目录
引言 (1)
1 电力系统有功功率平衡及发电厂装机容量的确定 (2)
2 确定电力网的最佳接线方案 (4)
2.1 方案初选 (4)
2.2 方案比较 (5)
2.3 最终方案的确定 (18)
3 发电厂及变电所电气主接线的确定 (18)
3.1 电气主接线的设计原则 (18)
3.2 发电厂电气主接线的设计原则及选择 (19)
3.3 变电所电气主接线的设计原则 (19)
3.4 主接线方案确定 (20)
4 选择发电厂及变电所的主变和高压断路器 (20)
4.1 发电厂及变电所主变压器的确定 (20)
4.2 短路电流计算 (23)
4.3 高压断路器的选择与校验 (37)
5 各种运行方式下的潮流计算 (42)
5.1 潮流计算的目的和意义 (42)
5.2 丰水期最大负荷的潮流计算 (43)
5.3 丰水期最小负荷的潮流计算 (49)
6 电力系统无功功率平衡及调压计算 (55)
6.1 电力系统无功功率平衡 (55)
6.2 调压计算 (56)
7 浅谈电力网损耗及降损节能措施 (60)
7.1 损耗计算 (61)
7.2 电网电能损耗形成的主要原因 (62)
7.3 降损节能的措施 (64)
参考文献 (68)
谢辞 (69)
附录一计算机潮流计算程序： (71)
引言
本次设计的课题内容为电力网规划设计及降损措施的分析，是电气工程及其自动化专业学生学习完该专业的相关课程后，在毕业前夕所做的一次综合性的设计。
该次毕业设计的目的在于：将所过的主要课程进行一次较系统而全面的总结。将所学过的专业理论知识,第一次较全面地用于实践,用它解决实际的问题,而从提高分析能力,并力争有所创新。初步掌握电力系统(电力网)的设计思路,步骤和方法,同时学会正确运用设计手册,设计规程,规范及有关技术资料,掌握编写设计文件的方法。
其意义是对所学知识的进行总的应用，通过这次设计使自己能更好的掌握专业知识，并锻炼自己独立思考的能力和培养团结协作的精神。此外,在计算机CAD绘图及外文资料的阅读与翻译方面也得到较好的锻炼.。
本设计是电力系统的常规设计，主要设计发电厂和变电所之间如何进行科学、合理、灵活的调度，把安全、经济、优质的电能送到负荷集中地区。发电厂把别种形式的能量转换成电能，电能经过变电所和不同电压等级的输电线路输送被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的各种能量。这些生产、输送、分和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。本设计是一门涉及科学、技术、经济和方针政策等各方面的综合性的应用技术科学。
设计的基本任务是工程建设中贯彻国家的基本方针和技术经济政策，做出切合实际、安全使用、技术先进、综合经济效益好的设计，有效地为国家建设服务。从电力系统的特点出发，根据电力工业在国民经济的地位和作用，决定了对电力系统运行要达到以下的技术要求：保证安全可靠的供电；保证良好的电能质量；保证电力系统运行的经济性。
1 电力系统有功功率平衡及发电厂装机容量的确定
电力系统运行中，所有发电厂发出的有功功率的总和在任何时刻都是与全系统的有功需求相平衡的，系统的有功需求包括用户的有功负荷、电力系统的有功损耗和发电厂厂用有功负荷。
将区域内各种最大用电负荷相加，再乘以一个小于１的同时率ＫＩ，即得系统的最大用电负荷。系统最大供电负荷，就是用电负荷加上为输送该负荷而产生的功率损耗，在规划设计时，网损率取为10%。
为保证安全和优质供电，电力系统的有功功率平衡必须在额定运行参数下确定，而且还应具备一定的备用容量。系统电源的装机容量大于发电负荷（即发电容量）的部分，称为系统的备用容量。
系统综合最大用电负荷
P∑m a x=K0∑P i m a x
= 0.9*(180+120+200+150)
= 585MW
式中：K0——同时率，K0≤1；
∑P i m a x—-各用户最大负荷的总和。
系统最大供电负荷
②系统综合最大供电负荷
P s m a x = P∑m a x/ (1-K L)
= 585/ (1-0.1)
= 650MW
式中：K L——网损率。
系统综合最大发电负荷
P g m a x= P s m a x / (1-K p)
= (650+20+10) / (1-0.06)
= 723.404MW
式中：K p——厂用电率。
系统有功备用容量
①国民经济备用：考虑到工业用户超计划生产、新用户的出现而设立。一般为最大发电负荷的5%。暂不考虑。
②负荷备用：为满足系统中短时的负荷波动和一天中计划外的负荷增加留有的备用。由系统总负荷的大小及运行经验，并考虑系统各类用户的比重确定。一般取最大负荷的（2～5）%。大系统取小值，小系统取大值。5%∑P R=36.17MW
③事故备用：为防止系统中某些发电设备发生偶然事故留有的备用。由系统中机组的台数、机组容量的大小、机组的故障率及系统可靠性指标确定。一般为最大发电负荷的10%，且不小于系统中一台最大机组的容量。暂不考虑。
④检修备用：为保证系统的发电设备进行定期检修时留有的备用。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。不能低于最大的单机容量，本设计为100MW。
电厂装机容量计算
水电厂：P水=5*15=75MW
P(火发)=P g m a x+5%∑P R+100=723.404+36.17+100=859.574MW
P(火装)=P（火发）-P水=859.57-75=784.574MW
发电厂装机容量的确定：
由计算书得选取火电厂装机容量为（7*100+2*50）MW
查询设计手册选择火电厂的机组型号为：7*QFN－100－2及2*QFQ－50－2。
2 确定电力网的最佳接线方案
2.1 方案初选
考虑可能的网络连接方式，对于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灵活性等指标来取舍，最后只保留两个个方案进行下一步的经济比较。
表2.1 方案设计比较
初选方案3与方案10。
2.2 方案比较
由上述表格的初选可知，方案1和方案2可作为最佳初选方案。因此，需要从这两个最佳初选方案中确定出一个最佳方案，作为本次设计的论证方案。 2.2.1 方案一
图2.2.1 方案一接线设计图
（1）功率分布及电压等级确定
在此初步潮流计算中，忽略线路和变压器的损耗，因此，各变电所的负荷近似等于运算负荷。将环网打开，按照均一网计算。同时，双回线路的传输功率按重要负荷和最大负荷的70%来选择，取二者中的较大值。
各段传输功率：
P Ⅰ=180*70%=126MW>60MW ∴P I M AX =126MW P Ⅱ=120*70%=84MW>25MW ∴P Ⅱ M A X =84MW P Ⅴ=200*70%=140MW>25MW ∴P Ⅴ M A X =140MW 对于线路Ⅲ：
丰水期P Ⅲ1=[(200+150)-(5*15*98%-10)]*70%=200.55MW
P Ⅲ2=[(70+80)-(5*15*98%-10)]*70%=60.55MW
枯水期P Ⅲ3=[(200+150)-30*98%]*70%=224.42MW
P Ⅲ4=[(70+80)-30*98%]*70%=84.42MW
∴P Ⅲ M A X =224.42MW
1
2
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
3
4
对于线路Ⅳ：
丰水期PⅣ1=[150-(5*15*98%-10)]*70%=60.55MW
PⅣ2=[80-(5*15*98%-10)]*70%=11.55MW
枯水期PⅣ3=(150-30*98%)*70%=84.42MW
PⅣ4=(80-30*98%)*70%=35.42MW
∴PⅣM A X=84.42MW
电压等级的选择原则：输电电压及合理的电压等级的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。选定的电压等级应是国家电压标准3、6、10、35、63、110、220、330、500、750kV。
根据我国工业发展快的特点，电压等级不宜过多，以减少变电重复容量，同一地区、同一电力网内，应尽可能简化电压等级。根据孟祥萍、高嬿编著的《电力系统分析》一书第8页，表1-2各级电压架空线路与输送容量、输送距离的关系，查得本方案所有线路段电压等级均为220kv。
表2.2.1（1）根据线路距离与功率确定电压等级
（2）按经济电流密度选择导线截面积及型号
对导线的主要求是有良好的导电性能、足够的机械强度和抗腐蚀性能。导线的
常用材料有铜、铝和钢，在特殊情况下也使用铝合金。
1)铜。导电性能好、耐腐蚀、抗拉强度高，是理想的导电材料。产量少，价格高。
2)铝。导电性能较好，比重小，价格低。机械强度差，抗腐蚀能力较差。 3)钢。导电性能差，机械强度大。
为了充分利用各种材料导线的优点，我们把铝和钢融合起来，采用钢芯铝绞线LGJ 。当LGJ 导线还不能满足要求时，可以使用分裂导线、扩径导线，或者轻型、加强型LGJ 导线，即LGJQ 和LGJJ 。
架空线路导线截面面积一般情况下按经济电流密度来选择。按经济电流密度来选择导线截面用的输送容量，应考虑线路投入运行后10~5年的发展。在计算中必须采用正常运行方式下经常重复出现的最高负荷，但在系统发展还不明确的情况下，应注意勿使导线截面定的过小。
S =
MAX √3U N cos φJ
=1.15 cos φ=0.85)
S I =
3
√
3?220?0.85?1.15
=338.275 mm 2
S Ⅱ= 3
√3?220?0.85?1.15 =225.517 mm 2
S Ⅲ3
√3?220?0.85?1.15
=592.506 mm 2 S Ⅳ= 3
3?220?0.85?1.15
=226.645mm 2 S Ⅴ=
3
√3?220?0.85?1.15
=375.862 mm 2
表2.2.1（2）按经济电流密度选择导线截面积及型号
表2.2.1(3) 导线参数与价格
（3）导线校验
①按发热条件校验导线截面积
I=SJ=MAX
√3U N cosφ
IⅠ=MAX
√3U cosφ=3
√3?220?0.85
= 389.016A<836A
IⅡ=MAX
√3U cosφ= 3
√3?220?0.85
IⅢ=MAX
√3U cosφ= 3
√3?220?0.85
=692.882A<1187A
IⅣ=MAX
√3U cosφ= 3
√3?220?0.85
= 260.641A<735A
IⅤ=MAX
√3U cosφ=3
√3?220?0.85
=432.240A<836A
均满足要求。
②按机械强度校验导线截面积
线路电压等级为35kV以上，且最小截面积均大于252
mm，因此，不需要进行
机械强度的校验。说明所选导线都满足条件。
③按电晕校验导线截面积
由电晕校验的原则知，110kV电压等级的输电线路，其导线最小截面积为502
mm，220kV电压等级的输电线路，为2402
mm时，可以不进行校验。
（4）线路总投资
由220kV输电工程参考造价表格中数据计算（取同塔架设双回线系数为1.8）
1.8*[60.41*(165+57)+37.93*121+41.03*63+68.45*102]=5196
2.202万元
（5）变压器总投资
S=P MAX cosφ
S1= 180?103?70%
0.85
= 148235 KVA
S2=120?103?70%
0.85
= 98824 KVA
S3=200?103?70%
0.85
= 164706 KVA
S4=150?103?70%
0.85
=123529 KVA
经查询电力系统设计手册第556页，得变压器型号如表2.2.1（5）
表2.2.1（5）变压器型号
变压器总投资为S = 715*4+660*2+858*2=5896万元
方案一总投资：57858.202万元
（6）年运行费计算
①折旧费、小修费、运行维护管理费：
经查询手册，线路投资近似7%，变压器投资近似13% W = 51962.202*7%+5896*13%=4403.834万元
②电能损耗计算（最大负荷损耗时间法）
线路部分：
?W=
P MAX
2
U2cosφ2
R?τ?10?3
?W
Ⅰ=(126?103?50%)2
2202?0.852
?0.08
2
?165?3500?10?3= 2622*103Kwh
?W
Ⅱ=(84?103?50%)2
2202?0.852
?0.132
2
?121?3500?10?3= 1409*103Kwh
?W
Ⅲ=(224.42?103?50%)2
2202?0.852
?0.08
2
?102?3500?10?3=2104*103Kwh
?W
Ⅳ=(84.42?103?50%)2
2202?0.852
?0.053
2
?63?3500?10?3=297*103Kwh
?W
Ⅴ=(140?103?50%)2
2202?0.852
?0.107
2
?57?3500?10?3=1496*103Kwh
变压器部分：
?W T=?P S
n
(
S MAX
S N
)
2
?τ+?P0?8760
?W
TⅠ=405
2
?(180?103?70%
0.85?150000
)
2
?3500+2?112?8760=2654*103Kwh
?W
TⅡ=250
2
?(120?103?70%
0.85?120000
)
2
?3500+2?67?8760=1471*103Kwh
?W
TⅢ=830
2
?(200?103?70%
0.85?180000
)
2
?3500+2?200?8760=4720*103Kwh
?W
TⅣ=405
2
?(150?103?70%
0.85?150000
)
2
?3500+2?112?8760=2443*103Kwh
总电能损耗：（电费取0.6元/Kwh ）
?W 总=[(2622+1409+297+2104+1496)+(2654+1471+4720+2443)]?103?0.6
= 1152.96万元
总结如表：
表2.2.1（6）方案一总结 方案号 总投资（万元）
年运行费（万元）
方案一
57858.202
5556.794
2.2.2 方案二
图2.2.2 方案二接线方案
（1）功率分布及电压等级确定 各段传输功率：
P Ⅴ=200*70%=140MW>25MW ∴P ⅤM A X =140MW P Ⅵ=150*70%=105MW>5MW ∴P ⅥM A X =105MW 对于线路Ⅳ：
丰水期P Ⅳ1=[(200+150)-(5*15*98%-10)]*70%=200.55MW
P Ⅳ2=[(70+80)-(5*15*98%-10)]*70%=60.55MW
枯水期P Ⅳ3=[(200+150)-30*98%]*70%=224.42MW
P Ⅳ4=[(70+80)-30*98%]*70%=84.42MW
1
2
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
3
4
VI
∴P ⅣM A X =224.42MW 将环网打开，按照均一网计算
图2.2.3 均一网等效图
P 火
1
=
P 1MAX (L 12+L 2火)+P 2MAX L 2火
L 火
1+L 12+L 2火
P 火1(1)
=180?(72+121)+120?121
358
=137.598 MW
P 火1(2)
=180?(72+121)+66?121
358
=119.346MW P 火1(3)
=100?(72+121)+120?121
358
=94.469 MW
P 火
1(4)
=
100?(72+121)+66?121
358
=76.218 MW
∴P 火1MAX =137.598 MW
P 火2(1)
=120?(72+165)+180?165
358
=162.402 MW P 火2(2)
=120?(72+165)+100?165
358
=125.531MW
P 火2(3)
=66?(72+165)+180?165
358
=126.654MW P 火
2(4)
=
66?(72+165)+100?165
358
=89.782MW
∴P 火2MAX =162.402MW
P 12=P 火
2MAX
?P 火
1MAX
=24.804MW
变电所1为功率分点 ∵P 火
2MAX
>P 火1MAX
∴设火-2段故障
那么：P12 = 120*70% = 84MW
Ⅱ 1 Ⅰ 2
P 1
P
火1MAX
= (84+180)*70% =184.8MW
设火-1段故障
P12 = 180*70% = 126MW
P
火2MAX
= (126+120)*70% =172.2MW
设1-2段故障
P
火1MAX
= 180*70% =126MW
P
火2MAX
= 120*70% =84MW
由上可知：线路在发生故障时所承担的功率将比正常时高。为保证供电可靠性，选用故障时最大传输功率为线路电压等级选取依据。
表2.2.2（1）根据距离与功率设定电压等级
（2）按经济电流密度选择导线截面积及型号
S=
P
√3U N cosφJ
=1.15 cosφ=0.85)
S I=3
√3?220?0.85?1.15
=338.275 mm2
SⅡ=3
√3?220?0.85?1.15
=496.137 mm2
SⅢ3
√3?220?0.85?1.15
=462.310mm2