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课程设计报告作者姓名ZS5680指导教师朱俊学科专业配电设计联系方式QQ1450683709所在学院电力学院论文提交日期2013-5报告成绩任务书电力网络设计设计主要内容A.校验电力系统功率平衡;B.通过方案比较,确定电力系统的接线图;C.选定发电厂和变电所的接线图以及变压器型号及容量;D.计算电力网的功率分布和电压,确定调压方式并选择调压设备;设计要求A.设计说明书一份;B.设计图纸一张原始资料A.发电厂发电机资料项目台数容量(MW)电压(kV)功率因数
15256.
30.
8215010.
50.85B.发电厂和变电所的负荷资料项目发电厂(A)变电所
(1)变电所
(2)变电所
(3)变电所
(4)最大负荷(MW)2037344026最小负荷(MW)1119182114最大负荷功率因数
0.
830.
840.
820.
820.83最小负荷功率因数
0.
780.
810.
810.
80.81最大负荷利用小时50005000550055005500二次母线电压(kV)61061010一类用户的百分数2525303025二类用户的百分数3030303535调压要求顺逆常常顺注意
1.发电厂的负荷包括发电厂的自用电在内;
2.建议采用的电力网额定电压为110kVC.发电厂和变电所的地理位置图华南理工大学电力系统课程设计TOC\o1-3\h\z\u华南理工大学电力系统课程设计
11.课程设计任务书
31.
1.设计主要内容
31.
2.设计要求
31.
3.原始资料
31.
3.
1.发电厂发电机资料
31.
3.
2.发电厂和变电所的负荷资料
31.
3.
3.发电厂和变电所的地理位置图
42.校验电力系统功率平衡和确定发电厂的运行方式
42.
1.负荷合理性校验
42.
2.功率平衡校验
52.
2.
1.有功功率平衡校验
52.
2.
2.无功功率平衡校验
72.
2.
3.功率平衡校验结论
83.确定电力系统的接线图
103.
1.网络电压等级的确定
103.
2.网络接线方案初步比较
103.
2.
1.方案一
113.
2.
2.方案二
123.
2.
3.方案三
133.
2.
4.方案四
143.
2.
5.方案初选
153.
3.网络接线方案精确比较
163.
3.
1.潮流估算
173.
3.
2.选择导线型号及线路阻抗计算
203.
3.
3.线路阻抗计算
223.
3.
4.正常运行时的电压损失及故障可能造成的最大电压损失
223.
3.
5.总投资
243.
3.
6.年运行费用
253.
3.
7.年计算费用
264.确定发电厂、变电所的电气主接线
274.
1.发电厂主接线的选择
274.
1.
1.方案一
284.
1.
2.方案二
294.
1.
3.方案三
304.
1.
4.方案确定
314.
2.变电所主接线的选择
324.
2.
1.方案一内桥接线
334.
2.
2.方案二外桥接线
344.
2.
3.方案确定
355.潮流计算,确定变压器分接头
365.
1.系统参数计算
365.
2.潮流计算
375.
2.
1.网络潮流分布和功率损耗
385.
2.
2.网络电压分布
395.
2.
3.发电厂功率损耗和功率分配
405.
3.变压器分接头的选择
415.
3.
1.对于变电所
(1)的调压
425.
3.
2.对于变电所
(2)的调压
435.
3.
3.对于变电所
(3)的调压
435.
3.
4.对于变电所
(4)的调压
445.
3.
5.对于发电厂的调压
456.主要经济指标计算
466.
1.输电效率
466.
1.
1.不考虑厂用负荷及厂用电
466.
1.
2.考虑厂用负荷及厂用电
466.
2.网损计算
476.
3.输电成本
477.总结
488.参考资料
481.课程设计任务书
1.
1.设计主要内容E.校验电力系统功率平衡和确定发电厂的运行方式;F.通过方案比较,确定电力系统的接线图;G.选定发电厂和变电所的接线图以及变压器型号及容量;H.计算电力网的功率分布和电压,确定调压方式并选择调压设备;I.计算电力网的主要经济指标
1.
2.设计要求C.设计说明书一份;D.设计图纸一张
1.
3.原始资料
1.
3.
1.发电厂发电机资料表1发电厂发电机资料项目台数容量(MW)电压(kV)功率因数
15256.
30.
8215010.
50.
851.
3.
2.发电厂和变电所的负荷资料表2发电厂和变电所资料项目发电厂(A)变电所
(1)变电所
(2)变电所
(3)变电所
(4)最大负荷(MW)2037344026最小负荷(MW)1119182114最大负荷功率因数
0.
830.
840.
820.
820.83最小负荷功率因数
0.
780.
810.
810.
80.81最大负荷利用小时50005000550055005500二次母线电压(kV)61061010一类用户的百分数2525303025二类用户的百分数3030303535调压要求顺逆常常顺注意
1.发电厂的负荷包括发电厂的自用电在内;
2.建议采用的电力网额定电压为110kV
1.
3.
3.发电厂和变电所的地理位置图图1发电厂和变电所地理位置图
2.校验电力系统功率平衡和确定发电厂的运行方式
2.
1.负荷合理性校验根据最大负荷利用小时数的定义,最大负荷运行小时Tmax所消耗的电量应大于全年以最小负荷运行所消耗的电量,以此理论来校验,看其是否合理根据下面公式可得表3年最小负荷运行所消耗的电量=最小负荷8760表3负荷合理性校验项目发电厂(A)变电所
(1)变电所
(2)变电所
(3)变电所
(4)最大负荷(MW)2037344026最小负荷(MW)1119182114最大负荷利用小时50005000550055005500年最大负荷运行小时消耗电量(MW)100000185000187000220000143000年最小负荷运行所消耗的电量(MW)96360166440157680183960122640校验合理合理合理合理合理
2.
2.功率平衡校验
2.
2.
1.有功功率平衡校验系统最大有功综合负荷PXMAX=K1·K2·K1-同时系数,取
0.9K2-厂用网损系数,取
1.15(其中网损取5%,厂用取10%)需校验发电厂的有功备用容量是否大于最大有功负荷的10%表4有功功率平衡校验项目发电厂(A)变电所
(1)变电所
(2)变电所
(3)变电所
(4)最大负荷(MW)2037344026系统最大有功负荷(MW)==20+37+34+40+26=157系统最大有功综合负荷(MW)==
0.9×
1.15×157=
162.50发电厂的有功备用容量(MW)–=25×5+50×1-
162.50=
12.50发电厂有功备用占最大有功负荷百分比(%)100%=
12.50/157×100%=
7.96%合理性校验
7.96%10%结论不合理可以考虑利用风力发电,太阳能光伏发电和潮汐能发电等能量形式填补系统的有功备用,但是考虑到此类能量形式发电随气候季节的分布性,难于为系统提供稳定的备用能量为此,在发电厂增加一台容量为25MW,额定电压为
6.3kV,功率因数为
0.8的发电机,以满足系统的有功备用,则原始资料改为表5发电厂发电机资料项目台数容量(MW)电压(kV)功率因数
16256.
30.
8215010.
50.85再进行有功功率平衡校验表6有功功率平衡校验项目发电厂(A)变电所
(1)变电所
(2)变电所
(3)变电所
(4)最大负荷(MW)2037344026系统最大有功负荷(MW)==20+37+34+40+26=157系统最大有功综合负荷(MW)==
0.9×
1.15×157=
162.50发电厂的有功备用容量(MW)–=25×6+50×1-
162.50=
37.50发电厂有功备用占最大有功负荷百分比(%)100%=
37.50/157×100%=
23.88%合理性校验
23.88%10%结论合理
2.
2.
2.无功功率平衡校验求出系统最大的无功综合负荷,校验发电厂的无功备用容量是否大于最大无功负荷的10%表7无功功率平衡校验项目发电厂(A)变电所
(1)变电所
(2)变电所
(3)变电所
(4)最大负荷(MW)2037344026最大负荷功率因素
0.
830.
840.
820.
820.83最大负荷功率因素角
33.90°
32.86°
34.92°
34.92°
33.90°最大无功负荷(Mvar)==20×tan
33.90°+37×tan
32.86°+…+26×tan
33.90°=
106.47系统最大无功综合负荷(Mvar)==
0.9×
1.15×
106.47=
110.20发电厂的无功备用容量(Mvar)–=25×6×tanarccos
0.8+50×1×tanarccos
0.85-
110.20=
33.29发电厂无功备用占最大有功负荷百分比(%)×100%=×100%=
31.26%合理性校验
31.26%10%结论合理
2.
2.
3.功率平衡校验结论评价前面的功率平衡校验结果,并校验发电厂带最大负荷时一台机组故障后能否保证一二类负荷的供电,对三类负荷的供电情况如何由上表可知道,在增加了一台25MW的发电机之后,系统的最大有功功率备用和最大无功功率备用都达到了要求若发电厂带最大负荷时,系统负荷的参数如下最大有功负荷==20+37+34+40+26=157MW最大无功负荷==20×tan
33.90°+37×tan
32.86°+…+26×tan
33.90°=
106.47Mvar表8发电厂带最大负荷时参数项目发电厂(A)变电所
(1)变电所
(2)变电所
(3)变电所
(4)总计最大负荷(MW)2037344026157最大负荷功率因素
0.
830.
840.
820.
820.83最大负荷功率因素角
33.
9032.
8634.
9234.
9233.90一类用户的百分数2525303025二类用户的百分数3030303535一二类用户有功功率(MW)
1120.
3520.
42615.
693.35一二类用户无功功率(Mvar)
7.
3913.
1414.
2418.
1510.
4863.41三类用户有功功率(Mvar)
916.
6513.
61410.
463.65三类用户无功功率(Mvar)
6.
0510.
759.
499.
776.
9943.06若发电厂带最大负荷时一台机组故障后,假设故障机组为容量为25MW的发电机,则发电厂发出的总有功功率为=25×5+50×1=175MW发电厂发出的总无功功率为=25×5×tanarccos
0.8+50×1×tanarccos
0.85=
124.74Mvar显然,由表6的数据可知=175MW
93.35MW=
124.74Mvar
63.4LMvar故此时发电厂能保证一二类负荷的供电对于三类负荷的供电=×100%=×100%100%×100%=×100%100%故此时发电厂能完全提供三类负荷的有功功率和无功功率的供给若发电厂带最大负荷时一台机组故障后,假设故障机组为容量为50MW的发电机,则发电厂发出的总有功功率为=25×6=150MW发电厂发出的总无功功率为=25×6×tanarccos
0.8=
112.5MW显然,由表6的数据可知=150MW
93.35MW=
112.5Mvar
63.41Mvar故此时发电厂能保证一二类负荷的供电对于三类负荷的供电=×100%=×100%100%×100%=×100%100%故此时发电厂能保证三类负荷89%的有功负荷,并能完全提供三类负荷的无功功率供给
3.确定电力系统的接线图
3.
1.网络电压等级的确定根据设计任务书的要求,网络的电压等级取110kV
3.
2.网络接线方案初步比较根据设计任务书所给的发电厂和变电站的地理位置设计出4种网络接线方案,从供电可靠性、线路总长度、开关数量、继电保护整定的难易程度等几个方面选择出两种较优的方案,用来进行后面的精确比较注各个初选方案应画图说明图2发电厂和变电所距离计算测得
3.
2.
1.方案一如图,以发电厂为中心,向各个变电所呈辐射状供电考虑到提高供电可靠性的要求,采用双回路供电网络线路总长度为246km,开关数量为16个图3网络接线方案一
3.
2.
2.方案二考虑到电压降落和供电可靠性,分别对每个供电所采用了有备用的环网供电,如图所示,线路总长度为287km,开关数量为16个图4网络接线方案二
3.
2.
3.方案三在方案二的基础上,为了减少线路的总投资,省去连接变电所
(1)和变电所
(2),变电所
(3)和变电所
(4)的线路,如图,线路总长度为193km,开关数量为12个图5网络接线方案三
3.
2.
4.方案四进一步减少线路投资,将发电厂和四个变电所连成环网,如图,线路总长度仅为171km,开关数量仅为10个图6网络接线方案四
3.
2.
5.方案初选对比上述四个方案,有表9方案对比Sheet1项目方案一方案二方案三方案四图例供电可靠性方案二方案三方案一方案四线路总长度(km)246287193171开关数量16161210继电保护整定的难易程度(难度)方案二方案三方案四方案一由以上分析,虽然方案四线路和开关设备投资有很大的优势,但是其供电可靠性是四种方案中最低的,而且在线路发生故障之后,例如连接变电所
(3)和发电厂之间的线路发生故障时,变电所
(3)的电压降落很大,可能使得变电所
(3)的电压水平不符合要求方案二虽然有很高的供电可靠性,但是线路和开关设备的投入是最大的,而且其继保的整定非常困难,系统运行调度也有很大的困难方案一中,线路的投资比方案四少,且继保的整定是最容易的,方案三线路和开关设备的投资仅次于方案四,且供电可靠性仅次于方案二,继保的整定的相比方案二容易综上所述,可以令方案一和方案三作为初选方案
3.
3.网络接线方案精确比较按电力设计手册,当负荷的年最大利用小时数达到5000小时以上时,钢芯铝铰线的经济电流密度取J=
0.9A/mm2,在高压区域电力网,用经济电流密度法选择导线载面,用发热校验因本设计是110kv及以上电压等级,为了避免电晕损耗,导线截面不应小于LGJ-70有关数据综合如下表10导线参考资料导线截面载流量(A)rΩ/kmXΩ/km导线投资(万元)线路综合投资(万元)LGJ-
702750.
450.
4320.
291.95LGJ-
953350.
330.
4160.
42.1LGJ-
1203800.
270.
4090.
492.25LGJ-
1504450.
210.
4030.
622.45LGJ-
1855150.
170.
3950.
762.7LGJ-
2406100.
1320.
1880.
982.95LGJ-
3007100.
1070.
3821.
463.4LGJ-
4008980.
0790.38624对初选出来的两个方案分别作如下的计算比较
3.
3.
1.潮流估算由于后面选择导线截面积时需考虑一定的裕度,故此处潮流计算时可不考虑网损a.负荷计算表11负荷计算项目发电厂(A)变电所
(1)变电所
(2)变电所
(3)变电所
(4)最大负荷(MW)2037344026最小负荷(MW)1119182114最大负荷功率因数
0.
830.
840.
820.
820.83对应功率因数角
33.90°
32.86°
34.92°
34.92°
33.90°最小负荷功率因数
0.
780.
810.
810.
80.81对应功率因数角
38.74°
35.90°
35.90°
36.87°
35.90°由上表可知对于发电厂=20+j20×tan
33.90°=20+j
13.44MVA=11+j11×tan
38.74°=11+j
8.83MVA对于变电所
(1)=37+j37×tan
32.86°=37+j
23.90MVA=19+j19×tan
35.90°=19+j
13.75MVA对于变电所
(2)=34+j34×tan
34.92°=34+j
23.74MVA=18+j18×tan
35.90°=18+j
13.03MVA对于变电所
(3)=40+j40×tan
34.92°=40+j
27.93MVA=21+j21×tan
36.87°=21+j
15.75MVA对于变电所
(4)=26+j26×tan
33.90°=26+j
17.47MVA=14+j14×tan
35.90°=14+j
10.13MVAb.线路传输功率对于方案一==37+j
23.90MVA==19+j
13.75MVA==
231.19A==34+j
23.74MVA==18+j
13.03MVA==
217.65A==40+j
27.93MVA==21+j
15.75MVA==
256.06A==26+j
17.47MVA==14+j
10.13MVA==
164.41A对于方案三(假设电力网络线路的阻抗近似相等)在G-1-3环网,有==
35.98+j
23.92MVA==
18.62+j
13.66MVA==
226.77A==
41.02+j
27.91MVA==
21.38+j
15.85MVA==
260.44A=-=
1.02-j
0.02MVA=-=
0.38+j
0.1MVA==
5.35A同理,在G-2-4环网有:==
29.28+j
20.27MVA==
15.56+j
11.26MVA==
186.91A==
30.72+j
18.69MVA==
16.44+j
11.90MVA==
188.73A-=
4.72+j
1.22MVA-=
2.44+j
1.77MVA==
25.59A
3.
3.
2.选择导线型号及线路阻抗计算利用估算出来的潮流计算导线上流过的电流,从上表中选择合适的导线型号,即可进行线路阻抗计算综合考虑导体长期发热允许电流和经济电流密度的技术要求选择导体,假设导体实际的环境温度为25°C,由以上计算可知道对于方案一==
231.19A选择双回线LGJ-70,单位阻抗
0.45+j
0.432Ω/km,载流275A==
217.65A选择双回线LGJ-70,单位阻抗
0.45+j
0.432Ω/km,载流275A==
256.06A选择双回线LGJ-70,单位阻抗
0.45+j
0.432Ω/km,载流275A==
164.41A选择双回线LGJ-70,单位阻抗
0.45+j
0.432Ω/km,载流275A对于方案三==
226.77A考虑到线路断开情况==
487.17A选择单回线LGJ-185,单位阻抗
0.17+j
0.395Ω/km,载流515A==
186.91A考虑到线路断开情况==
382.04A选择单回线LGJ-150,单位阻抗
0.21+j
0.403Ω/km,载流445A==
260.44A考虑到线路断开情况==
487.17A选择单回线LGJ-185,单位阻抗
0.17+j
0.395Ω/km,载流515A==
188.73A考虑到线路断开情况==
382.04A选择单回线LGJ-150,单位阻抗
0.21+j
0.403Ω/km,载流445A==
5.35A考虑到线路断开情况==
231.19A考虑到线路断开情况==
256.06A选择单回线LGJ-70,单位阻抗
0.45+j
0.432Ω/km,载流275A==
25.59A考虑到线路断开情况==
217.65A考虑到线路断开情况==
164.41A选择单回线LGJ-70,单位阻抗
0.45+j
0.432Ω/km,载流275A根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》里面的相关数据,对所选导体进行动稳定校验和动稳定校验可知,所选导线基本符合技术要求
3.
3.
3.线路阻抗计算方案一=×35×(
0.45+j
0.432)=
7.88+j
7.56=×33×(
0.45+j
0.432)=
7.43+j
7.13=×30×(
0.45+j
0.432)=
6.75+j
6.48=×25×(
0.45+j
0.432)=
5.63+j
5.40方案三=35×(
0.17+j
0.395)=
5.95+j
14.11=33×(
0.21+j
0.403)=
6.93+j
13.30=30×(
0.17+j
0.395)=
5.10+j
11.85=25×(
0.21+j
0.403)=
5.25+j
10.08=28×(
0.45+j
0.432)=
12.60+j
12.10=42×(
0.45+j
0.432)=
18.90+j
18.
143.
3.
4.正常运行时的电压损失及故障可能造成的最大电压损失利用《电力系统分析》第十章的内容分析电压降落根据《电气工程课程设计参考资料》,一般认为,在无特殊要求的条件下,正常运行时电压损耗不能超过10%,故障时电压损耗不能超过15%忽略了电压降落的横分量,则有△U=对于方案一正常运行时,根据上式算得表12方案一正常运行电压降落线路变电所
(1)变电所
(2)变电所
(3)变电所
(4)P(MW)
37.
0034.
0040.
0026.00QMvar
23.
9023.
7427.
9317.
477.
887.
436.
755.
637.
567.
136.
485.40UkV110110110110△UkV
4.
293.
844.
102.19△U%
3.
903.
493.
731.99故障运行时,假如是双回路中的一条线路发生故障,线路变成单回路输电,线路阻抗增大一倍,则有表13方案一故障时运行电压降落线路变电所
(1)变电所
(2)变电所
(3)变电所
(4)P(MW)
37.
0034.
0040.
0026.00QMvar
23.
9023.
7427.
9317.
4715.
7614.
8613.
5011.
2615.
1214.
2612.
9610.80UkV110110110110△UkV
8.
587.
688.
204.38△U%
7.
806.
987.
463.98故方案一正常运行时和故障运行时电压降落都能满足技术要求对于方案三正常运行时,同理算得表13方案三正常运行时运行电压降落线路变电所
(1)变电所
(2)变电所
(3)变电所
(4)P(MW)
35.
9829.
2841.
0230.72QMvar
23.
9220.
2727.
9118.
695.
956.
935.
105.
2514.
1113.
3011.
8510.08UkV110110110110△UkV
5.
014.
304.913018△U%
4.
563.
904.
462.89故障运行时,环网开环,假设变电所处于线路末端,此时电压降落最大则对于变电所
(1),有△===
9.15KV△===
6.55KV△=△+△=
15.70KV△%=×100%=
14.3%≈15%同理,可以算得△=
17.28KV△%=
15.72%≈15%△=
11.57KV △%=
10.53%15%△=
21.83KV△%=
19.85%15%正常运行时方案三的电压降落能满足要求,但是发生故障时,大部分电压降落接近或大于15%,不符合技术要求
3.
3.
5.总投资总投资=线路投资+开关设备投资注a.若线路为双回线,则线路计算长度为两线路长度和的70%;b.假设每个开关设备需投资6万元由表的数据有导线LGJ-
701.95万元/千米;导线LGJ-
1502.45万元/千米;导线LGJ-
1852.70万元/千米可得下表表14两个方案投资对比项目方案一方案二图例线路长度(km)246193线路计算长度(km)
172.2198线路投资(万元)=
172.2×
1.95=
335.79=(33+25)×
2.70+(35+30)×
2.45+(28+42)×
1.95=
454.10开关设备数量1612开关设备投资(万元)9672总投资(万元)
431.
79526.
103.
3.
6.年运行费用年运行费用=折旧费+损耗费注a.折旧率按每年占总投资的8%来计算;b.线路年网损费用可用最大负荷时的有功损耗(《电力系统分析》第十章)及最大负荷损耗小时数(《电力系统分析》第十四章)来计算线路年网损费用的计算公式为表15年网络损耗计算Sheet1线路总和方案一
7.
887.
436.
755.
6337.
0034.
0040.
0026.
0023.
9023.
7427.
9317.
4744.
0541.
4748.
7931.324060352040404060513037175364185416064方案三
5.
956.
935.
105.
2512.
6018.
9035.
9829.
2841.
0230.
721.
024.
7223.
9220.
2727.
9118.
690.
021.
2243.
2135.
6149.
6135.
961.
024.
88406035204040406040604060327832062668366828811113219.00取电费为,则对于方案一对于方案三=+=F×8%+△A×
0.6×1000÷1000=
524.35×8%+13219×
0.06=
835.09万元
3.
3.
7.年计算费用按7年收回投资计算,则年计算费用=总投资/7+年运行费用通过比较年计算费用及电压分布是否合理来选择最优的方案对于方案一对于方案三年计算费用FC=F/7+FM=
526.10/7+
835.09=
910.25万元通过以上的对比,虽然年计算费用相比差不多,甚至方案三的年计算费用还略少于方案一,但是考虑到方案一在正常运行和故障时线路的电压降落大体都比方案三的小,电压分布较方案三均匀,满足了技术要求,且其继电保护的整定较为简单,而方案三故障时的电压降落大体不符合技术要求,权衡两者优劣,最终确定采用了方案一
4.确定发电厂、变电所的电气主接线必须满足以下基本要求
1、必需保证发供电的可靠性;
2、应具有一定的灵活性;
3、操作应尽可能简单、方便;
4、经济上应合理注;变压器型号和参数可见《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》
4.
1.发电厂主接线的选择利用《发电厂电气》课程中学到的知识和设计的要求,确定3种接线方案(包括变压器型号及参数),选择其中最优者根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》,发电厂主接线的选择原则有
1、若单机容量小,与所接入的系统不相匹配,经技术经济论证合理后,可将两台发电机与一台变压器做扩大单元接线,也可将两组发电机—双绕组变压器单元,公用一台高压断电器而构成另一种扩大单元接线
2、当机组容量小,数目较多,一般可以设发电机电压母线,其母线可根据发电机的数目,发电厂的重要性,采用单母分段,双母线或双母线分段的接线方式
3、当两台发电机和一台变压器或两组发电机—双绕组变压器作扩大单元接线时,在发电机与变压器应装断路器和隔离开关
4、对发电厂的高压配电装置,若地位重要,负荷大,潮流变化剧烈,出线较多时,一般采用双母线或双母线分段接线
5、当110KV、220KV配电装置采用双母线接线时,若出现在6回以上时,可采用带专门旁路断电器的旁路母线发电厂的最大单机有功容量为50MW,总装机有功容量为200MW,属于中小型发电厂发电机各个机组的视在功率对于25MW发电机组对于50MW发电机组因为发电机各单机容量均不小于25MW,考虑到有关设计规程对选用单母线分段接线不得超过24MW的规定,所以确定各方案中
6.3KV电压级母线为双母线分段接线形式;而50MW发电机组直接通过变压器连接到110KV主接线上在变压器的选择上,为了减少经济投入和运行损耗,可以使用两台低压侧
6.3KV的SFP7-120000/110变压器和六台25MW的发电机组连接,构成两组扩大单元接线另外,也可以使用五台SF7-40000/110变压器与各25MW发电机组相连接另使用一台低压侧
10.5KV的SFP7-63000/110变压器和50MW的发电机组连接厂用电从
6.3KV电压级母线引出考虑到主变压器选择的N-1原则,即若发电机电压母线接有两台或以上的主变压器时,当其中一台容量最大的一台因故退出运行时,其他主变压器应能输送母线剩余功率的70%以上若使用两台低压侧
6.3KV的SFP7-120000/110变压器和六台25MW的发电机组连接若其中一台因故退出运行时显然,不符合N-1原则而若使用为五台SF7-40000/110变压器与各25MW发电机组相连接,当其中一台因故退出运行时可以发现,此时剩下的主变压器依然能输送
85.33%的剩下功率符合N-1原则权衡经济性和供电的可靠性,最终决定采用后者相关升压变压器的参数如下表16相关变压器参数Sheet1型号额定高压(KV)额定低压(KV)联结组标号损耗(KW)空载电流(%)阻抗电压(%)空载负载SF7-40000/110110±2×
2.5%
6.3YN,d
11481740.
810.5SFP7-63000/110110±2×
2.5%
6.3YN,d
11652600.
610.5SFP7-120000/110110±2×
2.5%
10.5YN,d
111064220.
510.5根据发电厂可靠性和经济性的考虑,可以提出以下三种接线方案
4.
1.
1.方案一考虑到供电可靠性的要求,发电机
6.3KV电压级母线采用了双母线分段接线,110KV主接线采用了四分之三断路器配置方式,考虑到交叉接线比非交叉接线具有更高的运行可靠性,可减少特殊运行方式下的事故扩大,故采用了交叉接线������变电所
(2)厂用电
6.3KV25MW25MW25MW25MW25MW变电所
(1)变电所
(3)变电所
(4)SFP7-40000×5SFP7-6300050MW110KVW1W2W3W4发电机主接线图方案一25MW图7发电厂主接线方案一
4.
1.
2.方案二为了减少方案一的断路器投资,110KV主接线采用了双母带旁路母线的配置方式,为了减少经济投入,令母联断路器兼做旁路断路器������变电所
(2)厂用电
6.3KV25MW25MW25MW25MW25MW变电所
(1)变电所
(3)变电所
(4)SFP7-40000×5SFP7-6300050MW110KVW1W2W3W4WP25MW发电厂主接线图方案二图8发电厂主接线方案二
4.
1.
3.方案三方案三进一步减少投资,110KV主接线采用单母分段带旁路母线的配置方式,平时分开运行,以减少故障时短路电流,对重要用户可用接在不同分段上的双回路进行供电������变电所
(2)厂用电
6.3KV25MW25MW25MW25MW25MW变电所
(1)变电所
(3)变电所
(4)SFP7-40000×5SFP7-6300050MW110KVW1W2W3W4WP发电机主接线方案三25MW图9发电厂主接线方案三
4.
1.
4.方案确定对比这三种方案发电厂主接线的经济性和可靠性有表17发电厂主接线方案对比Sheet1供电可靠性断路器数量隔离开关数量母线数量线路复杂性总投资方案一最高36811分段+3复杂最高方案二较高25741分段+4较复杂较高方案三最低26662分段+2简单最低通过比较上述三种方案,可以发现,虽然方案一有着最高的供电可靠性,但是其建设总投资是最高的,而且运行调度比较复杂而方案三虽然有着最低的建设总投资,但是其供电可靠性却是最差的为此,可以选择一种折中的方案,故最终选择了方案二
4.
2.变电所主接线的选择利用《发电厂电气》课程中学到的知识和设计的要求,确定2种设计方案(包括变压器型号及参数),选择其中较优者根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》,变电所主接线选择原则有
1、变电所的高压侧接线应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式,如桥形等
2、在具有两台主变的变电所中,当35~220KV线路为双回线时,若无特殊要求,该电压等级主接线都采用桥形接线
3、在110KV220KV配电装置中,当线路为3回以上时,一般采用双母线或单母分段接线变电所各个负荷的视在功率对于变电所
(1)=37/
0.84=
44.05MV·A对于变电所
(2)=34/
0.82=
41.46MV·A对于变电所
(3)=40/
0.82=
48.78MV·A对于变电所
(4)=26/
0.83=
31.33MV·A由于输电线路采用双回路线路,另外考虑到供电可靠性,每个变电所都将安装2台降压变压器同样考虑到N-1原则,对各个变电所选择的变压器的最小容量应该满足对于变电所
(1)×70%=
44.05×70%=
30.84MV·A对于变电所
(2)×70%=
41.46×70%=
29.02MV·A对于变电所
(3)×70%=
48.78×70%=
34.15MV·A对于变电所
(4)×70%=
31.33×70%=
21.93MV·A故变电所
(1)可以采用低压侧电压为
10.5KV的SF7-31500/110变压器;变电所
(2)可以采用低压侧电压为
6.3KV的SF7-31500/110变压器;变电所
(3)可以采用低压侧电压为
10.5KV的SF7-40000/110变压器;变电所
(4)可以采用低压侧电压为
10.5KV的SF7-25000/110变压器相关降压变压器的参数如下表18相关降压变压器的参数Sheet1型号额定高压(KV)额定低压(KV)联结组标号损耗(KW)空载电流(%)阻抗电压(%)空载负载SF7-25000/110110±2×
2.5%
10.5YN,d
1132.
51230.
810.5SFP7-31500/110110±2×
2.5%
6.
3、
10.5YN,d
1138.
51480.
810.5SF7-40000/110110±2×
2.5%
10.5YN,d
11481740.
810.5因为从发电厂升压出来的输电线路是双回线,所以这种情况下宜采用桥形接线,同时桥形接线只用3台断路器,比具有四条回路的单母线接线节省了1台断路器,并且没有母线,投资省,但可靠性不高,只适用于小容量发电厂或变电站另外在低压的配置方式,考虑到供电可靠性,可采用单母分段带旁路的接线方式,另外,为了节省投资,令分段断路器兼做旁路断路器而对于桥形接线,可以分为内桥接线和外桥接线,为此,我们提出了两种方案
4.
2.
1.方案一内桥接线内桥接线在线路故障或切除、投入时,不影响其余回路工作,并且操作简单;而在变压器故障或切除、投入时,要使相应线路短时停电且操作复杂因而该接线一般适用于线路较长(相对来说线路的故障几率较大)和变压器不需要经常切换的情况����WPW2W1负荷负荷进线110KVT1T2变电所主接线图方案一图10变电所主接线方案一
4.
2.
2.方案二外桥接线外桥接线在运行中的特点与内桥接线刚好相反,适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况当系统中有穿越功率通过主接线为桥形接线的发电厂或变电站高压侧,或者桥形接线的两条线路接入环形电网时,通常宜采用外桥接线����WPW2W1负荷负荷进线110KVT1T2变电所主接线图方案二图11变电所主接线方案二
4.
2.
3.方案确定通过对比,发现各个发电所的输电距离都比较长,并且变压器不需要经常切换,故可以采用方案一的内桥接线
5.潮流计算,确定变压器分接头
5.
1.系统参数计算利用《电力系统分析》第二章的内容计算潮流计算所需的线路和变压器的阻抗参数系统的等值电路如图(忽略线路的充电功率)图12系统等值电路其中,线路阻抗对于变压器的参数,根据《电力系统课程设计参考资料》,有表19相关变压器的参数计算Sheet1型号额定高压(KV)额定低压(KV)联结组标号损耗(KW)空载电流(%)阻抗电压(%)空载负载SF7-25000/110110±2×
2.5%
10.5YN,d
1132.
51230.
810.5SFP7-31500/110110±2×
2.5%
6.
3、
10.5YN,d
1138.
51480.
810.5SF7-40000/110110±2×
2.5%
10.5YN,d
11481740.
810.5SFP7-63000/110110±2×
2.5%
6.3YN,d
11652600.
610.5由《电力系统课程设计参考资料》,有阻抗参数若励磁支路以功率损耗表示当计算变电所的变压器阻抗时,因为变电所的变压器是并联运行,所以阻抗应该为一半变压器的励磁损耗计算公式=(+)×2故算得变压器的参数如下表20相关变压器的参数计算Sheet1变压器类型空载损耗KW负载损耗KW阻抗电压Vs%空载电流I0%变压器阻抗Ω励磁损耗MVA△P0△PsRTXT△P0△Q0TG1SFP7-
6526010.50%
0.60%
0.
792642983120.
16666666670.
070.37863000TG2/TG3/TG4/TG5/TG6SF7-
4617410.50%
0.80%
1.
31587531.
76250.
050.3240000T1SF7-
4617410.50%
0.80%
0.
657937515.
881250.
090.6440000T2/T4SF7-
38.
514810.50%
0.80%
0.
9023935520.
16666666670.
080.50431500T3SF7-
32.
512310.50%
0.80%
1.
1906425.
410.
070.425000
5.
2.潮流计算根据最终确定的网架方案,分别计算最大负荷和最小负荷下全网的潮流分布、网络功率损耗及节点电压值,并提出合理的发电厂机组间有功功率分配方案注须注意所选的最优方案是开式网还是闭式网,选择相应的潮流计算方法图13系统等值电路
5.
2.
1.网络潮流分布和功率损耗对于各个变电所的变压器,由,可知表21相关变压器的参数计算对于线路,忽略线路的充电功率,由,有表22相关线路的参数计算Sheet1LG-1LG-2LG-3LG-4总和R1/PX1/QR2/PX2/QR3/PX3/QR4/PX4/Q线路阻抗ZT
7.
887.
567.
437.
136.
756.
485.
635.4线路末端功率STMAX
40.
21831.
15734.
20827.
10626.
16719.
93127.
63426.167MIN
21.
12717.
29418.
11714.
35314.
09711.
16819.
12115.177线路功率损耗△SLMAX
1.
6861.
6171.
3201.
2670.
6040.
5790.
6740.646MIN
0.
4850.
4660.
3660.
3510.
1800.
1730.
2770.
266110.142线路首端功率SLMAX
41.
90432.
77435.
52828.
37326.
77120.
51038.
03328.
484142.24MIN
21.
61217.
76018.
48314.
70414.
27711.
34119.
34715.
41573.
7259.220
5.
2.
2.网络电压分布忽略电压降落的横分量,有:故系统的电压降落表23系统的电压降落计算Sheet1LG-1LG-2LG-3LG-4R1/PX1/QR2/PX2/QR3/PX3/QR4/PX4/Q线路阻抗ZT
7.
887.
567.
437.
136.
756.
485.
135.4线路首端功率SLMAX
41.
90432.
77435.
52828.
37326.
77120.
51038.
03328.484MIN
21.
61217.
76018.
45314.
70414.
27711.
34119.
34715.415线路电压降落△ULMAX
5.
2544.
2392.
8513.172MIN
2.
7692.
2001.
5441.659线路末端电压ULMAX
104.
746105.
761107.
149106.828MIN
107.
231107.
800108.
456108.341变压器输出功率SMAX
4027.
433423.
742617.
473723.9MIN
2115.
751813.
031410.
141913.76变压器的功率损耗△STMAX
0.
1283.
0870.
1282.
8660.
0972.
0610.
1453.234MIN
0.
0370.
9040.
0370.
8230.
0290.
6280.
0410.917变压器首端功率STMAX
40.
12830.
51734.
12826.
60626.
09719.
53137.
14527.134MIN
21.
03716.
65418.
03713.
85314.
02910.
76819.
04114.677变压器阻抗ZT
0.
65815.
8800.
90220.
1701.
19125.
4100.
90220.17变压器励磁损耗△S
00.
0900.
6400.
0800.
5000.
0700.
4000.
080.5变压器电压降落△ULMAX
4.
8795.
3654.
9225.437MIN
2.
5952.
7432.
6772.891变压器末端电压MAX
99.
867100.
396102.
227101.391MIN
104.
636105.
058105.
779105.450
5.
2.
3.发电厂功率损耗和功率分配最大负荷时,主变TG-
1、TG-
2、TG-
3、TG-
4、TG-5和TG-6所提供的总功率为(假设发电厂的负荷全从厂用电侧引出)发电厂负荷可以由一台单机有功容量为25MW的发电机组提供故对剩下的5台单机有功容量为25MW的发电机组和一台单机有功容量为50MW的发电机组,根据容量进行功率分配有故变压器的功率损耗为故发电厂必须提供的功率为一台25MW停运,则可使50MW机组出力
46.60MW,5台25MW机组各自出力
23.30MW,此时,机组的负荷率达到
93.20%,系统有
11.90MW的有功热备用,仅占总有功负荷
7.30%,不满足有功备用应大于10%的要求而且此时全部机组最大的无功输出仅为
124.74Mvar,不满足系统的无功需求故全部机组必须全部运行,可使50MW机组出力
40.77MW,6台25MW机组各自出力
20.39MW,此时,机组的负荷率达到
81.55%,系统有
36.89MW的有功热备用,占总有功负荷
22.62%,满足了有功备用应大于10%的要求,且有
143.487-
138.646=
4.841Mvar的无功裕度,占总无功负荷
3.49%,可以通过无功调节装置处理最小负荷时,同理发电厂必须提供的功率为此时可以考虑将50MW和2台25MW的发电机组停运,而剩下的4台25MW机组各自出力
21.30MW,机组的负荷率达到
85.2%,且有
14.812MW的有功热备用,占总有功负荷的
17.39%,另外还有100MW的有功冷备用,占总有功负荷的
117.39%而无功盈余为75-
73.964=
1.036Mvar,占总无功负荷
1.41%,可以通过无功调节装置处理
5.
3.变压器分接头的选择利用《电力系统分析》第十二章的方法选择发电厂和各变电站变压器的分接头(注选择好分接头后应校验)发电厂的调压要求为顺调压,即大负荷允许中枢点电压低一些,但不低于线路额定电压的
102.5%;小负荷时允许其电压高一些,但不超过线路额定电压的
107.5%故选定发电高压母线电压在112~117V之间故根据可算得表24系统的电压降落计算
5.
3.
1.对于变电所
(1)的调压设计要求为常调压,即要求在任何负荷下,中枢点电压保持为大约恒定的数值,一般较线路额定电压高2%~5%,变压器T1的低压侧在最大负荷时为10×(1+2%)=
10.2KV,最小负荷时为10×(1+5%)=
10.5KV则选择最接近的变压器接头110×(1-
2.5%)=
107.25KV分接头低压侧实际电压调压不能满足要求故T1须采用有载调压,当最小负荷时取
104.5KV分接头,最大负荷时取最小
112.75KV分接头调压能满足要求
5.
3.
2.对于变电所
(2)的调压设计调压要求为逆调压,所以在最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高5%;在最小负荷时保持为线路额定电压,即变压器T2的低压侧在最大负荷时为10×(1+5%)=
10.5KV,最小负荷时为10KV则选择最接近的变压器接头为110分接头低压侧实际电压故T2须采用有载调压,当最小负荷时取最大
115.5KV分接头,最大负荷时取最小
104.5KV分接头,经过计算可知,仍不符合要求,故变电所
(2)要采用其他调相机或者并联电容的形式进行调压才能符合技术要求
5.
3.
3.对于变电所
(3)的调压设计调压要求为顺调压,所以大负荷允许中枢点电压低一些,但不低于线路额定电压的
102.5%;小负荷时允许其电压高一些,但不超过线路额定电压的
107.5%,即变压器T2的低压侧在最大负荷时为10×
102.5%=
10.25KV,最小负荷时为10×
107.5%=
10.75KV则选择最接近的变压器接头为110KV分接头低压侧实际电压故T3须采用有载调压,当最大负荷时取
107.25KV分接头,最小负荷时取110KV分接头调压基本能满足要求
5.
3.
4.对于变电所
(4)的调压设计要求为常调压,即要求在任何负荷下,中枢点电压保持为大约恒定的数值,一般较线路额定电压高2%~5%,变压器T1的低压侧在最大负荷时为6×(1+2%)=
6.12KV,最小负荷时为6×(1+5%)=
6.3KV则选择最接近的变压器接110KV分接头低压侧实际电压故T4须采用有载调压,当最小负荷时取110KV分接头,最大负荷时取最小
107.25KV分接头调压基本符合要求
5.
3.
5.对于发电厂的调压设计的调压要求为顺调压,即大负荷允许中枢点电压低一些,但不低于线路额定电压的
102.5%;小负荷时允许其电压高一些,但不超过线路额定电压的
107.5%即发电厂的高压侧在最大负荷时为110×
102.5%=
112.75KV,取112KV;最小负荷时为110×
107.5%=
118.25KV,取117KV故相应的电压降落为(变压器TG
3、TG
4、TG
5、TG6的相关参数和TG2类似)一般认为发电机端电压的可能调整范围为机端电压的±5%,故对于TG1所以,变压器TG1选择110+2×
2.5%×110=
115.5KV分接头认为所选分接头能符合要求对于TG2所以,变压器TG2选择110+2×
2.5%×110=
115.5KV分接头所以TG2选择
115.5KV分接头满足要求变压器TG
3、TG
4、TG
5、TG6的相关参数和TG2类似故分接头的选择也和TG2一样
6.主要经济指标计算
6.
1.输电效率
6.
1.
1.不考虑厂用负荷及厂用电(注厂用负荷,即表1-2中发电厂A的最大最小负荷)
(1)最大负荷情况下
(2)最小负荷情况下
6.
1.
2.考虑厂用负荷及厂用电
(1)最大负荷情况下
(2)最小负荷情况下
6.
2.网损计算
(1)最大负荷情况下
①变压器的总损耗
②线路的总损耗
③总网损
(2)最小负荷情况下
①变压器的总损耗
②线路的总损耗
③总网损
6.
3.输电成本由上面
3.
3.6方案经济对比处可得该方案年运行费用为
991.30万元,年售电量为四个变电所年供电负荷的总和(不计入厂用负荷和厂用电),即为由此可得
7.总结该设计说明书是对一个区域电网进行规划设计,电网中一个发电厂和五个变电所的相关参数和地址均已给定,本设计通过对原始数据资料的分析、对系统有功及无功平衡的检验,发现系统有功备用不足,故综合考虑决定加多一台25MW发电机组再根据实际情况拟定待选接线方案,并对其进行经济技术比较从而确定最终方案,然后确定系统各主变的型号、容量和相关参数,进而对已确定的网络进行潮流计算和调压计算,确定各台主变的分接头,最后对设计方案的相关经济和技术指标进行统计计算最终结果显示,该方案不仅满足各项技术指标要求,而且具有良好的经济性,故可以采用
8.参考资料
1.何仰赞,温增银,《电力系统分析》(上册),华中科技大学出版社,2001;
2.何仰赞,温增银,《电力系统分析》(下册),华中科技大学出版社,2001;
3.熊信银,朱永利等,《发电厂电气部分》,中国电力出版社,2009;
4.曹绳敏等,《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》,水利电力出版社,1995;
5.陈跃,毛晓华等,《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;1234图例——发电厂4——变电所比例尺1:10000001234图例——发电厂4——变电所比例尺1:10000001234图例——发电厂4——变电所比例尺1:10000001234图例——发电厂4——变电所比例尺1:10000001234图例——发电厂4——变电所比例尺1:10000001234图例——发电厂4——变电所比例尺1:10000001234图例——发电厂4——变电所比例尺1:1000000。