高压配电网的设计.doc

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1、高压配电网的设计摘要 电力是现代最重要的能源，电力工业是现代工业的支柱。电力网络是电力系统的一个重要组成部分：它主要包括变电站、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户。本设计是作一110kv 配电网的规划设计。其主要设计内容有：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。确定最优方案评定最优方案的调压要求，选定调压方案。关键词：高压配电网;接线方案;潮流计算;调压措施HIGH VO

2、LTAGE DISTRIBUTION NETWORK DESIGNABSTRACTElectricity is the most important source of energy, electric power industry is the backbone of modern industry. The electricity network is an important component of the electric power system: it mainly includes substations, transmission lines and distribution

3、 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 planning . Its main design elements: In accordance with the load information, the location of the substation to be designed

4、 and existing power plants supply situation and make the power balance. Select 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 r

5、unning costs according to the power distribution of each program. Determine the optimal solution. Assessment of the regulator requirements of the optimal solution , and selected the regulator program.Key words: high voltage distribution network; wiring scheme; power flow calculation;pressure regulat

6、ing measures 目 录1 毕业设计任务书11.1 高压配电网的设计内容11.2 设计文件及图纸要求11.3 原始资料12 配电网功率平衡32.1 有功功率平衡32.2无功功率平衡43 配电网的电压等级选择及接线方式初步拟定53.1 配电网电压等级选择53.2 配电网接线方案初步拟定53.2.1 配电网接线方案初步设计方案53.2.2 配电网接线方案初步比较83.2.3 均一网假设比较84 变电所主变压器的选择144.1 变压器数量的选择144.2 变压器容量选择144.3 变电所主接线形式的确定155 导线截面积选择及校验165.1导线截面积选择165.1.1 方案四导线截面积选择1

7、75.1.2 方案七导线截面积选择195.2导线校验205.2.1 根据机械强度校验导线截面积205.2.2根据电晕校验导线截面积205.2.3根据允许载流量校验导线截面积215.2.4根据电压损耗校验导线截面积236 电能损耗267 技术经济指标比较297.1导线投资费用297.2 变电所投资费用307.3 电能损耗费用307.4 年运行费用308 最优方案的精确潮流计算328.1 最大负荷下的潮流计算328.2 最小负荷下的潮流计算359 变压器的调压计算接头选择38致谢41参考文献421 毕业设计任务书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

8、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。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（%）A260.8510顺a60B200.910逆a75C25

9、0.8510顺b70D230.910顺b654）典型日负荷曲线如图1-3所示。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，QFQ-125-2.2）变压器的T1、T2：SFZ763000/110 T3：S

10、FZ7160000/110。2 配电网功率平衡2.1 有功功率平衡 有功功率平衡是根据原始资料，计算相应的电力需求量，以便确定变电所的布局、规模，以及电网连接的规划。 （1）发电负荷包括用电负荷、厂用电、线路损耗三部分，新建电网部分包括这三部分，而原有电网考虑的是送给新建电网部分的电能，线路损耗不予考虑。 （2）根据原始资料知厂用电率是7%，线损率为6%。 （3）根据原始资料知A、B、C、D四座变电所最大负荷同时系数为1，最小负荷情况由典型日负荷曲线可知分别为最大负荷的70%、70%、50%、50%。新建电网用电负荷 (2-1)供电负荷 (2-2)发电负荷 (2-3)发电机发出的功率 250+

11、125=225MW式中为各新建变电所负荷 为发电厂原有直配负荷 为同时系数，取1 为线损率，取0.06 为厂用电率，取0.07 最大负荷情况下 1(26+20+25+23)=94MW 94=100MW (100+210+61.5+61.5)=148.39MW联络线上的传输功率 =225-148.387=76.61MW 即发电厂向系统S送电76.61MW最小负荷情况 1（260.7+200.7+250.5+230.5）=56.2MW 56.2=59.9MW （59.79+210+261.5）=105.15MW =225-105.15=119.85MW 即发电厂向系统S送电119.85MW整理如下

12、表2-1最大最小负荷情况下电网功率计算结果新建电网用电负荷（MW）供电负荷（MW）发电负荷（MW）发电机出力（MW）联络线上功率（MW）最大负荷94100148.3922576.61最小负荷56.259.79105.15225119.852.2无功功率平衡 按照规定，在主变压器最大负荷时，气二次侧功率因数应满足：35110KV变电所须做无功补偿，使其功率因数满足要求。A、B、C、D变电所功率因数均为0.9。3 配电网的电压等级选择及接线方式初步拟定3.1 配电网电压等级选择 输电电压及合理的电压系列选择是一个涉及面很广的综合性问题，除考虑送电容量、距离、运行方式等多种因素外，还应根据动力资源

13、的分布及工业布局等远景发展情况，进行全面的技术经济比较。根据我国工业发展速度快的特点，电压等级不宜过多，以减少变电重复容量，同一电力网内，应尽可能的简化电压等级。表3-1 我国各级电压输送能力统计（部分）输电电压（kV）输送容量（MW）传输距离（km）60.11.2415100.22.0620352102050110105050150220100500100300由原始资料可知本次设计中，各节点间传输距离GA为23km，GB为 50km，GC为25km，GD为20km，AB为25km，BC为50km，CD为25km，均在2050km之间，而变电所负荷分别是，A为26MW,B为20MW,C为25

14、MW,D为23MW，可见输送容量在1050MW之间，由公式 (3-1)式中 每公里电力损失的相对值（不宜超过5%） 线路的额定电压（kV） 线路长度（km） 可知，选择110kV的电压等级比较合适。3.2 配电网接线方案初步拟定 3.2.1 配电网接线方案初步设计方案配电网接线方案首先要考虑到各负荷对供电可靠性的要求，按对供电可靠性的要求将负荷分为三级：（1） 第一级负荷。对这一级负荷中断供电，将造成人身事故、设备损坏，将产生废品，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱等。对供电可靠性要求很高。一般采用两端供电网、双回路供电等有备用接线方式供电。（2） 第二级负荷。对这一级负荷中断供电，将造

15、成大量减产，将使人民生活受到影响等。对供电可靠性要求较高。一般采用两端供电网、双回路供电等有备用接线方式供电。（3） 第三级负荷。所有不属于第一第二级的负荷，如工厂的附属车间、小城镇等。对供电可靠性要求一般。 由原始资料可知，变电所A、B、C、D的重要负荷所占比例均较高，分别为60%、75%、70%、65%，所以要求都有较高的供电可靠性，因为原始资料中未提供2个独立电源，所以拟采用双回路供电或环式供电方式提高供电可靠性。 配电网初步接线方案如下： 图3-1 方案一接线图图3-2 方案二接线图图3-3 方案三接线图 图3-4 方案四接线图图3-5 方案五接线图图3-6 方案六接线图图3-7 方案

16、七接线图3.2.2 配电网接线方案初步比较 根据各方案线路长度来比较，选择尽可能减少线路长度而达到有备用效果的方案。表3-2 各方案线路长度对比 方案线路长度（km）方案一166方案二143方案三163方案四168方案五191方案六211方案七171对比后方案五和方案六线路长度过长，首先淘汰。3.2.3 均一网假设比较对剩下的五种方案做均一网假设， 做初步潮流计算（只考虑有功部分），为尽可能简化运算，假设各方案取以下相同的假设条件:（1）各变电站负荷按最大负荷考虑。（2）线路损耗，只考虑线路上传输的功率。（3）双回线计算值按照单回线计算值的一半处理。表3-3 各变电所负荷情况变电所最大负荷（M

17、W）功率因数最大传输容量（MVA）A260.8526+j16.11B200.920+j9.69续表3-3 C250.8525+j15.49D230.923+j11.14均一网初步功率分布计算公式 (3-2)线路损耗 (3-3)方案一图3-8 方案一潮流计算图 46.19=46.1926 =20.19= =20.1920=0.19=0.1925=24.81=24.8123=47.81=0.546.1946.1923+20.1920.1925+0.190.1950+24.8124.8125+47.8147.8120= 95832.47方案二图3-9 方案二潮流计算图46.19=46.1926 =2

18、0.19= =20.1920=0.19=0.1925=24.81=24.8123=47.81=46.1946.1923+20.1920.1925+0.190.1950+24.8124.8125+47.8147.8120= 120367.91方案三图3-10 方案三潮流计算图46.19=46.1926 =20.19= =20.1920=0.19=0.1925=24.81=24.8123=47.81=46.1946.1923+20.1920.1925+0.190.1950+24.8124.8125+0.547.8147.8120= 97509.94方案四 图3-11 方案四潮流计算图=30.10=

19、30.1026=4.10= =4.1020=15.90=22.64=22.6425=2.36=25.36=30.1030.1023+4.104.1025+15.9015.9050+22.6422.6425+2.362.3625+25.3625.3620= 59715.05方案七图3-12 方案七潮流计算图2026+20=46=22.64=22.6425=2.36=2.3623=25.36=0.5464623+0.5202025+22.6422.6425+2.362.3625+25.3625.3620=55150.07表3-4 各方案综合情况比较方案线路长度km可靠性线路损耗方案一166满足两端

20、供电，但故障可靠性较差 95832.47方案二143满足两端供电，但故障可靠性较差120367.91方案三163满足两端供电，但故障可靠性较差97509.94方案四163满足两端供电,故障时可靠性较好59715.05方案七171满足两端供电，故障时可靠性较好55150.07根据各方案线路长度、可靠性、线路损耗综合分析，方案四、方案七线路长度较小，可靠性相对较好，线路损耗相对较低，所以确定方案四和方案七为备选方案。 图3-13方案四接线图 图3-14 方案七接线图4 变电所主变压器的选择 4.1 变压器数量的选择变压器台数应根据经济运行情况和负荷的特点进行选择。当负荷中有大量一级或二级负荷时宜装

21、设两台或两台以上变压器。根据原始资料可知，A、B、C、D四座变电所的负荷中均有大量重要负荷，所以均采用2台变压器。 4.2 变压器容量选择每台变压器的容量 （0.60.7） (4-1) (4-2)A变电所：（0.60.7）260.85=17.65:20.59MVA 0.6260.85=18.35MVA选择2台SFZL7-25000/110变压器。B变电所：（0.60.7）200.9=13.33:15.56MVA 0.75200.9=16.67MVA选择2台SFZL7-20000/110变压器。C变电所：（0.60.7）250.85=17.65:20.59MVA 0.7250.85=20.59M

22、VA选择2台SFZL7-25000/110变压器。D变电所：（0.60.7）230.9=15.33:17.89MVA 0.65250.9=18.06MVA选择2台SFZL7-20000/110变压器。表4-1 各变电所参数变电所额定电压kV空载电流（%）空载损耗(kW)负载损耗(kW)阻抗电压（%）高压低压A（2台SFZL7-25000/110）11081.25%10.50.835.512510.5B（2台SFZL7-20000/110变压器）11081.25%10.51.23010410.5C（2台SFZL7-25000/110）11081.25%10.50.835.512510.5D（2台

23、SFZL7-20000/110变压器）11081.25%10.51.23010410.54.3 变电所主接线形式的确定 变电所主接线代表了变电所高电压、大电流的电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。他直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性同时对电气设备选择、配电装置不知、机电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性的关系。 根据原始资料电压为10kV时，每回出线按15002000kW考虑，而个变电所容量均在20MW以上。所以进线回数较多。同时，各变电所负载中重要负荷比例较高，对供电可靠性要求较高，所以采用双母线接线方式作为变电所主接线形式。5 导线截面积选择及校验 5.1导线

24、截面积选择 选择导线的截面积应根据经济电流密度进行选择。 公式如下： (5-1) (5-2)式中为线路上流过的最大电流 为经济电流密度（查表可知） 负荷曲线为各负荷点的最大有功功率 为各负荷点的最大负荷利用小时数为所有负荷点的最大有功功率的最大值 =7300h =5256h 5.1.1 方案四导线截面积选择方案四功率初步分布=30.10+j17.27=30.10+j17.27（26+j16.11）=4.10+j1.16= =4.10+j1.1620j9.69=15.90j8.53=22.64+j13.14=22.64+j13.1425j15.49=2.36j2.35=25.36j13.49表5

25、1 各型号线路经济电流密度线路电压（kV）导线型号最大负荷利用小时200030004000500060007000800010LJ1.481.191.000.860.750.670.60LGJ1.721.401.171.000.870.780.7930220LGJLGJQ1.871.531.281.100.960.840.76根据各段最大负荷小时数，由直线插值法查表得出经济电流密度。GA段：=7300h 经济电流密度J=0.8160A/AB段：取变电所A和B负荷的加权平均值 =7300h 经济电流密度J=0.8160A/BG段：=7300h 经济电流密度J=0.8160A/GC段：=5256

26、h 经济电流密度J=1.0642A/CD段：=5256h 经济电流密度J=1.0642A/GD段：=5256h 经济电流密度J=1.0642A/根据公式 (5-3)可得 GA段：S=223.21 故选线的型号为LGJ-240AB段：S=27.41 故选线的型号为LGJ-50BG段：S=116.06 故选线的型号为LGJ-120CG段：S=129.10 故选线的型号为LGJ-150CD段：S=16.43 故选线的型号为LGJ-50DG段：S=141.67 故选线的型号为LGJ-1505.1.2 方案七导线截面积选择方案七功率初步分布=20+j9.69=20+j9.69+26+j16.11=46+

27、j25.8=22.64+j13.14=22.64+j13.14(25+j15.49)=2.36j2.35=2.36j2.35(23+j11.14)=25.36j13.49根据各段最大负荷小时数，由直线插值法查表得出经济电流密度。GA段：=7300h 经济电流密度J=0.8160A/AB段：取变电所A和B负荷的加权平均值 =7300h 经济电流密度J=0.8160A/CG段：=5256h 经济电流密度J=1.0642A/CD段：取变电所C和D负荷的加权平均值 =5256h 经济电流密度J=1.0642A/GD段：=5256h 经济电流密度J=1.0642A/根据公式(5-3)可得： GA段：S=

28、169.62 故选线的型号为LGJ-185AB段：S=71.47 故选线的型号为LGJ-95GC段：S=129.10 故选线的型号为LGJ-150CD段：S=16.43 故选线的型号为LGJ-50DG段：S=141.67 故选线的型号为LGJ-1505.2导线校验5.2.1 根据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，规程规定，1kV10kV线路不得采用单股线，其最小截面如表5-2所示。对更高电压等级线路，规程未作规定，一般认为导线截面积不得小于。而上述两个方案所选导线截面积均超过，所以满足机械强度的要求。表5-2 导线最小截面积（）导 线 种 类通 过 居 民 区 时通 过

29、非 居 民 区 时铝绞线和铝合金线钢 芯 铝 线铜 线3525162516165.2.2根据电晕校验导线截面积电晕将产生功率损耗。因此在设计线路时，就应校验所选导线直径能否满足在晴朗天气不发生电晕的要求。表5-3列出了规程规定的不必验算电晕的导线最小直径。如果按其他条件选择的导线直径小于表5-3中所列的数值，一般就应加大导线截面积或考虑采用扩径导线或分裂导线。因为两种方案中线路电压均为110kV且所选导线直径都在9.6以上，即截面积最小的导线型号为LGJ-50，符合要求，所以不必验算进行是否会发生电晕。表5-3 不必验算电晕的导线最小直径（海拔不超过1000米）额定电压（）60以下110154

30、220330导线直径（）9.613.6821.2833.2相 应 导 线LGJ-50LGJ-95LGJ-240LGJ-600LGJ-5.2.3根据允许载流量校验导线截面积表5-4 LGJ铝绞线的长期允许载流量（环境温度）标称截面积长期允许载流量(A)标称截面积长期允许载流量(A)101625355070951201508811515418923428935740846393121160195240297365417472185210240300400500630800539577655735898102511871403548586662742901102411821390导线型号初选后，需计

31、算最严峻的正常运行方式下和事故运行方式下，实际可能的工作电流，将其与该型号导线长期允许载流量相比较，前者应小于后者。在正常情况下导线的最高工作温度取，当计及日照影响时最多不超过。在海拔1000及以下、环境温度为时的钢芯铝绞线的长期允许载流量见表5-4，当导线的工作条件与表5-4所示载流量计算条件不符时，则导线的长期允许载流量需进行修正，其修正系数见表5-5。表5-5 不同环境温度时载流量的校正系数（导体温度为）周围空气温度（）51015202530354045修正系数1.201.151.111.051.000.940.880.810.74根据原始资料，该配电网所在地区区域气温最高为40，年平均

32、温度为25，最热月均最高气温32。根据直线插值法可得，该地区校正稀疏K=0.916由公式(5-1)可得各段导线流过的最大电流。方案四校验GA段：GB断开，由变电所A通过线路AB给变电所B输电。流过GA的最大电流=277.18A=0.916655=599.98A满足要求；流过AB的最大电流=116.64A=0.916234=214.34A满足要求；GB段：GA断开，流过GB的最大电流=277.18A=0.916408=373.73A满足要求；流过AB的最大电流=160.55A=0.916234=214.34A满足要求；GC段：GD断开，流过GC的最大电流=288.50A=0.916463=424

33、11A满足要求；流过CD的最大电流=134.13A=0.916234=214.34A满足要求；GD段：GC断开，GD流过的最大电流=288.50A=0.916463=424.11A满足要求；流过CD的最大电流=154.37A=0.916234=214.34A满足要求；方案七校验GA段：断开一回，流过另一回的最大电流=277.18A=0.916539=493.72A满足要求；AB段：断开一回，流过另一回的最大电流=116.64A=0.916357=327.01A满足要求；GC段：GD断开，流过GC的最大电流=288.50A=0.916463=424.11A满足要求；流过CD的最大电流=134.

34、13A=0.916234=214.34A满足要求；GD段：GC断开，GD流过的最大电流=288.50A=0.916463=424.11A满足要求；流过CD的最大电流=154.37A=0.916234=214.34A满足要求；5.2.4根据电压损耗校验导线截面积根据所选导线截面积，在电力工程手册中可查得各导线的电阻、电抗（几何均距取），再根据所选导线的实际参数，进行潮流分布计算，目的是校验正常运行情况下，线路的电压损耗是否满足要求。同时，还要进行故障情况下的校验。方法是选择最严重的故障情况，进行潮流计算，进行电压损耗校验。方案四表5-6 方案四线路阻抗及功率线路阻抗导线型号单位电阻/km单位电抗

35、/km线路长度km线路电阻/km线路电抗/km线路上功率MVAGALGJ-2400.1310.386232.429.0930.10+j17.27ABLGJ-500.630.4352515.7510.8754.10+j1.16GBLGJ-1200.270.4085013.520.415.90+j8.53GCLGJ-1500.210.401255.2510.0322.64+j13.14CDLGJ-500.630.4352515.7510.882.36+j2.35GDLGJ-1500.210.401204.28.0225.36+j13.49根据公式 (5-4) 正常运行时：=2.09kV；=1102

36、09=107.91kV；=0.70kV；=6.24kV；=2.08kV；=1102.08=107.92kV；=0.58kV；=3.12kV；对环网GAB，功率分点在B，电压损失=2.54%10%，满足要求。对环网GCD，功率分点在C，电压损失=1.89%10%，满足要求。故障时：GA段断开时：=46+j25.8=21.75+j30.75； =16.41kV =14.92%15%，满足要求。GB段断开：=46+j25.8 =10.67+j19.44； =9.02kV =8.20%15%，满足要求。GC段断开：=50+j26.63；=19.95+j18.9；=13.64kV；=12.4%15%，

37、满足要求。GD段断开： = 50+j26.6 ；=21+j20.91；=14.60kV；=13.27%15%，满足要求。方案七表5-7 方案七线路阻抗及功率线路阻抗导线型号单位电阻/km单位电抗/km线路长度km线路电阻/km线路电抗/km线路功率MVAGALGJ-1850.170.402233.919.2546+j25.8ABLGJ-950.330.414258.2510.3520+j9.69GCLGJ-1500.210.401255.2510.0322.64+j13.14CDLGJ-500.630.4352515.7510.882.36+j2.35GDLGJ-1500.210.401204

38、28.0225.36+j13.49正常运行时：=1.90kV；=1101.90=108.10kV；=1.94kV；=2.28kV；=1102.28=107.72kV；=1.95kV；=1.77%10%，满足要求。故障时：GC段断开：=50+j26.63；=19.95+j18.9；=13.64kV；=12.4%15%，满足要求。GD段断开： = 50+j26.6 ；=21+j20.91；=14.60kV；=13.27%15%，满足要求。6 电能损耗方案四利用计算机程序做精确潮流计算。表6-1 方案四精确潮流计算结果线路始端功率末端功率线路损耗功率GA30.63+j19.9630.41+j19.

39、140.22+j0.82AB4.41+j3.034.38+j3.010.03+j0.02GB15.90+j7.1015.62+j6.680.28+j0.42GC22.89+j14.5522.63+j14.050.26+j0.50CD2.37+j1.442.38+j1.440.01+j0.01GD25.61+j13.0325.38+j12.580.24+j0.45可得=0.83;=7300h；查表的=6340h；=0.82;=7300h；查表的=6350h；=0.93;=7300h；查表的=6290h；=0.84;=5256h；查表的=3776h；=0.85;=5256h；查表的=3756h；=