= 2L=385 247094378.40 S918.753180 方案三 第9页 共50页

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续表3.1 类型

PL APL 2教师批阅 L(km) 21160PL= 238718.05 PL= 2L=515 S 793.873180207573236.20 方案四 21149.76APL= 227373.20 PL= 2L=555 355656547.80 S3180 方案五 216011786APL= S3180PL= 2L=445 424277 659938415.60 方案六 第10页 共50页

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续表3.1 类型 130

PL P2教师批阅 L L(km) 21APL= 281881.75 PL= 2L=405 276001654.50 S1006.733180 方案七 13021601856.81APL= 278120.75 PL= 2L=405 265013164.70 S3 2方案八 注：∑PL正比于线路电压降落；∑PL正比于电网有功功率损耗；线路长度表示方案的投资。 综合考虑压降、网损以及线路长度，可知各方面占优势的方案为方案三和方案四，因此选择这两个方案进行进一步分析比较。 3.5 电压等级的确定 对所拟订的接线方案按均一网计算，其初步功率分布的结果大部分在1000MW左右，输送距离在55-110km之间，并且考虑到电网发展的需求，以及线路的经济性，所以选择的电压等级全为220kV。采用架空线路时与各额定电压等级相适应的输送容量和传输距离见表3.2。 第11页 共50页

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表3.2 采用架空线路时与各额定电压等级相适应的输送容量和传输距离 输电电压（kV) 输送容量（MW） 传输距离（km) 适用 0.38 0.1及以下 0.6及以下 低压配电网 3 0.1~1.0 3~1 6 0.1~1.2 15~4 中压配电网 10 0.2~2.0 20~6 35 2~10 50~20 63 3.5~30 100~30 高压配电网 110 10~50 150~50 220 100~500 300~100 省内送电 330 200~1000 600~200 500 600~1500 1000~400 省、网际输电 1000 5000~10000 2000~1000 网际输电 根据均一网潮流分布计算各段线路输送功率分布如图3.11、图3.12所示，确定电压等级为220kV。受220kV电压等级传输容量的限制以及对供电可靠性的保证，对于方案三和方案四中传输功率超过1000MW的线路采用三回输电线，传输功率低于1000MW均采用双回输电线。 2160+j63.2411027.25+j504.53A+25297.1.8644jS918.75+3j465.58180+j71.14 图3.11 方案三初步潮流分布图 第12页 共50页

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21160+j63.24AS793.87+j3407.55180+j71.14 图3.12 方案四初步潮流分布图 根据实际情况分析，各段电压等级与距离如表3.3、表3.4所示 表3.3 方案三各段电压等级与距离 线段 距离(km) 电压等级(kV) 2-A 65 220 A-3 55 220 3-S 70 220 S-1 55 220 1-A 75 220 表3.4 方案四各段电压等级与距离 线段 距离(km) 电压等级(kV) 2-A 65 220 1-A 75 220 A-3 55 220 3-S 70 220 S-A 110 220 第13页 共50页

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4 电网接线方式的技术经济比较 4.1 发电厂、变电所主接线方式的选择 4.1.1 发电厂主接线方式的选择 由于电厂容量比较大，并保证发电厂供给符合时的可靠性和经济性，所以高压侧采用双母线带旁路接法，低压侧采用单元接线发法，方案三及方案四接线如图4.1、图4.2所示。\\\\\\\\ WP教师批阅 220kVW2 W120kV20kV 图4.1 方案三发电厂主接线图 第14页 共50页

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WP

教师批阅 W2220kVW120kV20kV 图4.2 方案四发电厂主接线图 4.1.2 变电所主接线方式的选择 系统中变电所的容量都是大于100MW，电压等级为220kV，所以所有变电所高压侧均采用双母线带旁路接线法，低压侧为单元接线。 方案三: 变电所1主接线方式如图4.3所示。 变电所2主接线方式如图4.4所示。 变电所3主接线方式与变电所1一致，见图4.3。 方案四： 变电所1主接线方式如图4.5所示。 变电所2主接线方式与变电所1一致，见图4.5。 变电所3主接线方式如图4.6所示 第15页 共50页

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220kV10.5kV图4.3 方案三变电所1主接线图 W3W2220kVW110.5kV图4.4 方案三变电所2主接线图 第16页 共50页

教师批阅 W3W2W1

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W3W2220kVW110.5kV 图4.5 方案四变电所1主接线图 W3W2220kVW110.5kV 图4.4 方案四变电所3主接线图 第17页 共50页

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4.2 导线截面的选择 4.2.1 导线截面选择的原则 目前我国高压输电线主要采用钢芯铝绞线。据电力设计手册，当负荷的年最大利用小时数达5000小时以上，钢芯铝绞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截面，用发热校验。按计算所得初步功率分布、按经济电流密度进行选择。由公式Sjs面，进行截面选择。 最大负荷利用小时数 N教师批阅 Imas计算得到导线截JPTmaxj1NmaxjmaxjT （4-1） maxjTj1架空输电线路导线经济电流密度如表4.1 表4.1 架空输电线路导线经济电流密度（A / mm²） 铝 铜 年最大负荷利用小时数Tmax 3000以下 1.65 3.00 3000～5000 1.15 2.25 5000以上 0.90 1.75 因为发电厂的年最大负荷利用小时为5000小时，又因为用的钢芯铝绞线，且年最大利用小时都在3000～5000小时，根据表4.1所以J取1.15。根据公式4-1可得 TmaxA14531（h） J1.15 TmaxA24551（h） J1.15 第18页 共50页

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TmaxA34534（h） J1.15 TmaxS15000（h） J1.15 TmaxS35000（h） J1.15 4.2.2方案三导线截面的选择 ⑴S截面积计算 SS~3U （4-2） NJj根据公式4-2代入数据可得以下计算结果 S11027.252A13504.53232201.151000870.6（mm²） SA212130251.38232201.151000159.5（mm²） S11095.752A33536.72232201.151000928.1（mm²） S1867.252441.292s1232201.1510001110.3（mm²） Ss312918.752465.58232201.1510001175.2（mm²） ⑵方案三选线如表4.2所示： 第19页 共50页

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表4.2 方案三选线方案 线路 A-1 A-2 A-3 S-1 S-2 型号 2×LGJQ-500 LGJ-185 2×LGJQ-500 2×LGJQ-600 2×LGJQ-600 截面积（mm） 870.6 159.5 928.1 1110.3 1175.2 2教师批阅 单位电阻（Ω） 单位电抗（Ω） 长度（km） 0.033 0.17 0.033 0.028 0.028 0.300 0.44 0.300 0.297 0.297 75 65 55 55 70 ⑶线路校验 ① 发热条件：计算载流量 I~S3UN （4-3） 根据公式4-2、4-3代入数据可得以下计算结果 1500.6825（A） 2线路A-1 ISJj线路A-2 ISJj183.4515（A） 1403.5945（A） 21638.41050（A） 21675.71050（A） 2线路A-3 ISJj线路S-1 ISJj线路S-3 ISJj经上面计算得每条线路的最大载流量未超过允许值，满足条件。 ②机械强度条件：对于跨运河、公路、通讯线路、居民区线路导线，截面积不得小于35 mm²，因此所选导线截面满足机械强度的要求。 ③电晕条件：经计算得所有导线截面均满足电晕电压要求，不会发生电晕。 4.2.3 方案四导线截面的选择 第20页 共50页

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⑴S截面积计算 教师批阅 根据公式4-2代入数据可得以下计算结果 SA21130251.3821000159.50（mm²） 232201.151160263.2421000196.51（mm²） 232201.151992.132498.69210001266.99（mm²） 232201.151973.872478.69210001238.17（mm²） 232201.151793.872407.55210001018.20（mm²） 232201.15SA1SAsSA3S3S⑵方案四选线如表4.3所示 表4.3 方案四选线方案 线路 A-2 A-1 A-S A-3 3-S 型号 LGJ-185 LGJ-185 2×LGJQ-600 2×LGJQ-600 2×LGJQ-500 截面积（mm） 159.50 196.51 1266.99 1238.17 1018.20 2单位电阻（Ω） 单位电抗（Ω） 长度（km） 0.17 0.17 0.028 0.028 0.033 0.44 0.44 0.297 0.297 0.300 65 75 110 55 70 ⑶线路校验 ① 发热条件：计算载流量 第21页 共50页

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根据公式4-3代入数据可得以下计算结果 线路A-2 ISJj183.43515（A） 线路A-1 ISJj225.99515（A） 1728.5191050（A） 21711.951050（A） 21585.47945（A） 2教师批阅 线路A-S ISJj线路A-3 ISJj 线路3-S ISJj 经上面计算得每条线路的最大载流量未超过允许值，满足条件。 ②机械强度条件：对于跨运河、公路、通讯线路、居民区线路导线，截面积不得小于35mm2，因此所选导线截面满足机械强度的要求。 ③电晕条件：经计算得所有导线截面均满足电晕电压要求，不会发生电晕。 4.3 方案的经济性比较 4.3.1比较说明 ①方案三与方案四的发电厂变压器型号台数均一致，不加入比较。 ②方案三与方案四的变电所变压器型号台数均一致，不加入比较。 ③线路初步潮流分布计算时不考虑线路功率损失；功率大小按导线的长度均匀分布。 ④以方案三为例进行计算演算，方案四与方案三类同，不做赘述。 4.3.2方案三的经济计算 ⑴ 线路初步潮流计算 线路A-1: P=1027.25MW，Q=504.53 Mvar 第22页 共50页

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线路A-2: P=130MW，Q=51.38 Mvar 线路A-3: P=1098.75MW，Q=536.72 Mvar 线路S-1: P=867.25MW，Q=441.2 9 Mvar 线路S-3: P=918.75MW，Q=465.58 Mvar ⑵ 选导线 具体选线方案见表4.2。 ⑶ 线路阻抗计算 ZRjX(rjx)L （4-4） 根据公式4-4代入数据可得以下计算结果 线路A-1:Z13(0.033j0.3)751.2375j11.25 （Ω） 线路A-2:Z12(0.17j0.44)655.525j14.3 （Ω） 线路A-3:Z13(0.033j0.3)550.9075j8.25 （Ω） 线路S-1:Z12(0.028j0.297)550.77j8.1675 （Ω） 线路S-3:Z12(0.028j0.297)700.98j10.395（Ω） ⑷ 正常运行时的电压损耗 U%PRQXU2100% （4-5） 根据公式4-5代入数据可得以下计算结果 第23页 共50页

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线路A-1:U%1027.251.2375504.5311.252202100%14.35% 线路A-2:U%1305.52551.3814.32202100%3.00% 线路A-3:U%1098.750.9075536.728.252202100%11.20% 线路S-1:U%867.250.77441.298.16752202100%8.83% 线路S-3:U%918.750.98465.5810.3952202100%11.86% ⑸ 投资 ①线路 K4KA1KA2KA3KS1KS3 （4-6） 根据公式4-6代入数据可得以下计算结果 K 45075330652505535555255702=31100（万元） ②断路器 K4台数单价36702520（万元） ③总投资 KK4K431100252033620（万元） ⑥年运行费用（万元） 折旧费: KK4%K4414%311004%252014%1596.8（万元） （其中，输电线路折旧费取4%，变电所折旧费取14%） 第24页 共50页

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线路年网损费用：（τ查表：《电力系统分析第三版下册》表14-1 p.129） P2Q2PA1U2R （4-7） TP1Tmax1Pmax2Tmax2maxA1maxP （4-8） max1Pmax2根据公式4-7及公式4-8代入数据可得计算结果如下 线路A-1：P1027.252504.532A122021.237533.48903（MW） T240045001605000maxA124001604531（h） cosPmaxjA1P24001600.90 maxj2400cosj0.91600.93 查表得2900（h） 2线路A-2：P13051.382A222025.5252.23054（MW） T45001305500maxA2240024001304551（h） cosA2240013024001300.90 0.90.93 查表得2900（h） 2线路A-3： P1098.75536.722A322020.907528.03725（MW） TmaxA324004500180500024001804534（h） 第25页 共50页

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cosA324001800.90 24001800.90.93教师批阅 查表得2900（h） 线路S-1：PS1867.25441.2920.7715.07224（MW） 22202 TmaxS1T1max5000（h） coss10.93 查表得3400（h） 线路S-3：PS3918.75465.5820.9821.48035（MW） 22202 TmaxS3T3max5000（h） coss30.93 查表得3400（h） 电能损耗公式： W(P) (4-9) 根据公式4-9代入数据可得计算结果如下 W33.4890329002.23054290028.03275290015.072243400 21.480353400=309160.534（MWh） 电能损耗费用： V0.353.0916110810820.635（万元）（其中，电能损耗费0.35元/度） 年运行费用：N1596.810820.63512417.435（万元） 第26页 共50页

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⑹年计算费用（万元）：按7年回收投资计算 ZK33620N12417.43517220.29214（万元） 77教师批阅 4.3.3经济精确比较结果 根据计算结果得到方案三、方案四经济精确比较，见表4.4。 表4.4方案三、方案四经济精确比较 方案 三 四 2160+j63.242A1结线图 867.25+j441.291027.25+j504.531160+j63.24AS918.75+j465.583180+j71.14S793.87+j407.553180+j71.14 线路A-1：1027.25+j504.53 线路A-2：130+j51.38 潮流（MVA） 线路A-3：1098.75+j536.72 线路S-1：867.25+j441.29 线路S-3：918.75+j465.58 A-1：2×LGJQ-500 A-2：LGJ-185 选导线 A-3：2×LGJQ-500 S-1：2×LGJQ-600 S-3：2×LGJQ-600 线路A-2： 130+j51.38 线路A-1： 160+j63.24 线路A-S：992.13+j498.69 线路A-3：973.87+j478.69 线路3-S： 793.87+j407.55 A-2：LGJ-185 A-1：LGJ-185 A-S：2×LGJQ-600 A-3：2×LGJQ-600 3-S：2×LGJQ-500 第27页 共50页

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续表4.4 方案 三 A-1：1.2375+j11.25 A-2：5.525+j14.3 线路阻抗（Ω） A-3： 0.9075+j8.25 S-1： 0.77+j8.1675 S-3： 0.98+j10.395 A-1：占额定电压的14.35% A-2：占额定电压的3.00% 正常时 A-3：占额定电压的11.20% ΔU% S-1：占额定电压的8.83% S-3：占额定电压的11.86% 线线路：31100万元 路 总计：33620 投资断（K） 万元 路断路器：2520万元 器 线路及折旧费 断路年运行1596.8万元 器年运行费费用折12417.435万元 （N） 旧 线线损费 损费10820.635万元 用 年计算费用17220.29214万元 （万元） A-3：占额定电压的9.62% 3-S：占额定电压的10.73% 线路：33550万元 总计：35790 断路器：2240万元 万元 A-S：占额定电压的19.99% 四 A-2：5.525+j14.3 A-1：6.375+j16.5 A-S：1.54+j16，335 A-3：0.77+j8.1675 3-S：1.155+j10.5 A-2：占额定电压的3% A-1：占额定电压的4.26%

教师批阅 折旧费1655.6万元 年运行费11950.183 万元 线损费10294.583 万元 17063.04004万元 第28页 共50页

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综合比较表4.4，从技术及经济比较可以看出，方案四比方案三总投资要少，教师批阅 经济性要好，同时方案四的负荷矩要小，线路要短，综合以上因素，故选择方案四为网络结线方案。 4.4 发电厂变电所主变压器的选择 KZSnii＝1S1.6 （4-10） max根据公式4-10可得 变电所1 ZSni1.61600.93275.27（MVA） i＝1因此，应选择3台SFP7-120000/220的变压器。 变电所2 ZSni1.61300.93223.66（MVA） i＝1因此，应选择2台SFP7-120000/220的变压器。 变电所3 ZSni1.61800.93309.68（MVA） i＝1因此，应选择3台SFP7-120000/220的变压器。 发电厂A Z（PGNS）2400Scosmin（－160）Nni0.9＝2785.185（MVA） i＝10.90.9因此，应选择9台SFP3-340000/220的变压器。 本方案所选变压器参数见表4.5. 第29页 共50页

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表4.5所选变压器参数 参数 发电厂 或变电所 发电厂A 9 SFP3-340000/220 SFP7-120000/220 SFP7-120000/220 SFP7-120000/220 242±2×2.5%/20 242±2×2.5%/10.5 242±2×2.5%/10.5 242±2×2.5%/10.5 1.0 255 1100 14 台变压器型号 数 变比

教师批阅 P0(kW) I0% Pk(kW) UK% 变电所1 3 0.9 188 385 13 变电所2 2 0.9 188 385 13 变电所3 3 0.9 188 385 13 4.4.1 确定发电厂变压器容量及损耗 根据表4.5所给参数及公式可得 RAPKUN1000SN22110022020.46（Ω） 210003402UK%UN142202 XA19.93（Ω） 100SN100340 GAP01000UNI0%SN100UN222556（S） 5.271021000220 BA1.03407.02105（S） 2100220 P0255（kW） Q0I0%SN101340103400（Kvar） Pk1100（kW） 第30页 共50页

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QkUk%SN10143401047600Kvar（Kvar） 4.4.2 确定变电所变压器容量及损耗 根据表4.5所给参数及公式可得 2 RN3852202BPKU1000S2N100017021.29（Ω） XUU2K%N132202B100S52.43（Ω） N100120 GP0118B1000U2N100022022.44106（S） BI0%SNB100U20.9120510022022.2310（S） N P0118（kW） Q0I0%SN100.9120101080（Kvar） Pk385（kW） QkUk%SN10131201015600（Kvar） 综合上述计算可得变压器损耗如表4.6 表4.6 计算所得参数 型号 R()X() G(S) B(S) SFP3-340000/220 0.46 19.93 5.27×10-6 7.02×10-5 SFP7-120000/220 1.29 52.43 2.44×10-6 2.23×10-5 型号 PQ ) Q 0(kW) 0(Kvar)PK(kWK(Kvar)SFP3-340000/220 255 3400 1100 47600 SFP7-120000/220 118 1080 385 15600 第31页 共50页

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5调压计算 5.1调压原则 为进行调压计算需要计算最大和最小负荷的情况下，电力网的潮流分布计算，然后利用潮流计算结果即可以进行变压器分接头的选择，当采用普通变压器分接头不能满足要求的情况下，可以考虑采用有载调压变压器或采用无功补偿装置。 电力系统中的设备大多运行在额定电压水平，但是系统中的负荷在无时无刻的变化着，因此设备的实际电压也随着变化。如果电压上升得太多则会超过设备的绝缘水平，最终导致设备的损坏，而电压下降的太低往往设备不能运行在效率最高的水平，甚至导致电压的崩溃的现象出现。因此我们要争取一系列的调压措施，保证各节点的电压在允许的范围内波动，在进行调压计算时，控制发电机高压母线A在最大负荷时保持Umax=220kV，在最小时Umin=225kV，可满足变电所的调压要求。 电枢点的调压方式有三种分别为：顺调压、逆调压和常调压其中逆调压在最大负荷时保持中枢点电压不超过5%，在最小负荷时保持为额定电压;顺调压的在最大负荷是允许中枢点的电压低一些，但不低于额定电压的102.5%，在最小负荷时允许电压高一些，但不高于额定电压的107.5%;常调压则介于两者之间，既在任何负荷下面保持电压额定电压的102%--105%。 最终确定的方案为方案四，等值电路图如图5.1所示 教师批阅 第32页 共50页

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5.525Ωj14.3Ω0.645 Ωj26.215Ω

发电厂 A0.051 Ωj2.214Ω4.88×10 ⁶ S变电所 2教师批阅 -j4.46×10 ⁵ S4.743×10 ⁵ S-j6.318×10 ⁴ S6.375 Ωj16.5Ω0.43 Ωj17.477Ω变电所 17.32×10 ⁶ S-j6.69×10 ⁵ S1.54 Ωj16.335Ωj3.36×10 ⁶ Sj3.36×10 ⁶ S无穷大系统 Sj17.477Ω7.32×10 ⁶ S-j6.69×10 ⁵ S0.43 Ω变电所 3 图5.1 等值电路图 注：在计算最大负荷潮流时，将发电厂A的母线电压保持220kV不变；计算最小负荷潮流时，将发电厂A的母线电压保持225kV不变。 5.2最大、最小负荷情况下的潮流计算 5.2.1最大负荷情况下发电厂各变压器和线路的功率损耗 功率损耗公式 SP2Q2UN2Z （5-1） 根据公式5-1代入数据可得计算结果如下 变电所1 SZT1

160263.242265(0.43j17.477)220(7.3210j6.6910)2202第33页 共50页

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0.617j13.926（MVA） 变电所2 S130251.382ZT2265 2202(0.645j26.215)220(4.8810j4.4610)0.496j12.742（MVA） 变电所3 S180271.142 ZT32202(0.43j17.477)2202(7.32106j6.69105)0.687j16.765（MVA） 线路A-2 S130.496264.1222ZL22202(5.525j14.3)2.413j6.246（MVA） 线路A-1 2S160.61777.1662ZL12202(6.375j16.5)4.182j10.825（MVA） 线路A-S S1061.0692330.3912ZLS2202(1.54j16.335)39.293j416.785（MVA）Q2L2203.361060.163（Mvar） 线路3-S 2S850.832242.9832ZLS2202(1.155j10.5)18.684j169.856（MVA） 线路A-3 SZL1050.2032500.744232202(0.77j8.1675)21.536j228.432（MVA）5.2.2最大负荷情况下变压器和线路的电压损耗 电压损耗公式 UPRQXU （5-2） 第34页 共50页

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根据公式5-2代入数据可得计算结果如下 变电所1 教师批阅 U164.7996.37587.99116.510.341（kV） 220UUU22010.341209.659（kV） U160.2630.4373.92817.4775.875（kV） 209.659UUU209.6595.875203.784（kV） 变电所2 U132.9095.52570.36814.37.192（kV） 220UUU2207.192212.808（kV） U130.260.64561.96326.2157.645（kV） 212.808UUU212.8087.292205.516（kV） 变电所3 U1071.7390.77729.1768.1730.832（kV） 220UUU22030.832189.168（kV） U180.680.4387.9117.4778.532（kV） 189.168UUU189.1688.532180.64（kV） 根据最大负荷情况下变压器和线路的功率损耗及电压损耗，可得最大负荷精确潮流分布图（图5.2）如下 第35页 共50页

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2400+j1162.372397.704+2390.296+j1131.791j819.801132.909+j70.368130.496+j64.122130.26+j61.963130+j51.38变电所 22.296+j30.5790.236+j2.159发电厂 A164.799+j87.991160.617+j77.166160.263+j73.928160+j63.24变电所 10.354+j3.2381100.362+j746.851100.362+j747.0131061.069+j330.2281061.069+j330.39111911.901+j573.374-j0.163-j0.163无穷大系统 S0.354+j3.238180.333+j84.667变电所 3180+j71.14 图5.2 最大负荷精确潮流分布图 5.2.3最小负荷情况下发电厂各变压器和线路的功率损耗 根据公式5-1代入数据可得计算结果如下 变电所1 S65225.6922202(0.43j17.477)2202(7.32106j6.69105) ZT10.397j3.996（MVA） 变电所2 S50219.7612ZT22202(0.645j26.215)2202(4.88106j4.46105)0.275j3.169（MVA） 变电所3 S85233.5942ZT32202(0.43j17.477)2202(7.32106j6.69105)第36页 共50页

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0.428j6.254（MVA） 线路A-2 S50.275222.932ZL22202(5.525j14.3)0.349j0.902（MVA） 线路A-1 2S65.39729.6862ZL12202(6.375j16.5)0.679j11.21（MVA） 线路A-S S1185.8632393.4742ZLS2202(1.54j16.335)49.671j526.869（MVA）Q2L2203.361060.163（Mvar） 线路3-S S1002.3042317.8332ZLS2202(1.155j10.5)26.384j239.858（MVA） 线路A-3 SZL31114.1162597.53922202(0.77j8.1675)25.428j269.714（MVA）5.2.4最小负荷情况下变压器和线路的电压损耗 根据公式5-2代入数据可得计算结果如下 变电所1 U66.0766.37540.89616.52254.871（kV） UUU2254.871220.129（kV） U65.0430.4326.44817.477220.1292.227（kV） UUU220.1292.227217.902（kV） 变电所2 第37页 共50页

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U50.6245.52523.83214.32.758（kV） 225教师批阅 UUU2252.758222.242kV（kV） U50.0390.64520.77126.2152.525（kV） 222.242UUU222.2422.525219.717（kV） 变电所3 U1139.540.77867.2538.1735.394（kV） 225UUU22535.394189.606（kV） U85.0740.4336.6717.4773.562（kV） 189.606UUU189.6063.562186.052（kV） 根据最小负荷情况下变压器和线路的功率损耗及电压损耗，可得最小负荷精确潮流分布图（图5.3）如下 2397.704+2400+j1162.37j1131.7912390.296+j819.80150.624+j23.83250.275+j22.9350.039+j20.77150+j19.761变电所 20.236+j2.1592.296+j30.579发电厂 A66.076+j40.89665.397+j29.68660.043+j26.44865+j25.69变电所 10.354+j3.2381235.534+j920.131235.534+j920.3431185.863+j393.4741185.863+j393.3112188.167+j711.144-j0.163-j0.1630.354+j3.23885.074+j36.61变电所 385+j33.594 图5.3 最小负荷精确潮流分布图 第38页 共50页

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5.3选变压器分接头 变电所1 （1）选择变压器的分接头 最大负荷时，UUmaxUTmaxfmaxUUN max由式5-3得： U220(10.3415.875)fmax10.2510.5209.778 （kV）最小负荷时，UUminUTminfminUUN min由式5-4得： U225(4.8712.227)fmin10.7510.5212.835 （kV） 变压器应选择的计算分接头 UUfImaxUfIminf2 由式5-5得： U209.778212.835f2211.307（kV） 根据所给变压器的类型，可选择209kV的分接头 （2）校验 最大负荷时低压侧的实际电压为： 203.78420910.510.23810.25 （kV） 最小负荷时低压侧的实际电压为： 213.87420910.510.74410.75 （kV） 因此所选分接头满足要求。 第39页 共50页

(5-3) (5-4) (5-5) 教师批阅 课 程 设 计 用 纸

变电所2 （1）选择变压器的分接头 最大负荷时，由式5-3得： 教师批阅 Ufmax220(7.1927.645)10.5211.197 （kV） 10.25最小负荷时，由式5-4得： Ufmin225(2.7582.525)10.5214.607 （kV） 10.75因此，变压器应选择的计算分接头由式5-5得： Uf211.197214.607212.902 （kV） 2根据所给变压器的类型，可选择214.5kV的分接头 （2）校验 最大负荷时低压侧的实际电压为： 210.41410.510.310.25 （kV） 214.5最小负荷时低压侧的实际电压为： 212.55910.510.40510.75 （kV） 214.5因此所选分接头满足要求。 变电所3 （1）选择变压器的分接头 采用调相机进行补偿 2Ujcmin(kUjcminUjmin)Ujcmax(kUjcmaxUjmax) （5-6） 将数据代入公式5-6得： 210.75(k10.75186.05)10.25(k10.25180.64) 可得k19.9 Utj19.910.5208.95，选用220kV－2×2.5%即209kV分接头，按最大负第40页 共50页

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荷时调压确定Qc。 2QUjcmaxcx(UUNjUtjjcmaxUjmaxijU)tjU2Nj （5-7） 根据公式5-7代入数据可得计算结果如下 10.25(10.25180.6410.5)2092Qc588.99（MVA） 25.6420910.552取容量为600 Mvar 补偿后： 最大负荷时 U1071.7390.77(729.176600)8.172208.541（kV） UUU2208.541211.459（kV） U85.0740.4336.6117.477211.4597.578（kV） UmaxUU211.4597.578203.882（kV） 低压侧母线实际电压为 U.5jcmax203.8821020910.252（kV） 最小负荷时 U1139.540.77(867.253600)8.7722513.623（kV） UUU22513.623211.377（kV） U85.0740.4336.6117.477211.3773.1991（kV） UmaxUU211.3773.1991208.201（kV） 低压侧母线实际电压为 第41页 共50页

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Ujcmin208.20110.520910.459（kV） （2）校验 最大负荷时，低压侧母线实际电压为10.252>10.25（kV） 最小负荷时，低压侧母线实际电压为10.459<10.75（kV） 因此所选分接头满足要求。 第42页 共50页

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6 总结 电网是电源和用户之间的纽带，其主要功能是把电能安全、优质、经济的送到用户，而电力网规划设计是电网发展和改造的总体计划。其目标是能够使电网发展，能适应、满足并适度超前于供电区域内的经济发展要求，并能发挥其对电网建设、运行和供电保障的先导和决定作用，对电网建设发展具有实际意义，做好电网规划直接影响到某地电网今后的建设方向，所以掌握好电网规划至关重要。 本课程设计小组针对本次区域电力网规划课程设计现做出如下总结: 本组电网规划区域由一个发电厂、三个变电所以及一个无穷大系统组成。其中发电厂有4台功率因素为0.90的600MW发电机组，发电厂经110km线路接至无穷大系统。变电所1、2、3最大负荷分别为160MW、130MW、180MW；各变电所至发电厂的直线距离在55km至85km之间。 通过对所给数据和线路图的分析，所给区域电网有如下特点：发电厂装机容量大，各变电所最大负荷较小，各变电所与发电厂间距离多在100km以下。 为保证供电可靠性，对于环网内线路原则上采用单回路双电源（发电厂及无穷大系统）供电，对于环网外线路采用双回路或多回路供电。初步的8个方案经初步电压损耗和初步电能损耗等性能指标比较后确定两个较佳方案。在电压等级确定方面，出于对大功率传输能力及线路经济性的考虑，在保证供电可靠性情况下，本组初步制定了两套电压等级方案： 1. 全网统一220kV电压等级。对于超出单回220kV功率传输能力的线路，根据线路的实际传输情况架设双回或三回线路。 2. 环内线路采用500kV电压等级，环外线路采用220kV电压等级。 通过对上述两个方案的比较得出以下结论：方案一中线路传输功率均超出了220kV单回功率传输能力，因此全网线路需全部采用双回线路，增加了线路长度；其次，每条线路传输功率较大，电压等级较低，导致其电压损耗较大，影响线路整体电压水平；其优点是变压器便于选取，断路器造价便宜，方案整体造价便宜。方案二中电压等级相对较高，线路传输能力较大，电压损耗较方案一较小；但500kV断路器价格昂贵，以致短距离高压输电成本较高，经济性较差。 第43页 共50页

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出于对经济性与变压器选取的考虑，本组最终确定采用全网统一220kV电压等级。 为了解决选定电压等级后线路电压损耗较大的问题。本组拟采用变压器调压及容量补偿的方式进行容量补偿，使整条线路的整体电压水平维持在220kV电压等级。最后，经过计算采用调相机在变电所3进行无功补偿，成功解决了无功不足的问题，选出了变压器分接头。 在课程设计期间，小组遇到了很多没有预料到的困难，但通过全组人员的努力并在刘老师、粟老师的指导帮助下，顺利解决了问题，整组人员团结协作，共同商讨，分工合作，认真细致的解决了每一个遇到的问题。最后选出的方案虽然离实际的最优方案还有一定的距离，但课程设计中的过程使所学的专业知识得到了升华，使整组人的分析实践能力得到了提高。 教师批阅 第44页 共50页

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参考文献 [1] 于永源. 电力系统分析[M]. 长沙：湖南师范大学出版社，1992年7月 [2 陈珩. 电力系统稳态分析（第二版）[M]. 北京：水利电力出版社，1995年11月 [3] 陆敏政. 主编 电力系统习题集[M]. 北京：水利电力出版社，1990年 [4] 熊信银. 发电厂电气部分[M]. 北京：中国电力出版社，2008年 [5] 祝淑萍. 电力系统分析课程设计与综合实验[M]. 北京：中国电力出版社，2007年3月 [6] 东北院. 电力系统设计手册[M]. 北京：中国电力出版社 [7] 水电部. 电力工程概算指标[M]. 北京：中国水利电力出版社 [8] 电力工程设计手册[M]. 北京：中国电力出版社 [9] 曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M].北京：水利电力出版社，1995年5月 [10] 西安交大.电力系统计算[M].北京：水利电力出版社，1989年5月 教师批阅 第45页 共50页

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附录

附图一：系统等值电路图

5.525Ωj14.3Ω0.645 Ωj26.215Ω发电厂 A0.051 Ωj2.214Ω4.88×10 ⁶ S变电所 2-j4.46×10 ⁵ S4.743×10 ⁵ S-j6.318×10 ⁴ S6.375 Ωj16.5Ω0.43 Ωj17.477Ω变电所 17.32×10 ⁶ S-j6.69×10 ⁵ S1.54 Ωj16.335Ωj3.36×10 ⁶ Sj3.36×10 ⁶ S无穷大系统 Sj17.477Ω7.32×10 ⁶ S-j6.69×10 ⁵ S0.43 Ω变电所 3

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附图二：最大负荷精确潮流分布图

2400+j1162.372397.704+j1131.7912390.296+j819.801132.909+j70.368130.496+j64.122130.26+j61.963130+j51.38变电所 22.296+j30.5790.236+j2.159发电厂 A164.799+j87.991160.617+j77.166160.263+j73.928160+j63.24变电所 10.354+j3.2381100.362+j746.851100.362+j747.0131061.069+j330.2281061.069+j330.39111911.901+j573.374-j0.163-j0.163无穷大系统 S0.354+j3.238180.333+j84.667变电所 3180+j71.14

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附图三：最小负荷精确潮流分布图

2397.704+2400+j1162.37j1131.7912390.296+j819.80150.624+j23.83250.275+j22.9350.039+j20.77150+j19.7612.296+j30.579发电厂 A

变电所 20.236+j2.15966.076+j40.89665.397+j29.68660.043+j26.44865+j25.69变电所 10.354+j3.2381235.534+j920.131235.534+j920.3431185.863+j393.4741185.863+j393.3112188.167+j711.144-j0.163-j0.1630.354+j3.23885.074+j36.61变电所 385+j33.594第 48 页 共 50 页

附图四：电力系统接线图

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附图五：区域电网电气主接线图

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