电力系统规划方案专业课程设计.doc

机电工程学院电力系统规划课程设计 第二组题 目： 某地区电网规划初步设计 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 学 号： 姓 名： 指引教师： 日 期： 云南农业大学机电工程学院目 录摘 要2课程设计任务书3第一章 原始资料分析51.1发电厂技术参数51.2发电厂和变电所负荷资料51.3 负荷合理性校验5第二章 电力网电压拟定和电网接线初步选取72.1电网电压级别选取72.2 电网接线方式初步比较92.2.1电网接线方式92.2.2 方案初步比较指标11第三章 方案详细技术经济比较123.1导线截面参照数据123.2方案（B）中详细技术经济计算123.2.1先按均一网对其进行粗略潮流分布计算133.2.2导线截面面积选取133.2.3依照查阅导线截面面积，计算线路阻抗153.2.4计算正常运营时电压损失153.2.5投资费用（K）153.3方案（C）中详细技术经济计算173.3.1先按均一网对其进行粗略潮流分布计算173.3.2 导线截面选取193.3.3、线路阻抗计算203.3.4正常运营时电压损失203.3.5投资（K）213.3.6、年运营费用（万元）年运营费用涉及折旧费和损耗费21第四章 最后方案选定23第五章 课程设计总结25参照资料26课程设计指引教师评审原则及成绩评估27摘 要该课程设计是进行地方电网规划设计。规划设计一种容量为525MW+150MW发电厂和4个变电站地方电力网。本设计依照地方电力网规划规定，在对原始资料系统负荷、电量平衡分析基本上，运用老式规划办法，并结合优化规划思想，从拟定五种可行方案中，通过技术和经济比较，选取出两个较优方案作进一步进一步分析：先对电网进行潮流计算，然后依照潮流计算成果，从最大电压损耗、网络电能损耗、线路和变电站一次投资及电力网年运营费用等角度，详细分析两个较优方案，以此拟定最优规划设计。【关 键 词】方案拟定 潮流计算 导线截面选取 投资 年运营费用 课程设计任务书1、题目：某地区电网规划初步设计2、目规定通过本次课程设计能掌握电网规划设计普通原则和惯用办法，综合运用所学专业知识，特别是关于电力网、发电厂等方面理论、概念和计算办法，加深对电网特性理解,进而理解关于设计规程和规定、经济指标，树立统筹兼 顾、综合平衡、整体优化观点，培养从技术、经济诸多方面分析和解决实际工程问题能力。3、设计任务1）电力网电压级别拟定2）初步拟定若干待选电力网接线方案进行初选3）对初选接线方案进行详细综合比较4）最后对电网接线方案进行评估4、原始资料1） 发电厂、变电所相对地理位置及距离如图所示： 阐明：A为发电厂、为待建变电站2）发电厂技术参数项目 台数 容量（MW） 电压（kV） 功率因数 1 5 25 6.3 0.8 2 1 50 10.5 0.85 3）发电厂和变电所负荷资料 厂站 项 目发电厂变电所A1234最大负荷（MW）3050504550最小负荷（MW）1528282328功率因数0.820.850.850.860.85(h)50005300550052005500低压母线电压(kV)1010101010调压规定顺常逆顺常各类负荷(%)I类303030025II类3030253030设计指引教师(签字)： 第一章 原始资料分析1.1发电厂技术参数项目 台数 容量（MW） 电压（kV） 功率因数 1 5 25 6.3 0.8 2 1 50 10.5 0.85 1.2发电厂和变电所负荷资料 厂站 项 目发电厂变电所A1234最大负荷（MW）3050504550最小负荷（MW）1528282328功率因数0.820.850.850.860.85(h)50005300550052005500低压母线电压(kV)1010101010调压规定顺常逆顺常各类负荷(%)I类303030025II类30302530301.3 负荷合理性校验(1)在已知某规划年需电量后，可用年最大负荷运用小时数预测年最大负荷，即: Pnmax= An/Tmax式中 Pnmax 年最大负荷（MW）； An年需用电量（kWh）； Tmax年最大负荷运用小时数（h）(2)依照最大负荷运用小时数定义，最大负荷运营小时所消耗电量等于全年实际电量。因此，以最大负荷运营小时所消耗电量应不不大于全年以最小负荷运营电量。即： 8760-全年小时数1、发电厂负荷（PmaxTmax305000150000）（Pmin8760158760131400）（MWh）2、变电所1负荷（PmaxTmax505300265000）（Pmin8760288760245280）（MWh）3、变电所2负荷（PmaxTmax455500275000）（Pmin8760288760245280）（MWh）4、变电所3负荷（PmaxTmax455200234000）（Pmin8760238760800）（MWh）5、变电所4负荷（PmaxTmax505500275000）（Pmin8760288760245280）（MWh）结论：因此负荷均满足合理性规定。依照原始资料拟定电网电压级别和初步拟定5个方案，综合考虑电网经济性、可靠性、操作容易和保护简朴等问题，综合优先选出两个方案进行详细技术经济比较。运用原始资料中最大负荷、功率因数、最大运用小时进行潮流计算和导线截面选取，同步依照原始资料和导线截面、电压损耗拟定两个参加详细技术经济比较方案中投资费和年运营费。第二章 电力网电压拟定和电网接线初步选取2.1电网电压级别选取 当前国内惯用电压级别：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV。（一）电压级别选取原则1）选定电压级别应符合国家电压原则2）电压级别不适当过多，以减少变电重复容量，同一地区、同一电力网内，应尽量简化电压级别。3）选定电压级别要能满足近期过渡也许性，同步也要能适应远景系统规划发展需要。4）在拟定电压系列时应考虑到与主系统及地区系统联网也许性，故电压级别应服从于主系统及地区系统。5）如果是跨省电网之间联系线，则应考虑适应大工业区与经济体系规定，进一步建成一种统一联合系统，最佳采用单一合理电压系列。6）大容量发电厂向系统送电，考虑浮现高一级电压一回线还是低一级电压多回线向系统送电，与该电厂在系统中重要性关于。7）对于单回线供电系统，在输电电压拟定后一回线送电容量与电力系统总容量应保持适当比例，以保证在事故状况下电力系统安全。8）与否发展新高一级电压，应依照工程现实规定、当前电网基本、科研和设备供应也许性等因素综合考虑。（二）电压级别选取办法1）直接查表法 这种办法比较粗糙某些。它是依照设计和运营经验，总结电压级别与输送容量和输送距离关系而得来。普通可用于初选。各种电压相应输送容量和输送距离范畴见下表：注：用时候不能两个都用极端，即最大输送容量相应最大输送距离。依照变电所负荷大小、变电所与发电厂距离，由关于资料拟定电压级别，采用架空线时与各额定电压级别相适应输送功率和输送距离。发电厂A最大功率30MW,1变电站最大负荷为50MW，2变电站最大负荷为50MW，3变电站最大负荷为45MW，4变电站最大负荷为50MW。结合设计地理分布,最长输电线路47km，最短输电线路23km，用查表法选取110KV输电级别。 电压级别选取原则如下：额定电压（kV）输送容量（MW）输送距离（km）额定电压（kV）输送容量（MW）输送距离（km）0.380.10.6603.5303010030.11.01311010505010060.11.2415220100500100300100.22620500800150850352102050表11依照地理位置中测量各发电厂、变电站距离和给出输送容量，综合考虑各方面因素，咱们采用110KV电压级别。依照原始资料和表11中电压级别选取原则，本次设计中本设计网络是区域电力网，输送容量3050MVA，输送距离从 2347kM。依照各级电压合理输送容量及输电距离，应选取 110KV 电压级别。 2）依照负荷矩查表法所谓负荷矩就是线路传播功率与传播距离乘积，即P(传播功率)L(距离) =PL依照 选取办法：PL为424037000kWkm，选10kV； 9100070kWkm，选35kV；126000015100000kWkm，选110kV。用负荷矩查表法：PL=5000035=1750000 kWkm，选110KV 电网电压级别要符合国标电压级别，选取电网电压是依照网内线路输送容量大小和输送距离来决定。2.2 电网接线方式初步比较2.2.1电网接线方式电网接线方式目在于提高电网运营可靠性，电网接线方式选取是高水平配电自动化系统前提和重要基本。不同都市电网负荷密度、地理环境、配电变电站保护方式、配网接地方式等是不同。因而，电网接线方式因地制宜，各具特点和长处电网接线方式设计原则当前正在进行电网建设工程和即将实行配电系统自动化建设工程，都规定对电网接线方式进行规划设计。因而，电网接线方式应当满足如下基本规定：（1） 稳定可靠供电能力和较强接受外电能力，满足N-1。（2） 电网构造合理，各级电压接线层次分明。尽量减少网上潮流和迂回供电。（3） 运营灵活，应变能力强。具备足够弹性和设备容量，具备应付各种也许浮现状况应变能力。考虑电网发展过程中先后阶段关联性。（4） 对网内大型发电机组上网方式进行技术经济论证。（5） 限制短路电流，依照电网规模分层分区供电，各区之间有足够负荷转移能力，互相增援。（6） 接线原则化，提高可靠性，减少维护、检修费用。（7） 运营安全性。（8） 操作以便，运营灵活。（9） 接线简朴及优化网架构造，有效减少线损。（10） 设备选取合理。（11） 便于运营及维护检修。（12） 适应配电自动化需要，有助于提高供电可靠性和电压质量。（13） 与上一级电网发展规划和布局互相协调，充分理解主网和电源发展考虑变电站落点、规模、线路布局接线方式时应超前5-。依照设计任务书中发电厂和变电站基本分布，电网接线方式可以初步拟定为如下几种方式： 表2-1方案结线图线路长度（kM）断路器（每条线路按两个算）优缺陷A21A34283 16长处：供电可靠性高,每个负荷节 点均有三条供电缺陷：线路长度最长、造价最高，继电保护复杂。B21A34242 16长处：每个负荷节点均为双回路供电，供电可靠性高，线路总长较短。缺陷：电厂出线多，倒闸操作麻烦；保护须带方向。C21A34 19412长处：双环网供电，可靠性高，线路总长较短，断路器数目较少，继电保护较容易。缺陷：存在保护需要辨认方向。D21A34143.5 8长处：开关数量至少，线路总长度最短，继电保护相对容易，保护设立简朴。缺陷：可靠性比最低。 E21A3421812长处：双回路与环网相结合，供电可靠性高。缺陷：投资较大，倒闸操作麻烦；有环网，保护需带方向。2.2.2 方案初步比较指标表2-2 各个方案优缺陷比较方案ABCDE供电可靠性最高较D高较B高最低较D高每负荷节点线路数322 1 2线路总长度km注：双回长度算70%283242194 143.5 218开关数量每条线路按2个算161612812继保整定难度最难较C易较A易最容易较C易总结：依照上表比较，依照各方案接线形式所用线路长度和断路器个数以及各变电所I、II负荷状况，同步考虑经济性、可靠性、操作容易、保护简朴等方面，综合优选出B 、C两种方案进行精准比较。第三章 方案详细技术经济比较3.1导线截面参照数据拟定导线材料和杆塔类别及导线几何均距。当前国内高压输电线重要采用钢芯铝绞线。 按电力设计手册， 当负荷年最大运用小时数达 5000 小时以上时，钢芯铝绞线经济电流密度取 J=0.9A/mm2，在高压区域电力网，用经济电流密度法选取导线截面，用发热校验。因本设计是 110kV电压级别，为了避免电晕损耗，导线截面不得不大于LGJ-70。 在LGJ-240如下者， 均采用单杆三角形排列， 在LGJ-300以上者，采用型杆塔。关于数据查参照书电力系统规划设计手册（摘录），综合如下：表3-1导线截面载流量（A）ro(/km)xo(/km)导线投资（万元）线路综合投资（万元）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-2406100.1320.1880.982.95LGJQ-3007100.1070.3821.463.43.2方案（B）中详细技术经济计算表3-2方案结线图线路长度（kM）断路器（每条线路按两个算）优缺陷B21A34242 16长处：由双回路供电，供电可靠性高，线路总长较短。缺陷：电厂出线多，倒闸操作麻烦；保护须带方向。3.2.1先按均一网对其进行粗略潮流分布计算。 按均一网对方案其进行粗略潮流分布计算： 两个假设：1）计算时不考虑线路功率损失； 2）功率大小按导线长度均一分布。依照均一网初步功率分布计算公式：即计算每条线路复功率S,由，可以分别计算P和Q。线路A1： 线路A2： 线路A3： 线路A4： 3.2.2导线截面面积选取拟定导线传播最大负荷电流Imax 按最大负荷计算Imax与功率、电压和功率因数关系为:(式中：Imax为最大负荷电流，A；Pmax为最大传播功率，kW；UN为线路额定电压，kV；cos为负荷功率因数 )线路A1：线路A2：线路A3：线路A4： 拟定负荷最大负荷运用小时数Tmax,依照本设计原始资料Tmax都不不大于5000小时,拟定经济电流密度J本设计依照当前国内高压输电线重要采用钢芯铝绞线。 按电力设计手册， 当负荷年最大运用小时数达 5000 小时以上时，钢芯铝绞线经济电流密度取 J=0.9A/mm2，在高压区域电力网，用经济电流密度法选取导线截面，用发热校验。 计算导线截面S ，计算式 线路A1：线路A2：线路A3：线路A4 ： 依照关于数据查参照书电力系统规划设计手册（摘录） 中表3-3选取相应标称截面。表3-3导线截面载流量（A）ro(/km)xo(/km)导线投资（万元）线路综合投资（万元）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-2406100.1320.1880.982.95LGJ-3007100.1070.3821.463.4LGJ-4008980.0790.38624选取标称截面如下：线路A1： 线路A2：线路A3： 线路A4 :3.2.3依照查阅导线截面面积，计算线路阻抗依照导线面积及上表拟定导线中和值和公式计算线路阻抗线路A1：线路A2：线路A3：线路A4 ：3.2.4计算正常运营时电压损失由公式计算电压损耗:A1：A2：A3： A4：3.2.5投资费用（K） 线路：（双回路线路投资，线路计算长度为两线路长度之和70） 线路：（万元）断路器：（万元）总投资：(万元)3.2.6年运营费用（万元）：年运营费用涉及折旧费和损耗费 折旧费=总投资*K（折旧率）折旧费8K466.8837.34万元（折旧率8）线路年网损费用：电能损耗：（Kwh年）：（查表：电力系统分析第三版下册表，线路网损费用=总电能损耗*电价。表3-4 0.800.850.900.900.951.00150012001000800700250017001500125011009503000180016001400125035002350215018001600400027502600240022004500315030002900270025005000360035003400320030005500410040003950375036006000465046004500435042006500525052005100500048507000595059005800570056007500665066006550650064008000740073507250线路A1： 查表得线路A2： 查表得线路A3： 查表得线路A4: 查表得 电能损耗：A=（P）总网损成本年运营费：3.3方案（C）中详细技术经济计算表3-5方案结线图线路长度（kM）断路器（每条线路按两个算）优缺陷C21A34 19412长处：双环网供电，可靠性高，线路总长较短，开关数目较少，继电保护较容易。缺陷：存在保护需要辨认方向。把发电厂、变电站1、3连成环网打开：31A u u A35km30km30kmP1=50MWP3=45MW 图3-1变压器1-3网络潮流流向3.3.1先按均一网对其进行粗略潮流分布计算 按均一网对方案其进行粗略潮流分布计算： 两个假设 1）计算时不考虑线路功率损失； 2）功率大小按导线长度均一分布。依照均一网初步功率分布计算公式：即计算每条线路复功率S,由，可以分别计算P和Q。线路A-1： Q=Ptan(cos-1)=45.79tan(cos-10.85)28.38(MVar) S=53.87(MVA)线路A-3： Q=Ptan(cos-1)=49.21tan(cos-10.86)29.2(MVar) S=57.22(MVA)线路1-3：P=PA- P3 =49.21-45=4.21(MW) Q=Ptan(cos-1)=4.21tan(cos-10.85)2.61(MVar) S=4.95(MVA)把发电厂、变电站2、4连成环网打开：24A u u A334323P2=50MWP4=50MW图3-2变压器2-4网络潮流流向线路A-2： Q=Ptan(cos-1)=44.95tan(cos-10.85)27.86(MVar) S=52.88(MVA)线路A-4： Q=Ptan(cos-1)=55.05tan(cos-10.85)34.12(MVar) S=64.77(MVA)线路2-4：P=PA-4-P4=55.05-50=5.05(MW) Q=Ptan(cos-1)=5.05tan(cos-10.85)3.13(MVar) S=5.94(MVA)3.3.2 导线截面选取 拟定导线传播最大负荷电流Imax 按最大负荷计算Imax与功率、电压和功率因数关系为:(式中：Imax为最大负荷电流，A；Pmax为最大传播功率，kW；UN为线路额定电压，kV；cos为负荷功率因数 ) 计算导线截面S ，计算式：依照关于数据查参照书电力系统规划设计手册（摘录） 中表3-6选取相应标称截面。表3-6导线截面载流量（A）ro(/km)xo(/km)导线投资（万元）线路综合投资（万元）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-2406100.1320.1880.982.95LGJ-3007100.1070.3821.463.4LGJ-4008980.0790.38624 线路A-1： 故选LGJ-300 Imax=710A线路A-3： 故选LGJ-300 Imax=710A线路1-3： 故选LGJ-95 Imax=335A线路A-2： 故选LGJ-300 Imax=710A线路A-4： 故选LGJ-300 Imax=710A线路2-4： 故选LGJ-95 Imax=335A3.3.3、线路阻抗计算Z= r+jx =r0L+jx0LA-1：r+jx=0.10735+j0.38235=3.745+j13.37（）A-2：r+jx=0.10733+j0.38233=3.531+j12.606（）A-3：r+jx=0.10730+j0.38230=3.21+j11.46（）A-4：r+jx=0.10723+j0.38223=2.461+j8.786（）1-3：r+jx=0.3330+j0.41630=9.9+j12.48（）2-4：r+jx=0.3343+j0.41643=14.19+j17.888（）3.3.4正常运营时电压损失A-1：A-2：A-3：A-4：3.3.5投资（K）：表3-7导线截面载流量（A）ro(/km)xo(/km)导线投资（万元）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线路：（双回路线路投资，线路计算长度为两线路长度之和70）K1=KA-1+KA-2+KA-3+KA-4+K1-3+K2-41.4635+1.4633+1.4630+1.4623+0.3330+0.3343200.75万元断路器：K81296万元（单价8万元）总投资：KK1K200.75+96296.75（万元）3.3.6、年运营费用（万元）：年运营费用涉及折旧费和损耗费折旧费8K296.75823.74万元（折旧率8）线路年网损费用：（查表：电力系统分析第三版下册表14-1 p.129）最大负荷损耗小时与最大负荷运用小时、功率因数之间关系表3-8 0.800.850.900.900.951.00150012001000800700250017001500125011009503000180016001400125035002350215018001600400027502600240022004500315030002900270025005000360035003400320030005500410040003950375036006000465046004500435042006500525052005100500048507000595059005800570056007500665066006550650064008000740073507250线路A-1： cos0.85 Tmax5300h 查表得4000h线路A-2： cos0.85 Tmax5500h 查表得4000h线路A-3： cos0.86 Tmax5200h 查表得4000h线路A-4： cos0.85 Tmax5500h 查表得4000h线路1-3： cos0.85 Tmax5300h 查表得4000h线路2-4： cos0.85 Tmax5500h 查表得4000h电能损耗：整个电网全年电能损耗（Kwh年）0.89840000.824000+0.8694000 +0.854000+0.024000+0.0414000=13992MWh总网损成本139920.35489.72(万元)（取0.35元Kwh）年运营费：N(万元)第四章 最后方案选定表4-1初选出来方案（B）和方案（C）技术和经济精准比较方案（C）（B）结线图 21A3421A34潮流（MVA）线路A-1：45.79+j28.38 线路A-3：49.21+j29.2线路1-3：4.21+j2.61线路A-2：44.95+j27.86线路A-4：55.05+j34.12线路2-4：5.05+j3.13线路A-1：50+j30.99线路A-2：50+j30.99线路A-3：45+j26.7线路A-4：50+j30.99选导线A-1：LGJ-300A-2：LGJ-300 A-3：LGJ-300A-4：LGJ-3001-3：LGJ-95 2-4：LGJ-95A-1：2LGJ-400A-2：2LGJ-400A-3：2LGJ-400 A-4：2LGJ-400 线路阻抗（）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正常时U% A-1：占额定电压4.55% A-2：占额定电压4.21% A-3：占额定电压4.07% A-4：占额定电压3.6% A-1：占额定电压4.6%A-2：占额定电压4.34% A-3：占额定电压3.44%A-4：占额定电压3.02% 投资（K） 线路线路：200.75元总计：296.75万线路：338.8万元总计：466.8万元断路器断路器：96万元断路器：128万元年运营费用（N） 线路及断路器折旧折旧费23.74万元年运营费513.46万元折旧费37.34万元年运营费400.22万元线损费用线损费489.72万元线损费362.88万元 由上表技术及经济比较可以看出，方案（C）在技术上满足规定（正常时U5） ，经济上又最节约，故选取方案（C）为网络结线方案。第五章 课程设计总结 通过本次课程设计，我对电力系统规划有了进一步结识，对规划环节有个更好理解。这次课程设计是对本门课程一次较好总结。在本次课设过程中又重新温习了潮流计算关于知识，收益匪浅。电力系统潮流计算不但是研究电力系统稳态运营状况一种基本电气计算。它还能依照给定运营条件和网路构造拟定整个系统运营状态，如各母线上电压（幅值及相角）、网络中功率分布以及功率损耗等。电力系统潮流计算成果是电力系统稳定计算和故障分析基本。在这次课程设计中也使我深刻地结识到一种团队重要性，更何况积极参加设计同样也是对自己一种锻炼和能力培养，培养自我工作禁止认真作风、团队合伙精神、求实创新能力，与此同步也能学到更多团队合伙经验及