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1、南 昌 工 程 学 院课 程 设 计 (论 文) 机械与电气工程学院 系（院） 08电气工程及其自动化专业课程设计（论文）题目 某地区电网初步设计规划 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 2011 年 12月 2 日成绩： 评语： 评阅教师： 年 月 日南 昌 工 程 学 院课程设计（论文）任务书一、课程设计(论文)题目：某地区电网初步设计规划二、课程设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：1、原始资料：(1)发电厂、变电所地理位置如图1所示。图1 发电厂、变电所地理位置图(2)原有发电厂主接线图如图2所示。图2 发电厂电气主接线发电厂设备数据：1） 发电机G1、G2：QF
2、2-25-2；G3：QFQ-50-22） 变压器T1、T2：SFZ7-31500/110；T3：SFZ7-63000/110(3)待建变电站有关资料，见表1；典型日负荷曲线见图3表1 待建变电站有关资料编号最大负荷（MW）功率因数二次侧电压调压要求负荷曲线重要负荷（%）A360.910顺a75B200.910逆b50C250.910顺a65D220.910顺b60图3 典型日负荷曲线(4)其他说明：功率初步平衡，厂用电率7%，线损率6%；各负荷最大同时系数取1；本高压配电网多余功率送回系统，功率缺额由系统提供；除特别说明之外，高压侧均按屋外布置考虑配电装置；待设计各变电站低压出线回路数：电压为
3、10kV时，每回出线按15002000kW考虑；已有发电厂和变电站均留有间隔，以备发展；区域气温最高为40，年平均温度为25，最热月平均最高气温为32。2、设计要求：(1)根据负荷资料、待设计变电站的地理位置和已有电厂的供电情况，做出功率平衡；(2)通过技术经济综合比较，确定配电网供电电压、电网接线方式及导线截面；(3)评定电网接线方案3、成果形式：(1)设计说明书1份(2)计算书1份(3)系统接线图1张三、课程设计(论文)工作内容及完成时间：1 、查找资料，确定设计方案：11.21-11.22 2、功率平衡计算：11.23-11.26 3、确定电网供电电压、电网接线方式，计算导线截面：11.
4、27-11.29 4、画图、撰写设计说明书：11.30-12.2四、主 要参考资料：1电力工程电气设计手册（1.2）西北电力设计院水利电力出社 1990年出版2电力系统课程设计及毕业设计参考资料 曹绳敏 编东南大学出版社 1995年出版3发电厂电气部分范锡普 编 四川联合大学出版社 1995年出版4高电压技术胡国槐、王战峰 编 重庆大学出版社 1996年出版5发电厂电气部分课程设计参考资料黄纯华 编 中国电力出版社，2001年出版6工厂常用电气设备手册曹绳敏 编 东南大学出版社 7高电压技术 胡国根 王战铎 编 重庆大学出版社8电力系统 华智明 编 重庆大学出版社机械与电气工程 系 电气工程及
5、其自动化 专业 2 班学生： 日期： 自 2011 年 11 月 21 日至 2011 年 12 月 2 日指导教师： 助理指导教师(并指出所负责的部分)：教研室： 教研室主任： 目 录第一章 电力系统功率平衡电力负荷分析是根据国民经济发展规划，计算相应的电力、电量的需求值，以便进行电力平衡和电量平衡，确定发电厂、变电站建设的布局、规模、进度，以及电网连接的规划等。因此功率平衡的计算极为重要。1.1 确定最大负荷与最小负荷根据典型负荷曲线图a和b及表1的资料可得：变电所A： =36 MW =36*0.7=25.2 MW变电所B： =20 MW =20*0.5=10 MW变电所C： =25 MW
6、 =25*0.7=17.5 MW变电所D： =22 MW =22*0.5=11 MW原变电所： =40.86 MW =20.43 MW1.2 计算有功平衡确定在两种情况下电网的发电负荷，以及系统向电网提供的功率。根据公式 系统用电负荷： =系统供电负荷： =系统发电负荷： =表1-1计算结果用电负荷（MW）供电负荷（MW）发电负荷（MW）发电机运行方式（MW）发电机总出力（MW）联络线上功率（MW）最大负荷143.86150.04180.69225+5010080.69最小负荷84.1389.5115.59225+409025.59根据发电厂设备的数据可知装机容量为=2*25+50=100MW
7、 因此 系统供电负荷故可知要由系统向发电厂送电。第二章 系统接线方案的选择2.1 电网电压等级的选择电压等级的选择是涉及面很广的问题，除了要考虑到输电容量和距离等各种因素外，还应该根据动力资源的分布及工业布局等远景发展情况，通过全面技术比较后，确定电网选择110kV电压等级。2.2 电网接线方式电网设计的基本原则是满足运行中的安全可靠性，近、远景发展的灵活适应性及供电的经济合理性的要求。可靠性主要是指应具有电力系统安全稳定导则所规定的额抗干扰能力，满足向用户安全供电的要求，防止发生灾难性的大面积停电。灵活性一是指能适应电力系统的近、远景发展，便于过度，尤其注意到远景电源建设和负荷预测的各种可能
8、变化；二是指能满足调度运行中可能发生的各种运行方式下潮流变化的要求。在满足上述要求的条件下，设计方案要节约电网建设费和年运行费，使计算费用达到最小。对于各种可能的接线方案，根据供电的可靠性、灵活性、经济性等原则，将明显不合理的方案舍去，通过对各方案断路器数及线路长度做比较后，保留以下方案，再做较详细的技术经济比较。 通过上述原则选择以下接线方案图：图2-1 接线原理图a方案一 优点：环网结构，结构简单，投资小；缺点：线路发生故障时会造成某些负荷节点电压降低，可靠性差。图2-2 接线原理图b方案二 优点：环网结构，可靠性高，结构简单；缺点：线路距离长，投资大。图2-3 接线原理图c方案三 优点：
9、结构简单，可靠性高；缺点：双回结构，投资大。图2-4 接线原理图d方案四 双回路，优点可靠性高；缺点：线路距离长，投资大。图2-5 接线原理图e方案五 优点：环网结构，结构简单，投资小；缺点：线路发生故障时会造成某些负荷节点电压降低，可靠性差。2.3线路长度（公里） 它反映架设线路的直接费用，其中双回路线路的长度应为地理长度的2倍。方案一： =143 km方案二：=191 km方案三：=236 km方案四：=186 km方案五：=168 km2.4断路器（台数） 由于断路器价格昂贵，在网络投资中占较大比例，所以需应统计在拟订的各设计方案中的断路器台数，以进行比较。这里暂以网络接线来统计断路器台
10、数，暂不考虑发电厂与变电站所需的断路器。考虑到一条单回线路的断路器需在两端各设置一个，故一条单回线路的断路器需2个。各种接线方案所需的断路器台数统计如下：方案一所需的断路器台数为10个；方案二所需的断路器台数为12个； 方案三所需的断路器台数为16个；方案四所需的断路器台数为16个；方案五所需的断路器台数为12个；2.5接线方案的初步选择根据以上的数据可以得出表2:-1表2-1 比较项目方案号 断路器数（台）线路长度（km）方案一10143方案二12191方案三16236方案四16186方案五12168综合考虑供电质量、操作简易程度、继保整合难度、建设运行的经济性，初选方案三和方案五。第三章
11、导线截面积的选择3.1导线截面积的选择原则和作法（1）送电线路的导线截面积，一般根据经济电流密度选择；对于大跨越导线的截面积，一般按长期允许载流量选择。（2）送电线路所采用的导线，应符合国家颁布的产品规格。（3）导线截面积的选择的一般作法：先按经济电流密度初选导线标称截面积，然后做电压损耗、机械强度、电晕、发热等技术条件的校验，有必要时还需作技术经济比较，确定导线截面积及其相应的导线型号。3.2按经济电流密度选择导线截面积根据导线截面积的计算公式：S=其中 S为导线截面（） P为送电容量（KW） 为线路额定电压（KV） J为经济电流密度（A/）根据典型日负荷曲线可算得线路的最大负荷利用小时数如
12、下： 负荷曲线a：=（6*0.7+10*0.8+2*0.9+6*1）*365=7300h 负荷曲线b：=（16*0.5+2*0.6+4*0.8+2*1）*365=5256h根据经济电流密度曲线可得相对应的经济电流密度如下：=0.82 A/ =1.07 A/因此，对于方案三：电压等级的选择如下表3-3表3-3 参数线路输送容量(MW)输送距离km所选电压等级kvGA3623110GB2050110GC2525110GD2220110导线GA: S=256导线GB : S=109导线GC: S=177导线GD : S=120选择导线型号：参数线路线路型号R(km/)x(km/)导线截面积线路长度Z
13、=rl+jxl()GALGJ-240/400.1310.401247233+j9.2GBLGJ-120/250.2230.4211085011.15+j21.05GCLGJ-185/300.170.410172254.25+j10.25GDLGJ-120/250.2230.421119204.46+j8.42 可计算电压损耗如下：=2.58KV %=2.3% =3.9KV %=3.5%=2.11KV %=1.92% =1.72KV %=1.06%功率损耗为：=0.39+j1.21MVA =0.46+j0.86 MVA=0.27+j0.65 MVA =0.22+j0.425 MVA 总的功率损耗
14、S=+=1.34+j3.15 MVA对于方案五：根据导线长度求线路功率分布如下：=37.76+j18.12 MVA =1.76+j0.84 MVA =18.24+j8.75 MVA=22.36+10.73 MVA =2.64+j1.27 MVA =24.64+j11.83 MVA电压等级的选择如下表： 参数线路输送容量(MW)输送距离km所选电压等级kvGA37.7623110AB1.762535GB18.2450110GC22.3625110CD2.642535GD24.6420110最大负荷利用小时数 =可得： =7204 h =5475 h=5256 h =5256 h=7300 h =
15、7300 h查表得到经济电流密度如下：=0.8 =1.08 =1.08 =0.85 =0.85 =1.08 根据导线截面积公式 S=可得 =259 =30=98 =153=54 =133因此可选择导线型号如下表：参数线路线路型号R(km/)x(km/)导线截面积线路长度Z=rl+jxl()GALGJ-240/400.1310.401259233.01+j9.22ABLGJ-35/60.9000.433302522.5+j10.83GBLGJ-120/250.2330.421985011.65+j21.05GCLGJ-185/300.1700.410153254.25+j10.25CDLGJ-5
16、0/80.630.423542515.75+j10.58GDLGJ-120/250.2330.421133204.66+j8.42 可计算电压损耗如下：=2.6KV %=2.3% =1.4KV %=4%=3.6KV %=3.2% =1.9KV %=1.7%=1.6KV %=4.6% =2.0KV %=1.8%功率损耗为：= 0.44+j1.34 MVA = 0.07+j0.03 MVA=0.76+j0.71 MVA =0.22+j0.53 MVA= 0.11+j0.07 MVA =0.29+j0.52 MVA 总的功率损耗S=+=1.89+j3.2 MVA3.3导线的校验3.3.1 按机械强度
17、校验导线截面积为保证架空线路具有必要的机械强度，按照相关规定，对于跨越铁路、通航河流、公路、通信线路及居民区的电力线路，其导线截面积不得小于35，通过其他地区的允许最小截面积在110kv线路时为25。因此，根据上述要求可知两个方案所选的导线机械强度均满足要求。3.3.2按电晕校验导线截面积当海拔高度不超过1000m时，在常用相间距离的情况下，如导线截面积不小于下表所列型号时，可不进行电晕校验。额定电压110220330500软导线型号LGJ-70LGJ-300LGJ-630LGJ-600LGJ-2300LGJ-4300管型径到线外203040通过上表可知，在额定电压110kv时，若导线截面积不
18、小于70时，可不进行电晕校验。因此，由两方案导线截面积的计算结果可知所选导线不必进行电晕校验，也就是说在以后的潮流计算中，可不考虑电纳对潮流分布的影响，将其近似看做零。3.3.3按允许载流量校验导线型号初选后，须计算最严重的运行方式下和事故运行方式下，实际的可能工作电流，将其与该型号导线长期允许载流量相比较，前者应小于后则。横截面积（mm）长期允许载流量（A）标称截面（mm）长期允许载流量（A）+70+80+70+8010889318553954816115121210577586251541602406556623518919530073574250234240400898901702892
19、9750010251024953573656301187118212040841780014031390150463472LGJ的长期允许载流量对于导线GA =210A 对于导线GB =117A对于导线GC =146A 对于导线GD =128A导线标称截面积最大持续工作电流Imax（A）合格？GALGJ-240/40210合格GBLGJ-120/25117合格GCLGJ-185/30146合格GDLGJ-120/25128合格根据以上数据，方案符合要求3.4 最佳方案的确定通过技术经济比较，通过最大负荷损耗时间法计算电网电能损耗（表1），确定最佳方案TmaxcosTmaxcos0.80.850
20、.900.951.000.800.850.900.951.0020001500120010008007005500410040003950375036002500170015001250110095060004650460045004350420030002000180016001400125065005250520051005000485035002350215020001800160070005950590058005700560040002750260024002200200075006650660065506500640045003150300029002700250080007400
21、73507250500036003500340032003000方案三：=0.396220+0.463675+0.276220+0.223675=3423（kw h/ 年）方案五： =0.446085+0.073675+0.763675+62200.22+0.116220+0.293952.5=6133 （kw h/ 年）因此根据电压损耗和功率损耗，最终确定方案三为理想方案。输送线路上重要负荷都很多，所以为了安全性考虑第四章 主变容量台数的选择4.1主变的选择原则（1）主变容量和台数的选择，应根据电力系统设计技术规程SDJ161-85有关规定和审批的电力规划设计决定进行。（2）与电力系统连接的
22、220kv或者110kv的变压器，若不受运输条件限制，应选择三绕组变压器。（3）主变台数的确定。为保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。对大型枢纽变电站，应根据工程的需要，装设2-4台主变。当变电所装设两台及以上主变时，每台容量的选择应按照其中任意一台停运时，其余容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的60%-70%，通常采用60%。（4）当系统有调压要求时，应采用有载调压变压器。4.2主变容量的确定（1）为了正确选择主变容量，要绘制变电所的年、月、日负荷曲线，并从该曲线得出变电所的年日最高负荷和平均负荷。（2
23、）主变容量的确定应根据电力系统5-10年得发展规划进行。（3）主变的最大负荷按下式确定： P 式中 K为负荷同时系数 为按负荷等级统计的综合用电负荷对于两台变压器的变电所，其主变的额定容量可按下士确定：=（0.6/0.9）*总的安装量为：=2*0.6/0.9如此，当一台变压器停运，考虑变压器的过负荷能力则可以保证90%的负荷供电。4.3发变电所主变压器的选择变电所主变压器的选择原则如下几点：（1） 变电所中，一般装设两台主变压器：终端或分支变电所，如只有一个电源进线，可只装设一台主变压器；对于330kv、500kv变电所，经技术经济比较为合理时，可装设3-4台主变压器。（2） 对于330kv及
24、以下的变电所，在设备运输不受限制时，均采用三相变压器。（3） 装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故停运时，其余的主变压器的容量应保证该所全部负荷的60%以上，并保证用户的一级和全部二级负荷的供电。（4） 具有三种电压等级的变电所，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但须装设无功补偿设备时，主变压器一般选用三绕组变压器。（5） 与两种110kv及以上中性点直接接地系统连接的变压器，一般优先选用自耦变压器，当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时，应根据无功功率的潮流情况，校验公共绕组容量，以免在某种运行方式下，限制自耦变压器输出功率。（6） 对于深入负荷中心
25、的变电所，为简化电压等级和避免重复容量，可采用双绕组变压器。4.4两种方案的主变的选择相关的设计规范规定，选择的变压器容量Se需要满足以下两个条件： （1） （2）其中，为变电所的最大负荷容量；为变电所的全部重要负荷容量。因为A、B、四个变电所都有重要负荷，所以每个变电所都选择两台主变压器。变电所 (0.6-0.7)=2428 MVA 0.75=30 MVA 选择两台主变为 SFZ7-31500/110B变电所 (0.6-0.7)=13.3315.56 MVA 0.5=11.11 MVA 选择两台主变为 SFZ7-25000/110C变电所 (0.6-0.7)=16.6719.44 MVA 0
26、.65=18.05 MVA 选择两台主变为 SFZ7-25000/110D变电所 (0.6-0.7)=14.6717.11 MVA 0.60=14.67 MVA 选择两台主变为 SFZ7-25000/110因此，选择结果可列于下表型号参数变电所型号额定电压（KV）损耗（KW）空载电流I%阻抗电压U%阻抗（）Z=R+jX高压低压空载负载SFZ7-31500/110110+8*1.25%1142.21481.110.51.8+j40.33BSFZ7-25000/110110+8*1.25%1135.51231.110.52.38+j50.82CSFZ7-25000/110110+8*1.25%11
27、35.51231.110.52.38+j50.82DSFZ7-25000/110110+8*1.25%1135.51231.110.52.38+j50.82变压器型号及参数第五章 选定方案的潮流计算5.1线路电抗的计算根据前面所求数据，可以得出线路阻抗分布图如下所示：线路阻抗分布图5.2.负荷的计算5.2.1以末端电压为额定电压110KV计算分别计算A、B、C、D处的运算负荷及节点电压 =0.24+j5.33 MVA =6.92kV =0.10+j2.07 MVA =4.48 kV=0.15+j3.24 MVA =6.08 kV =0.12+j2.51 MVA =5.35 kV=36.24+j
28、22.61 MVA =116.92 kV =20.1+j11.67 MVA =114.87 kV=25.15+j15.24 MVA =116.08 kV=22.12+j13.07 MVA =115.35 kV线路损耗、线路电压损耗计算如下： =36.25+j22.64 MVA =20.12+j11.71 MVA=25.16+j15.26 MVA =22.13+j13.09 MVA 5.2.2以发电厂电压110*（1+10%）=121kv计算分别计算A、B、C、D处的运算负荷及节点电压=2.62 kV =118.38 kV =3.89 kV =17.11 kV=2.18 kV =18.82 kV
29、 =1.73 kV =19.27 kV变压器上的损耗=8.25 kV =110.13 kV =5.47 kV =111.64 kV=6.69 kV =112.13 kV =6.01 kV =113.26kV所以发电机发出的总的最大功率(除了节点，)S= + =103.66+j62.7 MVA可得最终的分布图如下图所示：参考文献：1电力工程电气设计手册（1.2）西北电力设计院水利电力出社 1990年出版2电力系统课程设计及毕业设计参考资料 曹绳敏 编东南大学出版社 1995年出版3发电厂电气部分范锡普 编 四川联合大学出版社 1995年出版4高电压技术胡国槐、王战峰 编 重庆大学出版社 1996
30、年出版5发电厂电气部分课程设计参考资料黄纯华 编 中国电力出版社，2001年出版6工厂常用电气设备手册曹绳敏 编 东南大学出版社 7高电压技术 胡国根 王战铎 编 重庆大学出版社8电力系统 华智明 编 重庆大学出版社9 BMWEEDY。Electric Power Systems.JOHN WILEY&SONS.197910 O.I.ELGERD Energy Systems Theory And Introduction.McGraw-Hill Book Co. 198211 Blackburn J L,et al.Applied Protective Relaying:2nd Editio
31、n.CoralSprings:Westinghouse Electric Corporation (Relay-Instrument Division) 1982 附录计算书1 计算有功平衡确定在两种情况下电网的发电负荷，以及系统向电网提供的功率。根据公式 系统用电负荷： =系统供电负荷： =系统发电负荷： =其中 为n个变电站负荷之和 为同时率，取1.0 为网损率，取6% 为厂用电率，取7% 为发电机直配负荷，取18MW系统用电负荷： =（+）=1.0*（36+20+25+22）=103 MW =（+）=1.0*（25.2+10+17.5+11）=63.7 MW系统供电负荷： =103/（1
32、-0.06）=109.57 MW=63.7/（1-0.06）=67.77 MW系统发电负荷： =（109.57+18）/（1-0.07）=137.17 MW=（67.57+18）/（1-0.07）=92.01 MW联络线上的功率：=-=137.17-2*25-50=37.17 MW =-=92.01-2*25-40=2.01 MW2.线路长度（公里） 它反映架设线路的直接费用，其中双回路线路的长度应为地理长度的2倍。方案一： =23+25+50+25+20=143 km方案二：=23*2+50+50+25+20=191 km方案三：=（23+50+25+20）*2=236 km方案四：=（23
33、+25+25+20）*2=186 km方案五：=23+25+50+25+25+20=168 km 3.对于方案三潮流计算：电压等级的选择如下表： 参数线路输送容量(MW)输送距离km所选电压等级kvGA3623110GB2050110GC2525110GD2220110导线GA: S=256导线GB : S=109导线GC: S=177导线GD : S=120选择导线型号：参数线路线路型号R(km/)x(km/)导线截面积线路长度Z=rl+jxl()GALGJ-240/400.1310.401247233+j9.2GBLGJ-120/250.2230.4211085011.15+j21.05G
34、CLGJ-185/300.170.410172254.25+j10.25GDLGJ-120/250.2230.421119204.46+j8.42 可计算电压损耗如下：=2.58KV %=2.3%=3.9KV %=3.5%=2.11KV %=1.92%=1.72KV %=1.06%功率损耗为：=（R+jX）=(3+j9.2)=0.39+j1.21MVA=（R+jX）=(11.15+j21.05)=0.46+j0.86 MVA=（R+jX）=(4.25+j10.25)=0.27+j0.65 MVA=（R+jX）=(4.46+j8.42)=0.22+j0.425 MVA 总的功率损耗S=+=1.3
35、4+j3.15 MVA4.按允许载流量校验:导线型号初选后，须计算最严重的运行方式下和事故运行方式下，实际的可能工作电流，将其与该型号导线长期允许载流量相比较，前者应小于后则。横截面积（mm）长期允许载流量（A）标称截面（mm）长期允许载流量（A）+70+80+70+80108893185539548161151212105775862515416024065566235189195300735742502342404008989017028929750010251024953573656301187118212040841780014031390150463472LGJ的长期允许载流量对于导
36、线GA =210A对于导线GB =117A对于导线GC =146A对于导线GD =128A5. 最佳方案的确定通过技术经济比较，通过最大负荷损耗时间法计算电网电能损耗（表1），确定最佳方案方案三：查表可得： 对于GA =6220 h 对于GB =3675 h 对于GC =6220 h对于GD =3675 h根据公式 其中 为对大负荷时功率损耗为最大负荷孙浩小时数=0.396220+0.463675+0.276220+0.223675=3423（kw h/ 年）方案五： 查表可得： 对于GA =6085 h 对于GD =3952 h 对于AB =3675 h对于GB =3675 h对于GC =6220 h 对于CD =6220 h =0.446085+0.073675+0.763675+62200.22+0.116220+0.293952.5=6133 （kw h/ 年）
