电力系统设计专题第一讲.

电力系统设计专题主讲：刘君Tel：80798477Email：[e-mail][e-mail]第一讲绪论时间：2004年10月9日1.什么是电力系统?电力系统有何特点?为什么电力系统是三相、正弦波形、50HZ的交流系统？2.潮流计算的目的是什么？潮流计算的假设条件是什么？短路计算的目的是什么？短路计算的假设条件是什么？问题授课内容1）电力系统规划设计及发电厂变电站电气系统设计的主要内容、电力负荷预测的基本方法；2）电源规划设计，介绍电力电量平衡计算、电源规划方法、发电厂变电站地址及路径的选择；3）电力网络方案设计，主要介绍电网电压等级的选择、电网结构的设计、发电厂接入系统的设计、主变压器的选择、发电厂变电站电气主接线设计、经济评价；4）发电厂变电站电气系统设计，主要介绍导体发热与短路电动力问题、电器设备选择的一般原则和选择方法、厂用电系统设计和配电装置设计的基本问题。图1-1电力系统设计与厂站电气系统设计的关系示意图国家计划及能源政策能源规划电力负荷预测电源规划电网规划发电厂、变电站电气系统设计电力系统规划设计一、电力系统规划设计的基本准则为了保证电力系统向用户提供充足、可靠、优质的电能，电力系统规划设计应满足经济性、可靠性和灵活性的要求。电力系统可靠性的要求包括两方面内容，一是对用户供电的充足性，二是对用户供电的安全性“N-1”原则:正常运行方式下的电力系统中任一元件（如线路、发电机、变压器等）无故障或因故障断开，电力系统应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围内。二、电力系统规划设计的任务和内容电力系统规划设计习惯上称为电力系统设计，分为电力系统规划和电力系统设计两个阶段，其任务是从国民经济发展、地区和环境、电力系统的整体出发，在整个规划期内研究满足负荷增长需求、适应技术发展、经济合理的电力系统发展建设方案，包括应建设哪些项目、项目规模的大小、各项目的基本参数、它们的建设及投入运行的顺序、采用某些重大的技术措施等，即电力系统规划设计研究的是整个电力系统在规划期内的战略决策。1.电力系统规划主要研究电力系统发展的全局性的问题。根据国民经济发展计划和现有电力系统的实际情况，结合能源和交通条件，分析负荷及其增长速度，预计电力电量的发展，提出电源建设和系统网架的设想，拟定科研、勘测、设计及新设备的试制任务等。电力系统规划的成果是电力发展决策部门批准电力建设方案的依据或重要参考资料。电力系统设计在审议后的电力系统规划的基础上，为电力系统的发展制定具体的方案。电力系统设计包括电厂接入系统设计，电力系统专题设计（如系统联网设计、系统高一级电压等级论证、交直流输电方式选择、电源开发方案优化论证、输煤输电方案比较、特殊负荷的供电方案、发电机励磁方式论证、新技术设备的应用等），发电、输电、变电工程可行性研究及电力系统初步设计。电力系统规划设计的内容1.确定规划范围和规划期限2.负荷预测负荷预测是电力系统规划设计的基础，包括电量预测和电力预测两方面，用于进行规划期内各年的年电量和月电量预测、规划期各年的年最大负荷和月最大负荷预测、规划期各年的典型日负荷曲线预测等。3.电源规划根据负荷预测的结果，结合规划地区能源开发及燃料供应等方面因素，进行电力电量平衡，提出能满足负荷需要的规划期内最优电源建设方案。4.电网规划根据负荷预测结果、电源规划方案以及现有系统的情况，结合电压等级的选择，提出输电网络的优化建设方案。5.无功补偿规划和电气计算在上述几项规划的基础上，进行无功平衡和必要的电气计算，如潮流计算、短路电流计算、系统稳定计算、内过电压和潜供电流计算等，提出保证可靠性和供电质量的重大措施如无功补偿设备、调压装置及其它特殊措施。三、发电厂、变电站电气系统设计的任务和内容发、变电工程设计是在电力系统规划设计的基础上进行的，主要包括初步可行性研究阶段、可行性研究阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段。在设计的各个阶段中，电气专业始终都是主体专业，尤其是在变电站的设计中。初步可行性研究阶段的电气设计内容设计任务是进行地区性的规划选厂，就电力系统、燃料供应、建厂条件与规模、环境保护、厂址方案等进行调查和论证。电气专业的工作主要是针对出线条件、总体布置设想提出意见。可行性研究阶段的电气设计内容进行定点选厂和必要的论证计算，提出主要的设计图纸。电气专业需进行电厂主接线方案的比较和选择，说明各电压等级出线回路数和方向，进行主要设备的选择和布置，提出厂用电率等主要经济指标，完成电气主接线图、配合其它专业完成厂区总平面布置图、主厂房平面布置图等。初步设计阶段的电气设计内容1）根据设计依据和基础资料，分析系统现有负荷水平、装机容量、主要电源和电网情况，明确电厂在系统中的地位、工程本期及远期与系统的连接方式以及对出线的要求；2）电气主接线设计。通过主接线方案的比较，确定最佳方案，明确各级电压母线接线方式、各级电压负荷大小及出线回路数，确定主变压器的规范、容量、阻抗、分接头、台数等，确定各级电压中性点接地方式和无功补偿装置的设置方案；3）根据有关计算依据、系统运行方式、系统接线、系统容量和短路计算结果，选择主要的电器设备，并对扩建工程中原有的设备进行校验；4）厂用电接线的设计和布置。比较厂用电接线方案，选择厂用变压器及中性点接地方式，明确高低压厂用工作、备用（启动）、保安电源的连接方式，确定设备容量，选择分接头和阻抗，验算各种正常运行方式下厂用母线电压水平、电动机单独自启动和事故情况下成组电动机自启动时厂用高低压母线电压水平，对厂用配电装置及设备进行选型；5）直流系统设计。计算直流负荷，设计直流系统接线方式，选择和布置蓄电池和充电设备，确定发电机励磁系统及备用励磁方式和容量；6）设计二次系统，选择继电保护和自动装置。确定主控制楼（网络控制楼）、机炉电集中控制室的布置和元件的控制地点，选择强电或弱电控制方式，选择信号、测量、连锁和同期方式，对元件保护和自动装置进行选型，对系统继电保护和自动装置进行整定计算，选择远动设施；7）电气设备和电缆设施布置。明确电气出线走廊及电气建筑物的布置，选择高压配电装置的型式和间隔配置，布置主变压器、高压厂用变压器和消弧线圈等，进行发电机小室及引出线的布置，对厂区、主厂房电缆隧道、沟道路径及型式进行选择；8）过电压保护与接地设计。确定电气设备防止过电压的保护措施，设计电厂主、辅建筑物的防雷保护装置，明确土壤电阻率及接地装置；9）照明和检修网络设计。设计工作、安全、事故照明供电电压、照明和电焊网络供电方式，进行主控制室（网络控制室）、机炉电集中控制室的照明布置和选择；10）通信系统设计。根据系统通信对本厂的要求，对厂内或厂外的通信型式及电源进行选择，布置全厂的通信设施；11）辅助车间设计。电气检修间的布置、起吊设施的布置，明确电气试验室的规模、地点、主要试验设备配置原则，配电装置用压缩空气系统主要设备规范、数量和布置。初步设计阶段应完成的图纸地区电力系统地理接线图，地区电力系统单线图，电厂接入系统方案比较图，电气主接线及方案比较图，短路电流计算接线及等值阻抗图，高低压厂用电接线图，厂区电气建筑物平面布置图，各级电压配电装置平断面图，主控制楼（或网络控制楼）各层平面布置图，机炉电集中控制室布置图，发电机出线小室布置图，发电机变压器组继电保护配置图，设备材料清单。施工图设计阶段的电气设计内容根据初步设计审查结果和主要设备落实情况，开展施工图设计，准确无误地表达设计意图，按期提出符合质量和深度要求的设计图纸、说明书、计算书和设备材料清单，满足设备定货需要，以保证施工的顺利进行。四、电力负荷预测（loadforecasting）电力负荷是指电力系统中所有用户的用电设备所消耗的电功率总和，也称为电力系统综合用电负荷。综合用电负荷加上电力网的功率损耗就是各发电厂应该供给的功率，称为电力系统供电负荷。供电负荷再加上发电厂厂用电消耗的功率就是发电厂应发出的功率，称为电力系统的发电负荷。电力负荷预测是电力系统规划和运行调度所需重要数据之一，也是基建计划、供电计划和燃料计划的基础。电力负荷的预测目标包括预测期内的年发电量和用电量，以及系统的年最大负荷。最大负荷的预测用来确定发电和输变电系统所需的容量，进而确定规划期内逐年应新增的发电和输变电系统的容量。发电量预测用来确定合理的电源结构、发电设备的类型和确定燃料计划。在制定电力系统的运行调度计划时，特别需要了解电力负荷随时间的变化情况，为研究电力系统的调峰问题、抽水蓄能电站的容量以及发输变电设备的协调运行提供原始资料，因此，负荷曲线的预测也是负荷预测的重要内容。负荷预测的分类1．长期负荷预测周期为15--30年或更长，主要用于研究电力系统在规划期内将要出现的重大的带有战略性决策的问题，提出电力系统在规划期末和分阶段的发展目标、方向及战略性原则等，以指导电力系统今后的发展，并为系统中期发展规划提供编制依据。内容包括总需电量、最大负荷、日负荷特性和分区的负荷分布预测。2．中期负荷预测在我国电力系统设计中，为配合国家的五年计划或十年计划，中期电力负荷预测周期通常为5--15年，是发、输、配电建设计划和经济分析的基础。预测内容包括：逐年冬季、夏季的最大和最小负荷和年需电量；代表日、年和年持续负荷曲线，冬季、夏季日负荷率，日最小负荷率和月不平衡率；各分地区负荷，用以考虑不同的负荷水平对电源和电力系统规划的影响。3．短期负荷预测时间是指几个月、几周、几天甚至更短，主要用于制定现有电力系统的运行方式和开停机计划等。由于未来负荷的不确定因素很多，因此很难实现对负荷的准确预测。一般对短期负荷预测要求的准确度较高，而对中长期负荷预测只需要也只能做到大致相当。负荷特性的主要指标1．最高负荷2．最低负荷3．平均负荷报告期内瞬间负荷的平均值。4．负荷曲线5．负荷率平均负荷与最高负荷的比值。6．平均日负荷率7．最小负荷率报告期最低负荷与当日最高负荷的比率。8．峰谷差最高负荷与最低负荷之差。9．峰谷差率报告期日峰谷差最大值与当日最高负荷的比率。10．月生产均衡率报告月平均日电量与最大日电量的比率。11．年生产均衡率各月最高负荷之和与最大一个月最高负荷与12乘积的比率。12．最高负荷利用小时发（供、用）电量与它们的最高负荷的比率。13．同时率综合最高负荷与各组成单位绝对最高负荷之和的比率。14．不同时率负荷曲线各组成用户最高负荷的总和与电力系统综合负荷曲线最高负荷的比率。15．尖峰负荷率某一用户（或地区）的平均负荷与电力系统最高负荷时该用户（或地区）最高负荷的比率。负荷预测方法为了预测负荷，首先要对电力系统负荷的现状及历史统计资料进行调查，收集规划期内各行业用户的发展资料，研究各电力负荷所代表的国民经济各行业的发展规律，并在此基础上，着重分析能源变化的情况与电力负荷的关系、国民生产总值增长率与电力负荷增长率的关系、工业生产发展速度与电力负荷增长速度的关系、设备投资及人口增长与电力负荷增长速度的关系、电力负荷的时间序列发展过程等。目前负荷预测的方法很多，各有其特点和适用范围，绝对准确和适用于任何情况的预测方法是不存在的。电力负荷预测主要运用相关理论和外推理论来预测电力用户的需电量和最大负荷。需电量的主要预测方法有用电单耗法、电力弹性系数法、回归分析法、时间序列法、综合用电水平法和负荷密度法等。最大负荷预测方法主要有最大负荷利用小时法、同时率法等。需电量的预测方法用电单耗法将预测期的产品产量乘以用电单耗，即可得所需要的用电量：（1-1）式中，E为某行业预测期的需电量；θi为各产品产量的用电单耗；mi为各种产品产量；n为计算的行业的企业系数。niiimE1需电量的预测方法电力弹性系数法电力弹性系数是用电量的平均增长率与国民生产总值平均增长率的比值，该系数从客观上反映电力发展速度与国民经济发展的相对关