1、长春工程学院毕业设计（论文）01 引 言电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，是世界各国经济发展战略中的优先发展重点。作为一种先进的生产力和基础产业，电力行业对促进国民经济的发展和社会进步起到重要作用。近些年来，随着我国经济的持续快速健康发展，电力工业也突飞猛进，电力建设项目在全国遍地开花。因此，做好电力系统的设计规划工作，事关国家的长治久安和人民群众的切身利益，也是我们这些即将走上工作岗位的大学生义不容辞的责任。本课题就是一个区域电力系统的规划设计，它的背景来源于我国南方水利资源较丰富，但又不足以满足全部电力需求的地区。这样的规划设
2、计对于促进这些地区的经济协调发展有十分重要的意义。在设计中，我们要实现投资的合理性，同时又要保证系统具有很高的可靠性。我国电力系统运行的八字方针是：“安全可靠，优质经济”。做好电力系统的规划设计，电力系统的可靠性是首先要保证的问题。在电力系统的规划、设计、运行的全过程中，坚持系统全面的可靠性定量评估制度是提高电力系统效能的有效方法。在可靠性评估中，除了对可能出现的故障进行故障分析，采取相应措施以减少故障造成的影响外，还可对可靠性投资与相应带来的经济效益进行综合分析，以确定合理的可靠性水平，并使电力系统的综合效益达到最佳。为了实现电力系统可靠性评估，首先要确定可靠性目标，然后应用评估手段，依据可
3、靠性准则确定故障准则并对故障严重性做出估计。2003 年美加大停电给我们留下的记忆还历历在目，当时局面一片混乱，人行道和马路上挤满了步行的人群，许多乘客在 30 摄氏度的高温下手足无措，地铁全部瘫痪，成千上万名在地铁车站内等车的乘客呆在黑暗中，美国和加拿大东部广大地区一切都陷入停滞之中。这次事故发生的直接原因是多重并发事故同时发生，但根本原因却是控制相互联接的电网系统之间所必须的计划、协作和沟通体系的崩溃。随着我国各大区域电网公司的组建，在区域电力市场发展的同时，需要加强区域电网的统一调度，运行方式的统一安排和电网的统一管理。包括负荷的统一安排，电厂检修的统一安排，负荷的统一平衡。同时，在区域
4、电网之间建立一个机制来加强计划、协调、沟通和控制，也是亟待考虑的一个重要课题。强制性的电力可靠性标准和规程可以在电力系统控制的基础层面帮长春工程学院毕业设计（论文）1助解决长春工程学院毕业设计（论文）2计划，协调和沟通系统之间的崩溃。中国实行“厂网分开”以后，必须建立合理的电网投资回报机制，设计合理的输电电价体系，以吸引电网的持续 投 资 。 与 此 同 时 ， 为 适 应 电 力 需 求 快速 增 长 ， 电 网 规 划 需 要 有 一 定 的 提 前 性 ， 适 度 超 前 以 较 好 地 适 应 发 展 的 需求。2 电力系统有功功率平衡和发电厂装机容量的确定2.1 电力系统有功功率平衡
5、电力系统有功功率平衡是指运行中，所有发电厂发出的有功功率的总和 ，在任何maxP时刻都等于该系统的总负荷 。maxiP(1)不同时期的各类负荷值：系统综合最大用电负荷: 0maxiKP式中： 同时率， ，取 =90%;010K系统综合最大供电负荷： *1%ysP初 (3)ysP中 （ -） *10%ys末 （ +0） （ ）()=gP火 发 初 中 末 水 发（ 1-） （ -2）系统综合最大发电负荷: =g厂 用发表 2-1：不同时期的各类负荷各类负荷不同时期系统综合最大用电负荷Pmax系统综合最大供电负荷Pgmax 系统的有功备用容量P R系统综合发电负荷年初 504MW 554.4MW
6、100.8MW 598.89MW年中 488.88MW 537.77MW 97.776MW 580.41MW年末 554.4MW 609.84MW 110.88MW 660.49MW长春工程学院毕业设计（论文）3其中：系统的有功备用容量P R包括：1.国民经济备用：取最大负荷的 5%。2.负 荷 备 用 ：取最大负荷的（25）%。大系统取小值，小系统取大值。3.事 故 备 用 ：取最大负荷的 10%，但不得小于最大一台机组的容量。4.检 修 备 用 ：如在一年中最小负荷季节（大修）和节假日（小修）能够完全分期分批地安排所有机组的检修，则不需设置。2.2 火电厂装机容量的确定根据事故备用负荷不小
7、于电厂中最大一台机组容量来重新确定火电厂的装机容量。根据上述，拟建火电厂的容量为 100MW 机组 6 台，同时根据火电厂机压负荷最终确定汽轮机型号、参数.查电气工程电气设备手册 ，选用双水内冷系列的汽轮机，型号为 QFS-100-2。参数为：=0.85， 10.5kV， 0.67.cosNUdx2.3 发电机组检修计划的制定(1)根据上述数值，可分别计算出机组年初、年中、年末发出的功率，即：年初： =598.89MW; shP年中： =580.923MW；年末： =658.78MW。由此，可绘制出有功年最大负荷曲线，如图 3-1shPshP所示：长春工程学院毕业设计（论文）4图 3-1 有功
8、年最大负荷曲线(2)各时期，需要检修的机组容量表 3-2 所示：表 3-2.检修计划表月份 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一 十二检修261.11MW264.19MW267.27MW270.35MW273.43MW276.5MW279.59MW266.24MW252.89MW239.54MW226.19MW212.84MW3 确定电力网的最佳接线方案3.1 电力网络的方案初选考虑可能的网络连接方式，对显然不合理的方案予以淘汰：其首要依据为电力系统的供电可靠性，其次可通过满足备用情况的线路长度、高压断路器的数量及调度的灵活性等指标来取舍，最后只保留少数几个方案进行
9、下一步的经济比较。从可靠性角度分，电网接线基本上可以分为无备用网络和有备用网络两大类。无备用网络又可分为单回路放射式和单回路链式；有备用网络又可分为双回路放射式、双回路链式、环网和双回路与环网混合型等。从电网结构繁简程度分，并从如何分析、控制稳定水平着眼，电网结构又可分为简单结构和复杂结构两种。属于简单结构的电力系统是分析机电暂态过程时可以归结为等值两机系统的电力系统。如果在分析电力系统机电暂态时不能归结为两机系统，则电力系统应该用 3 台或更多台等值发电机来表示，这就属于复杂结构的电力系统了。本题目属于复杂电力系统。电力网络初选的情况见表 3.1。 长春工程学院毕业设计（论文）5表 3.1
10、电力网络方案初选经济性/序号结线方式供电可靠性调度灵活性线长 km高压断路器数取舍一 高优676.6 52 舍二 高优659 48 舍三 高 良 750.6 56 取四 高优669.4 48 舍五 高优709.4 52 舍长春工程学院毕业设计（论文）6六 高优 710.6 52 取3.2 确定电力网的最佳接线方式针对网络方案初选后剩下的两个方案，从总投资和总年运行费两个方面进行经济技术比较。若总投资和总年运行费一大一小时，则采用偿还年限法进行经济比较，最后确定其中之一为最佳接线方案。3.2.1 导线的选型和校验（1）导线型号的选择方案三对于双母线接线方式，导线传输的最大功率，在最大负荷的 70
11、%和重要负荷中选大者。本方案中各变电所的进线均为双母线接线，其上传输的最大负荷见表 3-2。线路最大负荷（MW） 重要负荷 MW导线传输的最大负荷 MW距离km电压等级截面积 2m导线型号H1 130*70%*1.1=100.1 96 100.1 44.7 220 267 LGJ-300H2 413 50 413 90 220 1109 2 LGJ-400S2 281 50 281 30 220 754 2 LGJ-400S3 65*70%*1.1=50.05 35 50.05 30 220 134 LGJ-240S4 70*70%*1.1=53.9 35 53.9 50 220 144 LG
12、J-240S5 50*70%*1.1=38.5 30 38.5 80.6 220 207 LGJ-240S6 125*70%*1.1=96.25 60 96.25 50 220 258 LGJ-300由于最大负荷利用小时数 maxT=5000h，查经济电流密度表，J=1.15A/ 。又 =0.85。2mcos根据 ，max3cosJIPSJU方案六对于双母线接线方式，导线传输的最大功率，在最大负荷的 70%和重要负荷中选大者。本方案中 3、4 变电所和水厂组成环网，其余各变电所的进线均为双母线接线，其上传输的最大负荷见表 3-3。长春工程学院毕业设计（论文）7线路最大负荷（MW） 重要负荷MW
13、导线传输的最大负荷 MW距离 km 电压等级截面积 2m导线型号H1 130*70%*1.1=100.1 96 100.1 44.7 220 267 LGJ-300H2 413 50 413 90 220 1109 2 LGJ-400S2 281 50 281 30 220 754 2 LGJ-400S3 85.71 35 50.05 30 220 231 LGJ-240S4 62.79 35 53.9 50 220 168 LGJ-24034 15.42 0 15.42 40 220 41 LGJ-185S5 50*70%*1.1=38.5 30 38.5 80.6 220 207 LGJ-
14、240S6 125*70%*1.1=96.25 60 96.25 50 220 258 LGJ-300按电晕条件校验导线截面武汉高压研究所推荐，在年平均电晕损失P 不大于线路电阻损失的 20%、导线表面最大电场强度不大于临界电场强度的 85%时，可不必验算电晕的导线最小直径如下表 ：10表 3.4 不必验算电晕的导线最小直径（mm）110 220 330 参考海拔（m）外径 7.6 18.6 217.21.00相应导线型号 LGJ-35 LGJ-185 LGJ-18520外径 9.1 21.4 2200.89相应导线型号 LGJ-50 LGJ-240 LGJ-24021120外径 10.6 2
15、4.8 224.50.79相应导线型号 LGJ-70 LGJJ-300 LGJJ-30022270外径 12.0 28.5 229.30.7相应导线型号 LGJ-95 LGJJ-400 LGJJ-40023440故方案三和方案六所选的导线都无需进行电晕校验。按导线长期容许电流校验导线截面按容许发热条件的持续极限输送容量的计算公式为： maxax3eWUI式中： 极限传输容量（MVA） ；线路额定电压（ kV） ；e导线持续容许电流（kA） 。maxI额 定 电压 (kV)导线 结构长春工程学院毕业设计（论文）8按机械强度校验导线截面为了保证架空线路必要的安全机械强度，对于跨越铁道、通航河流和运
16、河、公路、通信线路、居民区的线路，其导线截面不得小于 35 。所以，方案三和方案六不需要进行机械强度2m校验。按电压损失校验导线截面线路的允许电压损失，应根据线路首端的实际电压水平而确定。一般允许电压损失，在无损失要求的条件下，线路正常运行方式为额定电压的 10%，事故时为额定电压的 15%。利用阻抗关系的功率分布求得各段线路的电压损失，数据如下表 4-9 所示：方案 3 方案 6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7.45% 10% 14.9% 15% 7.45% 10% 14.9% 15%通过上表可知，两方案的电压损失均满足要
17、求3.2.2 确定电力网络的最佳接线方式针对网络方案初选后剩下的两个方案，从总投资和总年运行费两个方面进行经济技术比较。若总投资和总年运行费一大一小时，则采用偿还年限法进行经济比较，最后确定其中之一为最佳接线方案。一般，标准抵偿年限 T 为 10 年（负荷密度大的地区取最小值；负荷密度小的地区取最大值）。当 T 大于标准抵偿年限时，应选择投资小而年费用较多的方案；反之，则选择投资多而年费用少的方案。在本设计中，方案 6 的工程投资小于方案 3 的工程投资：=1220.08(万元)3Z而方案 6 的年运行费用也小于方案 3 的年运行费用85.24（万元）63F长春工程学院毕业设计（论文）9由于方
18、案 6 的总投资和年运行费均比方案 3 要少，所以通过比较得出最佳接线方案为方案 6。4 发电厂及变电所电气主接线的确定4.1 电气主接线设计原则电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。对主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。本设计主要进行技术比较，经济性只作定性论证。技术比较是根据发电厂及变电所的容量、规模、运行方式、电压等级、负荷性质、回路数及其在系统中的作用等进行全面的分析论证。一般从以下几个方面进行分析：供电的可靠性；运行的灵活性；检修与维护的方便性；接线与继电保护的简化；具有扩建的可能性。4.2 电气主接线的基本接线形式主接线的基本形式，包括有汇流母线和无汇流母线的接线方式。有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。单母线接线及单母分段接线单母线接线既可保证电源并列工作，又可使任一出线都可以从任一电源获得电能。优点是：接线简单，操作方便，设备少，经济性好，并且母线容易向两边延伸，扩建方便 。缺点是：
