电力系统分析课程设计报告--电气学院

电力工程系

电力系统分析课程设计报告书题目：高压配电网供电设计

姓名×××

学号×××××××××

班级电气1103

指导教师张天翼

目录

课程设计说明书 (3)

一，课程内容： (4)

1.潮流计算，进行变电所接入系统及用户供电线路设计： (4)

2．变电所电气主接线和所用电设计 (4)

3．短路电流计算： (4)

4. 选择变电所电气设备： (5)

二，具体设计过程如下： (6)

1.变电所接入系统及用户供电线路设计: (6)

2.变电所电气主接线和所用电设计: (6)

3.短路电流计算: (7)

4.潮流计算的意义 (8)

5.选择变电所电气设备: (9)

电气主接线方式的选择，分析比较各自的优缺点： (10)

不同方案的分析比较： (10)

三、论证和定量计算 (12)

一、短路电流计算 (12)

二、潮流计算 (14)

附录 (16)

课程设计说明书

发电厂资料：

母线1和2为发电厂高压母线，发电厂一总装机容量为（300MW），母线3为机压母线，机压母线上装机容量为（100MW），最大负荷和最小负荷分别为40MW和20MW；发电厂二总装机容量为（200MW）。

3、变电所资料：

(一)变电所1、2、3、4低压母线的电压等级分别为：10KV

35KV 35KV 10KV

(二)变电所的负荷分别为：

40MW 60MW 70MW 50MW

(三)每个变电所的功率因数均为cosφ=0.85；

(四)变电所1和变电所2分别配有两台容量为75MV A的变压

器，短路损耗414KW，短路电压（%）=16.7；变电所3和变

电所4分别配有两台容量为63MV A的变压器，短路损耗为

245KW，短路电压（%）=10.5；

4、输电线路资料：

发电厂和变电所之间的输电线路的电压等级及长度标于图中，单位长度的电阻为Ω

0.402，单位长度的电纳

17

.0，单位长度的电抗为Ω

为S-6

2.78。

10

*

一，课程内容：

1.潮流计算，进行变电所接入系统及用户供电线路设计：

（1）根据待建变电所所供用电用户总负荷、用电用户对变电所供电可靠性要求、与系统接入点的距离，确定待建变电所接入系统方案：线路电压等级、回路数、导线规格。

（2）分析各用电用户对供电不中断可靠性的要求，确定各用电用户供电线路方案、回路数、导线规格。

（3）输、供电线路，按经济电流密度选择，并应满足电晕(>110kV 线路)、发热和电压损耗等技术要求。

2．变电所电气主接线和所用电设计：

（1）拟定满足供电可靠性、运行灵活性要求的主变比较方案（类型、台数、容量、型号）。

（2）对技术上满足要求的主变方案通过经济比较，确定待建变电所的主变方案。

（3）根据所确定的主变方案和进出线回路数，通过技术分析、论证，确定待建变电所各电压等级的电气主接线型式。

（4）根据待建变电所所用电方案——所用变压器台数、容量、型号和所用电接线型式。（所用电负荷按0.1%变电所容量计）。

3．短路电流计算：

（1）为保证变电所选用的设备，在短路故障状态时的安全，采用

三相短路时的电流近行校验。

（2）三相短路电流的计算，采用标么制和运算曲线，计算0”, 0.1” , 4”时的值。进而计算短路电流最大值i、0.1”短路容量S和4”短路电流热容量Q，作为电气设备动稳定、开断容量、热稳定的校验。4. 选择变电所电气设备：

选择变电所的断路器、隔离开关、母线、电缆、电流互感器、电压互感器、避雷器及中性点接地设备。

二，具体设计过程如下：

1.变电所接入系统及用户供电线路设计:

1）确定电压等级

输电线路电压等级的确定应符合国家规定的标准电压等级，选择电压等级时应根据输送容量和输电距离，以及接入电网的额定电压的情况来确定，输送容量应该考虑变电所总负荷和5年发展规划。2）确定回路数

变电所建成后，所供用户的符合类型，确定变电所的线路接入系统的回路数。

3）确定线路导线的规格、型号

4）导线截面积的选择

2.变电所电气主接线和所用电设计:

变电所电气主接线设计是根据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统接线的重要部分，它表明变电所的内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备以最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明变电所内各电气设备之间的连接方式。

电气主接线的一般要求，1）应按电源情况、负荷性质、容量大小及邻近变配电所联系等因素确定主接线型式。力求简单可靠，维护方

便、使用灵活、便于发展。2)架空进线避雷器设在靠近变压器的空架线处；电缆进线的避雷器设在进线开关后的母线上。3)一段母线设一组电压互感器，当分段的单母线在正常运行时不为分段，亦可仅设一组电压互感器。4)设在母线上的电压互感器及避雷器可合用一组隔离开关。5）在所在进出线回路上按指示计量、继电保护的要求装设电流互感器。

3.短路电流计算:

三相系统中发生的短路有4种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90％。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。短路电流计算的目的：

一是看回路能不能承受这么大的短路电流，二是看回路中的短路保护装置能不能分断这么大的短路电流。

短路电流的计算条件：

1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多.

2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻.

3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.

4.潮流计算的意义

潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，常规潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功率分布以及功率损耗等。潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。

具体表现在以下方面：

(1)在电网规划阶段,通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求。

(2)在编制年运行方式时,在预计负荷增长及新设备投运基础上,选择典型方式进行潮流计算,发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考,并对规划、基建部门提出改进网架结构,加快基建进度的建议。

(3)正常检修及特殊运行方式下的潮流计算,用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求。

(4)预想事故、设备退出运行对静态安全的影响分析及作出预想的运行方式调整方案。

总结为在电力系统运行方式和规划方案的研究中，都需要进行潮流计算以比较运行方式或规划供电方案的可行性、可靠性和经济性。同时，为了实时监控电力系统的运行状态，也需要进行大量而快速的潮流计算。因此，潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本和最重要的一种电气运算。在系统规划设计和安排系统的运行方式时，采用离线潮流计算；在电力系统运行状态的实时监控中，则采用在线潮流计算。

5.选择变电所电气设备:

选择变电所的断路器、隔离开关、母线、电缆、电流互感器、电压互感器、避雷器及中性点接地设备等主要高压电气设备应满足的各项条件.并通过设备选型和设备额定参数选择来满足这些条件。通常高压电气设备应满足的主要条件是:①使用环境条件; ②正常运行和故障情况下的基本技术条件;③完成设备本身主要功能的特殊技术条件。这些条件包括使用环境及电力系统对设备的要求，也包括必须限制设备本身对环境造成不良影响的要求。

电气主接线方式的选择，分析比较各自的优缺点：

电气主接线接线方式的方案拟定

方案一：电气主接线接线方式采用单母线分段的接线方式

方案二：电气主接线接线方式采用双母线的接线方式

方案三：电气主接线接线方式采用3∕2接线的接线方式

方案四：电气主接线接线方式双母线分段的接线方式

不同方案的分析比较：

单母线分段

优点:母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个供电电源；一段线路故障时（或检修），仅停故障（或检修）段工作，非故障仍可继续工作。

缺点：当一段母线或母线隔离故障或检修时，接在该段母线上电源和出线，在检修期间必须全部停电；任何以回路断路器检修时，该回路必修停止工作。

通过该接线优缺点的分析，可见方案一中35kv采用此接线方式，当优点是当一母线发生故障时，分段断路器能自动把故障切除，保证正常段母线不间断供电和不至于造成用户停电；缺点是当一段母线或母线侧隔离开关或检修时，接在该母线上的回路都要在检修期间停电。双母线接线

优点；供电可靠，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电；调度灵活，扩建方便。

缺点：接线复杂，设备多，母线故障有短时停电。

通过优缺点分析，应用本接线方式，主要是因为对供电可靠性的保障。3∕2接线

优点：高度可靠性，调度运行灵活，操作检修方便，任一母线故障或检修，均不导致停电。

缺点：造价高，二次控制复杂

通过对该接线优缺点的分析，可见，采用一台半断路器接线中，一般应采用交叉配置的原则，即同名回路应接在不同串内，电源回路宜与出线回路配合成串。此外，同名回路还宜接在不同侧的母线上。这种接线的主要缺点是投资大、继电保护装置复杂。

双母线分段

双母线分段接线比双母线接线的可靠性更高，当一段工作母线发生故障后，在继电保护的作用下，分段断路器线自动跳开，而后将故障段母线所连接的电源回路的断路器跳开，该母线母线回路停电；随后，将故障段母线所连接的电源回路和出线回路切换的备用母线上，可以快速恢复供电。

双母线分段接线比双母线增加了两台断路器投资有所增加，但双母线分段不仅有双母线的各种优点，并且任何时候都有备用母线，有较高的可靠性和灵活性。

根据各自主接线电路的优缺点及适用条件，结合具体的环境进行选择，以达到可靠，经济，安全的目的.

论证和定量计算

一、短路电流计算

（1）计算条件

1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多.

具体规定:对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗.

2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻.

3.短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.

（2）简化计算法

1.主要参数

Sd三相短路容量(MV A)简称短路容量校核开关分断容量

Id三相短路电流周期分量有效值(KA)简称短路电流校核开关分断电流和热稳定三相短路第一周期全电流有效值(KA) 简称冲击电流有效值校核动稳定

三相短路第一周期全电流峰值(KA) 简称冲击电流峰值校核动稳定

x电抗(Ω)其中系统短路容量S d和计算点电抗x 是关键2.标么值计算

时选定一个基准容量(S jz)和基准电压(U jz).将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标么值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算)

(1)基准

基准容量S jz =100 MV A.

基准电压U JZ规定为8级. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV;有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例: U JZ (KV)3710.56.30.4因为S=1.73*U*I 所以I JZ (KA)1.565.59.161440 (2)标么值计算

容量标么值S* =S/S JZ.例如:当10KV母线上短路容量为200 MV A时,其标么值容量

S* = 200/100=2

电压标么值U*= U/U JZ ; 电流标么值I* =I/I JZ

（3)无限大容量系统三相短路电流计算公式

短路电流标么值: I*d = 1/x* (总电抗标么值的倒数).

短路电流有效值: I d= I JZ* I*d=I JZ/ x*(KA)

冲击电流有效值: I C = I d*√1+2 (K C-1)2 (KA)其中K C冲击系数,取1.8 所以I C =1.52I d

冲击电流峰值: i c =1.41* I d*KC=2.55 I d (KA);

当1000KV A及以下变压器二次侧短路时,冲击系数KC ,取1.3

这时:冲击电流有效值I C =1.09*I d(KA)

冲击电流峰值: i c =1.84 I d(KA)

二、潮流计算

根据电力系统接线方式、参数和运行条件计算电力系统稳态运行状态下的电气量。通常给定的运行条件有电源和负荷节点的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。待求的运行状态量包括各节点电压及其相位角和各支路（元件）通过的电流（功率）、网络的功率损耗等。潮流计算分为离线计算和在线计算两种方式。离线计算主要用于系统规划设计和系统运行方式安排；在线计算用于运行中电力系统的监视和实时控制。

目前广泛应用的潮流计算方法都是基于节点电压法的，以节点导纳矩阵Y作为电力网络的数学模型。节点电压U i和节点注入电流I i 由节点电压方程

在实际的电力系统中，已知的运行条件不是节点的注入电流，而是负荷和发电机的功率，而且这些功率一般不随节点电压的变化而变化。由于各节点注入功率与注入电流的关系为Ｓi＝Ｐi＋jＱi＝Ｕi I i

，P i和Q i分别为节点i 向网络注入的有功功率和无功功率，当i 为发电机节点时Ｐi﹥0；当i为负荷节点时P i﹤0；当i为无源节点P i ＝0，Q i＝0；Ｕi 和I i分别为节点电压相量Ｕi和节点注入电流相量I

的共轭。式（2）有n个非线性复数方程，亦即潮流计算的基本方i

程式。它可以在直角坐标也可以在极坐标上建立２n个实数形式功率方程式。

已知网络的接线和各支路参数，可形成潮流计算中的节点导纳矩阵Ｙ。潮流方程式（２）中表征系统运行状态变量是注入有功功率

P i、无功功率Q i和节点电压相量Ｕi（幅值Ｕi和相角δi）。n个节点的电力网有4n变量，但只有2n个功率方程式，因此必须给定其中2n 个运行状态变量。根据给定节点变量的不同，可以有以下三种类型的节点。

PU节点（电压控制母线）有功功率Pi和电压幅值Ui为给定。这种类型节点相当于发电机母线节点，或者相当于一个装有调相机或静止补偿器的变电所母线。

PQ节点注入有功功率P i和无功功率Q i是给定的。相当于实际电力系统中的一个负荷节点，或有功和无功功率给定的发电机母线。

平衡节点用来平衡全电网的功率。平衡节点的电压幅值Ｕi和相角δi是给定的，通常以它的相角为参考点，即取其电压相角为零。一个独立的电力网中只设一个平衡节点。

附录

（1）双母线接线

QFC ：母联断路器

分段单母线

(2)

W 2

W 1

QF 2

QF 1 QFC

WL 4

WL 3 WL 2 WL 1 双母线接线

S1 W 错

WL 4

WL 3 WL 2 WL 1 W 错QF1 QF2

WL 1 W 2

WL 4

WL 3 WL 2

（3）双母线分段接线

（4）3/2接线

W 1 QCF1 QCF2

W 错误！未找到引用

W 1

QF 2

QF 1 QFC

WL 4

WL 3 WL 2

WL 1 双母线分段接线

Garver-6节点系统的原始网是一个5节点系统，网架结构和各节点功率如图。a 。未来的电源配置和负荷数据如图b 。由图F1.2可知，6号节点是一孤立节点

图a 原始网络图 12

4

5

3

60

4010

60

20U nits 30303060U nits

60

60

图b 具有未来负荷和装机的原始网络图

612

4

53

240+j0

160+j40

40+j10

240+j0

80+j0U nits 30

30

30

60

U nits 6060

120120U nits

120

240240