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1、电气工程基础课程设计课题名称： 高压配电网的设计 专 业：电气工程及其自动化班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 机械工程学院 2014年6月目 录摘要- 1 -ABSTRACT- 2 -第一部分 设 计 任 务 书- 3 -1.1 高压配电网的设计内容- 3 -1.2 设计文件及图纸要求- 3 -1.3 原始资料- 3 -第二部分 设 计 说 明 书- 5 -2.2高压配电网的电压等级和接线方式- 5 -2.2.1技术指标比较- 5 -2.2.2经济指标比较- 6 -第三部分 计算书- 8 -3.1 有功功率平衡- 8 -3.2高压配电网电压等级的选择- 8 -3.3 变电所主变容量的选
2、择- 8 -3.4选择导线截面- 9 -3.4.1导线截面的计算- 9 -3.4.2导线截面校验- 11 -3.5正常和故障情况下的电压损耗- 13 -3.6通过技术经济比较确定最佳方案- 15 - 3.7选定方案的潮流计算- 18 -3.8调压计算- 20 -3.9联络线上的潮流计算- 20 -致谢- 21 -参考文献- 22 -摘 要随着电力在国民经济发展中的作用的日益突出，电网作为联系电能生产企业与用户的桥梁，用户对电能质量、供电可靠性的要求日益提高，而电网的设计作为电网建设中的重要一环主要包括：变电站、输电线路和配电网络。它的主要作用是连接发电厂和用户，以一定的电压和频率把电能供应给用
3、户。本设计是作一110KV 配电网的规划设计。本文简明扼要地介绍了高压配电网设计的过程与方法。根据已有的知识与经验设想出几种备选的方案，通过技术经济比较，主要从以下几个方面：根据负荷资料、待设计变电所的地理位置和已有电厂的供电情况，作出功率平衡；根据经济电流密度选择导线，按机械强度、电晕、载流量等情况进行校验；进行电网功率分布计算各方案的电能损耗、线路投资、变电所投资、年运行费用。最后根据潮流计算结果对确定的方案评定调压要求，选定调压方案。关键词：高压配电网；接线方案；潮流计算；调压方案；ABSTRACTWith the function of power in the development
4、 of the national economy have become prominent increasingly, grid as a bridge between power production enterprises and users.Consumers requirement of improving power quality and supply reliability is increasing gradually.The grid design is an important part of the electric power system.It contains:S
5、ubstation, transmission and distribution network. : it mainly includes substations, transmission lines and distribution networks. Its main role is to connect the power plants and users and offer the user power with a certain voltage and frequency .This design is for a 110KV distribution network plan
6、ning . The process and method of high voltage distribution network design is introduced briefly in this paper. Its main design elements: In accordance with the load information, the location of the substation to be designed and existing power plants supply situation and make the power balance. Selec
7、t the conductor according to the economic current density, and verify wire according to mechanical strength, corona, carrying capacity and so on .Calculate the power consumption ,line investment ,substation investment and running costs according to the power distribution of each program. Determine t
8、he optimal solution of voltage regulation scheme according to the results of power flow calculation.Key words: high voltage distribution network, wiring scheme,voltage regulation scheme第一部分 设 计 任 务 书1.1 高压配电网的设计内容（1）根据地负荷资料、待设计变电所地理位置和已有电厂的供电情况，作出功率平衡。（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）进行电网功率分布及
9、电压计算，评定调压要求，选定调压方案。（4）评定电网接线方案。 1.2 设计文件及图纸要求（1）设计说明书一份；（2）计算书；（3）系统接线图一张。1.3 原始资料（1）高压配电网设计的有关原始资料如下：1）发电厂、变电所地理位置，见图1-1。 2）原有发电厂主接线图，见图1-2及设备数据。 图1-1 发电厂、变电所地理位置图 图1-2 发电厂电气主接线图3） 待建变电所有关部资料，见表1-1。表1-1 待建变电所有关部资料 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 () A 30 09 10 顺A 75 B 18 09 10 逆B 50 C 32 09 10
10、 顺A 65 D 22 09 10 顺B 60 4） 典型日负荷曲线如图1-3所示。（a） 典型日负荷曲线a （b）典型日负荷曲线b 图1-3 典型日负荷曲线5）其他说明： 功率初步平衡，厂用电率为7%，线损率为6%；各负荷最大同时系数取1.0；本高压配电网多余功率送回系统，功率缺额由系统供给；除特别说明之外，高压侧均按屋外布置考虑配电装置；待设计各变电所低压出线回路数。电压为10kV时，每回出线按15002000KW考虑；已有发电厂和变电所均留有间隔，以备发展；区域气温最高为40，年平均温度为25，最热月均最高气温32。（2）设备数据表如下：1）发电机的G1 、G2 ，G3: QFQ502，
11、QFQ-125-2.2）变压器的T1、T2：SFZ763000/110 T3：SFZ7160000/110。 第二部分 设 计 说 明 书2.1. 高压配电网有功平衡的计算结果高压配电网有功平衡计算结果见表2-1表2-1 高压配电网有功平衡的计算结果计算结果原有电网发电负荷（MW）新建电网发电负荷（MW）总发电负荷（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40.86117.24158.1025+25+5010058.10最小负荷20.4372.8793.3025+25+40903.302.2高压配电网的电压等级和接线方式2.2.1技术指标比较 电压等级定为
12、110KV。 备选的接线方案如图2-1所示。 （a）接线方案1； （b）接线方案2 图2-1 接线方案选择导线截面面积如表2-2所示。表2-2 导线截面积选择结果方案1方案2方案1方案2GA:2LGJ-185GA: LGJ-185GC: LGJ-185GC: LGJ-185AB:2LGJ-120GB,AB: LGJ-150GD,CD: LGJ-120GD,CD: LGJ-120计算最大电压损耗如表2-3所示。表2-3 最大电压损耗比较方案1方案2正常故障正常故障最大损耗允许损耗最大损耗允许损耗最大损耗允许损耗最大损耗允许损耗4.5%10%8.2%15%4.7%10%14.5%15%2.2.2经
13、济指标比较 电能损耗如表2-4所示。表2-4 一年电能损耗及其费用比较方案电能损耗（）总费用（万元）CD所接线A.B所接线总损耗方案1274.41380654.41229.04方案2274.41486.33760.74266.66 线路投资如表2-5所示。表2-5 线路投资比较（万元） 方案C.D所接线A.B所接线总投资方案11152.501399.842552.34方案21152.501541.442693.94 变电所投资如表2-6所示。表2-6 变电所投资比较（万元）方案C.D所接线A.B所接线总投资方案126203134.45754.4方案2262029025522 每年的折旧、维护管
14、理及小修费用如表2-7所示。表2-7 每年的折旧、维护管理及小修费用（万元） 方案C.D变电所A.B变电所总费用送电工程变电工程送电工程变电工程方案180.68340.698407.47926.75方案280.68340.6107.9377.26906.44注：每年费用占投资的百分比：线路取7%；变电所取13%。 抵偿年限法或者年费用最小法进行经济比较。其中：i.年费用法。方案1的年费用是2044.92万元；方案2的费用是2052.13万元。因此，选定方案1.ii.抵偿年限法。方案1的投资大而年运行费少，方案2的投资小而年运行费大。二者的抵偿年限为5.37年，小于6-8年。因此，选取方案1.第
15、三部分 计算书3.1 有功功率平衡 （1）.在最大负荷情况下的发电负荷新建电网 原有电网 PL2=(121.5+210)/(1-0.07)=40.86(MW)总的发电负荷 PL=PL1+PL2=117.24+40.86=158.10（MW）发电机发出的功率PG=252+50=100(MW)联络线上的潮流 Ps=PG- PL=100-158.10=-58.10(MW)系统向该高压配电网送电58.10MW。（2）.在最小负荷情况下的发电负荷新建电网 PL1=(300.7+180.5+320.7+220.5)/(1-0.07-0.06) =72.87(MW)原有电网 PL2=40.860.5=20.
16、43(MW)总的发电负荷 PL=PL1+PL2=72.87+20.43=93.30(MW)发电机发出的功率PG=225+40=90(MW)联络线上的潮流 Ps=PG- PL=90-93.30=-3.30(MW)系统向该高压配电网送电3.30MW。3.2高压配电网电压等级的选择 网电压等级决定于输电功率和输电距离，还要考虑到周围已有电网的电压等级。本设计选择220KV。3.3 变电所主变容量的选择 变电所主变容量需同时满足以下两个条件：a.b.其中，为变电所的最大负荷容量；为变电所的全部中药负荷容量。因为A、B、C、D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。 A变电所 Se(0.6
17、0.7)30/0.9=2023.33(MVA) Se0.7530/0.9=25(MVA) 选取两台SFZ9-25000/110。 B变电所 Se(0.60.7)18/0.9=1214(MVA) Se0.5018/0.9=10(MVA) 选取两台SFZ9-16000/110。 B变电所 Se(0.60.7)32/0.9=21.3324.89(MVA) Se0.6532/0.9=23.11(MVA) 选取两台SFZ9-25000/110。 C变电所 Se(0.60.7)22/0.9=14.6717.11(MVA) Se0.5018/0.9=10(MVA) 选取两台SFZ9-20000/110。3.
18、4选择导线截面3.4.1导线截面的计算首先计算不同负荷曲面的最大负荷小时数Tmax。负荷曲线a：=24365(0.76+0.810+0.92+1.06)/24=7300(h)负荷曲线b：=24365(0.516+0.84+0.62+1.02)/24=5256(h)(一) 方案1(1) 忽略变压器损耗，其功率因数为0.9，计算各变电所的最大负荷如下：变电所A 变电所B 变电所C 变电所D (2)每段导线流过的最大电流。在正常情况下，A变电所110KV侧分断路器闭合10KV侧分段断路器分开；B变电所110KV侧的桥断路器闭合和10KV侧分断路器分开；C、D变电所网接线开环运行。 根据每段导线的查表
19、，且应用直线插值发得到的经济电流密度如下： GA：GA段的取变电所A和B负荷的加权平均数。 =(525618+730030)/(18+30)=6533.5 (h)；J=0.96() AB：= =5256(h),J=1.064() GC：= =0.816() GD：= =1.064() 每段导线流过的最大电流、经济截面和选择的导线型号如下：GA:双回线中的一回线I=0.5(18+30)1000/(1100.9)139.93(A),S=139.93/0.96145.76(),选取的导线型号为LGJ-185。 AB:双回路中的一回线I=0.5181000/(1100.9)52.49(A),S=52.
20、49/1.06449.33(mm2),选取的导线型号为LGJ-120。GC： I=321000/(1100.9)186.62(A),S=186.62/0.816228.71(mm2),选取的导线型号为LGJ-185。 GD： I=221000/(1100.9)128.30(A),S=128.30/1.064120.58(mm2),选取的导线型号为LGJ-120。CD：与GD段相同，选取的导线型号为LGJ-120。(二) 方案2 方案2的C.D变电所接线与方案一完全相同。下面只列出与方案一的变电所A、B接线部分。在正常情况下，变电所B的高压侧由变电所A送电的线路断路器断开，变电所A、B的桥断路器
21、皆合上。故障(或检修)情况是指线路GB退出运行，变电所B的高压侧由变电所A送电的线路断路器合上，变电所A向B送电，变电所A、B的桥断路器皆合上。1. 计算各变电所的最大负荷变电所A： 变电所B 2每段导线流过的最大电流线路GA的负荷曲线类型是(a)型，Tmaxa=7300(h)；线路GB的负荷曲线类型是(b)型，Tnaxb=5256(h)。每段导线流过的最大电流和选择的经济截面如下：GA：单回线I=301000/(1100.9)174.96(A),S=174.96/0.916=191(mm2)GB：单回线I=181000/(1100.9)104.98(A),S=104.98/1.064=98.
22、66(mm2)3.4.2导线截面校验分几种情况进行校验。1）按机械强度校验导线的界面积。为保证架空线路具有必要的机械强度，相关规程规定，110KV不得采用单股线，其最小截面如表3-1所示。对于更高等级线路，规程未作规定，一般则认为不得小于35 mm2。因此，所选的全部导线满足机械强度的要求。表3-1 满足机械强度要求的导线最小截面(mm2)导线类型通过居民区通过非居民区铝绞线3525钢芯铝线2516钢线16162）按电晕校验导线截面积。表3-2 不必验算电晕临界电压的导线最小直径和相应型号额定电压(KV)110220330500 (四分裂)750(四分裂)单导线双分裂导线外径(mm2)9.62
23、1.433.1相应型号LGJ-50LGJ-240LGJ-6002LGJ-2404LGJQ-3004LGJQ-400校验时注意：对于330KV及以上电压的超高压线路，表中所列仅供参考；分裂导线次导线间距为400 mm2所选的全部导线满足电晕要求。3)按允许载流量校验导线截面积。允许载流量根据热平衡条件确定的导线长期处 于通过的电流。因此，所有线路都必须根据可能出线的长期运行情况作载流量校验。相关规定规程，进行这种校验时，钢芯铝绞线的允许温度一般取70.按此规定并取导线周围环境温度为25时，各种导线的长期允许通过电流如表3-3所示。表3-3 导线长期允许通过电流(A)截面积(mm2)标号35507
24、095120150185240300400LJ170215265325375440500610680830LGJ170220275335380445515610700800表3-4 不同周围环境温度下的修正系数环境温度-505101520253035404550修正系数1.291.241.201.151.111.051.000.940.880.810.740.67如果最高气温的最高平均温度不用于25，则还应该按表3-4所列修改正系数对表3-3中的数据进行修正。 按经济电流密度选择的导线截面积一般都比按正常运行情况下的允许载流量计算的截面积大，所以不必作校验。 本电压配电网所在地区的最高气温月的
25、最高平均温度为32，应用插值法得到温度修正系数取0.916。GA：双回路断开一回，流过另一回的最大电流为2139.93=279.86A，小于0.916515A。LGJ-185导线满足要求。AB：双回线断开一回，流过另一回的最大电流为257.44=114.88A，小于0.916380A。LGJ-120导线满足要求。GC：GD断开，由C变电所通过路线CD给D变电所供电，流过GC的最大电流为186.62+128.30=314.92A，小于0.916515A。LGJ-185导线满足要求。GD：GC断开，由D变电所通过路线CD给C变电所供电，流过GD的最大电流为186.62+128.30=314.92A
26、，小于0.916380A。LGJ-120导线满足要求。3.5正常和故障情况下的电压损耗 方案一线路参数如下： LGJ-120/25：r1=0.263/km,x1=0.421/km,QC,L=3.572Mvar/100km。 LGJ-185/30：r1=0.170/km,x1=0.410/km,QC,L=3.675Mvar/100km。 LGJ-300/40：r1=0.105/km,x1=0.395/km,QC,L=3.820Mvar/100km。 分别计算变电所A、B、C、D的运算负荷，再计算发电厂的运算功率。应用潮流计算程序可以得到的结果见表3-5、表3-6。 表3-5 方案1在正常情况下的
27、节点电压运行情况节点电压(KV)最大电压损耗(%)ABCDGSS-BS-B最大负荷111.65110.52111.73112.00113.98115.504.5-最小负荷108.60107.81108.34108.96109.93110.00-2.0表3-6 方案1在故障情况下的节点电压运行方式节点电压(KV)最大电压损耗(%)ABCDGSS-BS-C断开GA-回路109.08107.91111.62111.89113.88115.504.5-断开GC,连接CD111.54110.40106.49109.45113.87115.50-8.2 方案二：应用潮流计算程序得到的结果见表3-7和表3-
28、8。表3-7 方案2在正常情况下的节点电压运行情况节点电压(KV)最大电压损耗(%)ABCDGSS-BS-B最大负荷111.31110.32111.72112.00114.00115.504.7-最小负荷108.63107.36108.34108.94109.93110.00-2.4表3-8 方案2在故障情况下的节点电压运行方式节点电压(KV)最大电压损耗(%)ABCDGSS-BS-C断开GA-回路98.69103.27112.42112.70114.66115.5014.5-断开GC,连接CD110.86109.87106.13109.10113.43115.50-8.23.6通过技术经济比
29、较确定最佳方案(1)通过最大负荷损耗时间法计算电网电能损耗。(2)计算年费用和抵偿年限。其中： 1)线路的电能损耗：方案1：GA: P=0.65MW, max=4500h；A=6504500KWh=292.5104(KWh)AB: P=0.14MW, max=6250h；A=1406250KWh=87.5104(KWh)GC: P=0.28MW, max=6250h；A=2806250KWh=175104(KWh)GD: P=0.27MW, max=3682h；A=2706250KWh=99.41104(KWh) A1=292.5+87.5+175+99.41=654.41104(KWh)方案
30、2：GA: P=0.54MW, max=3682h；A=5403682KWh=198.83104(KWh)GB: P=0.46MW, max=6250h；A=4606250KWh=287.5104(KWh)GC，GD：与方案1相同。 A2=198+287.5+175+99.41=760.74104(KWh)方案2与方案1的线损之差为760.74-654.41=106.33104(KWh) 2）线路投资：方案1：变电所A、B的接线：LGJ-185双回路23km；LGJ-120双回路25km。17.78231.8+14.75251.8=1399.84(万元) 变电所C、D的接线：LGJ-185线路
31、25km；LGJ-120线路45km。 17.7825+14.7545=1152.5(万元) 线路投资=1399.84+1152.5=2552.34(万元)方案2：变电所A、B的接线：LGJ-185线路23km；LGJ-150双回路75km。17.78231.8+14.75251.8=1399.84(万元) 变电所C、D的接线：LGJ-185线路25km；LGJ-120线路45km。 17.7825+14.7545=1152.5(万元) 线路投资=1399.84+1152.5=2552.34(万元)方案2与方案1的线路投资之差为 2693.94-2552.34=141.60(万元) 3)变电所
32、投资：方案1：变电所A高压侧采用单母线分段，变电所B高压侧采用内桥接线。变电所A、B、C、D投资之和为(1686+58.14)+1216+1404+1216=5754.4(万元)。其中变电所A比典型接线多出4个间隔的费用为58.14=232.4(万元)。110KV新建变电所(216MVA)的单元造价取380元/KVA，则其造价为380216103=1216104元=1216(万元)。方案2：变电所A、B、C、D均采用内桥接线。变电所A、B、C、D投资之和为1686+1216+1404+1216=5522(万元)。 4)工程总投资：方案1的工程总投资为 Z1=2552.34+5754.4=830
33、6.74(万元)方案2的工程总投资为 Z2=2693.94+5522=8215.94(万元)方案1和方案2的工程投资之差为 Z1 -Z28306.74-8215.94=90.8(万元) 5)年运行费：维修电力网正常运行每年所指出的费用，成为电力网的年运行费。年运行费包括电能损耗费，折旧费，小修费，维修管理费。电力网的年运行费可以计算为 u=A+ =A+(+)Z (8-1)式中 计算电价，元/ KWh；A每年电能损耗，KWh； Z电力网工程投资，元；PZ折旧费百分数； PX小修费百分数； PW维护管理费百分数； 电力网的折旧、小修和维护管理费占总投资的百分数由主管部门制定，表3-9可以作为参考。
34、表3-9 电力网的折旧、小修和维护管理费占总投资的百分数设备名称折旧费(%)小修费(%)维护管理费(%)总计(%)木杆架空线铁杆架空线钢筋混凝土架空线电缆线路15MVA以下的变电所1540MVA的变电所4080MVA的变电所80150MVA的变电所84.54.53.5666610.50.50.5111142227654.51377614131211.5本设计采用钢筋混凝土架空线，变电所容量在1540MVA之间。方案2与方案2的年运行费之差为 =0.35(486.33-380)+141.607%-232.413%=16.92(万元)6)计算年费用或抵偿年限。又分：方法一：年费用最小法。年费用的计
35、算公式为 式中 AC年费用，平均分布在m+1到m+n期间的n年内； Z工程总投资； 年利率，取=6.6%； u年运行费。方案1：AC1=8306.740.066(1+0.066)15(1+0.066) 15-1+0.35654.41+2552.347%+5754.413%=889.15+229.04+178.66+748.07=2044.92(万元) 方案2：AC2=8215.940.066(1+0.066)15(1+0.066) 15-1+0.35760.74+2693.947%+552213%=879.43+266.26+188.58+717.86=2052.13(万元)方案1的年费用比方
36、案2小，选取方案1。因为两个方案的年费用相差不大，所以再用抵偿年限法进行判断。方法二：抵偿年限法。在电力网设计方案选择时，如果两个方案的其中一个工程投资大而年运行费用小；另一个方案工程投资小而年运行费用大时，那么用抵偿年限法来判断。抵偿年限法的含义是：若方案1的工程投资大于方案2，而方案1的年运行费小于方案2，则由于方案1的年运行费的减少，在多少年内能够抵偿所增加的投资，用公式表示 式中 Z1 、Z2方案1、方案2的工程投资； u1、 u2方案1、方案2的年运行费；一般标准抵偿年限为68年。负荷密度大的地区取较小值；负荷密度小的地区取较大值。按照抵偿年限法进行设计方案比较时，当T小于标准抵偿年
37、限时，选取投资大年费用小的方案；当T大于抵偿年限时，选择投资小运行费用大的方案。本设计方案的抵偿年限为 =90.8/16.92=5.37(年)因此，选取投资大，年运行费小的方案1。3.7选定方案的潮流计算各种选定方案的潮流计算结果见表3-10表3-14。表3-10 各节点分别采用的计算负荷(SB=100MVA)运行状况变电所A变电所B变电所C变电所D发电厂GP1Q1P2Q2P3Q3P4Q4P5Q5最大负荷0.300.20110.180.11310.320.14150.220.1262-0.5914-0.4436最小负荷0.150.09390.1260.07580.160.09480.110.0
38、582-0.5457-0.3383表3-11 在最大负荷运行方式下节点电压(KV)平衡节点S发电厂节点G变电所A变电所B变电所C变电所D115.5113.98111.65110.52111.73112表3-12 在最大负荷运行方式下线路功率(MVA)节点123456120.14+j11.54-56.14-j31.652-20-j11.313-25-j14.154-22-j12.62556.79+j33.3225.28+j14.8322.27+j13.05-45.2-j16.74645.49+j17.80表3-13 在最小负荷运行方式下节点电压(KV)平衡节点S发电厂节点G变电所A变电所B变电所
39、C变电所D110109.93108.60107.81108.34108.96表3-14 在最小负荷运行方式下线路功率(MVA)节点123456114.07+j7.69-32.07-j17.082-14-j7.583-17.5-j9.484-11-j5.82532.29+j17.6117.64+j9.8311.07+j5.93-6.43+j0.6466.44-j0.443.8调压计算根据调压要求选定的分接头和变电所低压侧的电压见表3-15。运行状况变电所A(顺调压)变电所B(逆调压)变电所C(顺调压)变电所D(逆调压)分接头电压(KV)分接头电压(KV)分接头电压(KV)分接头电压(KV)最大负荷-41.25%10.30-41.25%10.43-41.25%10.26-41.25%10.24最小负荷-41.25%10.62-41.25%10.02-41.25%10.63-41.25%10.61表3-15 根据调压要求选定的分接头和变电所低压侧的电压3.9联络线上的潮流计算应用第七章潮流计算程序计算在最大负荷的多种运行方式下的潮流分布，结果见表3-16。表3-16 通过联络线的潮流和变电所节点电压运行方式联络线节点电压(KV)电流(A)功率因数ABCD联络线断开一回260.430.9237110108.86110.01110.365万KV；机组
