電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ)課程報告

《電氣工程基礎(chǔ)》課程設(shè)計TOC\o"1-3"\h\u31289一、建立模型 495351.利用PowerWorld建立計算模型 4169752.合理確定輸電線路和變壓器的電壓等級 5163623.選擇變壓器T1和T2的容量 5315314.合理確定線路的導(dǎo)線截面積 621985（1）線路的導(dǎo)線截面積的計算 626181（2）線路的導(dǎo)線截面積的檢驗 9168235.計算各元件（線路、變壓器）的參數(shù) 1432499二、建立模型 17143861.潮流計算 1723180（1）節(jié)點潮流數(shù)據(jù) 1726222（2）線路潮流數(shù)據(jù) 184714（3）變壓器潮流數(shù)據(jù) 19261752.短路計算 2020307（1）節(jié)點1 2025235（2）節(jié)點2 212253（3）節(jié)點3 2321468三、調(diào)壓計算 25246801.節(jié)點4的升壓措施 2615562(1)調(diào)整發(fā)電機端電壓 265(2)調(diào)整變壓器分接開關(guān)位置 2720958(3)調(diào)節(jié)無功補償功率 27234562.總結(jié) 292724四、選擇斷路器 30312761.斷路器的選擇 3020875（1）種類和型式的選擇 3018042（2）額定電壓選擇 3028601（3）額定電流選擇 3012364（4）額定開斷電流選擇 3131823（5）額定關(guān)合電流選擇 31263672.斷路器的校驗 324855（1）熱穩(wěn)定性校驗 32618（2）動穩(wěn)定性校驗 3229617五、保護設(shè)計 33214841.Ⅰ段整定 33323132.Ⅱ段整定 33104353.Ⅲ段整定 3419844六、參考文獻 35設(shè)計題目：區(qū)域電力網(wǎng)設(shè)計與計算某區(qū)已規(guī)劃好的電力網(wǎng)接線如下圖所示，擁有2臺發(fā)電機，通過2臺變壓器和5條線路與負荷相連。發(fā)電機數(shù)據(jù)：G1:100MVA,10.5kV,標(biāo)幺值電抗：X"=0.12,X2=0.14,X0=0.05G2:200MVA,15.75kV,標(biāo)幺值電抗：X"=0.13,X2=0.14,X0=0.06發(fā)電機中性點接地。輸電線數(shù)據(jù)：線路長度:L1=20km,L2=50km,L3=60km,L4=15km,L5=45km.節(jié)點編號最大負荷

（MW）Cosφ最小負荷

（MW）Tmax（h）2700.804265003500.853564004600.854163005450.832862006550.80356500一、建立模型1.利用PowerWorld建立計算模型。正確建立網(wǎng)絡(luò)接線圖，正確輸入模型數(shù)據(jù)，運行模型可輸出潮流、短路電流等結(jié)果按照題意利用PowerWorld和發(fā)電機和輸電線相關(guān)數(shù)據(jù)所建區(qū)域電網(wǎng)模型如下：在選擇輸電線路和變壓器的電壓等級和型號之前，先行假定輸電線路為220kv電壓等級，節(jié)點1變壓器采用SFPS7-180000/220升壓變壓器，節(jié)點7變壓器采用SFP7-240000/220升壓變壓器，X*=0.05，輸電線路電抗Z=0.4Ω/km。輸電線路和變壓器電阻忽略不計。將上述假定參數(shù)輸入系統(tǒng)得到初始系統(tǒng)潮流分布如下圖：2.合理確定輸電線路和變壓器的電壓等級（摘自《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》P23）根據(jù)表中所給線路輸送功率與額定電壓對應(yīng)關(guān)系對每條線路進行分析可得：L1：有功功率20.00MW，選擇60kvL2：有功功率30.00MW，選擇110kvL3：有功功率23.29MW，選擇60kvL4：有功功率73.28MW，選擇220kvL5：有功功率56.71MW，選擇220kv再根據(jù)整個系統(tǒng)總功率為250MW可最終確定系統(tǒng)輸電線路等級為220kv3.選擇變壓器T1和T2的容量根據(jù)單元接線中主變壓器的容量SN應(yīng)按發(fā)電機額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度選擇公式：——發(fā)電機容量MW——發(fā)電機額定功率因數(shù)——廠用電率計算容量如下：變壓器T1：SN1=1.1*100*（1-0.1）/0.8=123.75MW變壓器T2：SN2=1.1*200*（1-0.1）/0.8=247.5MW參照《發(fā)電廠電氣部分》附錄一——220KV雙繞組變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)可選擇相應(yīng)的變壓器型號，如下圖型號額定容量（kVA）高壓（kV）低壓（kV）連接組空載損耗（kw）短路損耗（kw）空載電流阻抗電壓SFP7-150000/220150000242+2×2.5%10.5，dll1404500.813.0SFP7-250000/220250000220+4×2.5%15.75，dll1626150.713.1合理確定線路的導(dǎo)線截面積（1）線路的導(dǎo)線截面積的計算架空送電線路導(dǎo)線截面積的選擇，應(yīng)根據(jù)5~10年電力系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃進行，導(dǎo)線截面積選擇的一般做法是先按經(jīng)濟電流密度初選導(dǎo)線標(biāo)稱截面積，然后作電壓損失、機械強度、電暈、發(fā)熱等技術(shù)條件的檢驗，有必要時尚需作技術(shù)經(jīng)濟比較，確定導(dǎo)線截面積及相應(yīng)的導(dǎo)線型號。導(dǎo)線的經(jīng)濟截面積可按下式計算：——正常運行方式下的線路最大持續(xù)視在功率，kVA——線路額定電壓，kVJ——經(jīng)濟電流密度，A/mm根據(jù)計算結(jié)果，選取接近的標(biāo)稱截面積導(dǎo)線。我國現(xiàn)行的軟導(dǎo)線經(jīng)濟電流密度J與最大負荷利用小時數(shù)T的關(guān)系，如下圖所示，當(dāng)線路的最大負荷利用小時數(shù)T為已知，即可找到相應(yīng)的經(jīng)濟電流密度J。（摘自《電力系統(tǒng)課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計參考資料》P29）線路的最大負荷利用小時數(shù)T，將由通過的各負荷點的功率及其T決定。對于放射性網(wǎng)絡(luò)，每條線路向一個負荷供電，則線路的最大負荷利用小時數(shù)就是所供負荷點的最大負荷利用小時數(shù)T；對于鏈形網(wǎng)絡(luò)，各段線路的最大負荷利用小時數(shù)T等于所供各負荷點最大利用小時數(shù)T的加權(quán)平均值。對于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，可在有功功率分點處拆開，成為放射性或鏈形網(wǎng)絡(luò)，其各段線路的T可由鏈形網(wǎng)絡(luò)的方法求得。對于向受端系統(tǒng)供電的線路，其最大負荷利用小時數(shù)T將為受端系統(tǒng)內(nèi)各負荷點的T的加權(quán)平均值。對于鏈形網(wǎng)絡(luò)，各段線路的最大負荷利用小時數(shù)T計算公式如下：——各負荷點的最大有功功率——各負荷點的最大負荷利用小時數(shù)根據(jù)初始負荷數(shù)據(jù)可計算輸電線路線路的最大負荷利用小時數(shù)T根據(jù)上圖軟導(dǎo)線的經(jīng)濟電流密度可得=0.92A/mm線路潮流為20+j88.71MVA30-j52.28MVA23.29-j8.61MVA56.71-j5.52MVA73.28+j23.51MVA由可計算相應(yīng)導(dǎo)線截面積：為了減小線路電抗和防止發(fā)生電暈現(xiàn)象以及相應(yīng)的安全性和經(jīng)濟性問題，輸電線2，3和5，6段采用雙分裂導(dǎo)線。根據(jù)輸電線路載流量表選擇導(dǎo)線標(biāo)稱截面積及型號如下：線路2，33，44，54，65，6型號LGJ-2×185mmLGJ-185mmLGJ-120mmLGJ-185mmLGJ-2×185mm之后分別按電壓損失、機械強度、允許載流量和電暈校驗（2）線路的導(dǎo)線截面積的檢驗（1）按電壓損失檢驗導(dǎo)線截面積線路的允許電壓損失，應(yīng)根據(jù)線路首段的實際電壓水平而確定。一般允許電壓損失，在無特殊要求的條件下，正常運行方式為額定電壓的10%，事故時為額定電壓15%。按電壓損失10%可計算出各電壓等級架空線路的負荷距。如下圖：（摘自《電力系統(tǒng)課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計參考資料》P30）對線路2-3，負荷距對線路3-4，負荷距對線路4-5，負荷距對線路4-6，負荷距對線路5-6，負荷距經(jīng)檢驗，所選線路電壓損失滿足220kv線路電壓損失負荷距要求。（2）按機械強度校驗為保證架空導(dǎo)線具有必要的安全機械強度，對于跨越鐵路、通航河流、公路、通信線路以及居民區(qū)的電力線路，其導(dǎo)線截面積不得小于35mm2；通過其他地區(qū)的允許最小截面積為：35kV及以上線路為25mm，35kV以下線路為16mm。經(jīng)檢驗所選線路的導(dǎo)線截面積均大于25mm，故符合機械強度的要求。（3）按允許載流量校驗（摘自《電線電纜常用數(shù)據(jù)速查手冊》P445）1.正常運行時，根據(jù)初始負荷可得線路上電流，與上表數(shù)據(jù)相比可得：所以在正常運行時導(dǎo)體載流量滿足要求。考慮環(huán)網(wǎng)解列時線路上電流，與上表數(shù)據(jù)相比可得：L1線路退出運行：L2線路退出運行：L3線路退出運行：L4線路退出運行：L5線路退出運行：經(jīng)檢驗，整個系統(tǒng)在環(huán)網(wǎng)任意一條線路退出運行后，線路電流仍然滿足允許載流量要求。（4）按電暈校驗導(dǎo)線截面積（摘自《電力系統(tǒng)課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計參考資料》P32）由上表可得220kv不必驗算電暈的導(dǎo)線最小型號的截面積為300mm，所以除線路2-3，5-6外都需進行電暈電壓校驗。對于110kV及以上線路，電暈現(xiàn)象往往是限制導(dǎo)線截面積不能過小的主要原因，所選導(dǎo)線的電暈臨界電壓應(yīng)大于其最高工作電壓。單根導(dǎo)線的電暈臨界電壓可按下式計算：其中式中－導(dǎo)線表面粗糙系數(shù)，一般取0.9－天氣系數(shù)，晴天取1.0，雨天取0.85－三相導(dǎo)線水平排列時，考慮中間導(dǎo)線電容量比平均電容量大的不均勻系數(shù)，一般取0.96；－相對空氣密度－分裂導(dǎo)線根數(shù)，單根導(dǎo)線n=1－導(dǎo)線半徑，cm－導(dǎo)線相間幾何均距，三相導(dǎo)線水平排列時=1.26－相間距離，cm－分裂導(dǎo)線等效半徑，cm，如單根導(dǎo)線，雙分裂導(dǎo)線，三分裂導(dǎo)線，四分裂導(dǎo)線－分裂間距，cm－大氣壓力，Pa，1Pa=0.0075mmHg－空氣溫度，℃，t=25-0.005H－海拔高度，m220KV輸電線路相電壓為對于LGJ-185mm，在晴天情況下帶入數(shù)據(jù)可得：在雨天情況下帶入數(shù)據(jù)可得：對于LGJ-120mm，在晴天情況下帶入數(shù)據(jù)可得：在雨天情況下帶入數(shù)據(jù)可得：對于110kv及以上裸導(dǎo)體，可按晴天不發(fā)生全面電暈為條件進行校驗。所以對LGJ-185mm，LGJ-120mm均符合電壓要求。5.計算各元件（線路、變壓器）的參數(shù)。對線路：按表中所給數(shù)據(jù)計算線路阻抗可得：對輸電線路，變壓器等靜止原件負序阻抗等于正序阻抗，零序阻抗等于正序阻抗的3倍。根據(jù)表中變壓器參數(shù)計算下列參數(shù)：型號額定容量（kVA）高壓（kV）低壓（kV）連接組空載損耗（kw）短路損耗（kw）空載電流阻抗電壓SFP7-150000/220150000242+2×2.5%10.5，dll1404500.813.0SFP7-250000/220250000220+4×2.5%15.75，dll1626150.713.1SFP7-150000/220變壓器：SFP7-250000/220變壓器：二、建立模型1.潮流計算：運行潮流程序，得出節(jié)點、線路和變壓器潮流數(shù)據(jù)。將變壓器和輸電線路相關(guān)數(shù)據(jù)輸入PowerWorld模型中得到新的潮流分布圖：此時，1號節(jié)點變壓器標(biāo)幺變比為，2號節(jié)點變壓器標(biāo)幺變比為（1）節(jié)點潮流數(shù)據(jù)：節(jié)點1：節(jié)點2：節(jié)點3：節(jié)點4：節(jié)點5：節(jié)點6：節(jié)點7：（2）線路潮流數(shù)據(jù)：線路2-3：線路3-4：線路4-5：線路4-6：線路5-6：（3）變壓器潮流數(shù)據(jù)：SFP7-150000/220變壓器：SFP7-250000/220變壓器：2.短路計算：計算節(jié)點1、節(jié)點2、節(jié)點3等節(jié)點上分別發(fā)生各類接地短路故障時的次暫態(tài)電流和電壓。（1）節(jié)點1：①單相接地次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：②相間短路次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：③三相短路次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：④兩相接地短路次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：（2）節(jié)點2：①單相接地次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：②相間短路次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：③三相短路次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：④兩相接地短路次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：（3）節(jié)點3：①單相接地次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：②相間短路次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：③三相短路次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：④兩相接地短路次暫態(tài)電流：節(jié)點電壓：三、調(diào)壓計算電力系統(tǒng)中各用電設(shè)備都是按照額定電壓來設(shè)計制作的，這些設(shè)備在額定電壓下運行能取得最佳的效果。電壓過大地偏離額定值將對用電設(shè)備產(chǎn)生不良影響，失去效率，除了影響用戶的正常工作外，對電力系統(tǒng)本身也有不利影響。電壓降低，會使網(wǎng)絡(luò)中功率損耗加大，還有可能危機電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；電壓過高，各種電氣設(shè)備的絕緣性能會受到損害，在特、超高壓電網(wǎng)中還將增加電暈損耗等。因此在電力系統(tǒng)運行的必須進行系統(tǒng)各節(jié)點的電壓控制。節(jié)點編號最大負荷

（MW）Cosφ最小負荷

（MW）Tmax（h）2700.804265003500.853564004600.854163005450.832862006550.80356500按題目所給表格可分別獲得系統(tǒng)高峰負荷下和低谷負荷下的潮流分布圖。高峰負荷：低谷負荷：在高峰負荷下得到節(jié)點4的電壓在低谷負荷下得到節(jié)點4的電壓1.節(jié)點4的升壓措施：調(diào)整發(fā)電機端電壓當(dāng)同步發(fā)電機端電壓在額定電壓的95%~105%變化時，仍可保證額定有功出力。在規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)注意發(fā)電機直配負荷和廠用電負荷的電壓要求。另外，此種措施也不宜作為設(shè)計時的主要調(diào)壓手段。調(diào)整節(jié)點1發(fā)電機端電壓為調(diào)整節(jié)點2發(fā)電機端電壓為在高峰負荷下電壓調(diào)整后節(jié)點4的電壓為符合電壓提高5%的要求。在低谷負荷下電壓調(diào)整后節(jié)點4的電壓為符合電壓提高5%的要求。調(diào)整變壓器分接開關(guān)位置在主干網(wǎng)絡(luò)電壓質(zhì)量有保證的前提下，為滿足發(fā)電廠、變電所母線和用戶受電端電壓質(zhì)量的要求，可用改變變壓器變比的方法調(diào)整電壓。初選節(jié)點1變壓器+5%分接頭初選節(jié)點2變壓器+5%分接頭此時，1號節(jié)點變壓器標(biāo)幺變比為，2號節(jié)點變壓器標(biāo)幺變比為在高峰負荷下電壓調(diào)整后節(jié)點4的電壓為符合電壓提高5%的要求。在低谷負荷下電壓調(diào)整后節(jié)點4的電壓為符合電壓提高5%的要求。調(diào)節(jié)無功補償功率當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)電壓過高或過低現(xiàn)象時，裝于各處的無功補償設(shè)備可以通過人工或自動裝置，做出相應(yīng)的調(diào)整，如投切并聯(lián)電容器組或并聯(lián)電抗器，或調(diào)節(jié)同步調(diào)相機、靜止無功補償裝置的無功功率，以使網(wǎng)絡(luò)電壓趨于規(guī)定范圍。在此我們選用并聯(lián)電容器在節(jié)點4進行就地?zé)o功補償：初選并聯(lián)電容器基準(zhǔn)容量為100MVar如圖所示：在高峰負荷下電壓調(diào)整后節(jié)點4的電壓為符合電壓提高5%的要求。在低谷負荷下電壓調(diào)整后節(jié)點4的電壓為符合電壓提高5%的要求。2.總結(jié)：各種調(diào)壓方法的應(yīng)用范圍是相當(dāng)復(fù)雜的，而對調(diào)壓設(shè)備的選擇，往往要通過技術(shù)經(jīng)濟比較來確定?，F(xiàn)對幾種調(diào)壓方法比較如下：

（1）改變發(fā)電機電壓來進行調(diào)壓，僅對有孤立運行的發(fā)電廠供電的小型電力系統(tǒng)才有顯著效果。對電網(wǎng)來說，不可能由它來解決全部調(diào)壓問題，但是由于它不需要投資，在一些地區(qū)解決調(diào)壓問題，應(yīng)予以優(yōu)先考慮。對類似本系統(tǒng)的小型電力系統(tǒng)改變發(fā)電機電壓進行調(diào)壓效果還是比較客觀的。

（2）利用變壓器調(diào)整變壓器分接開關(guān)位置進行調(diào)壓，必須要在系統(tǒng)無功充足，電壓穩(wěn)定的前提下才有效果，如果系統(tǒng)無功不足電壓維持不住，此時只能提高發(fā)電機的無功出力來提高電壓，調(diào)整分接頭只能改變無功的分配，而無功缺額還是消除不了的，只能加速系統(tǒng)電壓的崩潰。所以在本系統(tǒng)中，由于節(jié)點7的發(fā)電機無功有限且正常情況下即無功就接近飽和，所以對于節(jié)點7處變壓器調(diào)整分接頭進行調(diào)壓效果不大，節(jié)點1平衡節(jié)點處利用變壓器調(diào)整變壓器分接開關(guān)位置進行調(diào)壓效果要好。

（3）采用同期調(diào)相機、電容器和靜止補償器等無功補償設(shè)備進行調(diào)壓時，由于無功補償設(shè)備本身的投資和損耗，將增加電網(wǎng)的建設(shè)費用和運行費用。因此要經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)比較來決定是否利用無功補償設(shè)備進行調(diào)壓。由于靜止補償器有很多優(yōu)點，在選用無功補償設(shè)備時，特別是有集中沖擊負荷，并產(chǎn)生電壓波動時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用靜止補償器。

（4）采用并聯(lián)傳輸線的做法進行調(diào)壓實際上是通過減小線路的電抗從而減少線路的無功消耗來達到提高系統(tǒng)電壓的目的，但是由于變壓器的電抗遠大于輸電線路電抗，因此這種方法效果不明顯，而且使電網(wǎng)建設(shè)的投資大大增加，經(jīng)濟性差，所以這種調(diào)壓方式基本不考慮。四、選擇斷路器為你單線圖上的每個點配置一臺合適的斷路器，學(xué)會用設(shè)計手冊。你選擇的每臺斷路器必須滿足正常運行和故障情況的考驗。斷路器的選擇（1）種類和型式的選擇（摘自《發(fā)電廠電氣部分》P242）由圖我們可見對于220kV電網(wǎng)，可選主要形式為少油、空氣、SF6斷路器。（2）額定電壓選擇所選斷路器的額定電壓應(yīng)不低于安裝處電網(wǎng)的額定電壓，即（3）額定電流選擇所選斷路器的額定電流應(yīng)不小于各種可能運行方式下回路中的最大持續(xù)工電流即。各種可能運行方式下各線路最大持續(xù)工作電流： 所以對于線路2-3： 對于線路3-4： 對于線路4-5： 對于線路4-6： 對于線路5-6：（4）額定開斷電流選擇為保證斷路器能可靠的開斷短路電流，一般情況下，原則上額定開斷電流不應(yīng)小于手機擊垮段瞬間的短路全電流有效值，即由PowerWorld仿真可得對于節(jié)點2最大運行方式下的短路電流為對于節(jié)點3最大運行方式下的短路電流為對于節(jié)點4最大運行方式下的短路電流為對于節(jié)點5最大運行方式下的短路電流為對于節(jié)點6最大運行方式下的短路電流為所以（5）額定關(guān)合電流選擇斷路器在關(guān)合短路電流時，不僅要求能夠承受短路電流的沖擊，還要求能夠可靠斷開短路電流。為保證斷路器在關(guān)和短路電流時的安全，斷路器的額定關(guān)合電流不應(yīng)小于短路電流的最大沖擊值。結(jié)合以上5點要求，查詢下表（摘自《發(fā)電廠電氣部分》P466附錄2-18）因系統(tǒng)的短路電流不高，所以按照經(jīng)濟性原則我們選擇少油SW4-220型斷路器。2.斷路器的校驗（1）熱穩(wěn)定性校驗SW4-220型斷路器5s內(nèi)熱穩(wěn)定