電力系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計.doc

I 目 錄 1 引言.1 2 電力系統(tǒng)有功功率平衡和發(fā)電廠裝機(jī)容量的確定 3 3 確定電力網(wǎng)的最佳接線方案 5 3.1 網(wǎng)絡(luò)方案的初選 5 3.2 確定電力網(wǎng)絡(luò)的最佳接線方式 6 4 發(fā)電廠及變電所電氣主接線的確定 .16 4.1 電氣主接線設(shè)計原則 .16 4.2 發(fā)電廠及變電所的電氣主接線確定 .16 5 選擇發(fā)電廠及變電所的主變和高壓斷路器 .18 5.1 主變壓器的選擇 .18 5.2 高壓斷路器的選擇與校驗 .19 6 各種運(yùn)行方式下的潮流計算 .45 6.1 豐水期的潮流計算 .46 6.2 枯水期的潮流計算 .60 7 電力系統(tǒng)無功功率平衡及調(diào)壓計算 .75 7.1 電力系統(tǒng)無功功率平衡的計算 .75 7.2 調(diào)壓計算 .76 8 總結(jié) .80 參考文獻(xiàn) 81 謝 辭 82 1 1 引言 電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最重要的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)的第一基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是關(guān) 系國計民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中的優(yōu)先發(fā)展重點。作為一種先進(jìn)的生產(chǎn) 力和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，電力行業(yè)對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會進(jìn)步起到重要作用。近些年來，隨著 我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速健康發(fā)展，電力工業(yè)也突飛猛進(jìn)，電力建設(shè)項目在全國遍地開花。因此， 做好電力系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃工作，事關(guān)國家的長治久安和人民群眾的切身利益，也是我們這些 即將走上工作崗位的大學(xué)生義不容辭的責(zé)任。 1 隨著我國各大區(qū)域電網(wǎng)公司的組建，在區(qū)域電力市場發(fā)展的同時，需要加強(qiáng)區(qū)域電網(wǎng)的 統(tǒng)一調(diào)度，運(yùn)行方式的統(tǒng)一安排和電網(wǎng)的統(tǒng)一管理。包括負(fù)荷的統(tǒng)一安排，電廠檢修的統(tǒng)一 安排，負(fù)荷的統(tǒng)一平衡。同時，在區(qū)域電網(wǎng)之間建立一個機(jī)制來加強(qiáng)計劃、協(xié)調(diào)、溝通和控 制，也是亟待考慮的一個重要課題。強(qiáng)制性的電力可靠性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程可以在電力系統(tǒng)控制的 基礎(chǔ)層面幫助解決計劃，協(xié)調(diào)和溝通系統(tǒng)之間的崩潰。中國實行“廠網(wǎng)分開”以后，必須建 立合理的電網(wǎng)投資回報機(jī)制，設(shè)計合理的輸電電價體系，以吸引電網(wǎng)的持續(xù)投資。與此同時， 為適應(yīng)電力需求快速增長，電網(wǎng)規(guī)劃需要有一定的提前性，適度超前以較好地適應(yīng)發(fā)展的需 求。 隨著電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)逐漸加強(qiáng)，電力系統(tǒng)中短路電流水平逐年攀升，部分 變電站的 220 kV 與 500 kV 母線的短路電流超過 50kA，甚至直逼 63kA。由于短路電流是 2 電網(wǎng)導(dǎo)體與設(shè)備選擇、計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，短路電流的增大過快己成為電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、 運(yùn)行面臨的重大問題。而合理規(guī)劃電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是限制短路電流的根本措施，特高壓交直流電網(wǎng) 的建設(shè)對電網(wǎng)規(guī)劃提出新的要求。在現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，局部適當(dāng)調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式，是 抑制短路電流較為便捷的手段。采用傳統(tǒng)的高阻抗設(shè)備、限流電抗器等，可以較好地限制短 路電流，同時投資增加不大，目前在國內(nèi)外電網(wǎng)中己經(jīng)廣泛應(yīng)用，但使用時要考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 與運(yùn)行方式等限制條件。提高中壓配電網(wǎng)的電壓等級，在增大輸送容量的同時有效降低了配 電網(wǎng)的短路電流。采用高遮斷容量的開關(guān)設(shè)備只是一種適應(yīng)性的手段，并不是限制手段。新 型短路電流限制器與可控式串聯(lián)電抗器，具有正常運(yùn)行時不改變系統(tǒng)阻抗，短路時增大系統(tǒng) 阻抗的特點，是具有發(fā)展前景的短路電流限制技術(shù)。對于限制不對稱短路電流的零序分量， 主要從增大變壓器中性點阻抗方面入手，目前多采用加裝變壓器中性點小電抗與適當(dāng)增加電 網(wǎng)三線圈變壓器數(shù)量來實現(xiàn)?？傊?，短路電流對于電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計影響重大，與電網(wǎng)建設(shè) 2 的投資關(guān)系密切，作為電力工作者應(yīng)合理使用各種限制電網(wǎng)短路電流措施，以有效抑制目前 短路電流水平增長過快的勢頭。 本次設(shè)計的課題內(nèi)容為電力系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計，是電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)完該專 業(yè)的相關(guān)課程后，在畢業(yè)前夕所做的一次綜合性的設(shè)計。 該次畢業(yè)設(shè)計的目的在于：學(xué)生在學(xué)習(xí)完該專業(yè)的相關(guān)課程后，能夠?qū)λ鶎W(xué)知識有一個 系統(tǒng)而全面地認(rèn)識，從而達(dá)到加強(qiáng)鞏固的目的，為以后的工作奠定一定的基礎(chǔ)。同時了解國 家對電力系統(tǒng)的規(guī)劃和發(fā)展的近期和遠(yuǎn)期目標(biāo)；電力系統(tǒng)發(fā)展的規(guī)模及其速度和未來國民經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展對其規(guī)劃和設(shè)計的要求；了解動力資源和其它經(jīng)濟(jì)資源的合理分配，從而測算出用 戶對電力、電量的需求，分析合理地電源構(gòu)成和布局、裝機(jī)規(guī)模及單機(jī)容量，研究新的輸電 方式和更高的電壓等級，以及對電網(wǎng)新運(yùn)行方式的需求，估算未來電力系統(tǒng)發(fā)展所需求的資 金和各類燃料數(shù)量；提出電力工業(yè)發(fā)展所需超前研究的科研課題和建設(shè)方針、設(shè)計以及新設(shè) 備試制等任務(wù)。 通過該次設(shè)計，學(xué)生能夠獨(dú)立地設(shè)計出合理地電源和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，統(tǒng)一和協(xié)調(diào)輸、變 電工程的配套建設(shè)方案項目，確定設(shè)計年度內(nèi)系統(tǒng)發(fā)展的具體實施方案，從整體出發(fā)，深入 論證各種方案的可行性。 該設(shè)計解決的問題就是通過進(jìn)行必要的安全校核計算，從眾多方案中選擇出技術(shù)指標(biāo) （可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性）較高的方案，確定電廠、變電所主接線及對網(wǎng)絡(luò)的中性點運(yùn)行 方式和不對稱故障分析，力爭做到創(chuàng)新。 設(shè)計的內(nèi)容主要包括計算書、說明書、與本專業(yè)的相關(guān)一篇外文翻譯及附錄。通過此次 設(shè)計，我們不僅掌握了各種運(yùn)行方式下電力網(wǎng)的潮流分布和故障分析，培養(yǎng)解決實際工程問 題的能力，并為以后在電力系統(tǒng)行業(yè)的工作打下基礎(chǔ)。 3 2 電力系統(tǒng)有功功率平衡和發(fā)電廠裝機(jī)容量的確定 電力系統(tǒng)有功功率平衡是指運(yùn)行中，所有發(fā)電廠發(fā)出的有功功率的總和 ，在 3 max P 任何時刻都等于該系統(tǒng)的總負(fù)荷。 maxi P 1）求取系統(tǒng)綜合最大發(fā)電負(fù)荷 系統(tǒng)綜合最大用電負(fù)荷: 式中：為最大負(fù)荷同時率，本設(shè)計取=0.9； max0maxi PkP 0 K 0 K =150+120+90+90+60=510（MW） ； =5100.9=459（MW） maxi P max P 系統(tǒng)綜合最大供電負(fù)荷： 通過系統(tǒng)的最大用電負(fù)荷和供電負(fù)荷的 10%網(wǎng)損率可算出最大供電負(fù)荷，其公式為 ，為網(wǎng)損率,取 10%；=459/(1-10%)=510(MW) l s K P P 1 max max l K maxs P 系統(tǒng)綜合最大發(fā)電負(fù)荷 式中：為廠用電率，本設(shè)計中取值為 6%)1 ( maxmaxpsg KPP p K =510/(1-6%)=542.55（MW） maxg P 2）求取系統(tǒng)的有功備用容量PR 事 故 備 用 ：取最大負(fù)荷的 10%，但不得小于最大一臺機(jī)組的容量。 10%=542.550.1=54.26(MW） maxg PP事故備用 負(fù) 荷 備 用 ：取最大負(fù)荷的(25)%，大系統(tǒng)取小值，小系統(tǒng)取大值，本系統(tǒng)取大值 5%=542.550.05=27.13(MW） maxg PP負(fù)荷備用 即 系統(tǒng)的有功備用容量54.26+27.13=81.39(MW） R P 負(fù)荷備用事故備用 PP 3）確定電廠的裝機(jī)容量 系統(tǒng)總裝機(jī)容量：542.55+81.39=623.94(MW) RgGN PPP max 水電廠的裝機(jī)容量：P=-=459-5100.94800/8760=207.49(MW) 峰max P 平均負(fù)荷 P =P0.5=207.49/0.5=414.98(MW) 水GN P 峰 式中：P系統(tǒng)有功日負(fù)荷曲線的峰頭部分 峰 4 0.5水電廠在枯水期用 50%的容量調(diào)峰 水廠廠用電率為 1%；強(qiáng)迫功率 32MW；枯水期水廠可發(fā)電容量為豐水期的 50%。 根據(jù)任務(wù)書所述，最多選定 6 臺 TS425/94-28 機(jī)組，水輪機(jī)型號、參數(shù)見下表 2-2 所示： 表 2-1 水輪機(jī)型號、參數(shù) 型號 額定功率 (MW) 額定電壓 ( kV) 額定功率 因數(shù) xdxd xd xqx2 6TS425/94-281010.50.801.0700.3050.2190.7490.228 火電廠的裝機(jī)容量：=623.94-60/0.5=593.94（MW） 水火 PPP GNGN 查電氣工程電氣設(shè)備手冊 ，擬建火電廠的容量為 50MW 機(jī)組共 10 臺，25MW 機(jī)組共 4 臺； 汽輪機(jī)型號、參數(shù)見下表 2-1 所示： 表 2-2 汽輪機(jī)型號、參數(shù) 型號 額定功率 (MW) 額定電壓 ( kV) 額定功率 因數(shù) xdxd xd x2x0 4TQG-25-2256.30.82.1660.2050.1260.1540.083 10QFS-50-25010.50.801.730.2160.1410.1720.0651 5 3 確定電力網(wǎng)的最佳接線方案 3.1 網(wǎng)絡(luò)方案的初選 根據(jù)地理位置，考慮可能的網(wǎng)絡(luò)連接方式，對顯然不合理的方案予以淘汰，其首要依據(jù) 4 為電力系統(tǒng)的供電可靠性，其次可通過滿足備用情況的線路長度、高壓斷路器的數(shù)量及調(diào)度的 靈活性等指標(biāo)來取舍，最后只保留少數(shù)幾個方案進(jìn)行下一步的經(jīng)濟(jì)比較。 從可靠性角度分，電網(wǎng)接線基本上可以分為無備用網(wǎng)絡(luò)和有備用網(wǎng)絡(luò)兩大類。無備用網(wǎng)絡(luò) 又可分為單回路放射式和單回路鏈?zhǔn)剑挥袀溆镁W(wǎng)絡(luò)又可分為雙回路放射式、雙回路鏈?zhǔn)健h(huán)網(wǎng) 和雙回路與環(huán)網(wǎng)混合型等。 從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)繁簡程度分，并從如何分析、控制穩(wěn)定水平著眼，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)又可分為簡單結(jié)構(gòu) 和復(fù)雜結(jié)構(gòu)兩種。屬于簡單結(jié)構(gòu)的電力系統(tǒng)是分析機(jī)電暫態(tài)過程時可以歸結(jié)為等值兩機(jī)系統(tǒng)的 電力系統(tǒng)。如果在分析電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)時不能歸結(jié)為兩機(jī)系統(tǒng)，則電力系統(tǒng)應(yīng)該用 3 臺或更 多臺等值發(fā)電機(jī)來表示，這就屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電力系統(tǒng)了。本題目屬于復(fù)雜電力系統(tǒng)。電力網(wǎng) 絡(luò)初選的情況見表 3-1 所示： 表 3-1 電力網(wǎng)絡(luò)方案的初選 1 供電不可靠，電力網(wǎng)過于復(fù)雜且不安全，不宜 采用 2 供電不可靠，所用導(dǎo)線過長過多，經(jīng)濟(jì)性差， 不宜采用 3 供電可靠，但所用導(dǎo)線過長，經(jīng)濟(jì)性差，不宜 采用 4 供電不可靠，所用導(dǎo)線過長過多，經(jīng)濟(jì)性差， 不宜采用 6 5 供電可靠性高，接線簡單，運(yùn)行方便，可采用 6 供電可靠性高，投資小，可采用 7 供電可靠，投資少，但調(diào)度復(fù)雜，不宜采用 8 供電可靠，投資少，但故障時會造成某些線路 過負(fù)荷，不宜采用 綜上比較：初步選出了方案 5 與方案 6 兩個比較合理的結(jié)線方案 3.2 確定電力網(wǎng)絡(luò)的最佳接線方式 針對網(wǎng)絡(luò)方案初選后所取的兩個方案，從總投資和總年運(yùn)行費(fèi)兩個方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比 較。若總投資和總年運(yùn)行費(fèi)同時為小時，則取之；若總投資和總年運(yùn)行費(fèi)一大一小時，則采 用償還年限法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，最后確定其中之一為最佳接線方案。 一般，標(biāo)準(zhǔn)抵償年限T 為 68 年（負(fù)荷密度大的地區(qū)取最小值；負(fù)荷密度小的地區(qū) 5 取最大值） 。當(dāng) T 大于標(biāo)準(zhǔn)抵償年限時，應(yīng)選擇投資小而年費(fèi)用較多的方案；反之，則選擇 投資多而年費(fèi)用少的方案。 3.2.1 方案 5 的總投資和總年運(yùn)行費(fèi) 1）計算方案 5 的總投資 計算方案 5 的線路總投資 a.首先確定各段線路的電壓等級 我國各級電壓傳輸能力統(tǒng)計表 3-2 表 3-2 各級電壓架空線路與輸送容量、輸送距離的關(guān)系 輸電電壓（kV）輸送容量（MW）傳輸距離（kM） 7 0.380.1 及以下0.6 及以下 30.11.013 60.11.2415 100.22.0620 352102050 110105050100 220100500100300 3302001000200600 50060015004001000 根據(jù)上表可選各線路電壓等級分別見表 3-3 表 3-3 各線路電壓等級 項目 線路H1S1H2S3S4H5 最大負(fù)荷（MW）413.94263.94120909060 距離（km）181.11100.5082.46100106.3042.43 電壓等級（kV）220220220220220220 H：火電廠 S：水電廠 b.計算導(dǎo)線截面積及型號 火電廠到變電所 1、2、5 與水電廠到變電所 1、3、4 均采用雙回線路，當(dāng)其中一回發(fā)生 故障時，另一回應(yīng)能承擔(dān)變電所最大負(fù)荷的 70%供電。 按經(jīng)濟(jì)電流密度法確定各個導(dǎo)線型號 通過線路的傳輸功率和傳輸距離，確定電壓等級，按經(jīng)濟(jì)電流密度法 S=P/（cosUJ） ，3 J 取值：1.15，求出導(dǎo)線截面積,確定方案導(dǎo)線型號，各回線路所選導(dǎo)線型號結(jié)果見表 3-2 =選取導(dǎo)線型號為 LGJ-4002 1H S 2 3 mm79.524 5.11.902203 10%5094.413 =選取導(dǎo)線型號為 LGJ-400 1S S 2 3 mm62.334 5.11.902203 10%5094.263 =選取導(dǎo)線型號為 LGJ-240 2H S 2 3 mm13.152 5.119 . 02203 10%50120 =選取導(dǎo)線型號為 LGJ-240 3S S 2 3 mm10.114 5.119 . 02203 10%5090 8 =選取導(dǎo)線型號為 LGJ-240 4S S 2 3 mm10.114 15 . 1 .902203 10%5090 =選取導(dǎo)線型號為 LGJ-240 5H S 2 3 mm07.76 5.119 . 02203 1050%06 表 3-4 方案 5 所選架空導(dǎo)線 參數(shù) 線路 線路型號R()/ kmX()/ km 電壓等級 （kV） 單價 km萬 距離 （km） 投資 （萬） 1H LLGJ-40020.080.417220302181.1121733.2 1S LLGJ-4000.080.417220302100.506030 2H LLGJ-2400.1310.43222030282.464947.6 3S LLGJ-2400.1310.4322203021006000 4S LLGJ-2400.1310.432220302106.306378 5H LLGJ-2400.1310.43222030242.432545.8 合計：導(dǎo)線投資為 47634.6 萬元 c.對所選導(dǎo)線的截面積進(jìn)行校驗 按機(jī)械強(qiáng)度校驗導(dǎo)線截面積 為了保證架空線路必要的安全機(jī)械強(qiáng)度，對于跨越鐵路，通航河流、運(yùn)河、公路、 通信線路和居民區(qū)的線路，其導(dǎo)線截面不得小于 35 mm ，所選導(dǎo)線都符合要求。 2 按電暈校驗導(dǎo)線截面積 電力設(shè)計手冊規(guī)定：電壓等級為 220kV 的輸電線路，導(dǎo)線最小直徑不小于 21.4mm 不必驗算電暈，所選導(dǎo)線都符合要求。 按發(fā)熱校驗導(dǎo)線截面積 表 3-5 各種型號導(dǎo)線長期運(yùn)行時能通過的最大電流值 型號LGJ-150LGJ-185LGJ-240LGJ-300LGJQ-400 載流量445A515A610A700A845A 根據(jù)公式=可得 H I COSU P N MAX 3 10%70 3 9 = 1H I AA284508.1317 9 . 02203 10.7094.413 3 = 1S I AA84581.839 9 . 02203 10.7094.263 3 = 2H I AA61082.381 9 . 02203 10.70120 3 = 3S I AA61036.286 9 . 02203 10.7090 3 = 4S I AA61036.286 9 . 02203 10.7090 3 = 5H I AA61091.190 9 . 02203 10.7060 3 故所選導(dǎo)線都符合要求。 計算變壓器總投資 a.選取變壓器的臺數(shù) 由于本系統(tǒng)有 5 個變電所，所以每個變電所均裝設(shè) 2 臺變壓器，即共選取 10 臺變壓器， 當(dāng)一臺變壓器發(fā)生故事另一臺應(yīng)能承擔(dān)總?cè)萘康?70%。 b.選取變壓器型號 利用公式： 計算出變壓器所需容量 COS P S MAX %70 =116667(kVA) 1# S .90 10%70150 3 =93333(kVA) 2# S .90 10%70120 3 =70000(kVA) 3# S .90 10%7090 3 =70000(kVA) 4# S .90 10%7090 3 =46667(kVA) 5# S .90 10%7060 3 表 3-6 各個變電器的型號、價格及各個實驗參數(shù) 變 壓 器 型號額定容量高壓低壓 0 P kW S P kW % 0 I% S U價格（萬） #1SF-120000/22012000022081.25%38.51306000.511.23752 #2SF-120000/22012000022081.25%38.51306000.511.23752 10 #3SF-90000/2209000022081.25%38.5642760.710.52792 #4SF-90000/2209000022081.25%38.5642760.710.52792 #5SF-50000/2205000022081.25%38.5451750.710.5140.992 合計：變壓器總投資為 2897.98 萬元 計算方案 5 的一次性投資 一次性投資=線路總投資+變壓器總投資=47634.6+2897.98=50532.58（萬元） 2）計算方案 5 的年總運(yùn)行費(fèi) 年運(yùn)行費(fèi)用包括折舊費(fèi)、小修費(fèi)、維護(hù)管理費(fèi)、電能損耗費(fèi)。其中折舊費(fèi)、小修費(fèi)、維 護(hù)管理費(fèi)之和約占線路總投資的 7%與變壓器總投資的 13%，電網(wǎng)全年的電能損耗可通過最大 負(fù)荷損耗時間法計算電網(wǎng)全年的電量損耗，電能損耗計算公式為， 3 22 2 max 10 cos U RP W 其中損耗小時數(shù)可由線路傳輸?shù)淖畲竽昀眯r數(shù)和線路傳輸功率因數(shù)查得； max Tcos 計算系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)、小修費(fèi)、折舊費(fèi)￥1 ￥1=47634.67%+2897.9813%=3711.16（萬元） 計算電網(wǎng)全年的電能損耗費(fèi)用￥2 a.利用電能損耗計算公式計算線路中的全年能量損耗： 3 22 2 max 10 cos U RP W 50.66(kWh) 1LH W 3 22 2 3 10 220.90 4320011.18108. 0 4 1094.413 6 10 22.86(kWh) 1LS W 3 22 2 3 10 220.90 2320050.10008. 0 2 1094.263 6 10 6.35(kWh) 2LH W 3 22 2 3 10 220.90 2320046.82131 . 0 2 10120 6 10 4.33(kWh) 3LS W 3 22 2 3 10 220.90 23200100131 . 0 2 1090 6 10 4.60(kWh) 4LS W 3 22 2 3 10 220.90 2320030.106131 . 0 2 1090 6 10 11 0.82(kWh) 5LH W 3 22 2 3 10 220.90 2320043.42131 . 0 2 1060 6 10 故，線路中線路全年能量損耗為 89.62（kWh） L W 6 10 b.計算變壓器的全年能量損耗 T W 6 2 1 103.433200 1202 .90150 600287601302320087602 TOT PPW (kWh) (kWh) 6 2 2 1046 . 3 3200 1202 .90120 600287601302320087602 TOT PPW (kWh) 6 2 3 105.023200 902 .9090 27628760642320087602 TOT PPW (kWh) 6 2 4 1084 . 13200 902 .9090 27628760642320087602 TOT PPW (kWh) 6 2 5 1084 . 13200 502 .9060 17528760452320087602 TOT PPW 故，變壓器全年能量損耗為 11.90(kWh) T W 6 10 系統(tǒng)的總電能量損耗=+=(89.62+11.90)=101.52(kWh)W L W T W 6 10 6 10 電網(wǎng)全年的電能損耗費(fèi)用（0.5 元/度）￥2=0.5=50760000(元)W 電網(wǎng)總年運(yùn)行費(fèi)用=5076+3711.16=8787.16（萬元） 綜合： 方案 5 一次性投資為 50532.58 萬元 方案 5 總年運(yùn)行費(fèi)為 8787.16 萬元 3.2.2 方案 6 的總投資和總年運(yùn)行費(fèi) 1）計算方案 6 的總投資 計算方案 6 的線路總投資 a.首先確定各段線路的電壓等級 88.77(MW) 2H P 43.4246.8245.110 43.426043.4245.110120 91.23(MW) 5H P 43.4246.8245.110 46.8212046.8245.11060 12 60(MW) 90(MW) 90(MW) 413.94(MW) 263.94(MW) 25 P 3S P 4S P 1H P 1S P 表 3-7 各段線路電壓等級 項目 線路H1S1H2S3S4H525 最大負(fù)荷（MW）413.94263.9488.77909091.2360 距離（KW）181.11100.5082.46100106.342.43110.45 電壓等級（KV）220220220220220220220 H：火電廠 S：水電廠 b.計算導(dǎo)線截面積及型號 火電廠到變電所 2、5 采用環(huán)網(wǎng)，火電廠到變電所 1、水電廠到變電所 1、3、4 采用雙回 導(dǎo)線，按經(jīng)濟(jì)電流密度法確定各個導(dǎo)線型號 通過線路的傳輸功率和傳輸距離，確定電壓等級，按經(jīng)濟(jì)電流密度法 S=P/(cosUJ)，3 J 取值：1.15，求出導(dǎo)線截面積,確定方案導(dǎo)線型號，各回線路所選導(dǎo)線型號結(jié)果見表 3-2 = 1H S 2 3 mm79.524 5.11.902203 10%5094.413 = 1S S 2 3 mm62.334 5.11.902203 10%5094.263 = 2H S 2 3 mm08.225 5.119 . 02203 1077.88 = 25 S 2 3 mm13.152 5.119 . 02203 1060 = 3S S 2 3 mm10.114 15 . 1 .902203 10%5090 = 4S S 2 3 mm10.114 15 . 1 .902203 10%5090 = 5H S 2 3 mm32.231 5.119 . 02203 1023 . 1 9 表 3-8 方案 6 所選架空導(dǎo)線 參數(shù) 線路 線路型號R()/ kmX()/ km 電壓等級 （kV） 單價 km萬 距離 （km） 投資 （萬） 1H LLGJ-40020.080.417220302181.1121733.2 1S LLGJ-4000.080.417220302100.506030 13 2H LLGJ-3000.1070.42203582.462886.1 25 LLGJ-2400.1310.4322030110.453313.5 3S LLGJ-2400.1310.432203021006000 4S LLGJ-2400.1310.43220302106.36378 5H LLGJ-3000.1070.42203542.431485.05 合計：導(dǎo)線投資為 47825.85（萬元） c.對所選導(dǎo)線的截面積進(jìn)行校驗 按機(jī)械強(qiáng)度校驗導(dǎo)線截面積 為了保證架空線路必要的安全機(jī)械強(qiáng)度，對于跨越鐵路，通航河流、運(yùn)河、公路、 通信線路和居民區(qū)的線路，其導(dǎo)線截面不得小于 35 mm ，所選導(dǎo)線都符合要求。 2 按電暈校驗導(dǎo)線截面積 電力設(shè)計手冊規(guī)定：電壓等級為 220kV 的輸電線路，導(dǎo)線最小直徑不小于 21.4mm 不必驗算電暈，所選導(dǎo)線都符合要求。 按發(fā)熱校驗導(dǎo)線截面積 表 3-9 各種型號導(dǎo)線長期運(yùn)行時能通過的最大電流值 型號LGJ-150LGJ-185LGJ-240LGJ-300LGJQ-400 載流量445A515A610A700A845A 根據(jù)公式=可得 H I COSU P N MAX 3 10%70 3 = 1H I AA284508.1317 .902203 107 . 094.413 3 = 1S I AA84581.839 .902203 107 . 094.263 3 = 2H I AA70050.403 .902203 1077.88 3 = 25 I AA61073.272 .902203 1060 3 = 3S I AA61036.286 .902203 10.7090 3 14 = 4S I AA61036.286 .902203 10.7090 3 = 5H I AA70068.414 .902203 1023.91 3 故所選導(dǎo)線都符合要求。 計算變壓器總投資 方案 6 的變壓器總投資計算方法與結(jié)果同方案 5 一致，即：變壓器總投資為 2897.98 萬元。 計算方案 6 的一次性投資 一次性投資=線路總投資+變壓器總投資=47825.85+2897.98=50723.83（萬元） 2）計算方案 6 的年總運(yùn)行費(fèi) 年運(yùn)行費(fèi)用包括折舊費(fèi)、小修費(fèi)、維護(hù)管理費(fèi)、電能損耗費(fèi)。其中折舊費(fèi)、小修費(fèi)、維 護(hù)管理費(fèi)之和約占線路總投資的 7%與變壓器總投資的 13%，電網(wǎng)全年的電能損耗可通過最大 負(fù)荷損耗時間法計算電網(wǎng)全年的電量損耗，電能損耗計算公式為， 3 22 2 max 10 cos U RP W 其中損耗小時數(shù)可由線路傳輸?shù)淖畲竽昀眯r數(shù)和線路傳輸功率因數(shù)查得； max Tcos 計算系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)、小修費(fèi)、折舊費(fèi)￥1 ￥1=47825.857%+2897.9813%=3724.55（萬元） 計算電網(wǎng)全年的電能損耗費(fèi)用￥2 a.利用電能損耗計算公式計算線路中的全年能量損耗： 3 22 2 max 10 cos U RP W 50.66(kWh) 1LH W 3 22 2 3 10 220.90 4320011.18108. 0 4 1094.413 6 10 22.86(kWh) 1LS W 3 22 2 3 10 220.90 2320050.10008. 0 2 1094.263 6 10 10.37(kWh) 2LH W 3 22 2 3 10 220.90 320046.82107 . 0 10120 6 10 4.25(kWh) 25L W 3 22 2 3 10 220.90 320045.110131 . 0 1060 6 10 4.33(kWh) 3LS W 3 22 2 3 10 220.90 23200100131 . 0 2 1090 6 10 15 4.60(kWh) 4LS W 3 22 2 3 10 220.90 2320030.106131. 0 2 1090 6 10 10.37(kWh) 5LH W 3 22 2 3 10 220.90 320043.42107. 01023.91 6 10 故，線路中線路全年能量損耗為 107.44kWh L W 6 10 b.計算變壓器的全年能量損耗： T W 變壓器全年能量損耗的計算方法與結(jié)果同方案 5 一致，故變壓器全年能量損耗為 11.90 T W kWh 6 10 系統(tǒng)的總電能量損耗=+=(107.44+11.90)=119.34(kWh)W L W T W 6 10 6 10 電網(wǎng)全年的電能損耗費(fèi)用（0.5 元/度）￥2=0.5=59670000（元）W 電網(wǎng)總年運(yùn)行費(fèi)用=5967+3724.55=9691.55（萬元） 綜合： 方案 6 一次性投資為 50723.83 萬元 方案 6 總年運(yùn)行費(fèi)為 9691.55 萬元 3.2.3 通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定最佳方案 在本設(shè)計中，方案 5 的工程投資小于方案 6 的工程投資： =50723.83-50532.58=191.25(萬元) 56 ZZ 而方案 5 的年運(yùn)行費(fèi)用也小于方案 6 的年運(yùn)行費(fèi)用： =9691.55-8787.16=904.39（萬元） 56 TT 本設(shè)計中方案 5 的總投資和年運(yùn)行費(fèi)都小于方案 6。方案 5 不僅技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)上也比 較合理，因此不需要抵償年限來判斷。最終選取方案 5 最為本區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的最佳接線方案。 16 4 發(fā)電廠及變電所電氣主接線的確定 4.1 電氣主接線設(shè)計原則 電氣主接線是由電氣設(shè)備通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成 6 為傳輸強(qiáng)電流、高電壓的網(wǎng)絡(luò)，故又稱為一次接線或電氣主系統(tǒng)。對主接線的基本要求，概 括地說應(yīng)包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三方面。 本設(shè)計主要進(jìn)行技術(shù)比較，經(jīng)濟(jì)性只作定性論證。技術(shù)比較是根據(jù)發(fā)電廠及變電所的容 量、規(guī)模、運(yùn)行方式、電壓等級、負(fù)荷性質(zhì)、回路數(shù)及其在系統(tǒng)中的作用等進(jìn)行全面的分析 論證。一般從以下幾個方面進(jìn)行分析： 供電的可靠性； 運(yùn)行的靈活性； 檢修與維護(hù)的方便性； 接線與繼電保護(hù)的簡化； 4.2 發(fā)電廠及變電所的電氣主接線確定 4.2.1 火電廠電氣主接線的確定 QFS-50-2 汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)出口電壓為 10.5KV，且沒有發(fā)電機(jī)機(jī)壓負(fù)荷，可直接采用發(fā) 電機(jī)變壓器單元接線方式升到 220kV，其適用范圍為只有一臺變壓器和一回線路時；當(dāng)發(fā) 電廠內(nèi)不設(shè)高壓配電裝置、直接將電能送至系統(tǒng)樞紐變電所時。由于本系統(tǒng)為區(qū)域小系統(tǒng)， 火廠主接線方式得從供電的可靠性考慮，且為了能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流 變化的需要，所以 220kV 采用雙母線接線； TQG-25-2 汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)出口電壓為 6.3KV，由于本系統(tǒng)的最大機(jī)組容量為 50MW，考 慮到供電的可靠性，擴(kuò)建的靈活性，向雙母線左右任何方向擴(kuò)建，均不會影響兩組母線的電 源和負(fù)荷自由組合分配，在施工中也不會造成原有回路停電，雖出線回路少，但 220kV 最終 采用雙母線接線。 4.2.2 水電廠電氣主接線的確定 6 臺 TS425/94-28 的水輪機(jī)，分別采用發(fā)電機(jī)雙繞組變壓器單元接線方式升到 220kV，這種單元接線簡單，開關(guān)設(shè)備少，避免了由于額定電流或短路電流過大時，使得選 擇出口斷路器時，受到制造條件等原因造成的困難；220kV 采用雙母線接線。 4.2.3 變電所電氣主接線的確定 考慮到#1#5 個變電所的高壓側(cè)母線較為重要，分析供電的可靠性，擴(kuò)建的靈活性，可 17 考慮用雙母線，本系統(tǒng)的各回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線，且其中一條母線故障后， 可迅速恢復(fù)供電，符合本區(qū)域系統(tǒng)要求，又由于變電所的高壓側(cè)均采用了可靠性高的六氟化 硫（）斷路器，其檢修周期長，故不設(shè)旁路設(shè)施，最終變電所高壓側(cè)母線選取雙母線接 6 SF 線。 綜上所述，本設(shè)計系統(tǒng)的高壓側(cè)母線均采用雙母線接線，高壓側(cè)均采用了可靠性高的 7 六氟化硫（）斷路器，其檢修周期長，均不設(shè)旁路設(shè)施。 6 SF 圖 4-1 電氣主接線圖 18 5 選擇發(fā)電廠及變電所的主變和高壓斷路器 5.1 主變壓器的選擇 發(fā)電機(jī)與主變壓器為單元連接時，主變壓器的額定容量可按發(fā)電機(jī)的額定容量扣除本機(jī) 組的廠用負(fù)荷后，留有 10%裕度來確定； cos %1011 . 1PS火 cos %211 . 1PS水 5.1.1 火電廠主變壓器容量和型號的選擇 QFS-50-2 發(fā)電機(jī)采用的變壓器 T1，容量為： 61.88(MVA) 1T S 8.0 %101501.1 T1 選用 SSP3-75000/220TH 型號的雙繞組變壓器，具體參數(shù)詳見表 5-1 TQG-25-2 發(fā)電機(jī)采用雙繞組變壓器 T2: 30.94(MVA) 2T S 8.0 %101251.1 選用 SFP7-40000/220 型號的雙繞組變壓器，具體參數(shù)詳見設(shè)計說明書表 5-1 然后結(jié)合低壓側(cè)和高壓側(cè)的電壓，可以查閱設(shè)計手冊選擇發(fā)電廠的主變的型號，選型如下： 8 表 5-1 火電廠主變壓器型號、參數(shù) 名稱型 號 額定電壓 (kV) 阻抗電壓() % S U 負(fù)載損耗 (kW) S P 空載損 耗(kW) 空載電 流(%) T1 SSP3- 75000/220TH 24222.5% 10.5 13.8534279.61.3 T2 SFP7- 40000/220 24222.5% 6.3 12175521.1 5.1.2 水電廠主變壓器容量和型號的選擇 TS425/94-28 發(fā)電機(jī)采用變壓器 T3: 13.48 (MVA) 3T S 8.0 %21101.1 選用 SFP7-40000/220 型號的雙繞組變壓器，具體參數(shù)詳見設(shè)計說明書表 5-2 表 5-2 水電廠主變壓器型號、參數(shù) 19 名稱型 號 額定電壓 (kV) 阻抗電壓() % S U 負(fù)載損耗 (kW) S P 空載損 耗(kW) 空載電 流(%) T3 SFP7- 40000/220 24222.5% 10.5 12175521.1 5.1.3 變電所主變壓器容量和型號的選擇 表 5-3 各個變電器的型號及各個實驗參數(shù) 變壓器型號 額定容 量 高壓低壓 （kW 0 P ） （kW S P ） % 0 I% S U #1SF-120000/22012000022081.25%38.51306000.511.2 #2SF-120000/22012000022081.25%38.51306000.511.2 #3SF-90000/2209000022081.25%38.5642760.710.5 #4SF-90000/2209000022081.25%38.5642760.710.5 #5SF-50000/2205000022081.25%38.5451750.710.5 5.2 高壓斷路器的選擇與校驗 5.2.1 高壓斷路器的選擇 計算各斷路器回路的最大持續(xù)工作電流。然后按斷路器所處的電網(wǎng)的額定電壓和額定電 流來選擇斷路器：， N U NS U Nmax II 式中：，斷路器的額定電壓和額定電流； N U N I 斷路器安裝處的網(wǎng)絡(luò)額定電壓； NS U 斷路器回路的最大持續(xù)工作電流。 max I 以斷路器回路的最大持續(xù)工作電流、額定電壓來選取，其中最大持續(xù)工作電流 max I N U 可以取負(fù)荷最重的一個回路的電流 max I 1）火電廠 220kV 側(cè)高壓斷路器： QFS-50-2 型發(fā)電機(jī)出口斷路器的最大持續(xù)工作電流為： 20 =172.22(A) N N g U P I cos3 05.1 max.1 2208.03 105005.1 3 經(jīng)過比較，確定172.22A =220kV 初步選取為 LW2-220 型號斷路器、GW4-220 型 max I N U 號隔離開關(guān)，詳細(xì)參數(shù)見表 5-4、5-5。 TQG-25-2 型發(fā)電機(jī)出口斷路器的最大持續(xù)工作電流為： =86.11(A) N N g U P I cos3 05.1 max.2 2208.03 102505.1 3 經(jīng)過比較，確定86.11A =220kV 初步選取為 LW2-220 型號斷路器、GW4-220 型號 max I N U 隔離開關(guān)，詳細(xì)參數(shù)見表 5-4、5-5。 2）水電廠 220kV 高壓側(cè)斷路器： TS425/94-28 型發(fā)電機(jī)出口斷路器的最大持續(xù)工作電流為： =34.44(A) N N g U P I cos3 05.1 max. 2208 . 03 101005 . 1 3 經(jīng)過比較，確定34.44A =220kV 初步選取為 LW2-220 型號斷路器、GW4-220 型號 max I N U 隔離開關(guān)，詳細(xì)參數(shù)見表 5-4、5-5。 3）變電所高壓側(cè)斷路器的選擇 #1 變電所： =321.48(A) 70% Ucos3 05 . 1 N max1# N g P I70% 2200.93 150000 1.05 #2 變電所： =257.18(A) 70% Ucos3 05 . 1 N max2# N g P I70% 0220.93 120000 1.05 #3 變電所： =192.89(A) 70% Ucos3 05 . 1 N max3# N g P I70% 0220.93 90000 1.05 #4 變電所： =192.89(A) 70% Ucos3 05 . 1 N max4# N g P I70% 0220.93 90000 1.05 #5 變電所： 21 =128.59(A) 70% Ucos3 05 . 1 N max5# N g P I70% 0220.93 60000 1.05 根據(jù)各高壓母線側(cè)的、及斷路器安裝的要求，查電氣設(shè)備手冊，變電所 220kV 高 N U maxg I 壓側(cè)斷路器初步全都選取為 LW2-220 型號斷路器，其具體參數(shù)見表 5-4、5-5 。 表 5-4 斷路器的額定參數(shù) 斷路器型號斷路器（LW2-220） 額定電壓 N U220kV 額定電流 N I2500A 表 5-5 隔離開關(guān)的額定參數(shù) 隔離開關(guān)型號隔離開關(guān)（GW4-220） 額定電壓 N U220kV 額定電流 N I2500A 5.2.2 高壓斷路器的校驗 .短路電流的計算 9 最終選定的網(wǎng)絡(luò)方案后，分別對火電廠高壓（220kV） ，水電廠高壓（220kV） ，以及各個 變電所的高壓側(cè)母線進(jìn)行三相短路電流計算。短路計算時，忽略線路、變壓器電阻以及負(fù)荷 的影響，其步驟為: 根據(jù)電氣主接線畫出等值電路圖（見圖 5-1） ； 選統(tǒng)一功率基準(zhǔn)值 S SB B，令電壓基準(zhǔn)值 U UB B =U=Uav av，求各元件的電抗標(biāo)么值； 確定短路計算點； 采用星網(wǎng)變換法，求出各電源點到對各短路計算點的轉(zhuǎn)移電抗和計算電抗； 由計算曲線查出各電源供給短路電流的標(biāo)么值；計算出各短路計算點的三相短路起 始次暫態(tài)電流 II、短路沖擊電流；2 秒及 4 秒時的短路電流周期分量有效值； sh I 填制短路電流計算結(jié)果表（見表 5-6） 。 22 圖 5-1 短路計算等值電路圖 (一)各元件電抗標(biāo)幺值的計算 發(fā)電機(jī)： 變壓器： 線路： GN B dG S S XX * TN BS T S SU X 100 % * 2 * B B LL U S XX 取基準(zhǔn)容量： 基準(zhǔn)電壓：AMVSB100 avB UU 火電廠發(fā)電機(jī) G1-G9 的電抗標(biāo)幺值： 346 . 0 8 . 0 50 100 216 . 0 * 1098765432 * 1 XXXXXXXXXX 火電廠發(fā)電機(jī) G10-G14、的電抗標(biāo)幺值： 656 . 0 8 . 0 25 100 205. 0 1413 * 12 * 11 XXXX 水電廠發(fā)電機(jī) G15-G20 的電抗標(biāo)幺值： 440 . 2 8 . 0 10 100 305 . 0 * 20 * 19 * 18 * 17 * 16 * 15 XXXXXX 火電廠所用雙繞組變壓器 T1 的電抗標(biāo)幺值： 0.185 * 30 * 29 * 28 * 27 * 26 * 25 * 24 * 23 * 22 * 21 XXXXXXXXXX 75 100 100 85.13 火電廠所用雙繞組變壓器 T2 各繞組的電抗標(biāo)幺值為： 300. 0 40 100 100 12 * 34 * 33 * 32 * 31 XXXX 水電廠所用雙繞組變壓器 T3 的電抗標(biāo)幺值： 23 =0.300 * 40 * 39 * 38 * 37 * 36 * 35 XXXXXX 40 100 100 12 各回線路的電抗標(biāo)幺值： 火電廠#2： 034. 0 230 100 324 . 046.82 2 1 2 * 41 X 火電廠#5： 069 . 0 230 100 23.4043.42 2 1 2 * 42 X 火電廠#1： 036 . 0 230 100 417 . 0 11.181 4 1 2 * 43 X 水電廠#1： 040. 0 230 100 17.4050.100 2 1 2 * 44 X 水電廠#3： 041 . 0 230 100 23.40100 2 1 2 * 45 X 水電廠#4： 043 . 0 230 100 23.4030.106 2 1 2 * 46 X (二)點（火電廠 220kV 母線）短路電流計算 1 K 由等值電路圖 1 化簡可得等值電路 2，見圖 5-2 所示 圖 5-2 等值電路 2 0.053 * 30 * 10 * 22 * 2 * 21 * 1 * 47 /./XXXXXXX 0.239 * 34 * 14 * 32 * 12 * 31 * 11 * 48 /./XXXXXXX 0.036+0.040=0.076 * 44 * 43 * 49 XXX 0.457 * 40 * 20 * 36 * 16 * 35 * 15 * 50 /./XXXXXXX 由等值電路 2 化簡成等值電路 3，可得電源點到短路點的短路電抗。 1 K 24 圖 5-3 等值電路 3 0.076+0.457=0.533 * 50 * 49 * 51 XXX 0.043 .2390.0530 392 . 0530 . 0 / * 48 * 47 * 52 XXX a.火電廠供給的短路電流 計算電抗：323 . 0 100 8 . 0 600 043 . 0 X （火）js 查汽輪機(jī)計算曲線，次暫態(tài)(0s)短路電流標(biāo)幺值為：；2s 短路電流標(biāo)幺值為：368 . 3 I * ；4s 短路電流標(biāo)幺值為：；360 . 2 * 2 I316 . 2 * 4 I 因此：次暫態(tài)短路電流的有名值為 =3.368=6.34(kA) av N U S II 3 * 23038 . 0 600 2s 短路電流的有名值 =2.360=4.44(kA) av N U S II 3 * 22 23038 . 0 600 4s 短路電流的有名值 =2.316=4.36(kA) av N U S II 3 * 44 23038 . 0 600 短路沖擊電流：16.14(kA) 28 . 1IIsh34 . 6 28 . 1 b.水電廠供給的短路電流 計算電抗：400 . 0 100 8 . 0 60 533. 0X （水）js 25 查水輪機(jī)計算曲線，次暫態(tài)(0s)短路電流標(biāo)幺值為：；2s 短路電流標(biāo)幺值為：767 . 2 * I ；4s 短路電流標(biāo)幺值為：；600 . 2 * 2 I728 . 2 * 4 I 因此：次暫態(tài)短路電流的有名值為 =2.767=0.52(kA) av N U S II 3 * 23038 . 0 60 2s 短路電流的有名值 =2.6=0.49(kA) av N U S II 3 * 22 23038 . 0 60 4s 短路電流的有名值 =2.728=0.51(kA) av N U S II 3 * 44 23038 . 0 60 短路沖擊電流：1.32 (kA) 28 . 1IIsh25 . 028 . 1 c.各電源供給的短路電流匯總表 各電源供給的短路電流匯總表見表 5-6 表 5-6 火電廠 220kV 母線（K1 點）短路電流計算結(jié)果匯總表(單位：kA) 電 源 0s 短路電流 I 2s 短路電流 2 I4s 短路電流 4 I沖擊電流 火電廠（575MW） 火 S6.344.444.3616.14 水電廠（60MW） 水 S0.520.490.511.32 總和6.864.934.8717.46 短路電流熱效應(yīng)=104.614 12 10 2 4 2 2 2 III QK4 12 87 . 4 93 . 4 1086 . 6 222 skA 2 (三)點（水電廠 220kV 母線）短路電流計算 2 K 由等值電路圖 1 化簡可得等值電路 4。 26 圖 5-4 等值電路 4 0.053 * 30 * 10 * 22 * 2 * 21 * 1 * 53 /./XXXXXXX 0.239 * 34 * 14 * 32 * 12 * 31 * 11 * 54 /./XXXXXXX 0.036+0.040=0.076 * 44 * 43 * 55 XXX 0.457 * 40 * 20 * 36 * 16 * 35 * 15 * 56 /./XXXXXXX 等值電路圖 4 進(jìn)一步化簡，最終化簡成等值電路圖 5。 圖 5-5 等值電路 5 0.119 * 55 * 54 * 53 * 57 /XXXX a.火電廠供給的短路電流 計算電抗：893 . 0 100 8 . 0 600 119 . 0 X （火）js 查汽輪機(jī)計算