电力系统课程设计第一讲

电力系统课程设计主讲人刘君2010年3月1日电网设计与发电厂变电站设计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、变电站设计电力系统规划设计第一部分设计任务及要求电力系统课程设计的目的选择高压输电网设计题目增强工程观念；熟悉电力系统规划设计有关的技术规程、规定和导则等；掌握电力网初步设计的基本方法以及相关的基本计算；学习工程设计说明书的撰写方法。设计内容1、电力系统功率平衡2、电力网接线方案的技术论证及经济比较；3、最大和最小运行方式下的潮流计算；4、调压计算；5、编写设计说明书，绘图。设计进度安排序号设计内容进度1原始资料分析第1天2电力系统功率平衡3电力网接线方案的技术论证及经济比较第2-4天4网络潮流计算和调压计算第5-7天5编写设计说明书，绘图第8天6答辩第9-10天讲课及答辩时间安排时间地点内容3月1日周一下午2：00教5A403布置课程设计任务、要求上课：电网方案选择主接线设计及主变选择（刘君）3月3日周三下午2：00教5A403上课：方案经济比较（张东英）3月5日周五下午2：00教5A403上课：潮流计算和调压（刘燕华）3月11日周四上午8:30下午1:30教5D209答辩3月12日周五上午8:30下午1:30教5D209答辩答辩要求1、没做自己的题目而做别人的题目，或设计内容不完整的，都计为不及格。2、每人必须由指定的指导教师答辩，交报告，并回答问题。3、答辩时按照班级和学号的顺序，每人只有一次答辩机会，在顺序答辩时，没有来的计为缺考。可以提前答辩。指导教师分工如下：电气060117人张海波电气060717人申景娜电气060220人张海波电气060820人张东英电气060314人刘君电气060917人刘燕华电气061316人电气060420人刘君电气061029人张旭电气060523人李岩松电气061119人张旭电气060623人申景娜电气061220人李岩松参考资料1、曹绳敏，电力系统课程设计及毕业设计参考资料，电力出版社，1995年第一版2、陈跃，电气工程专业毕业设计指南—电力系统分册，中国水利水电出版社，2003年第一版3、程浩忠，电力系统规划，中国电力出版社，2008年第一版4、电力工业部规划设计总院，电力系统设计手册，1998年第一版第二部分电网设计步骤及主要方法1、原始资料分析包括：电网地理位置图；各电厂发电机的型号、单机容量和台数；各变电站以及电厂发电机直配负荷的最大与最小值（或以负荷曲线的形式给出）、功率因数、额定电压、负荷的电压要求、供电可靠性要求等。分析：1）了解电源及负荷的性质和类型，明确各类负荷的大小和性质，特别是一类和二类负荷所占的比例，从而确定系统的规模，以及负荷对可靠性的要求等。2）其次，初步确定电厂与各变电站之间的距离，为进一步确定供电电压等级提供数据。2、功率平衡分析目的：确定系统的有功备用容量是否满足要求，以及系统的无功平衡情况。根据规定，要求系统的总有功备用容量不低于系统最大发电负荷的20%。如果系统的有功备用不足，则需提出电源扩建的方案，如在现有的电厂增加机组的台数和容量等。系统最大负荷时的有功功率平衡计算步骤1）系统的最大用电负荷计算：n1ii.max1yPKPPmax.i------各变电站最大用电负荷K1------同时率或同时系数一般应根据实际统计资料确定，当没有实际资料时，可近似取如下参考值：用户较少时0.95~1.0，用户较多时0.7~0.85，地区与系统之间0.9~0.95系统最大负荷时的有功功率平衡计算步骤2）系统的供电负荷计算：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K2------网损率，通常用供电负荷的百分数表示，一般为5%~10%y2gPK11P系统最大负荷时的有功功率平衡计算步骤3）系统的发电负荷计算：供电负荷再加上发电厂的厂用电，以及发电机电压的直配负荷就是发电机应发出的功率，称为电力系统的发电负荷K3------厂用电率通常用本厂发电负荷的百分数表示，一般热电厂为10%~15%，凝汽式电厂为8%~10%，小型凝汽式电厂为5%从6%，大中型水电厂0.1%~0.5%，小型水电厂1.0%，核电厂4%~5%；PZ------发电机电压直配负荷)PP(K11PZg3f系统最大负荷时的有功功率平衡计算步骤4）系统有功备用容量计算系统的装机容量减去发电负荷，即为备用容量。根据规定，系统的总备用容量不得低于系统最大发电负荷的20%，即系统的总装机容量应大于或等于该系统最大发电负荷的1.2倍。系统最大负荷时的无功功率平衡根据《电力系统电压和无功电力技术导则》，在主变压器最大负荷时，各级变电站二次负荷功率因数应满足：220kV变电站0.95~1.0，35kV~110kV变电站0.9~1.0；对不满足要求的变电站进行无功补偿。计算系统的无功电源和补偿后的系统无功负荷。计算时，假设发电机为额定运行状态，变压器的工作损耗按每经一次电压变换，无功损耗为负荷视在功率的12%估算，不考虑架空线路的无功损耗和充电功率，以及无功补偿装置的容量。3、电力网接线方案的选择1）拟订电网接线形式，选择相应的电压等级接线：有备用、无备用输电线路电压等级：应根据输送容量、输电距离等确定。初步拟定电网接线方案时，可根据我国各额定电压等级的合理的输送功率和输电距离，来选择各线路的供电电压等级。………我国各级电压输送能力统计输电电压(KV)输送容量（MW）传输距离（km）0.380.1及以下0.6及以下30.1～1.01～360.1～1.24～15100.2～2.06～20352～1020～5011010～5050～150220100～500100～300330200～1000200～600500600～1500400～1000电压等级不宜过多，以减少变电重复容量我国现有电网的电压等级的配置大致分为两类，即110／220／500kV及110／330kV。220kV以下电压等级的配置则为10／63／220kV及10(6)／35／110／220kV两种系列。3、电力网接线方案的选择2）确定发电厂、变电站主变压器的台数、容量和主接线形式主接线设计时，应根据电压等级、进出线回路数、负荷对可靠性的要求等实际情况，参照设计规程和典型设计来完成。需要注意的是，发电厂和变电站高压侧的接线应与电网接线方案相一致(a)(b)(c)站1站1站1发电厂发电厂发电厂3、电力网接线方案的选择3）选择联络线路的导线型号a.计算电网在最大运行方式下的初步潮流分布。针对环网接线，由于线路参数未知，因此先按均一网进行计算，不考虑线路和变压器的功率损耗。b.按经济电流密度来选择各线路的导线截面和导线型号。c.按电晕、允许载流量、机械强度进行校验。注意：双回路供电线路在校验发热条件时，应考虑一回路故障切除后，另一回线路承担全部最大负荷时的情况。3、电力网接线方案的选择4）方案的初步比较包括：线路长度、导线长度、高压断路器数目、有色金属消耗量。在说明书中，可通过表格的形式将各电网方案的上述指标列举出来进行比较分析。a.线路走廊长度一般比地理图上的直线长度长5%~10%，导线长度也要比相应的路径长度长5%~10%。b.在比较高压断路器数目时，不需要计及变电站中低压侧的断路器，有色金属耗量可根据导线的型号和长度查表计算出来。c.经过方案的初步比较，一般留下2~3个方案进行详细的技术经济比较。3、电力网接线方案的选择5）方案的详细比较对所有保留下来的方案进行电压损耗、电能损耗、工程总投资、年运行费用计算，筛除不合理的方案等，最后选择一个最优方案。4、最大和最小运行方式下的潮流计算针对最优电网接线，分别计算最大最小方式下的潮流分布。步骤如下：1）元件参数计算；2）最大、最小负荷时的运算负荷及电源运算功率计算；3）最大、最小负荷时的潮流计算；4）计算最大负荷情况下，潮流最重的一条线路故障退出后的系统潮流分布。5、调压计算1）根据《电力系统电压和无功电力技术导则》确定电力系统各级电力网电压的允许偏差范围。2）一般先选用无激磁调压变压器，不满足要求时选用有载调压变压器或进行无功补偿。为保证用户受端电压质量和降低线损，220kV及以下的电网电压宜采用逆调压方式。3）根据潮流计算结果，以及各厂、站低压侧的调压要求，分析系统在最大和最小负荷时的各点电压情况，确定各变压器分接开关的位置，并进行验算。6、编写设计说明书，绘图设计成品包括设计说明书和附图内容应主要包括：1）前言；2）目录；3）第一章电力系统课程设计任务介绍；4）第二章电力系统功率平衡；5）第三章电力系统接线方案的选择；6）第四章电力系统潮流与调压计算；7）第五章总结；8）附录；9）参考文献。附图包括：电力系统接线图、电力系统阻抗图、最大最小运行方式潮流分布图、严重事故后系统潮流分布图。第三部分输电线路的选择一、按经济电流密度选择导线截面S----导线截面积（mm2）；Pmax----送电容量（kW）；J----经济电流密度（A/mm2）；UN----线路额定电压（kV）。导线的经济电流密度可根据导线类型及最大负荷利用小时数查表得到。cosJU3PSNmax线路的最大负荷利用小时数Tmax,是由所通过的各负荷点的功率及其Tmax决定，对于链式网络或环形网络，各段线路的最大负荷利用小时数可根据最大负荷利用小时数的定义，通过对所供负荷点的最大负荷利用小时数取加权平均获得：n1jj.maxn1jj.maxj.maxmaxPTPTPmax.j-----各负荷点的最大有功功率；Tmax.j-----各负荷点的最大负荷利用小时数站1站2Pmax2Tmax2电厂Pmax1Tmax1二、按电晕条件校验导线截面Ur----导线的电晕临界电压；Umax----导线最高工作电压。maxrUU〉额定电压（kV）110220330500750软导线型号LGJ-50LGJ-240LGJ-600LGJK-500LGJ-2×240LGJ-4×300LGJQ-3×400LGJQ-4×500管形导体外径（mm）Ф20Ф30Ф40不必验算电晕的导线最小型号及外径三、按发热校验导线截面积对各种不同运行方式以及事故情况下的传输容量进行发热校验，保证预期的输送容量不超过导线发热所允许的数值。maxalIKIK-----环境修正系数，可查表获得；Ial-----导体在海拔1000m及以下、环境温度为25℃时的长期允许载流量Imax-----各种正常运行方式和事故后运行方式下通过导体的最大工作电流。关于环境温度，根据我国设备选择的有关规定，对于户外的裸导体，一般取当地一年中最热月的平均最高温度；在室内则取当地最热月平均最高温度加5℃。四、按机械强度校验导线截面对于跨越铁路、通航河流、公路、通信线路以及居民区的电力线路，导线截面积不得小于35mm2；通过其它地区的电力线路的允许最小截面积，35kV及以上线路为25mm2，35kV以下线路为16mm2。五、按允许电压损耗选择或校验导线截面负荷矩法：所谓负荷矩是指线路传输的最大有功功率与线路长度的乘积，能反映线路的功率损耗和电压质量。例如，根据手册中给出的6~220kV线路电压损失10%时的负荷矩，可以了解当线路允许电压损失为10%时，各型号导线、导线截面、功率因数、负荷矩以及电压等级之间的关系，对所选的线路进行电压损失校验，还可作为选择电压等级的依据。见曹敏绳《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》P30表3-2、3-3、3-4第四部分主接线设计输电网络设计一、选择主接线的依据1．发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用2．发电厂、变电所的分期和最终建设规模3．供电负荷的数量和性质4．系统备用容量大小5．电压等级与接入系统方式二、主接线的基本接线形式单元接线桥形接线角形接线有母线接线无母线接线单母线接线双母线接线一台半断路器接线变压器母线组接线单母线分段增设旁路双母线分段增设旁路扩