電力系統規(guī)劃課程設計

1、. 機電工程學院電力系統規(guī)劃課程設計 第二組題 目： 某地區(qū)電網規(guī)劃初步設計 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 年 級： 學 號： 姓 名： 指導教師： 日 期： 云南農業(yè)大學機電工程學院精品.目 錄摘 要2課程設計任務書3第一章 原始資料的分析51.1發(fā)電廠技術參數51.2發(fā)電廠和變電所負荷資料51.3 負荷合理性校驗5第二章 電力網電壓的確定和電網接線的初步選擇72.1電網電壓等級的選擇72.2 電網接線方式的初步比較92.2.1電網接線方式92.2.2 方案初步比較的指標11第三章 方案的詳細技術經濟比較123.1導線截面參考數據123.2方案（b）中的詳細技術經濟計算123.2.1先按均一

2、網對其進行粗略潮流分布的計算133.2.2導線截面面積的選擇133.2.3根據查閱的導線截面面積，計算線路的阻抗153.2.4計算正常運行時的電壓損失153.2.5投資費用（k）153.3方案（c）中的詳細技術經濟計算173.3.1先按均一網對其進行粗略潮流分布的計算173.3.2 導線截面的選擇193.3.3、線路阻抗計算203.3.4正常運行時的電壓損失203.3.5投資（k）213.3.6、年運行費用（萬元）年運行費用包括折舊費和損耗費21第四章 最終方案的選定23第五章 課程設計總結25參考資料26課程設計指導教師評審標準及成績評定27精品.摘 要該課程設計是進行地方電網規(guī)劃設計。規(guī)劃

3、設計一個容量為5×25mw+1×50mw的發(fā)電廠和4個變電站的地方電力網。 本設計根據地方電力網規(guī)劃的要求，在對原始資料系統負荷、電量平衡分析的基礎上，運用傳統的規(guī)劃方法，并結合優(yōu)化規(guī)劃的思想，從擬定的五種可行方案中，通過技術和經濟的比較，選擇出兩個較優(yōu)的方案作進一步的深入分析：先對電網進行潮流計算，然后根據潮流計算結果，從最大電壓損耗、網絡電能損耗、線路和變電站的一次投資及電力網的年運行費用等角度，詳細的分析兩個較優(yōu)方案，以此確定最優(yōu)規(guī)劃設計。【關 鍵 詞】方案擬定 潮流計算 導線截面選擇 投資 年運行費用 精品. 課程設計任務書1、題目：某地區(qū)電網規(guī)劃初步設計

4、2、目的要求通過本次課程設計能掌握電網規(guī)劃設計的一般原則和常用方法，綜合運用所學專業(yè)知識，特別是有關電力網、發(fā)電廠等方面的理論、概念和計算方法，加深對電網特性的了解,進而了解有關設計規(guī)程和規(guī)定、經濟指標，樹立統籌兼 顧、綜合平衡、整體優(yōu)化的觀點，培養(yǎng)從技術、經濟諸多方面分析和解決實際工程問題的能力。3、設計任務1）電力網電壓等級的確定2）初步擬定若干待選的電力網接線方案進行初選3）對初選接線方案進行詳細的綜合比較4）最后對電網的接線方案進行評定4、原始資料1） 發(fā)電廠、變電所相對地理位置及距離如圖所示： 說明：a為發(fā)電廠、為待建的變電站2）發(fā)電廠技術參數項目 臺數 容量（mw） 電壓（kv）

5、功率因數 1 5 25 6.3 0.8 2 1 50 10.5 0.85 精品.3）發(fā)電廠和變電所負荷資料 廠站 項 目發(fā)電廠變電所a1234最大負荷（mw）3050504550最小負荷（mw）1528282328功率因數0.820.850.850.860.85(h)50005300550052005500低壓母線電壓(kv)1010101010調壓要求順常逆順常各類負荷(%)i類303030025ii類3030253030設計指導教師(簽字)： 精品.第一章 原始資料的分析1.1發(fā)電廠技術參數項目 臺數 容量（mw） 電壓（kv） 功率因數 1 5 25 6.3 0.8 2 1 50 10.

6、5 0.85 1.2發(fā)電廠和變電所負荷資料 廠站 項 目發(fā)電廠變電所a1234最大負荷（mw）3050504550最小負荷（mw）1528282328功率因數0.820.850.850.860.85(h)50005300550052005500低壓母線電壓(kv)1010101010調壓要求順常逆順常各類負荷(%)i類303030025ii類30302530301.3 負荷合理性校驗(1)在已知某規(guī)劃年的需電量后，可用年最大負荷利用小時數預測年最大負荷，即: pn·max= an/tmax式中 pn·max 年最大負荷（mw）； an年需用電量（kwh）； tmax年最大負

7、荷利用小時數（h）(2)根據最大負荷利用小時數的定義，最大負荷運行小時所消耗的電量等于全年實際電量。所以，以最大負荷運行小時所消耗的電量應大于全年以最小負荷運行的電量。即： 8760-全年小時數1、發(fā)電廠負荷（pmax·tmax30×5000150000）（pmin·876015×8760131400）  （mwh）2、變電所1 負荷精品.（pmax·tmax50×5300265000）（pmin·876028×8760245280）  （mwh）3、變電所2

8、60;負荷（pmax·tmax45×5500275000）（pmin·876028×8760245280）  （mwh）4、變電所3 負荷（pmax·tmax45×5200234000）（pmin·876023×87602014800）  （mwh）5、變電所4 負荷（pmax·tmax50×5500275000）（pmin·876028×8760245280）  （mwh） 結論：所以

9、負荷均滿足合理性要求。根據原始資料確定電網的電壓等級和初步擬定5個方案，綜合考慮電網的經濟性、可靠性、操作容易和保護簡單等問題，綜合優(yōu)先選出兩個方案進行詳細技術經濟比較。利用原始資料中的最大負荷、功率因數、最大利用小時進行潮流計算和導線截面選擇，同時根據原始資料和導線截面、電壓損耗確定兩個參加詳細技術經濟比較方案中的投資費和年運行費。精品.第二章 電力網電壓的確定和電網接線的初步選擇2.1電網電壓等級的選擇 目前我國常用的電壓等級：220v、380v、6kv、10kv、35kv、110kv、220kv、330kv、500kv。（一）電壓等級選擇的原則1）選定的電壓等級應符合國家電壓標準2）電壓

10、等級不宜過多，以減少變電重復容量，同一地區(qū)、同一電力網內，應盡可能簡化電壓等級。3）選定的電壓等級要能滿足近期過渡的可能性，同時也要能適應遠景系統規(guī)劃發(fā)展的需要。4）在確定電壓系列時應考慮到與主系統及地區(qū)系統聯網的可能性，故電壓等級應服從于主系統及地區(qū)系統。5）如果是跨省電網之間的聯絡線，則應考慮適應大工業(yè)區(qū)與經濟體系的要求，進一步建成一個統一的聯合系統，最好采用單一的合理的電壓系列。6）大容量發(fā)電廠向系統送電，考慮出現高一級電壓一回線還是低一級電壓多回線向系統送電，與該電廠在系統中的重要性有關。7）對于單回線供電系統，在輸電電壓確定后的一回線送電容量與電力系統總容量應保持合適的比例，以保證在

11、事故情況下電力系統的安全。8）是否發(fā)展新的高一級電壓，應根據工程現實要求、目前電網的基礎、科研和設備供應的可能性等因素綜合考慮。（二）電壓等級選擇的方法1）直接查表法  這種方法比較粗糙一些。它是根據設計和運行的經驗，總結電壓等級與輸送容量和輸送距離的關系而得來的。一般可用于初選。各種電壓相應的輸送容量和輸送距離范圍見下表：注：用的時候不能兩個都用極端，即最大輸送容量對應最大輸送距離。 精品.根據變電所負荷大小、變電所與發(fā)電廠的距離，由有關資料確定電壓等級，采用架空線時與各額定電壓等級相適應的輸送功率和輸送距離。發(fā)電廠a最大功率30mw, 1變電站最大負荷為50m

12、w, 2變電站最大負荷為50mw, 3變電站最大負荷為45mw，4變電站最大負荷為50mw。結合設計的地理分布,最長輸電線路47km，最短輸電線路23km，用查表法選擇110kv的輸電等級。 電壓等級的選擇原則如下：額定電壓（kv）輸送容量（mw）輸送距離（km）額定電壓（kv）輸送容量（mw）輸送距離（km）0.380.10.6603.5303010030.11.01311010505010060.11.2415220100500100300100.226205008002000150850352102050表11根據地理位置中測量的各發(fā)電廠、變電站的距離和給出的輸送容量，綜合考慮各方面因素

13、，我們采用110kv的電壓等級。根據原始資料和表11中電壓等級選擇的原則，本次設計中本設計的網絡是區(qū)域電力網，輸送容量3050mva，輸送距離從 2347km。根據各級電壓的合理輸送容量及輸電距離，應選擇 110kv 電壓等級。 2）根據負荷矩查表法  所謂負荷矩就是線路傳輸的功率與傳輸距離的乘積，即p(傳輸功率)·l(距離) =p·l 根據 選擇方法：p·l為424037000 kw·km，選10kv；    91000720000 kw·km，選35kv；

14、60;  126000015100000 kw·km，選110kv。用負荷矩查表法：p·l=5000035=1750000 kw·km，選110kv精品.  電網電壓等級要符合國家標準電壓等級，選擇電網電壓是根據網內線路輸送容量的大小和輸送距離來決定的。2.2 電網接線方式的初步比較2.2.1電網接線方式電網的接線方式目的在于提高電網運行的可靠性，電網接線方式的選擇是高水平配電自動化系統的前提和重要基礎。不同城市電網負荷密度、地理環(huán)境、配電變電站的保護方式、配網的接地方式等是不同。因此，電網的接線方式因地制宜，各具特點和優(yōu)點

15、電網接線方式設計原則目前正在進行的電網建設工程和即將實施的配電系統自動化建設工程，都要求對電網的接線方式進行規(guī)劃設計。因此，電網接線方式的應該滿足以下基本要求：（1） 穩(wěn)定可靠的供電能力和較強的接受外電能力，滿足n-1。（2） 電網結構合理，各級電壓接線層次分明。盡量減少網上潮流和迂回供電。（3） 運行靈活，應變能力強。具有足夠的彈性和設備容量，具備應付各種可能出現情況的應變能力?？紤]電網發(fā)展過程中前后階段的關聯性。（4） 對網內大型發(fā)電機組的上網方式進行技術經濟論證。（5） 限制短路電流，根據電網規(guī)模分層分區(qū)供電，各區(qū)之間有足夠的負荷轉移能力，相互支援。（6） 接線標準化，提高可靠性，減少維

16、護、檢修費用。（7） 運行安全性。（8） 操作方便，運行靈活。（9） 接線簡單及優(yōu)化網架結構，有效降低線損。（10） 設備選擇合理。（11） 便于運行及維護檢修。（12） 適應配電自動化的需要，有利于提高供電可靠性和電壓質量。（13） 與上一級電網發(fā)展規(guī)劃和布局相互協調，充分了解主網和電源的發(fā)展考慮變電站落點、規(guī)模、線路布局接線方式時應超前5-10年。根據設計任務書中的發(fā)電廠和變電站的基本的分布，電網的接線方式可以初步的擬定為以下的幾種方式： 精品.表2-1方案結線圖線路長度（km）斷路器（每條線路按兩個算）優(yōu)缺點a21a34283 16優(yōu)點：供電可靠性高,每個負荷節(jié) 點都有三條供電缺點：線路

17、長度最長、造價最高，繼電保護復雜。b21a34242 16優(yōu)點：每個負荷節(jié)點均為雙回路供電，供電可靠性高，線路總長較短。缺點：電廠出線多，倒閘操作麻煩；保護須帶方向。c21a34 19412優(yōu)點：雙環(huán)網供電，可靠性高，線路總長較短，斷路器數目較少，繼電保護較容易。缺點：存在保護需要識別方向。d21a34143.5 8優(yōu)點：開關數量最少，線路總長度最短，繼電保護相對容易，保護設置簡單。缺點：可靠性比最低。 精品.e21a3421812優(yōu)點：雙回路與環(huán)網相結合，供電可靠性高。缺點：投資較大，倒閘操作麻煩；有環(huán)網，保護需帶方向。2.2.2 方案初步比較的指標表2-2 各個方案的優(yōu)缺點比較方案abcd

18、e供電可靠性最高較d高較b高最低較d高每負荷節(jié)點線路數322 1 2線路總長度km注：雙回長度算70%283242194 143.5 218開關數量每條線路按2個算161612812繼保整定難度最難較c易較a易最容易較c易總結：根據上表比較，根據各方案的接線形式所用的線路長度和斷路器個數以及各變電所的i、ii負荷情況，同時考慮經濟性、可靠性、操作容易、保護簡單等方面，綜合優(yōu)選出b 、c兩種方案進行精確比較。精品.第3章 方案的詳細技術經濟比較3.1導線截面參考數據確定導線材料和桿塔的類別及導線的幾何均距。目前我國高壓輸電線主要采用鋼芯鋁絞線。 按電力設計手冊， 當負荷的年最大利用小時數達 50

19、00 小時以上時，鋼芯鋁絞線的經濟電流密度取 j=0.9a/mm2，在高壓區(qū)域電力網，用經濟電流密度法選擇導線截面，用發(fā)熱校驗。因本設計是 110kv電壓等級，為了避免電暈損耗，導線截面不得小于lgj-70。 在lgj-240以下者， 均采用單桿三角形排列， 在lgj-300以上者，采用型桿塔。有關數據查參考書電力系統規(guī)劃設計手冊（摘錄），綜合如下：表3-1導線截面載流量（a）ro(/km)xo(/km)導線投資（萬元）線路綜合投資（萬元）lgj-702750.450.4320.291.95lgj-953350.330.4160.42.1lgj-1203800.270.4090.492.25l

20、gj-1504450.210.4030.622.45lgj-1855150.170.3950.762.7lgj-2406100.1320.1880.982.95lgjq-3007100.1070.3821.463.43.2方案（b）中的詳細技術經濟計算表3-2方案結線圖線路長度（km）斷路器（每條線路按兩個算）優(yōu)缺點b21a34242 16優(yōu)點：由雙回路供電，供電可靠性高，線路總長較短。缺點：電廠出線多，倒閘操作麻煩；保護須帶方向。精品.3.2.1先按均一網對其進行粗略潮流分布的計算。 按均一網對方案其進行粗略潮流分布的計算： 兩個假設: 1）計算時不考慮線路的功率損失； 2）功率的大小按導線

21、長度均一分布。根據均一網初步功率分布的計算公式：即計算每條線路的復功率s,由，可以分別計算p和q。線路a1： 線路a2： 線路a3： 線路a4： 3.2.2導線截面面積的選擇確定導線傳輸的最大負荷電流imax 按最大負荷計算imax與功率、電壓和功率因數的關系為:(式中：imax為最大負荷電流，a；pmax為最大傳輸功率，kw；un為線路額定電壓，kv；精品.cos為負荷功率因數 )線路a1：線路a2：線路a3：線路a4： 確定負荷的最大負荷利用小時數tmax,根據本設計的原始資料tmax都大于5000小時,確定經濟電流密度j本設計根據目前我國高壓輸電線主要采用鋼芯鋁絞線。 按電力設計手冊，

22、當負荷的年最大利用小時數達 5000 小時以上時，鋼芯鋁絞線的經濟電流密度取 j=0.9a/mm2，在高壓區(qū)域電力網，用經濟電流密度法選擇導線截面，用發(fā)熱校驗。 計算導線截面s ，計算式 線路a1：線路a2：線路a3：線路a4 ： 根據有關數據查參考書電力系統規(guī)劃設計手冊（摘錄） 中的表3-3選擇相應的標稱截面。表3-3導線截面載流量（a）ro(/km)xo(/km)導線投資（萬元）線路綜合投資（萬元）lgj-702750.450.4320.291.95lgj-953350.330.4160.42.1lgj-1203800.270.4090.492.25lgj-1504450.210.4030

23、.622.45lgj-1855150.170.3950.762.7lgj-2406100.1320.1880.982.95精品.lgj-3007100.1070.3821.463.4lgj-4008980.0790.38624選擇的標稱截面如下：線路a1： 線路a2：線路a3： 線路a4 :3.2.3根據查閱的導線截面面積，計算線路的阻抗根據導線面積及上表確定導線中和的值和公式計算線路阻抗線路a1：線路a2：線路a3：線路a4 ：3.2.4計算正常運行時的電壓損失由公式計算電壓損耗:a1：a2：a3： a4：3.2.5投資費用（k） 線路：（雙回路線路投資，線路計算長度為兩線路長度之和的70）

24、 線路：（萬元）斷路器：（萬元）總投資：(萬元)3.2.6年運行費用（萬元）：年運行費用包括折舊費和損耗費 折舊費=總投資*k（折舊率）精品.折舊費8k466.8×837.34萬元（折舊率8）線路年網損費用：電能損耗：（kwh年）：（查表：電力系統分析第三版下冊表，線路網損費用=總的電能損耗*電價。表3-4 0.800.850.900.900.951.0020001500120010008007002500170015001250110095030002000180016001400125035002350215020001800160040002750260024002200200

25、04500315030002900270025005000360035003400320030005500410040003950375036006000465046004500435042006500525052005100500048507000595059005800570056007500665066006550650064008000740073507250線路a1： 查表得線路a2： 查表得精品.線路a3： 查表得線路a4: 查表得 電能損耗：a=（p·）總網損成本年運行費：3.3方案（c）中的詳細技術經濟計算表3-5方案結線圖線路長度（km）斷路器（每條線路按兩個算）優(yōu)

26、缺點c21a34 19412優(yōu)點：雙環(huán)網供電，可靠性高，線路總長較短，開關數目較少，繼電保護較容易。缺點：存在保護需要識別方向。把發(fā)電廠、變電站1、3連成的環(huán)網打開：31a u u a35km30km30kmp1=50mwp3=45mw 圖3-1變壓器1-3網絡潮流流向3.3.1先按均一網對其進行粗略潮流分布的計算 按均一網對方案其進行粗略潮流分布的計算：精品. 兩個假設 1）計算時不考慮線路的功率損失； 2）功率的大小按導線長度均一分布。根據均一網初步功率分布的計算公式：即計算每條線路的復功率s,由，可以分別計算p和q。線路a-1： q=p·tan(cos-1)=45.79

27、5;tan(cos-10.85)28.38(mvar) s=53.87(mva)線路a-3： q=p·tan(cos-1)=49.21×tan(cos-10.86)29.2(mvar) s=57.22(mva)線路1-3：p=pa- p3 =49.21-45=4.21(mw) q=p·tan(cos-1)=4.21×tan(cos-10.85)2.61(mvar) s=4.95(mva)把發(fā)電廠、變電站2、4連成的環(huán)網打開：24a u u a334323p2=50mwp4=50mw圖3-2變壓器2-4網絡潮流流向線路a-2： q=p·tan(c

28、os-1)=44.95×tan(cos-10.85)27.86(mvar) s=52.88(mva)線路a-4： q=p·tan(cos-1)=55.05×tan(cos-10.85)34.12(mvar)精品. s=64.77(mva)線路2-4：p=pa-4-p4=55.05-50=5.05(mw) q=p·tan(cos-1)=5.05×tan(cos-10.85)3.13(mvar) s=5.94(mva)3.3.2 導線截面的選擇 確定導線傳輸的最大負荷電流imax 按最大負荷計算imax與功率、電壓和功率因數的關系為:(式中：ima

29、x為最大負荷電流，a；pmax為最大傳輸功率，kw；un為線路額定電壓，kv；cos為負荷功率因數 ) 計算導線截面s ，計算式: 根據有關數據查參考書電力系統規(guī)劃設計手冊（摘錄） 中的表3-6選擇相應的標稱截面。表3-6導線截面載流量（a）ro(/km)xo(/km)導線投資（萬元）線路綜合投資（萬元）lgj-702750.450.4320.291.95lgj-953350.330.4160.42.1lgj-1203800.270.4090.492.25lgj-1504450.210.4030.622.45lgj-1855150.170.3950.762.7lgj-2406100.1320.

30、1880.982.95lgj-3007100.1070.3821.463.4lgj-4008980.0790.38624 線路a-1： 故選lgj-300 imax=710a線路a-3： 故選lgj-300 imax=710a精品.線路1-3： 故選lgj-95 imax=335a線路a-2： 故選lgj-300 imax=710a線路a-4： 故選lgj-300 imax=710a線路2-4： 故選lgj-95 imax=335a3.3.3、線路阻抗計算z= r+jx =r0l+jx0la-1：r+jx=0.107×35+j0.382×35=3.745+j13.37（）a

31、-2：r+jx=0.107×33+j0.382×33=3.531+j12.606（）a-3：r+jx=0.107×30+j0.382×30=3.21+j11.46（）a-4：r+jx=0.107×23+j0.382×23=2.461+j8.786（）1-3：r+jx=0.33×30+j0.416×30=9.9+j12.48（）2-4：r+jx=0.33×43+j0.416×43=14.19+j17.888（）3.3.4正常運行時的電壓損失a-1：a-2：精品.a-3：a-4：3.3.5投資（k）

32、：表3-7導線截面載流量（a）ro(/km)xo(/km)導線投資（萬元）lgj-702750.450.4320.29lgj-953350.330.4160.4lgj-1203800.270.4090.49lgj-1504450.210.4030.62lgj-1855150.170.3950.76lgj-2406100.1320.1880.98lgjq-3007100.1070.3821.46線路：（雙回路線路投資，線路計算長度為兩線路長度之和的70）k1=ka-1+ka-2+ka-3+ka-4+k1-3+k2-41.46×35+1.46×33+1.46×30+1

33、.46×23+0.33×30+0.33×43200.75萬元斷路器：k8×1296萬元（單價8萬元）總投資：kk1k200.75+96296.75（萬元）3.3.6、年運行費用（萬元）：年運行費用包括折舊費和損耗費折舊費8k296.75×823.74萬元（折舊率8）線路年網損費用：（查表：電力系統分析第三版下冊表14-1 p.129）最大負荷損耗小時與最大負荷利用小時、功率因數之間的關系表3-8 0.800.850.900.900.951.00200015001200100080070025001700150012501100950300020

34、001800160014001250350023502150200018001600精品.4000275026002400220020004500315030002900270025005000360035003400320030005500410040003950375036006000465046004500435042006500525052005100500048507000595059005800570056007500665066006550650064008000740073507250線路a-1： cos0.85 tmax5300h 查表得4000h線路a-2： cos0.85

35、 tmax5500h 查表得4000h線路a-3： cos0.86 tmax5200h 查表得4000h線路a-4： cos0.85 tmax5500h 查表得4000h線路1-3： cos0.85 tmax5300h 查表得4000h線路2-4： cos0.85 tmax5500h 查表得4000h電能損耗：整個電網全年電能損耗（kwh年）0.898×40000.82×4000+0.869×4000 +0.85×4000+0.02×4000+0.041×4000=13992mwh總網損成本13992××0.354

36、89.72(萬元)（取0.35元kwh）年運行費：n(萬元)精品.第四章 最終方案的選定表4-1初選出來的方案（b）和方案（c）技術和經濟精確比較方案（c）（b）結線圖 21a3421a34潮流（mva）線路a-1：45.79+j28.38 線路a-3：49.21+j29.2線路1-3：4.21+j2.61線路a-2：44.95+j27.86線路a-4：55.05+j34.12線路2-4：5.05+j3.13線路a-1：50+j30.99線路a-2：50+j30.99線路a-3：45+j26.7線路a-4：50+j30.99選導線a-1：lgj-300a-2：lgj-300 a-3：lgj-3

37、00a-4：lgj-3001-3：lgj-95 2-4：lgj-95a-1：2×lgj-400a-2：2×lgj-400a-3：2×lgj-400 a-4：2×lgj-400 線路阻抗（）a-1：3.745 +j13.37a-2：3.531+j12.606a-3：3.21+j11.06a-4：2.461+j8.7861-3：9.9+j12.482-4：14.19+j17.888a-1：2.765+j13.51a-2：2.607+j12.738a-3：2.37+j11.58a-4：1.817+j8.878正常時u% a-1：占額定電壓的4.55% a-2：占額定電壓的4.21% a-3：占額定電壓的4.07% a-4：占額定電壓的3.6% a-1：占額定電壓的4.6%a-2：占額定電壓的4.34% a-3：占額定電壓的3.44%a-4：占額定電壓的3.02%精品. 投資（k） 線路線路：200.75元總計：296.75萬線路：338.8萬元總計：466.8萬元斷路器斷路器：96萬元