某地区电网规划及电气设计

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第32页 共32页1 引言电网规划是所在供电区域国民经济和社会发展的重要组成部分，同时也是电力企业自身长远发展规划的重要基础之一。电网规划的目标就是能够使电网发展，能适应，满足并适度超前于供电区域内的经济发展要求，并能发挥其对于电网建设，运行和供电保障的先导和决定做用1。电网规划是电网发展和改造的总体计划。其任务是研究负荷增长的规律，改造和加强现有电网结构，逐步解决薄弱环节，扩大供电能力，实现设施标准化，提高供电质量和安全可靠性，建立技术经济合理的电网2。电网是电源和用户之间的纽带，其主要功能就是把电能安全、优质、经济地送到用户。电力工业发展是实践表明，要实现这一目标，大电网具有不可取代的优越性，而要充分发挥这种优越性，就必须建设一个现代化的电网。随着电网的发展和超高压大容量电网的形成，电力给国民经济和社会发展带来了巨大的动力和效益，并成为当今社会发展和人民日常生活不可缺少的能源之一。但随着经济时代的到来，电网的运行和管理已发生了深刻的变化，国内外经验表明，如果对供电电网设计不善，一旦发生自然和认为故障，轻者造成部分用户停电，重者则使电网的安全运行受到威胁，造成电网运行失去稳定，严重时甚至会使电网瓦解，酿成大面积停电，给国民经济带来灾难性的后果。因此对电网的合理设计已经成为了电力系统运行维护的主要部分3。电力系统是由生产、输送、分配和消费电能的发电机、变压器、电力线路和电力用户组成的整体，是将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统。电力系统还包括保证其安全可靠运行的继电保护装置、安全自动装置、调度自动化系统和电力通信等相应的辅助系统（一般成为二次系统），以及通过电或机械的方式联入电力系统中的设备4。2 设计原理说明2.1 确定火电厂和水电厂的发电机型号、参数发电厂是电能的生产单位，电能由发电机发出，经升压变压器升压后送到电网供用户使用。发电机是电厂的主要设备，也是及其昂贵的设备。因此在设计中要对发电机进行保护设计，避免故障等原因损坏发电机。发电机按原动机分类可分类为：汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机及燃气轮发电机。按冷却方式可分为外冷式和内冷式发电机。按冷却介质可分为空气冷却发电机、氢气冷却发电机、水冷却发电机及油冷却发电机等。按结构特点分为凸极式和隐极式发电机5。同步发电机的额定参数有：（1）额定功率：发电机在规定条件下运行时，连续输出的最大电功率，单位为千瓦或兆瓦。（2）额定电压:发电机在正常运行时钉子绕组的标称电压，单位为V或KV，通常带有6.3KV、10.5KV、13.8KV等。（3）额定电流：发电机在额定条件下运行时，流过定子绕组的标称线电流，单位为A或KA。（4）额定转速:转子正常运行时的转速，单位为r/min。（5）额定频率：我国规定频率为50HZ。（6）额定效率：发电机在额定状态下运行的效率。发电机的容量越大，效率越高。（7）额定温升：运行中，发电机的定子绕组和转子绕组允许比环境温度升高的度数。（8）额定功率因数：在额定功率下，额定电压与额定电流之间相位差的余弦值6。设计说明书根据设计任务书，拟建火电厂容量为汽轮发电机50MW 2台、125MW 1台；水电厂容量为水轮发电机60MW 2台确定汽轮发电机型号、参数见表2-1，水轮发电机型号、参数见表2-2 表2-1 汽轮发电机型号、参数型 号额定容量（MW）额定电压（KV）额定电流（A）功率因数COS次暂态电抗台数QF-50-250105344008501242QF-125-21251386150080181表2-2 水轮发电机型号 、参数型号额定容量（MW）额定电压（KV）额定电流（A）功率因数COS次暂态电抗Xd台数SF60-96/9000601382950085027022.2 通过技术经济比较确定地区电网接线方案根据地理位置，可拟出多个地区电网接线方案。根据就近送电、安全可靠、电源不要窝电等原则，初步选出两个比较合理的方案，进行详细的技术经济比较。方案1：如图2.1所示，火电厂以双回线分别送电给石岗变和大系统；水电厂以双回线送电给清泉变，以单回线送电给大系统。所有线路均选用110KV。方案2：如图2.2所示，火电厂仍以双回线分别送电给石岗变和大系统；水电厂则以单回线分别送电给清泉变和大系统，同时再以单回线连接大系统和清泉变，形成3点单环网。所有线路均选用110KV。图2.1 方案1接线图 图2.2方案2接线图经过输电线选择计算和潮流计算，两个设计方案在技术上都可行，再对这两个方案进行详细的技术、经济比较。在对设计方案进行经济性能比较时，有时要用抵偿年限来判断7。抵偿年限的含义是：若方案1的工程投资小于方案2的工程投资，而方案1的年运行费用却大于方案2的年运行费用，则由于方案2的运行费用的减少，在若干年后方案2能够抵偿所增加的投资。一般，标准抵偿年限T为68年（负荷密度大的地区取较小值；负荷较小的地区取较大值）。当T大于标准年限时，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较少的方案。2.3 确定发电厂的电气主接线电气主接线是由高压电器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。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为电气主接线图。主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分8。2.3.1 火电厂电气主接线的确定（1）50MW汽轮发电机2台，发电机出口电压为10.5KV。10KV发电机电压母线采用双母线分段接线方式，具有较高的可靠性和灵活性。（2）125MW汽轮发电机1台，发电机出口电压为13.8KV，直接用单元接线方式升压到110KV，110KV侧采用双母线接线，运行可靠性高，调度灵活方便。（3）10KV发电机电压母线接出2台三绕组升压变压器，其高压侧接入110KV母线，其中压侧为35KV，选用单母线接线方式。2.3.2 水电厂电气主接线的确定水电厂有60MW水轮发电机2台，发电机出口电压为13.8KV。直接用单元接线方式升压到110KV，110KV侧选用内桥接线方式，经济性好且运行方便9。2.4 确定发电厂的主变压器为了减少电能在传输过程中的损耗，必须使用高压送电。变压器的作用就是将发电机发出的电压升高到一定等级的高电压后传输到用户端再把电压降低到一定等级供用户使用10。选择变压器时，要根据发电厂的发电量及用户的用电量来选择变压器的容量。容量不足会导致变压器长期处于过负荷运行状态。过负荷运行造成的温升对绝缘会带来一定的影响。所以确定变压器的型号、参数时要充分考虑到所选的容量。将两台或两台以上的变压器的原绕组并联接到公共电源上，副绕组也并联接在一起向负载供电，这种运行方式，叫做变压器的并列运行。近代电力系统中，随着系统容量的增大，需要将两台或多台变压器并列运行，以担负系统的全部容量。从保证电力系统的安全、可靠和经济运行的角度来看，变压器的并列运行是十分必要的。因为变压器运行中可能会发生故障，因此若干台变压器并列运行后，故障时正常运行的变压器由于在短时间内允许过负荷运行，从而可保证对重要用户的连续供电。另外，在并列运行中，当系统负荷轻时，可轮流检修变压器而不中断供电。在负荷轻时，还可停用几台变压器，以减少变压器的损耗，达到经济运行的目的11。在对火电厂变压器选择时，选用1台125MW发电机采用150MVA双绕组变压器直接升压至110KV；2台50MW发电机采用2台63MVA三绕组变压器升压至35KV和110KV。两台变压器可以互为备用。火电厂主接线简图火电厂主变压器型号、参数见表2-3表2-3 火电厂主变压器型号、参数名称型号额定容量（KVA）额定电压（KV）阻抗电压（%）台数高压中压低压高一中高一低中一低三绕组变压器S-FPSL7-6300/110630012138510517105652双绕组变压器SSPL-150000/11015000012113812.681水电厂水轮发电机为2台60MW，全部以110KV供本地系统。考虑到供电可靠性的要求，采用两台双绕组变压器。水电厂主变压器型号、参数见表2-4。表2-4 水电厂主变压器型号、参数名称型号额定容量(KVA)额定电压（KV）阻抗电压（%）台数高压低压双绕组变压器SSPL-90000/110900001211381052、3 设计计算书3.1 发电厂主变压器容量的选择3.1.1 火电厂主变压器容量的选择火电厂共有汽轮发电机3台。其中50MW2台，125MW1台。（1）125MW发电机采用双绕组变压器直接升压至110KV。按发电机容量选择配套的升压变压器：SB=Pcos=50.85=147MVA故125MW发电机输出采用容量为150000KVA的双绕组变压器，变比为13.8/121，型号为SSPL-150000/110,具体参数见表2-3。（2）10KV母线上有16MW供本市负荷，同时厂用电取为5%，则通过两台升压变压器的总功率为： PZ=102（1-5%）-16=79（MW）两台50MW发电机剩余容量采用两台三绕组变压器输出，两台变压器应互为备用，当一台检修时，另一台可承担70%的负荷，故每台变压器容量计算如下：SB=PZcos0.7=790.850.7=65(MVA)选用两台容量相近的63000KVA三相绕组变压器，变比为10.5/38.5/121,型号为SFPL7-63000/110,具体参数详见表2-3。3.1.2 水电厂主变压器容量的选择 水电厂每台水轮发电机为60MW，拟采用发电机双绕组变压器单元式接线，直接升压至110KV输出。水电厂厂用电很少，仅占容量的1%。PZ=60(1-1%)=59.4(MVA)按发电机容量选择变压器：SB=Pcos=59.40.85=69.9（MVA）选用两台容量为90000KVA的双绕组变压器输出，变比为13.8/121，型号为SFP790000/110,具体参数详见表2-4。3.2 地区电网接线方案1的计算3.2.1 地区电网接线方案1的功率平衡计算石岗变石岗变负荷功率为：S=60+j40(MVA)则功率因数 cos=pp2+Q2=60602+402=0.83按要求应当采用电容器将功率因数补偿到0.9以上：0.9=60602+QB2解得 QB=29(Mvar)即经电容QC补偿后，石岗变所需功率变为：S=60+j29（MVA）石岗变补偿电容容量至少为：QC=4029=11（Mvar）火电厂拟采用双回线供电给石岗变，线路末端每一回路的功率为：S=1260+j29=30+j14.5（MVA）火电厂供石岗变线路首端，每一回路的功率初步估算为：S=32+j16(MVA)清泉变清泉变负荷功率为：S=50+j30（MVA）则功率因数 cos=50502+302=0.86按要求应当采用电容器将功率因数补偿到0.9以上。设用电容将功率因数补偿到0.930.93=50502+QB2解得 QB=20（Mvar）经电容补偿后，清泉变实际负荷为：S=50+j20（MVA）清泉变补偿电容容量为： Qc=3020=10（Mvar）水电厂拟以双回线供电给清泉变，每回路末端功率为：S=1250+j20=25+j10（MVA）线路首端每一回线的功率初步估算为：S=26.5+j12(MVA) 水电厂水电厂输出有功功率：P=260（11%）=118.8（MW）水电厂一般无附近电荷，因此可设其运行功率因数为较高值，以避免远距离输送无功。令水电厂110KV出口处：cos=0.95则输出视在功率为：S=Pcos=118.80.95=125（MVA）输出无功功率为：Q=S2-P2=1252-118.82=39（Mvar）水电厂输出功率为：S=118.8+j39（MVA）水电厂分别向大系统和清泉变两个方向供电。水电厂拟双回线想清泉变供电，线路首端每一回线的功率初步估算为：S=26.5+j12（MVA）水电厂多余功率拟以单回线送往大系统。则送往大系统的功率为：S=118.8+j39-2（26.5+j12）=65.8+j15(MVA)Cos=0.97火电厂火电厂需要分别向石岗变和大系统两个方向供电。火电厂外送总功率。火电厂厂用电取为总容量的5%以10KV供出16MW，以35KV供出26MW，其余容量汇入110KV系统。火电厂以110KV外送总有功功率为：P=250（15%）1626+125（15%）=172（MW）令其运行功率因数为：cos=0.95则外送总视在功率为：S=Pcos=1720.95=181（MVA）外送总无功功率为：Q=S2-P2=1812-1722=56.4（Mvar）火电厂以110KV外送总功率为：S=172+j56.4（MVA）火电厂供石岗变总功率。火电厂供石岗变线路首端双回线总功率估算为：S=2（32+j16）=64+j32（MVA）火电厂送大系统总功率。火电厂送大系统总功率为： S=（172+j56.4）-(64+j32)=108+j24.4（MVA）火电厂拟以双回线送往大系统，线路首端每一回线的功率为：S=12108+j24.4=54+j12.2(MVA)Cos = 0.975大系统火电厂送给大系统的总功率为：S=108+j24.4（MVA）水电厂送给大系统的总功率为：S=65.8+j15（MVA）火电厂、水电厂送至大系统的功率合计为：S=（108+j24.4）+(65.8+j15)=173+j39.4（MVA）3.2.2 地区电网接线方案1的架空线路导线型号初选火电厂石岗变由于火电厂至石岗变采用双回路，因此每条线路上总功率和电流为： S30=302+162=35.78(MVA)Ig=S303UN=35.783110=188(A)Tmax=5800h，查软导线经济电流密度图，得J=0.96A/mm2则其经济截面为：SJ=IgJ=1880.96=196(mm2)试取最接近的导线截面为185mm2,选取LGJ185/30钢芯铝绞线。火电厂大系统火电厂至大系统采用双回路，每条线路上的总功率和电流为： S30=542+12.22=55.4(MVA)Ig=S303UN=55.43110=290(A)Tmax=6500h，查软导线经济电流密度图，得J=0.9A/mm2则其经济截面为：SJ=IgJ=2900.9=322(mm2)试取导线截面为300mm2,选取LGJ300/50钢芯铝绞线。水电厂清泉变水电厂至清泉变采用双回路，每条线路上的总功率和电流为： S30=26.52+122=29.1(MVA)Ig=S303UN=29.13110=153(A)Tmax=5000h，查导线经济电流密度图，得J=1.1A/mm2则其经济截面为：SJ=IgJ=1531.1=139(mm2)试取导线截面为150mm2,选取LGJ150/25钢芯铝绞线。水电厂大系统水电厂经单回路送往大系统S=65.8+j15(MVA)S30=65.82+152=67.5(MVA)Ig=S303UN=67.53110=354(A)Tmax=4000h，查导线经济电流密度图，得J=1.28A/mm2则其经济截面为：SJ=IgJ=3541.28=276(mm2)试取导线截面为300mm2,选取LGJ300/50钢芯铝绞线。3.2.3地区电网接线方案1的导线截面积校验按机械强度校验导线截面积为保证架空线路具有必要的机械强度，对于110KV等级的线路，一般认为不得小于35mm2。因此所选的全部导线均满足机械强度的要求。按电晕校验导线截面积根据表3-1可见，所选的全部导线均满足电晕的要求。表31 按电晕校验导线截面积额定电压（KV）110220330500（四分裂）750（四分裂）单导线双分裂导线外径（mm2）9.621.433.1相应型号LGJ50LGJ240LGJ6002LGJ2404LGJ3004LGJQ400按允许载流量校验导线截面积允许载流量是根据热平衡条件确定的导线长期允许通过的电流。所有线路都必须根据可能出现的长期运行情况作允许载流量校验。进行这种校验时，钢芯铝绞线的允许温度一般去70，并取导线周围环境温度为25.各种导线的长期允许通过电流如表32所示。表32 导线长期允许通过电流 单位：A截面积（mm2）标号35507095120150185240300400LJ170215265325375440500610680830LGJ170220275335380445515610700800按经济电流密度选择的导线截面积，一般都会比按正常运行情况下的允许载流量计算的面积大得多。而在故障情况下，例如双回线中有一回线断开时，则有可能使导线过热19。根据气象资料，最热月平均最高气温为28，查得的允许载流量应乘以温度修正系数： K=70-2870-25=0.97火电厂石岗变（LGJ185双回线）：LGJ185钢芯铝绞线允许载流量为515A，乘以温度修正系数后：5150.97=500A188A 合格当双回路断开一回，流过另一回路的最大电流为：2188=376A，仍小于温度修正后的允许载流量500A， 合格。LGJ185/30导线满足要求，查得其参数（电阻，电抗，冲电功率）如下：r1=0.17/km, x1=0.395/km, QCL=3.35Mvar/100km火电厂大系统（LGJ300双回线）：LGJ300钢芯铝绞线允许载流量为700A，乘以温度修正系数后：7000.97=679290A 合格当双回路断开一回，流过另一回的最大电流为：2290=580A，仍小于允许载流量679A，合格LGJ400/50导线满足要求，查得其参数如下：r1=0.107/km, x1=0.382/km, QCL=3.48Mvar/100km水电厂清泉变（LGJ150双回线）：LGJ150钢芯铝绞线允许载流量为445A，乘以温度修正系数后：4450.97=431.65A153A 合格当双回路断开一回，流过另一回的最大电流为：2153=306A，仍小于允许载流量431.65A，合格LGJ150/25导线满足要求，查得其参数如下：r1=0.21/km, x1=0.403/km, QCL=3.3Mvar/100km水电厂大系统（LGJ300单回线）：LGJ300钢芯铝绞线允许载流量为700A，乘以温度修正系数后：7000.97=679A354A 合格LGJ300/50导线满足要求，查得其参数如下：r1=0.107/km, x1=0.382/km, QCL=3.48Mvar/100km3.2.4 地区电网接线方案1的潮流计算仅进行最大负荷时的潮流计算。火电厂石岗变（LGJ185双回线）潮流计算图见图3.1所示。对于每一回线：R=0.1760=10.2（） ，X=0.39560=23.7（）每一回线的功率损耗：P=3I2R=3188210.2=1.08(MW)Q=3I2X=3188223.7=2.5(Mvar)每一回线路上产生的充电功率为：QC=QCLL=3.3560/100=2.0（Mvar）分算到线路两端 QC=12QC=122.0=1.0(Mvar)火电厂到石岗线末端每回线上功率为： S6=30+j14.5(MVA)S3=30+j14.5-j1.0+1.08+j2.5=31.08+j16(MVA)S1=31.8+j16-j1.0=31.08+j15(MVA)火电厂的出口电压暂设为118KV，此线路上的电压降落为：U=PR+QXU1=31.0810.2+1623.7118=5.9(KV)石岗变110KV母线的电压为：U石 =118-5.9=112.1（KV） 合格火电厂大系统（LGJ300双回线）潮流计算见图3.2所示。图3.1 火电厂石岗变线路潮流计算图 图3.2火电厂大系统线路潮流计算图对于每一回线：R=0.10786=9.2（） ，X=0.38286=32.9（）每一回线的功率损耗：P=3I2R=329029.2=2.32(MW)Q=3I2X=3290232.9=8.3(Mvar)每一回线上产生的充电功率为：QC=QCLL=3.480.86=3.0（Mvar）分算到线路两端：QC=12QC=123.0=1.5(Mvar)火电厂送往大系统线路首端每一回线的功率为：S火大=12108+j24.4=54+j12.2(MVA)S3=54+j12.2+j1.5=54+j13.7（MVA）已设火电厂的出口电压为118KV。线路上的电压降落：U=PR+QXU1=549.2+13.732.9118=8(KV)大系统110KV母线电压为：U大=118-8=110（KV） 合格水电厂大系统（LGJ300）潮流计算图见图3.3所示。由水电厂至大系统采用单回线：R=0.107100=10.7（），X=0.382100=38.2（）线路上的功率损耗：P=3I2R=3354210.7=4（MW)Q=3I2X=3354238.2=14.4(Mvar)线路上产生的冲电功率为：QC=QCLL=3.481.0=3.48（Mvar）分算到线路两端：QC=12QC=123.48=1.74(Mvar)由水电厂送往大系统的功率为：S水大=S1=65.8+j15(MVA)S4=65.8+j15+j1.74-(4+j14.4)=61.8+j2.34(MVA)已算出大系统110KV母线处电压即U4为110KV，线路上的电压降落：U=PR+QXU4=61.810.7+2.3438.2110=6.82KV)水电厂出口110KV母线电压为：U水=110+6.82=116.82（KV） 合格图3.3 水电厂 大系统线路潮流计算图 图3.4水电厂清泉变线路潮流计算图水电厂清泉变（LGJ150双回线）潮流计算图见图3.4所示对于每一回线：R=0.2195=20（），X=0.40395=38.3（）每一回线的功率损耗：P=3I2R=3153220=1.4（MW)Q=3I2X=3153238.3=2.69(Mvar)每一回线上产生的充电功率为：QC=QCLL=3.30.95=3.14（Mvar）分算到线路两端：QC=12QC=123.14=1.57(Mvar)清泉变处每回线功率为：S6=1250+j20=25+j10（MVA）S3=25+j10-j1.57+1.4+j2.69=26.4+j11.1（MVA）已算出水电厂出口110KV母线电压为116.82KV，线路上的电压降落：U=PR+QXU1=26.420+11.138.3116.82=8.16(KV)清泉变110KV母线电压为：U=116.82-8.16=108.66（KV） 合格各节点电压均在110/11KV降压变压器分街头的调节范围之内，完全可满足10KV母线对调压的要求。3.2.5 地区电网接线方案1的总投资和年运行费用通过最大负荷损耗时间计算电网全年电能损耗，进而计算年费用和抵偿年限。最大损耗时间max可由表33查得20。表33 最大损耗时间max的值 单位：hTmaxcosTmaxcos0.800.850.900.951.000.800.850.900.951.002000150012001000800700550041004000395037503600250017001500125011009506000465046004500435042003000200018001600140012506500525052005100500048503500235021502000180016007000595059005800570056004000275026002400220020007500665066006550650064004500315030002900270025008000740073507250500036003500340032003000方案1线路的电能损耗火电厂石岗变（双回线） P=1.082=2.16（MW）cos=30302+14.52=0.9， Tmax=5800(h)查表得： max=4280(h)则全年电能损耗： A=21604280=9.24106（KW.h）火电厂大系统（双回线）:P=2.322=4.64(MW)cos=54542+12.22=0.975 ， Tmax=6500(h)查表得： max=4925（h）则全年电能损耗：A=46404925=23106（KW.h）水电厂清泉变（双回线）：P=1.42=2.8(MW)cos=26.426.42+11.12=0.92 ， Tmax=5000(h)查表得： max=3320（h）则全年电能损耗：A=28003320=9.3106（KW.h）水电厂大系统（单回线）：P=4 MW.cos=65.865.82+152=0.97， Tmax=4000(h) 查表得： max=2120（h）则全年电能损耗：A=40002120=8.48106（KW. h）方案1的全年总电能损耗（仅限于线路损耗）：A总=（9.24+23+9.3+8.48）106=50106（kw.h）方案1线路投资火电厂石岗变：LGJ185/30双回110KV线路60km。火电厂大系统：LGJ300/50双回 110KV线路86km。水电厂清泉变：LGJ150/25 双回 110KV线路95km。水电厂大系统：LGJ300/50单回 110KV线路100km。方案1线路总投资：线路造价为虚拟的，与导线截面成正比，同杆架设双回线系数取0.9。2(18.560+3086+1595)0.9+30100=12207(万元)方案1变电所和发电厂投资方案1与方案2的变电所投资和发电厂投资均相同，设为ZB 。方案1的工程总投资方案1的工程总投资为：Z1=12207+Z B(万元)方案1的年运行费用维持电力网正常运行每年所支出的费用，称为电力网的年运行费用。年运行费用包括电能损耗费、小维修费、维护管理费。电力网的年运行费可以按下式计算：u=A+PZ100Z+PX100Z+PW100Z=A+(PZ100+PX100+PW100)Z式中 为计算电价，元/（kw.h）（此设计中电价取0.52元/kwh）A为每年电能损耗，kw.h ；Z为电力网工程投资，元；PZ为折旧费百分数；PX为小维修费百分数；PW为维修管理费百分数。电力网折旧、小修和维护管理费占总投资的百分数，一般由主管部门制定。设计时可查表34取适当的值。表34 电力网的折旧、小修和维护费占投资的百分数 单位：%设备名称折旧费小修费维护管理费总计木杆架空线81413铁塔架空线4.50.527钢筋混凝土杆架空线4.50.527电缆线路3.50.526本设计采用钢筋混凝土杆架空线，三项费用总计取总投资的7%21。则方案1的年运行费用为： u1=0.5250106+7%(12207+ZB)104 =2600+854.5+700ZB =3454.5+700ZB(万元)3.3 地区电网接线方案2的功率平衡计算3.3.1 地区电网接线方案2的功率平衡计算石岗变石岗变负荷季羡林情况与方案1相同，火电厂以双回线供石岗变，线路首端每一回线的实在功率初步估算为：S=32+j16（MVA）清泉变清泉变负荷情况与方案1相同，线路首端的功率初步估算为：S=2（26.5+j12）=53+j24（MVA）水电厂水电厂输出功率仍为： S=118.8+j39（MVA）水电厂分别向大系统和清泉变两个方向供电。水电厂拟以单回线向清泉变供电，线路首端功率初步估算为：S=53+j24（MVA）水电厂多余功率拟以单回线送往大系统。则大系统功率为：S=（118.8+j39）（53+j24）=65.8+j15（MVA）cos=0.97火电厂火电厂分别想石岗变和大系统两个方向供电，负荷及线路情况与方案1相同。火电厂以双回线送往石岗变，线路首端每一回线的功率为：S=32+j16（MVA）火电厂以双回线送往大系统，线路首端每一回线的功率为：S=54+j12.2（MVA）cos=0.975大系统火电厂送出给大系统总功率为：S=108+j24.4（MVA）水电厂送出给大系统总功率为：S=65.8+j15（MVA）火电厂、水电厂送至大系统的功率合计为：S=（108+j24）+（65.8+j15）=173.8+j39.4（MVA）3.3.2 地区电网接线方案2的架空线路导线型号初选火电厂石岗变由于火电厂至石岗变负荷及线路情况与方案1相同，因此仍选取LGJ185/30钢芯铝绞线。火电厂大系统由于火电厂至大系统负荷季羡林情况与方案1相同，因此仍选取LGJ300/50钢芯铝绞线。水电厂清泉变水电厂至清泉变采用单回路，线路上的功率：S30=532+242=58(MVA)Ig=S303UN=583110=305(A)Tmax=5000h，查软导线经济电流密度图，得J=1.1A/mm2 ，则其经济截面为：SJ=IgJ=3051.1=277(mm2)试取导线截面为300mm2，选取LGJ300/30钢芯铝绞线。水电厂大系统水电厂经单回路送往大系统：S=65.8+j15（MVA）S30=65.82+152=67.5(MVA)Ig=S303UN=67.53110=354(A)Tmax=4000h ，查软导线经济电流密度图，得J=1.28A/mm2 ，则其经济截面为：SJ=IgJ=3541.28=276(mm2)试取导线截面为300mm2，选取LGJ300/50钢芯铝绞线。大系统清泉变大系统清泉变正常运行时功率很小，但考虑到当环网其他某一回路断开时，流过本线路的电流大，因此仍选为LGJ300导线。3.3.3 地区电网接线方案2的导线截面积校验火电厂石岗变（LGJ185双回线）情况与方案1相同，因此LGJ185/30导线满足要求，其参数如下：r1=0.17/km, x1=0.395/km, QCL=3.35Mvar/100km火电厂大系统（LGJ300双回线）情况与方案1相同，因此LGJ300/50导线满足要求，其参数如下：r1=0.107/km, x1=0.382/km, QCL=3.48Mvar/100km水电厂清泉变（LGJ300单回线）LGJ300钢芯铝绞线允许载流量为700A，乘以温度修正系数后：7000.97=679305A 合格当环网中水电厂大系统回路断开时，流过本线路的最大电流为：305+354=659A ，仍小于允许载流量679A ，合格LGJ300/50导线满足要求，查得其参数如下：r1=0.107/km, x1=0.382/km, QCL=3.48Mvar/100km水电厂大系统（LGJ300单回线）LGJ300钢芯铝绞线允许载流量为700A，乘以温度修正系数后为：7000.97=679354A 合格当环网中水电厂清泉变回路断开时流过本线路的最大电流为：305+354=659A，仍小于允许载流量679A，合格LGJ300/50导线满足要求，查得其参数如下：r1=0.107/km, x1=0.382/km, QCL=3.48Mvar/100km大系统清泉变（LGJ300单回线）大系统清泉变正常运行是功率很小，但考虑到当环网其他某一回路断开时，流过本线路的电流大 ，因此仍选为LGJ300导线。r1=0.107/km, x1=0.382/km, QCL=3.48Mvar/100km3.3.4 地区电网接线方案2的潮流计算仅进行最大负荷时的潮流计算。火电厂石岗变（LGJ185双回线）由于火电厂至石岗变负荷及线路情况与方案1相同，计算从略。石岗变110KV母线的电压为：U石=1185.9=112.1（KV） 合格火电厂大系统（LGJ300双回线）由于火电厂至大系统负荷及线路情况与方案1相同，计算从略。大系统110KV母线的电压为：U大=1188=110（KV） 合格水电厂大系统初步选择时环网的3变均选了LGJ300钢芯铝绞线，现按均一环形电网来计算环网的潮流分布，校验初选的LGJ300钢芯铝绞线是否合适，水电厂至大系统潮流计算图见图3.5Sa=-118.8+j39125+（50+j20）30100+95+30=-60-j19即水电厂大系统单回路线路功率为：S1=Sa=60+j19（MVA）S30=602+192=63(MVA)Ig=S303UN=633110=330（A）图3.5 水电厂大系统线路潮流计算图 图3.6水电厂清泉变线路潮流计算图Tmax=4000h ，查软导线经济电流密度图，得J=1.28A/mm2 ，则其经济截面为：SJ=IgJ=3301.28=258(mm2)可仍选截面为300mm2的导线，即选取LGJ300/50钢芯铝绞线是合适的。R=0.107100=10.7， X=0.382100=38.2线路上的功率损耗：P=3I2R=3330210.7=3.5(MW)Q=3I2Q=3330238.2=12.5(Mvar)线路上产生的充电功率为：QC=QCLL=3.481.0=3.48（Mvar）折算到线路两端：QC=12QC=123.48=1.74(Mvar)由水电厂送往大系统的功率为：S水大=S1=60+j19（MVA）S4=60+j19+j1.74-（3.5+j12.5）=56.5+j8.24（MVA）已算出大系统110KV母线处电压为110KV，线路上的电压降落为：U=PR+QXU4=56.510.7+8.2438.2110=8.4(KV)可算出水电厂出口110KV母线电压为：U水=110+8.4=118.4（KV） 合格水电厂清泉变（LGJ300）潮流计算图见图3.6所示。由水电厂至清泉变采用单回线：S1=118.8+j39-（60+j19）=58.8+j20（MVA）S30=58.82+202=62(MVA)Ig=S303UN=623110=326(A)Tmax=5000h ，查软导线经济电流密度图，得J=1.1A/mm2 ，其经济截面为：SJ=IgJ=3261.1=296(mm2)仍可选截面为300mm2的导线，即选取LGJ300/50钢芯铝绞线是合适的。R=0.10795=10， X=0.38295=36.3线路上的功率损耗为：P=3I2R=3326210=3.2(MW)Q=3I2Q=3326236.3=11.5(Mvar)线路上产生的充电功率为：QC=QCLL=3.480.95=3.3（Mvar）折算到线路两端：QC=12QC=123.3=1.65(Mvar)水电厂清泉变线首端： S1=58.8+j20（MVA）S3=58.8+j20+j1.65=58.8+j21.6（MVA）已算出水电厂出口电压为118.4KV，线路上的电压降落：U=PR+QXU1=58.810+21.636.3118.4=11.6(KV)清泉变110KV母线电压为：U=118.4-11.6=106.8（KV）稍低，但仍在变压器分接头范围之内。因为开始时暂设火电厂的出口电压为118KV，导致清泉变110KV母线电压稍低。只要开始时暂设火电厂的出口电压为121KV各节点电压均可在110/11KV降压变压器分接头的调节范围之内，就完全可满足10KV母线的调压要求。因此本方案可行22。大系统清泉变水电厂清泉变线路末端：S6=58.8+j20+j16.5-（3.2+j11.5）=55.6+j10（MVA）大系统清泉变线路末端：S=(50+j20)-（55.6+j10）=-5.6+j10（MVA）S30=5.62+102=11.5(MVA)Ig=S303UN=11.53110=60(A)已选取LGJ300/50钢芯铝绞线：R=0.10730=3.2， X=0.38230=11.5线路上的功率损耗：P=3I2R=36023.2=0.03(MW)Q=3I2X=360211.5=0.1(Mvar)3.3.5 地区电网接线方案2的总投资和年运行费方案2线路的电能损耗火电厂石岗变。 与方案1相同，全年电能损耗：A=21604280=9.24106（kw.h）火电厂大系统。 与方案1相同，全年电能损耗：A=46404925=23106（kw.h）水电厂清泉变：P=3.2MWcos=58.858.82+202=0.95， Tmax=5000(h)查表得： max=3200h则全年电能损耗：A=32003200=10.2106（kw.h）水电厂大系统P=3.5MWcos=60602+192=0.95， Tmax=4000(h)查表得： max=2200h则全年电能损耗：A=35002200=7.7106（kw.h）大系统清泉变线路上的功率损耗：P=0.03MWcos=5.65.62+102=0.5， Tmax=5000(h)查表得： max=5000h则全年电能损耗：A=305000=0.15106（kw.h）方案2的全年总电能损耗（仅限于线路损耗）：A总=（9.24+23+10.2+7.7+0.15）106=50.3106（km.h）方案2线路投资火电厂石岗变：LGJ185/30双回110KV线路60km。火电厂大系统：LGJ300/50双回110KV线路86km。水电厂清泉变：LGJ300/50单回110KV线路95km。水电厂大系统：LGJ300/50单回110KV线路100km。大系统清泉变：LGJ300/50单回110KV线路30km。方案2线路总投资：2（18.5+60+30+86）0.9+30（100+95+30）=13392（万元）方案2变电所投资认为方案2与方案1的变电所投资和发电厂投资均相同，设为ZB 。方案2工程总投资方案2的工程总投资即为：Z2=13392+ZB（万元）方案2年运行费用方案2的年运行费用为：u2=0.5250.3106+7%（13392+ZB）104=3553+700ZB(万元)4 通过技术经济比较确定最佳方案两个设计方案在技术上都可行，通过经济性能比较，最终确定最佳方案。在本设计中，方案1的工程投资小于方案2的工程投资：Z2Z1=1339212207=1185（万元）而方案1的年运行费用也小于方案2的年运行费用：u2u1=35533454.5=98.5（万元）因此，最终选取总投资和年运行费用都少的方案123。参 考 文 献1李钰心.水电站经济运行M. 北京：中国电力出版社，1999.2 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equirement,contribution to margin and other considerations 200017Mo-Shing Chen,K.C. lai, and Rao S.Thallam. High Voltage Direct-Current Transmission. LLC:CRC Press.2002,4918 黄苏南，邵惠鹤，张钟俊智能控制的理论和方法J控制理论与应用，1994.19 王梅义，吴竞昌，蒙定中大电网系统技术第2版M.北京：中国电力出版社，1995 .20 周乐荣电网规划辅助决策系统中面向对象模糊数据库的研究：学位论文D广州：华南理工大学电力学院，1998.21袁季修.电力系统安全稳定控制M. 北京：中国电力出版社，1996.22 黄益庄.变电站综合自动化技术M. 北京：中国电力出版社，2000