地區(qū)電力網(wǎng)課程設(shè)計

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　電能的主要供應(yīng)來源稱作電源，各類發(fā)電廠是主要的電源，常見的有火電廠，水電廠，風力發(fā)電廠以及核電廠。電能的一個最大的特點就是不可儲存，必須即時發(fā)出，即時使用，雖然科技發(fā)展迅速，但是現(xiàn)階段仍然無法大量存儲電能。</p><p>　　這次課程設(shè)計對將來的工作起到了預(yù)先實踐的效果，通過實踐更進一步的認識了該門課程

2、，將學到的理論知識進一步的理解運用，為將來的實際工作打下了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　既然電能無法存儲，那么如何分配電廠發(fā)出的有限電能便非常重要了，合理的規(guī)劃地區(qū)電網(wǎng)可以降低電能損耗，提高電能供應(yīng)質(zhì)量，減少事故發(fā)生等等，本次設(shè)計就是針對某地區(qū)新建的水電廠進行電力網(wǎng)設(shè)計。</p><p>　　進行電力網(wǎng)設(shè)計之前，最重要的就是要充分調(diào)查該地區(qū)的各個方面的情況，包括資源分布，負荷分布及其性

3、質(zhì)，礦產(chǎn)，以及原電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)等等，只有充分的掌握這些資料之后，才能真正設(shè)計出適合此地區(qū)的電力網(wǎng)。</p><p><b>　　1原始資料</b></p><p>　　1.1發(fā)電廠、變電所的地理位置圖</p><p><b>　　1.2電源情況</b></p><p>　　水電廠：TS900/135-

4、56，額定容量45MV（cosФn=0.9），臺數(shù) 3</p><p>　　系統(tǒng)：與3#變電所由2*LGJ-150相連，系統(tǒng)母線電壓最大最小負荷時均維持115KV，最大負荷時提供功率50MW（cosФn=0.9），最小負荷時為30MW（cosФn=0.9）</p><p><b>　　1.3說明</b></p><p>　?。?）變電所3#是原

5、有變電所，主接線為雙母線結(jié)構(gòu)；</p><p>　?。?）為開發(fā)利用水資源，在距離變電所3#約100km處新建一水力發(fā)電廠。</p><p>　　發(fā)電廠發(fā)電能力在春夏三季滿發(fā)，冬季最大出力為最大容量的3/4；</p><p>　?。?）發(fā)電廠用國際廠用電率2%，機壓負荷2MW；</p><p>　?。?）區(qū)域氣溫最高為40攝氏度，年平均溫度為

6、25攝氏度，最熱月平均最高氣溫為32攝氏度。</p><p>　　1.4各變電所符合情況</p><p><b>　　2 功率平衡計算 </b></p><p>　　2.1 有功功率平衡計算</p><p>　　為了滿足用戶的功率需求，維持電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量穩(wěn)定，系統(tǒng)中裝設(shè)的發(fā)電機的額定容量必須大于當前最大負荷，并且要留

7、有一定的裕度。</p><p>　　系統(tǒng)用電負荷： </p><p>　　供電負荷： </p><p>　　發(fā)電負荷： </p><p>　　K1為負荷的同時率，取K1=0.9</p><p>　　K2為系統(tǒng)網(wǎng)損率，這里取K2=5%&

8、lt;/p><p>　　K3為發(fā)電廠的場用電率，根據(jù)電源狀況K3=2%，=2 MW </p><p>　　接著計算發(fā)電機的總額定容量，原系統(tǒng)向3#變電所提供功率50 MW，水電站3臺機組裝機容量45 MW，總額定容量 </p><p>　　因此，說明發(fā)電廠發(fā)出的有功功率滿足系統(tǒng)負荷需求，有功功率平衡。</p><p>　　2.2 無功功率平

9、衡計算</p><p>　　無功負荷 </p><p>　　四變電所功率因數(shù) =0.9，可得=0.48</p><p>　　變壓器的無功損耗 </p><p>　　系統(tǒng)中的無功電源功率</p><p>　　為臨網(wǎng)輸入的無功功率。</p><

10、p>　　系統(tǒng)無功備用容量 </p><p>　　電力系統(tǒng)無功功率平衡要求</p><p>　　顯然，實際的地區(qū)電力網(wǎng)不滿足無功功率平衡條件，需要進行無功功率補償。需要補償?shù)臒o功功率</p><p>　　無功功率補償裝置一般有同步調(diào)相機、靜止電容器和精致補償器，從經(jīng)濟成本和能源效率方面考慮，采用靜止電容器或者靜止補償器作為無功補償裝置較為適宜，成本低，操作

11、和維護都比較便利，功率損耗低，節(jié)約寶貴能源。</p><p>　　3 電力網(wǎng)供電方案設(shè)計</p><p>　　3.1 電壓等級的選擇</p><p>　　根據(jù)題目要求已知條件，在附表B—4中查找，從輸送距離上看，各個變電所及水電廠距離在24~100km之間，正常工作情況下單段線路輸送最大功率不會超過100Mw，所以，選擇110kv或220kv作為線路額定電壓都是是可

12、行的。</p><p>　　附表B—4 各電壓等級輸電線路合理輸送容量及輸送距離</p><p>　　當電力線路的功率一定時，輸電電壓越高，線路電流越小，導線等載流部分的截面積越小，投資也越?。坏妷涸礁?，對絕緣的要求越高，桿塔、斷路器等的投資也越大。也就是說，選擇220kv作為線路額定電壓，要求一次性投資比較大；選擇110kv線路額定電壓初始投資小，但是可能造成局部線路輸送功率過大，

13、容易造成線路故障，從而影響電力系統(tǒng)電能輸送的質(zhì)量與穩(wěn)定性。本次設(shè)計選用了220kv作為線路額定電壓等級。 </p><p>　　3.2 初步方案選擇</p><p>　　首先分析四個變電所的負荷性質(zhì)。1#變電所的負荷性質(zhì)為工業(yè)用電，屬于II類負荷；2#變電所、3#變電所負荷為城市用電，III類負荷為主，也有II類和I類負荷；4#變電所負荷為工礦用電，屬于I類負荷按用戶用電負荷的重要程度，

14、一般將負荷分為三級：</p><p>　?、窦墶荒芡ｋ姟?yīng)有兩個以上獨立的電源供電。例如煉鋼廠、電解鋁工廠及礦井用電等。</p><p>　　Ⅱ級——可以短時停電。一般也應(yīng)盡量由不同的變壓器或兩個母線段上取得兩路電源供電。例如紡織廠、造紙廠等許多企業(yè)和城市公用事業(yè)用電等。</p><p>　?、蠹墶ｋ姇r間可以較長。一般以單回路供電。例如工廠附屬車間和居民用電

15、等。</p><p>　　1＃，4＃為Ⅱ級、Ⅰ級用電負荷應(yīng)保證其供電的可靠性，系統(tǒng)所供的電能只能滿足3#的使用，水電站所發(fā)的電能要滿足1＃，2＃，4＃的需求。</p><p><b>　　方案1</b></p><p>　　圖1 地區(qū)電力網(wǎng)接線方案1</p><p>　　方案1從供電的可靠性出發(fā)，采用了鏈式的基本接線方式

16、，全部的出線采用雙回線的備用接線方式，無論任意一回線進行檢修或者出現(xiàn)故障都不會影響整個系統(tǒng)的正常運行，造價較高。</p><p><b>　　方案2</b></p><p>　　圖2 地區(qū)電力網(wǎng)接線方案2</p><p>　　方案2采用了放射式的接線網(wǎng)絡(luò)，考慮1#、2#、4#變電所負荷性質(zhì)，采用單回線供電。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護容易，缺點是導線

17、長度較長，電廠出線多。</p><p><b>　　方案3</b></p><p>　　圖3 地區(qū)電力網(wǎng)接線方案3</p><p>　　方案3是典型的鏈式結(jié)構(gòu)接線網(wǎng)絡(luò)，1#變電所和4#變電所由雙回線與水電廠連接，確保重要負荷的供電的穩(wěn)定行。2#變電站和3#變電站大部分為III級負荷，由單回線連接，因此當12段線路或23段路線故障或檢修時，會造成

18、部分地區(qū)停電。</p><p><b>　　方案4</b></p><p>　　圖4 地區(qū)電力網(wǎng)接線方案4</p><p>　　方案4主要以水電廠1#變電所、2#變電所、3#變電所和4#變電所組成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，再以雙回線方式對3#變電所和系統(tǒng)進行連接，用這個方案，各個地點的供電都能得到保證，在任意一回線故障的情況下，仍可保證功率完全送出。</

19、p><p>　　3.3 方案初步分析</p><p>　　3.3.1 技術(shù)方面</p><p>　　技術(shù)方面主要考察方案的電壓偏移問題，由于在方案初步比較時，電網(wǎng)功率分布以及導線截面積均未知，可以近似取作為線路電抗，并利用下式來估計電網(wǎng)在正常運行和故障后離電源點距離最遠變電所的電壓損耗百分數(shù)：</p><p><b>　　(Mvar)&

20、lt;/b></p><p>　　設(shè)水電站節(jié)點為0節(jié)點。</p><p>　　考慮到3#為原有變電所，可不考慮。故</p><p>　　3#變電所節(jié)點處，原系統(tǒng)的供給功率和負荷功率相等，可以將此處節(jié)點看作導線處理。</p><p>　　接著對各個方案進行分析，方案一：</p><p>　　圖5 方案一的潮流分布圖

21、</p><p><b>　　正常工作狀態(tài)下</b></p><p>　　系統(tǒng)中距離電源最遠點是1#變電所，由G3、32、21三段組成。</p><p>　　只考慮斷線故障，線路故障時，最大線路長度不會改變，但故障線路的電抗會增大一倍，無功損耗增大，各段線路中G3段線路電抗最大，長度最長，所以只考察此段線路故障時的電壓損耗即可。</p&g

22、t;<p><b>　　G3段線路故障時：</b></p><p><b>　　方案2</b></p><p>　　圖6 方案2的潮流分布圖</p><p><b>　　正常運行時：</b></p><p>　　最長線路為G4段， </p>&l

23、t;p>　　斷線故障的情況下，即使G1或G4段線路出現(xiàn)故障，電壓偏移也肯定會在可以接受的范圍內(nèi)。G2段出現(xiàn)故障會造成2#變電所停電，對該地區(qū)造成影響，這是本方案的一個缺陷。</p><p>　　圖7 方案3的潮流分布圖</p><p><b>　　系統(tǒng)正常時</b></p><p>　　系統(tǒng)中距離電源最遠點為2#變電所，由G1、12兩段導

24、線連接。</p><p>　　系統(tǒng)出現(xiàn)斷路故障時，12段斷路會造成2#變電所停電，造成該地區(qū)停電。電壓損耗率會進一步下降。由于G1和G4段線路均采用了雙回線接線方式，一回線斷路不會對供電造成很大影響，G1段斷電會使最遠點的電壓偏移增大。此時Z1增大1倍，</p><p><b>　　方案4</b></p><p><b>　　正常運行

25、：</b></p><p>　　圖8方案4的潮流分布圖</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　5.02％＜10％</b></p><p><b>　　故障情況：</b></p><p><b>　　=&

26、lt;/b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　01段斷線： =5.028％＜10％</p><p>　　12段斷線： = 5.028％＜10％</p><p>　　24段斷線： =-0.078％＜10％</p><p>　　4

27、0’段斷線： =0.527％＜10％</p><p><b>　　此方案合理。</b></p><p>　　粗略估算時，將節(jié)點3與節(jié)點2合并，得到潮流分布圖。</p><p>　　系統(tǒng)距離電源最遠點為1#變電所，由G1、12兩段組成。</p><p>　　系統(tǒng)發(fā)生斷路故障時，單回線斷路發(fā)生在12段或23段或者

28、34段對系統(tǒng)不會有大影響，當G2段斷路時，系統(tǒng)的最遠點距離變大，電壓偏移增大</p><p>　　當G3段斷路時，系統(tǒng)的最遠點變?yōu)?#變電所，其電壓偏移變?yōu)?lt;/p><p>　　3.3.2 經(jīng)濟方面</p><p>　　經(jīng)濟方面分析，方案1共需要16個高壓隔離開關(guān)和16個斷路器，導線方面需要409.2km。線路穩(wěn)定性好，滿足各個地區(qū)負荷供電需要。方案2共需要12個高

29、壓隔離開關(guān)和12個斷路器，共需導線487.3km。能保證1#和4#處重要負荷的供電穩(wěn)定。方案3經(jīng)濟角度考慮，此方案需要12個高壓隔離開關(guān)和12個斷路器，共需導線433.4km。方案4從經(jīng)濟角度考慮，共需14個高壓隔離開關(guān)14個斷路器，線路總長416km。</p><p>　　分析四種方案，由于電壓等級較高，所以電壓偏移方面四種方案都滿足設(shè)計要求，方案2和方案3雖然使用高壓隔離開關(guān)和斷路器較少，都是12個，但是線路

30、長度都比較長，而且系統(tǒng)本身存在一定的缺陷，可能在一回線斷路情況下導致2#變電所停電，影響當?shù)毓╇?。所以排除方?及方案3。</p><p><b>　　4 詳細方案比較</b></p><p>　　4.1 方案1詳細技術(shù)比較</p><p>　　4.1.1 導線截面積的選擇</p><p>　　為了計算投資積年運行費用，

31、必須首先選擇輸電線路的導線截面。</p><p>　　在選擇導線截面積之前，首先進行各種方案的的初步潮流計算。取，，，計算出各條線路的最大輸送功率。</p><p>　　圖9 方案一的潮流分布圖</p><p>　　12段 </p><p>　　23段 </p><p>

32、　　34段 </p><p>　　G3段 </p><p>　　根據(jù)公式 或 </p><p>　　計算導線的截面積。對于G3段，導線材質(zhì)選擇鋼芯鋁絞線，Pmax*=0.1649，線路最大負荷利用小時數(shù)Tmax由公式</p><p>　　得出其Tmax=5675小時，

33、查表B-5得其經(jīng)濟電流密度J=0.9A/mm2</p><p>　　計算可得 </p><p>　　對比導線標稱截面積表取300mm2。</p><p>　　34段，Tmax=6500（h），導線為鋼芯鋁絞線，Pmax*=0.041，J=0.9A/mm2可以算得 S=83.69mm2</p

34、><p>　　對比導線標稱截面積表應(yīng)取95mm2，但根據(jù)實際情況考慮電暈影響取240mm2</p><p>　　23段，Tmax=5400（h），Pmax*=0.1194，J=0.9A/mm2</p><p>　　算得 S=243.7mm2</p><p>　　對比導線標稱截面積表取240mm2</p&g

35、t;<p>　　12段，Tmax=6000（h），Pmax*=0.0482，J=0.9A/mm2</p><p>　　算得 S=98.38mm2</p><p>　　對比導線標稱截面積表應(yīng)取95mm2，同樣也取240mm2</p><p>　　4.1.2 導線截面積的校驗</p><p>　　

36、1 按允許載流量條件校驗導線截面積（發(fā)熱校驗）</p><p>　　各段額定電壓220Kv，根據(jù)附表B-16確定各斷導線線型</p><p>　　G3段：LGJ300 ＝0.422＝0.105</p><p>　　34段：LGJ240 ＝0.407＝0.131</p><p>　　23段：LGJ240 ＝0.407＝0.131</p&g

37、t;<p>　　12段：LGJ240 ＝0.407＝0.131</p><p>　　按照新的導線進行潮流分析計算。</p><p><b>　　12段</b></p><p><b>　　23段</b></p><p><b>　　34段</b></p>

38、;<p><b>　　G3段</b></p><p><b>　　G3段導線 </b></p><p><b>　　符合要求</b></p><p><b>　　34段導線</b></p><p><b>　　符合要求</b&

39、gt;</p><p><b>　　23段導線</b></p><p><b>　　符合要求</b></p><p><b>　　12段導線</b></p><p><b>　　符合要求</b></p><p>　　說明正常狀況時，

40、所選線路滿足發(fā)熱校驗標準，系統(tǒng)發(fā)生較嚴峻狀況比如2#變電所負荷短路同時和4#變電所負荷突然發(fā)生斷路，造成瞬間S1=S3，此時12段線路的電流會突然增大并持續(xù)</p><p><b>　　符合要求</b></p><p>　　說明在較嚴峻的情況下，系統(tǒng)線路仍能滿足供電要求。</p><p>　　2、按電暈條件檢驗導線截面積</p>

41、<p>　　線路額定電壓220KV，根據(jù)附表B-9，不必驗算電暈的導線最小線型為LGJ-240，也就是說，在220KV等級水平上應(yīng)用LGJ-95可能出現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象，造成功率損失，故選用LGJ-240代替LGJ-95導線，也是前文中不使用LGJ-95導線的原因。</p><p>　　3、按機械強度校驗導線截面積</p><p>　　根據(jù)附表B-10，鋼芯鋁絞線通過居民區(qū)時最小截面

42、積要求為25mm2，通過非居民區(qū)時的最小要求為16mm2，所選導線的最小線型為LGJ-240，滿足機械強度要求。</p><p><b>　　4、電壓損耗的校驗</b></p><p>　　電壓損耗計算公式 </p><p>　　將更換新導線后計算出的功率帶入計算得</p><p><b>　　

43、符合要求</b></p><p>　　4.1.3 計算電力網(wǎng)投資</p><p><b>　　1、導線線路投資</b></p><p>　　附表中沒有給出220KV導線花費，估計導線綜合造價在3.0萬元/km左右</p><p><b>　　萬元</b></p><p

44、><b>　　2、變電所投資</b></p><p><b>　　根據(jù)附表B-12</b></p><p><b>　　萬元</b></p><p>　　3、總投資 萬元</p><p><b>　　4、計算年運行費用</b&

45、gt;</p><p>　　1）線路折舊維修費： ＝49.104（萬元）</p><p>　　2）變電所折舊維修費： ＝117.12（萬元）</p><p><b>　　3）電能損耗費</b></p><p>　　線路的最大負荷利用小時數(shù)Tmax分別為TmaxG3=5675（h），Tmax34=6500（h），Tmax2

46、3=5400（h），Tmax12=6000（h）。通過附表B-13，可以確定線路的最大負荷損耗時間</p><p><b>　　年耗費電能 元</b></p><p>　　年運行費用： ＝49.104+117.12+0.48＝166.704（萬元）</p><p>　　4.2 方案4詳細技術(shù)比較</p><p>　　

47、4.2.1 導線截面積的選擇</p><p>　　取，，，計算出各條線路的最大輸送功率。</p><p><b>　　方案4：</b></p><p>　　圖10方案3的潮流分布圖</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b&

48、gt;</p><p><b>　　=</b></p><p>　　由上述計算可以看出2點為無功功率分點，在2點解環(huán)：</p><p>　　圖11 方案4的潮流分布圖</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b><

49、/p><p><b>　　=</b></p><p>　　按經(jīng)濟電流密度以及該線路正常運行方式下的最大持續(xù)輸送功率，可求得導線的經(jīng)濟截面積，其實用計算公式為：</p><p>　　01段：1＃負荷點的＝6000（h）</p><p>　　導線材料選鋁絞線，查附表B－3，J＝0.9。</p><p>　

50、　與標稱截面積比較后，查附表B－7，取400。</p><p>　　12段：2#負荷點的＝5000（h）</p><p>　　導線材料選鋁絞線，查附表B－3，J＝1.15。</p><p>　　與標稱截面積比較后，查附表B－7，取150。</p><p>　　42段：2＃負荷點的＝5000（h）</p><p>　　導

51、線材料選鋁絞線，查附表B－3，J＝1.15。</p><p>　　與標稱截面積比較后，查附表B－7，取95。</p><p>　　04段：4＃負荷點的＝6500（h）</p><p>　　導線材料選鋁絞線，查附表B－3，J＝0.9。</p><p>　　與標稱截面積比較后，查附表B－7，取300。</p><p>　　

52、4.2.2 導線截面積的校驗</p><p>　　因為均為同一類型環(huán)網(wǎng)，所以導線相同</p><p>　　1、按允許載流量條件校驗導線截面積（發(fā)熱校驗）</p><p>　　設(shè)各段額定電壓為220Kv </p><p><b>　　查附表B－16得：</b></p><p>　　01段：＝0.36

53、9＝0.078</p><p>　　12段：＝0.384 ＝0.21</p><p>　　42段：＝0.397＝0.33</p><p>　　04段：＝0.404 ＝0.105</p><p><b>　　正常運行情況：</b></p><p><b>　　<898A，合格。<

54、;/b></p><p><b>　　<463A,合格。</b></p><p>　　51.875A<357A</p><p><b>　　<735A</b></p><p>　　正常運行情況下滿足要求。</p><p>　　最嚴重的一種故障情況下：&

55、lt;/p><p>　　42段截面積最小，當4＃負荷短路時，流過42段功率最大。</p><p><b>　　260 </b></p><p>　　=152. 55A<357A ,故障情況下滿足要求。</p><p>　　2 按電暈條件校驗導線截面積</p><p>　　查表B－9得到額定電壓

56、220KV所選導線為LGJ－50，上述各段所選導線截面積均大于50，滿足要求。</p><p>　　3、 按機械強度校驗導線截面積</p><p>　　查表B－10，鋼芯鋁絞線的截面積不得小于35、25，所選導線滿足要求。</p><p><b>　　4、電壓損耗的校驗</b></p><p>　　=5.028%<

57、10%</p><p><b>　　滿足要求，合格。</b></p><p>　　4.2.3計算電力網(wǎng)投資</p><p><b>　　1、線路投資</b></p><p>　　查表B－11得：＝＝1779.95（萬元）</p><p><b>　　2、變電所投資&

58、lt;/b></p><p><b>　　查表B—12得：</b></p><p>　　方案1：＝＝263.2（萬元）</p><p>　　3、電力網(wǎng)的總投資：</p><p>　　方案1：＝1779.95+263.2＝2043.15（萬元）</p><p><b>　　3、電能損

59、耗費：</b></p><p><b>　　查附表B—13得：</b></p><p>　　＝0.009+0.254i</p><p>　?。?.0346+0.056i</p><p>　　＝0.0376+0.2014</p><p>　?。?.152+0.0144</p>

60、<p>　?。?2220 ＝5230</p><p>　　＝2050 ＝40240</p><p>　　電能損耗費：＝897400.5＝4.487（萬元）</p><p>　　年運行費用：＝4.487+31.198+31.584＝87.27（萬元）</p><p><b>　　5 最優(yōu)方案的確定<

61、/b></p><p>　　方案一的總投資為2203.6萬元，年運行費用166.764萬元。方案二的總投資為2043.15萬元，年運行費用87.27萬元。所以我認為方案4是最佳方案。</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　通過設(shè)計能夠?qū)W到很多很多的的東西，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有

62、學到過的知識，更深的了解了電力系統(tǒng)分析方法和原理。而且通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p>　　設(shè)計中大量的潮流分析計算讓我對這個基本分析方法有了更深一步的了解，明白了它如何應(yīng)用在實際的系統(tǒng)分析中，能起到什么樣的作用，而且也對這種計算方

63、法更為熟練。在設(shè)計中很多的東西是比較陌生的，比如說電力網(wǎng)的經(jīng)濟分析，感覺這樣的分析或者說報告有非常強的實用性，但是平時是接觸不到的，它開拓了我的眼界和思路，學到新的想法。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]韋鋼.[M]電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ).北京.中國電力出版社.2006</p><p>　　[2]熊信銀.[M]