电力工程课程设计说明书

华北电力大学科技学院

电力工程设计说明书

电力系统规划设计

农电08k1班 第一小组

2012年3月

目录

目录.............................................................................................................................................................................2 《电力工程课程设计》任务书............................................................................................................................4 1电力电量平衡........................................................................................................................................................5 1.1系统有功平衡 ...............................................................................................................................................5 1.1.1 系统用电负荷 .....................................................................................................................................5 1.1.2 系统供电负荷和发电负荷 ...............................................................................................................5 1.1.3 系统备用容量 .....................................................................................................................................6 1.2 无功补偿的设置 ..........................................................................................................................................7 1.2.1 1号变电站的无功补偿 ..................................................................................................................7 1.2.2 2号变电站的无功补偿 ..................................................................................................................7 1.2.3 3号变电站的无功补偿 ..................................................................................................................7 1.2.4 4号变电站的无功补偿 ..................................................................................................................8 2供电方案设计与比较 ..........................................................................................................................................8 2.1 方案的初步设计..........................................................................................................................................8 2.2发电厂和变电站的主接线设计................................................................................................................8 2.2.1主接线设计要求..................................................................................................................................8 2.2.2 发电厂主接线设计 ............................................................................................................................8 2.2.3变电站的主接线设计 .........................................................................................................................9 2.2.4电压等级确定............................................................................................................................................9 2.3导线的选择与校验 ................................................................................................................................... 11 2.3.1方案I................................................................................................................................................... 11 2.3.2方案II.................................................................................................................................................. 13 2.3.3方案III................................................................................................................................................. 14 2.3.4方案IV ................................................................................................................................................ 15 2.3.5方案V ................................................................................................................................................. 16 2.3.6方案VI ................................................................................................................................................ 18 2.4变压器的选择与相关参数的计算 ........................................................................................................ 19 2.4.1 发电厂主变的选择 ......................................................................................................................... 19 2.4.2 四个变电站主变的选择 ................................................................................................................ 20 2.5供电方案的初步比较............................................................................................................................... 21 2.6供电方案的详细比较............................................................................................................................... 22 2.6.1电能损耗 ............................................................................................................................................ 22 2.6.2电压损失校验 ................................................................................................................................... 23 2.5.3一次投资与年运行费 ...................................................................................................................... 24 2.5.4两种方案经济比较 .......................................................................................................................... 25 3潮流计算 ............................................................................................................................................................. 26

3.1 最大功率与最小功率分布计算 ............................................................................................................ 26 3.1.1 确定各站点运算负荷..................................................................................................................... 26 3.1.3初步潮流分布 ................................................................................................................................... 29

图3-4 功率分布 ....................................................................................................................................... 30

3.1.4详细潮流 ............................................................................................................................................ 30 3..1.4最大功率与最小功率时电压分布计算...................................................................................... 32 3.3故障时功率与电压分布计算 ................................................................................................................. 34 3.3.1 线路2-4退出运行 .......................................................................................................................... 35 4变压器分接头选择............................................................................................................................................ 36 4.1发电厂低压母线 ....................................................................................................................................... 36 4.2变电站调压 ................................................................................................................................................ 36 4.2.1 1号站调压计算............................................................................................................................. 36 4.2.2 2号站调压 ..................................................................................................................................... 38 4.2. 3 3号站调压计算 ........................................................................................................................... 39 4.2.4 4号站调压计算............................................................................................................................. 40 5最优供电方案统计数据................................................................................................................................... 41 6心得体会 ............................................................................................................................................................. 41 7参考文献 ............................................................................................................................................................. 42

《电力工程课程设计》任务书

一、 设计题目：电力系统规划设计 二、 设计的原始资料（另附） 三、 设计的内容要求

按照下述设计的内容与要求，每个小组的学生合作完成本设计，共同形成1份“电力工程课程设计说明书”

1. 原始资料分析、系统的功率平衡及无功补偿的装置 2. 确定若干可能的网络方案

1) 设计电网布线形式及相应的电压等级。 2) 选择线路的导线型号。

3) 选择各变电站中主变压器的台数、容量及主接线形式。

3. 对上述方案经初步比较（比较项目如下）选择出2~3个设计方案

1) 路径长度 2) 导线长度

3) 有色金属消耗量

4) 系统侧高压断路器数目

4. 对上述方案经详细比较（比较项目如下）选择一个最优设计方案

1) 电压损耗 (2)一次投资 (3)年运行费 (4)电能损耗 5. 对最优方案进行下列三种方式的潮流计算，并绘出潮流分布图

1) 正常情况最大负荷（此时，一般应再校验各导线的型号，必要时做相应

重选）。

2) 正常情况最小负荷。 3) 故障情况最大负荷。

6. 按照各结点电压的要求进行调压方式的选择和相应的计算 7. 最优网络的统计数字如下

1) 一次投资 2) 年运行费 3) 输电效率

4) 物资消耗统计表 8. 标准图纸要求

1) 初步方案比较图一张（2号图纸）。 2) 最优方案主接线图一张（2号图纸）。 3) 最大及最小潮流分布图一张（2号图纸）。 四、 主要参考资料

1. 《电力工程设计手册》1、3册 西北电力设计院 2. 《电力系统课程设计参考资料》 梁志瑞

3. 《电力系统毕业设计及课程设计参考资料》 东南大学 曹绳敏 4. 《电力工业常用设备手册》 第3册 5. 《电力系统稳态分析》

1电力电量平衡

1.1系统有功平衡

1.1.1 系统用电负荷

发电机总装机容量（有功功率的额定值之和）应大于所有最大负荷之和。 系统总用电负荷为：

4

P

i 4

max.i

Pmax.1 Pmax.2 Pmax.3 Pmax.4

7MW 5MW 14MW 5MW 31MW

有了各个区域内的最大用电负荷，将其相加，再乘以同时率，即得系统最大用电负荷Py，其表达式为：

4

Py K1* Pmax.i

i 1

4

式中

P

i 1

ma.xi

----区域内各个所最大用电负荷之和；

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，参照表1-1，去同时率为0.90，得Py=27.9MW。

表1-1同时率K1参考值

1.1.2 系统供电负荷和发电负荷

系统的供电负荷，就是用电负荷加上为输送负荷而产生的功率损耗。系统的

供电负荷Pg表达式为：

Pg

11 K2

Py

式中 K2----网损率； Py----系统的用电负荷。

在规划设计时，网损是用网损率计算，而网损率是以供电负荷的百分数所表示，一般为5%~10%，本设计取K2=8%，则Pg 30.33MW。

系统发电负荷是指满足系统供电负荷，以及发电机电压支配负荷的需要，发电厂发出的功率，其表达式为：

Pf

11 K3

(Pg Pz)

式中 Pg----系统的供电负荷； Pz----发电机电压支配负荷； K3----厂用电率。

通常发电厂厂用电率如表1-2，查表，取K3=6%，得Pf=49.29MW。

31.1.3 系统备用容量

负荷备用容量。通常为最大发电负荷的2%~5%，低值适用于大系统，，高值适用于小系统。本设计为小系统，取为5%。

事故备用容量。通常为最大发电负荷的10%左右，本设计取为10%。 检修备用容量。通常为最大发电负荷的8%~15%，具体数值有系统情况而定，本设计取为10%。

考虑备用容量后，系统发电负荷为：

Pf=Pf*（1+5%+10%+10%）=61.61MW

'

发电机组额定容量为：

Pf.e=25*3=75MW

发电机组工作效率为K=61.61/75=82.14%，正好满足发电机组在80%~100%的经济出力的要求，有利于事故时系统频率的稳定，也有利于供电的可靠性及运行的经济性。

1.2 无功补偿的设置

取各个变电站补偿后的功率因数为0.95。每个站的补偿容量计算如下：

1.2.1 1号变电站的无功补偿

补偿前的无功为：

P7

Qmax.1=max.1 1 cosθ02=× 1 0.85=4.34Mvar

0补偿后的无功容量为：

P7

Qmax.1=max.1 1 cosθ=× 1 0.95=2.30Mvar

01号变电站无功补偿容量为Qc.1=Qmax.1 Q′max.1=2.04Mvar

1.2.2 2号变电站的无功补偿

补偿前的无功为： Qmax.2=

Pmax.2cosθ0

1 cosθ02=

50.85

× =3.10 Mvar

补偿后的无功容量为:

P5

Qmax.2=max.2 =× =1.64Mvar

2号变电站无功补偿容量为Qc.2=Qmax.2 Q′max.2=1.46Mvar

1.2.3 3号变电站的无功补偿

补偿前的无功功率：

Pmax.314

1 cosθ02=Qmax.3=× 1 0.85=8.68Mvar 0补偿后的无功容量为：

Pmax.314 Qmax.3==× =4.60Mvar 3号变电站无功补偿容量为: Qc.3=Qmax.3 Q′max.3=4.08Mvar

1.2.4 4号变电站的无功补偿

补偿前的无功功率为：

Pmax.452 Qmax.4=1 cosθ0=× 1 0.85=3.10Mvar 0补偿后的无功功率为

P5

Qmax.4=max.4 =× =1.64Mvar

4号变电站无功补偿容量为Qc.4=Qmax.4 Q′max.4=1.46Mvar 各个变电站总补偿容量为： 4i=1Qmax.i=9.04Mvar

2供电方案设计与比较

2.1 方案的初步设计

根据电力负荷对供电质量的要求以及电力负荷分布的特点，我们设计出了6种初步供电方案，各个方案的网络拓扑见附录（I）。

2.2发电厂和变电站的主接线设计

2.2.1主接线设计要求

发电厂的电气主接线方式，应根据厂内装机容量、单机容量、设备特点、最终规模等，结合电力系统现状与将来发展，以及本厂再电力系统中的地位等条件综合确定，其接线方式应具备可靠、灵活、经济等基本性能特点。

2.2.2 发电厂主接线设计

此电厂发电机组容量为25MW，台数为3台，低压侧采用双母接线；用3台主变压器与110KV网络联系。高压侧都有4回出线，所以选择双母线的主接线形式。

2.2.3变电站的主接线设计

1）变电所的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，如桥型接线、变压器—线路组等，在满足继电保护的要求下，也可在地区线路上采用分支接线，即T形接线，但在系统主干网上不得采用分支接线。 2）在具有两台主变压器的变电所中，当35~220KV线路为双回线时，若无特殊要求，该电压级主接线均采用桥型接线。

3）在35~60KV配电装置中，当线路为3回及以上时，一般采用单母线或单母线分段接线。若连接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。

4）在110、220KV配电装置中，当线路为3~4回时，一般采用单母线分段接线；若为枢纽变电所，线路在4回及以上时，一般采用双母线接线。

5）如果断路器不允许停电检修，则应增加相应的旁路设施，其原则基本同前。根据以上要求对各种方案的主接线选择见表（3）。

2.2.4电压等级确定

方案一： 负荷距：

A 2 3

A-2-3 : 15.63*45+10.63*50=1234.85

A 1 4 3

A-1-4-3: 3.37*21+8.37*73+15.37*36=1235.1

根据《电力系统毕业设计及课程设计参考资料》选110KV电压等级

方案二： 负荷距：

A 2 3 A-2-3 : 18.703*45+14*50/2=1191.635

A 1 4 2

A-1-4-2: 12.297*36+5.297*73+0.297*41=841.55

根据《电力系统毕业设计及课程设计参考资料》选110KV电压等级

方案三： 负荷距：

A 2 3

A-2-3 : 24*45/2+9.58*50=1019

A 2 4 3 A-2-4-3: 24*45/2+9.42*41+4.42*21=1019.04

根据《电力系统毕业设计及课程设计参考资料》选

110KV电压等级

方案四： 负荷距：

A 2 4 A-2-4: 50*14/2+5*41/2=642.5

A 2 3

A-2-3: 50*14/2+24*45/2=890 A 1

A-1 : 7*36/2=1260

根据《电力系统毕业设计及课程设计参考资料》选

110KV电压等级

方案五： 负荷距：

A 2 3 A-2-3: 14*50/2+95*19/2=1252.5

A 1 4

A-1-4: 0.84*73+7.84*109=915.88 A 4 A-4: 4.11*84=345.24

根据《电力系统毕业设计及课程设计参考资料》选

110KV电压等级

方案六：

负荷距：

A 2 3 4 A-2-3-4: 24*45/2+19*5/2+5*21/2=640 A 1 A-1 : 7*36/2=126

根据《电力系统毕业设计及课程设计参考资料》选110KV电压等级

2.3导线的选择与校验

按经济电流密度选择导线截面积：

Sj=

（ eN

=

eN

P式中（ P）max — 正常运行方式下的线路最大持续视在功率，KVA； UN — 线路额定电压,KV；

Je — 经济电流密度，A/mm2 根据计算结果选取接近的标称截面积导线。

2.3.1方案I

图2-1 方案I环网初步潮流分布图

SA=SA′=

5+j1.64 180+ 14+j4.602 130+ 5+j1.643 109+ 7+j2.3 36

45+50+21+73+36

=15.63+j5.132 KVA=15.37+j5.048 KVA

7+j2.3 189+ 5+j1.643 116+ 14+j4.602 95+ 5+j1.643 45

45+50+21+73+36

S2 3=10.63+j3.492KVA S4 3=3.37+j1.11KVA S1 4=8.37+j2.743KVA 经计算、查表可得

T3 4=T1 4=T2 3=4000h时，Je=1.28；TA 1=4228h时，Je=1.23； TA 2=4160h时，Je=1.25；

计算A-2线路得， SA 2=

3

=69.076mm2

计算2-3线路得， S2 3=

3

=45.88mm2

计算3-4线路得， S3 4=

3

=14.55mm2

计算1-4线路得， S1 4=

3

=36.12mm2

计算A-1线路得， SA 1=

3

=69.03mm2

S

按发热校验导线截面：

Ijmax=

线路A-2： IA 2max=线路2-3： I2 3max=线路3-4： I3 4max=线路1-4： I1 4max=线路A-1： IA 1max=

3

3

3

=86.345A<250 =58.726A<234

=18.623A<234 =46.23A<234 =84.911A<250

3

3

其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。

经查表得2-3,3-4,1-4段线路均采用LGJ50/8。单位重量为195.1Kg/Km。线路长度为144Km;A-2,A-1段线路采用LGJ50/30。单位重量372Kg/Km，线路长度为81km,所以有色金属消耗量为58.27吨

2.3.2方案II

图2-2方案II环网初步潮流分布

SA=SA′=

19+j6.251 150+ 5+j1.645 109+ 7+j2.3 36

45+41+73+36

7+j2.3 159+ 5+j1.643 86+ 19+j6.251 45

45+41+73+36

=18.703+j6.141 KVA =12.297+j4.039 KVA

S2 4=SA S2=0.297+j0.099KVA S2 3=14+j4.6KVA

S1 4=SA′ S1=5.297+j1.739KVA 经计算、查表可得

T2 3=4000h时，Je=1.28；TA 1=4297h时，Je=1.22； TA 2=4286h时，Je=1.22；T4 1 =4028h时, Je=1.28;

T4 2=4500h时，Je=1.18

计算A-2线路得， SA 2=

3

=84.69mm2

计算2-3线路得， S2 3=

3=30.21mm2

计算2-4线路得， S2 4=

0。2972+0.0992 103

=1.39mm2

计算1-4线路得， S1 4=

3

=22.86mm2

计算A-1线路得， SA 1=

3

=55.68mm2

S

按发热校验导线截面：

Ijmax=

线路A-2： IA 2max=线路2-3： I2 3max=线路2-4： I2 4max=线路1-4： I1 4max=线路A-1： IA 1max=

3

3

=103.321A<250

=38.673A<234

0。2972+0.0992 103

3

=1.643A<234

=29.26A<234 =67.935A<234

3

其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。

经查表得A-2线路选择LGJ50/30,单位重量为372Kg/Km,线路长度为45Km，其余线路均采用LGJ50/8。单位重量为195.1Kg/Km。线路长度为250Km，所以有色金属消耗量为65.91吨

2.3.3方案III

14+j4.602 62+ 5+j1.643 41

62+50

图2-3方案III环网初步潮流分布

S2 3=

=9.58+j3.147 KVA=9.42+j3.09 KVA

S2 4=

14+j4.602 50+ 5+j1.643 71

112

S4 3=14+j4.6 9.58 j3.147=4.42+j1.453 SA=S2+S3+S4=24+j7.883 S1=7+j2.3

经计算、查表可得

T2 4=T2 3=T4 3=4000h时，Je=1.28；TA 1=4500h时，Je=1.18； TA 2=4104h时，Je=1.26；

计算A-2线路得， SA 2=

3=52.61mm2

S2 4=

3

=40.65mm2

计算3-4线路得， S3 4=

3

=19.08mm2

计算2-3线路得， S2 3=

3

=41.35mm2

计算A-1线路得， SA 1=3=16.39mm2

S

按发热校验导线截面：

Ijmax=

线路A-2： IA 2max=线路2-3： I2 3max=线路3-4： I3 4max=线路2-4： I2 4max=线路A-1： IA 1max=

3

=66.294A<234 =52.93A<234 =24.42A<234

3

3

3

3

=52.03A<234

=19.336A<234

其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。

经查表得所有线路均采用LGJ50/8。单位重量为195.1Kg/Km。线路长度为

274Km，所以有色金属消耗量为53.46吨

2.3.4方案IV

经计算、查表可得

T2 4=T2 3=4000h时，Je=1.28； TA 2=4104.16h时，Je=1.26； TA 1=4500h时，Je=1.18； 计算A-2线路得， SA 2=

3=52.61mm2

S2 3=

3=30.21mm2

计算2-4线路得， S2 4=

3=10.79mm2

计算A-1线路得， SA 1=

3=16.11mm2

S

按发热校验导线截面：

Ijmax=

线路A-2： IA 2max=线路2-3： I2 3max=线路2-4： I3 4max=线路A-1： IA 1max=

3

3

3

3

=66.29A<234

=38.67A<234 =13.81A<234 =19.35A<234

其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。 经查表得所有线路均采用LGJ50/8。单位重量为195.1Kg/Km。线路长度为344Km，所以有色金属消耗量为67.11吨

2.3.5方案V

对环网进行初步潮流计算：

SA=

7+j2.3 157+ 5+j1.64 84

36+73+84

图2-4 方案V环网潮流分布

=7.87+j2.58 KVA =4.11+j1.36 KVA

SA′=

7+j2.3 109+ 5+j1.64 36

36+73+84

S1 4=SA 1 S1=0.87+j0.28 经计算、查表可得

TA 4=T2 3=T1 4=4000h时，Je=1.28； TA 2=4132h时，Je=1.26； TA 1=4315h时，Je=1.22

计算A-2线路得， SA 2=

3=41.65mm2

计算2-3线路得， S2 3=

3=30.21mm2

计算1-4线路得， S1 4=

3

=3.63mm2

计算A-1线路得， SA 1=

3

=35.63mm2

计算A-4线路得， SA 4=

3

=17.75mm2

S

按发热校验导线截面：

Ijmax=

线路A-2： IA 2max=线路1-4： I1 4max=线路A-1： IA 1max=线路2-3： I2 3max=线路A-4： IA 4max=

3

=52.48A<234 =4.605A<234 =43.47A<234

3

3

3

=38.67A<234 =22.72A<234

3

其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。

经查表得所有线路均采用LGJ50/8。单位重量为195.1Kg/Km。线路长度为383Km，所以有色金属消耗量为74.72吨

2.3.6方案VI

图2-6 方案VI潮流分布

SA 1=7+j2.301 MVA S2 3=19+j6.245MVA S3 4=5+j1.643MVA SA 2=24+j7.888MVA 经计算、查表可得

T3 4=T2 3=4000h时，Je=1.28；TA 1=4500h时，Je=1.18； TA 2=4104h时，Je=1.26； 计算A-2线路得， SA 2=

3=52.61mm2

计算2-3线路得， S2 3=

3=41mm2

计算3-4线路得， S3 4=

3=10.79mm2

计算A-1线路得， SA 1=3=16.39mm2

S

按发热校验导线截面：

Ijmax=

线路A-2： IA 2max=线路2-3： I2 3max=线路3-4： I3 4max=线路A-1： IA 1max=

3

3

3

3

=118.074A<234 =14.523A<234

=24.422A<234 =53.20A<234

其中，查表得各型号导线持续容许电流，校验都符合长期发热要求。 经查表得所有线路均采用LGJ50/8。单位重量为195.1Kg/Km。线路长度为304Km，

所以有色金属消耗量为59.31吨

2.4变压器的选择与相关参数的计算

2.4.1 发电厂主变的选择

1、 本设计主接线为发电机端设立母线形式，发电机经母线及升压变压器接入系统时，其变压器总容量应考虑负荷的逐年发展，并按以下原则计算选择：

A.当发电机端电压母线上的负荷最小时，应能将剩余功率送入系统； B.当发电机电压上最大一台发电机停运时，应能保证由系统经主变压器供给电压母线上最大负荷。

2、考虑备用负荷时，选择两台变压器。其容量考虑一台切除后，另一台能过负荷30%；确定发电厂变压器容量时，地区负荷最低时发电机的功率能全部送出，同时考虑地区负荷最大时，允许系统倒送一部分功率，一台变压器检修切除时，其余变压器能送出70~75%Sn，如三台并联时考虑Sn/2*1.3。 3、容量计算与型号选择

发电厂负责对四个地区负荷供电，为避免变压器检修或故障时造成变压器全厂停电，变压器通常为2~3台，本设计选择为三台变压器并联。

~

S总装

=

162+（16× 0.85）

2

~STN=

=29295KVA

2.4.2 四个变电站主变的选择

1、主变选择要求

变电所主变压器容量，一般都应按5~10年规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及负荷能力允许时间内，应满足一`类及二类负荷供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%以上。

考虑备用时，选择两台变压器，保证一台由于故障切除后，另一台能够过负荷30%。

一站：S

~1TN

Smax.11.3Smax.21.3Smax.31.3Smax.41.3

~~~

~

7 2.3*1000

1.35 1.64

1.3

22

2

22

5667kVA

二站：S

~2TN

*1000

4048kVA

三站：S

~3TN

4.6*10001.3

2

11336kVA

四站：S

~41TN

5 1.64

1.3

22

*1000

4048kVA

型号列表为：

表2-2变电站变压器选择

2、电站主变参数计算

双绕组变压器等值电路参数计算：

RT

PK*U

2N2N

1000*S

XT

U

K

%*U

2N

100*SN

GT

P0

1000*U

2N

BT

I0%*SN100*U

2N

各站变压器参数如表2-3

2.5供电方案的初步比较

表中所列方案均能满足供电可靠的性的要求，但各种方案的经济性有差异。

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