1 设计任务书
1.1电源情况
某市拟建一座XX火电厂，容量为2?50?125MW，Tmax取6500h。该厂部分容量的30%供给本市负荷，10kV负荷16MW，35kV负荷26MW，其余容量都汇入地区电网，供给地区负荷。同时，地区电网又与大系统相连。
地区原有水电厂一座，容量为2?60MW，Tmax为4000h；没有本地负荷，全部供出汇入地区电网。
1.2负荷情况
地区电网有两个大型变电所:
清泉变电所负荷为54.2+j30MVA,Tmax取5000h。 石岗变电所负荷为64.2+j40MVA,Tmax取5800h。 （均有一、二类负荷，约占66%，最小负荷可取60%）
1.3气象数据
本地区年平均气温15℃，最热月平均最高气温28℃
1.4地理位置数据
见图1（图中1cm代表30km）
石岗变； ②水电厂；③新建火电厂；④清泉变；⑤大系统。
1.5设计内容
⑴根据所提供的数据，选定火电的发电型号、参数，确定火电厂的电气主接线和升压变压器台数。型号、容量、参数等。
⑵制定无功平衡方案，决定各节点容量补偿容量。
⑶拟定地区电网接线方案。可初定出两个比较合理的方案参加经济比较。 ⑷通过潮流计算选出各输电线的截面，计算导线的两损和电压降落。 ⑸经过经济比较，选一个最优的方案。
⑹对火电厂内高中低三个电压等级母线进行短路电流计算。 ⑺选择火电厂电气主接线的主要设备，并进行校验。 ⑻ 按通常情况配置继电保护。
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⑴设计计算说明说一份，要求条目清晰、计算正确、文本整洁。 ⑵地区电网最大负荷潮流分布图一张，新建火电厂电气主接线图一张。
1(石岗变)2（水电厂）3（新建火电厂）5（大系统）4(清泉寺)
图1 地区电网地理位置图
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1.6设计成果
2 设计说明书
2.1确定火电厂和水电厂的发电机型号、参数
根据设计任务书，拟建火电厂容量为汽轮发电机50MW2台、175MW1台；水电厂容量为水轮发电机50MW2台。
确定汽轮发电机型号、参数见表1-1，水轮发电机型号、参数见表1-2
表1-1 汽轮发电机型号、参数
型 号 QF-50-2 额定容量 额定电压 额定电流 功率因数 次暂态电（MW） 50 （KV） 10．5 13．8 （A） 3440 6150 COSΦ 0．85 0．8 抗 0．124 0．18 台数 2 1 QF-175-2 175 表1-2 水轮发电机型号 、参数
型号 SF60-96/9000 额定容量 额定电压 （MW） 60 （KV） 13．8 额定电流（A） 2950 功率因数 次暂态电抗 COSΦ 0．85 Xd 0．270 台数 2 2.2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B变电所和大系统；水电厂以双回线送电给A变电所，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B变电所和大系统；水电厂则以单回线分别送电给A变电所和大系统，同时再以单回线连接大系统和A变电所，形成3点单环网。所有线路均选用110KV。
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1(石岗变)78km111km2（水电厂）3（新建火电厂）93km135km5（大系统）4(清泉寺)
图2.1 方案1
1(石岗变)78km2（水电厂）3（新建火电厂）111km135km5（大系统）93km4(清泉寺)63km图2.2 方案2
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。
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6~8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
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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。
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。
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。
在对火电厂变压器选择时，选用1台175MW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。
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两台变压器可以互为备用。
火电厂主变压器型号见下表。
表4-1 火电厂主变压器型号、参数
额定容名称 型号 量 （KVA） 三绕组变压器 双绕组变压器 S-FPSL7-6300/110 SSPL-150000/110 150000 6300 额定电压（KV） 阻抗电压（%） 高一低 中一低 高压 中压 低压 高一中 台数 121 38．5 10．5 17 10．5 6．5 2 121 13．8 12.68 1 水电厂水轮发电机为2台50MW，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4-2。
表4-2 水电厂主变压器型号、参数
额定容名称 型号 量 (KVA) 双绕组变压器 SSPL-90000/110 90000 额定电压（KV） 高压 低压 阻抗电压 （%） 台数 121 13．8 10．5 2
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3 设计计算书
3.1发电厂主变压器容量的选择
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?P125??147（MVA） cos?0.85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?50?2?(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?cos?PZ?0.7?79?0.7?65（MVA） 0.85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。
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%。
P按发电机容量选择变压器：
Z?60?(1?1%)?59.4（MVA）
SB?90000/110,具体参数详见表4。
P59.4??69.9（MVA） cos?0.85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SFP7—
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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
1）石岗变电所 石岗变负荷功率为：
S?64.2?j40
则功率因数
cos??PP2?Q2?64.264.22?402?0.85
按要求应当采用电容器将功率因数补偿到0.9以上：
0.9?64.2 64.22?Q2B解得
QB?31.1Mvar
即经电容QC补偿后，B变电所所需功率变为：S?64.2?j31.1（MVA）石岗变电所补偿电容容量至少为：QC?40?31.1?8.9（Mvar）
火电厂拟采用单回线供电给石岗变电所，线路末端回路的功率为：
S?64.2?j31.1（Mva）
火电厂供石岗变电所线路首端，回路的功率初步估算为：
S?66?j33
2）清泉变电所
清泉变电所负荷功率为：
S?54.2?j30
则功率因数
cos??P?0.87P2?Q2?54.254.22
?302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0.93
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0.93?解得Q?21.4（Mvar）
B54.254.2?QB22
经电容补偿后，清泉变电所实际负荷为：S?54.2?j21.4 清泉变电所补偿电容容量为：
QS?C?30?21.4?8.6（Mvar）
水电厂拟以双回线供电给清泉变电所，每回路末端功率为：
1(54.2?j21.4)?27.1?j10.7（MVA） 2线路首端每一回线的功率初步估算为：
S?28.5?j12
3）水电厂
水电厂输出有功功率： P?2?60?(1?1%)?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?P118.8??125（MVA） cos?0.95输出无功功率为：
Q?S2?P?21252?118.8?39（Mvar）
2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电所两个方向供电。
（1）水电厂拟双回线向清泉变电所供电，线路首端每一回线的功率初步估算为：
S?28.5?j12
（2）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：
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S?(118.8?j39)?2?(28.5?j12)?61.8?j15
cos??0.97
4）火电厂
火电厂需要分别向石岗变电所和大系统两个方向供电。 （1）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?2?50?(1?5%)?16?26?125?(1?5%)?172（MW）
令其运行功率因数为：
cos??0.95
则外送总视在功率为：
S?P172??181（MVA）
cos?0.95外送总无功功率为：
Q?S2?P?21812?172?56.4（Mvar）
2火电厂以110KV外送总功率为：
S?172?j56.4（MVA）
（2）火电厂供石岗变电所总功率。火电厂供石岗变电所线路首端单回线总功率估算为：
S?66?j33（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)?(66?j33)?106?j23.4（MVA）
火电厂拟以单回线送往大系统，线路首端回线的功率为：
S?106?j23.4（MVA）
cos??0.975
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5）大系统
火电厂送给大系统的总功率为：
S?106?j23.4（MVA）
水电厂送给大系统的总功率为：
S?61.8?j15（MVA）
火电厂、水电厂送至大系统的功率合计为：
S?(106?j23.4)?(61.8?j15)?167.8?j38.4（MVA）
3.2.2 地区电网接线方案1的架空线路导线型号初选
1）火电厂—石岗变电所
由于火电厂至石岗变电所采用单回路，因此线路上总功率和电流为：S30?662?332?73.79（MVA）
I30g?S3U?73.79N3?110?387(A)
Tmax?5800，查软导线经济电流密度图，得J=0.96A/mm2
则其经济截面为：Sg387J?IJ?0.96?403( mm2) 试取最接近的导线截面为185mm2,选取LGJ—185/30钢芯铝绞线。 2）火电厂—大系统
火电厂至大系统采用单回路，线路上的总功率和电流为： S2230?106?23.4?108.6 (MVA) IS30g?3U?108.6N3?110?570（A）
Tmax?6500，查软导线经济电流密度图，得J=0.9A/mm2
则其经济截面为：SIgJ?J?5700.9?633（mm2） 试取导线截面为300mm2,选取LGJ—300/50钢芯铝绞线。
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3）水电厂—清泉变电所
水电厂至清泉变电所采用双回路，每条线路上的总功率和电流为：
S30?28.52?122?30.9（MVA）
Ig?S303Un?30.9?162（A）
3?110Tmax取5000h ，查导线经济电流密度图，J=1.1A/mm2则其经济截面为：
SJ?4）水电厂—大系统
水电厂经单回路送往大系统
IJg?162?147（mm2） 1.1试取导线截面为150mm2,选取LGJ—150/25钢芯铝绞线。
S?61.8?j15（MVA）
S30?g61.8S?I3U302?15?63.6（MVA） ?63.6?334(A)
3?1102NTmax取4000h，查表得J=1.28A/mm2则其经济截面为：
SJ?IJg?334?261（mm2） 1.28试取导线截面为300mm2,选取LGJ—300/50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
1.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。 2.按电晕校验导线截面积
根据表2-1可见，所选的全部导线均满足电晕的要求。
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表2-1 按电晕校验导线截面积
额定电压 （KV） 110 220 330 单导线 裂 2LGJ—240 双分500 （四分裂） 4×LGJ—300 400 750 （四分裂） 导线外径 （mm） 相应型号 29.6 LGJ—50 21.4 LGJ—240 33.1 LGJ—600 4×LGJQ—3.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2—2所示。
表2-2 导线长期允许通过电流 单位：A
截面积（mm2） 标号 LJ 70 LGJ 70 5 30 115 120 50 265 275 75 225 235 920 375 380 150 340 345 185 400 415 140 510 510 200 680 600 300 630 700 488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30℃，查得的允许载流量应乘以温度修正系数：
K??70?28?0.97
70?251.火电厂→石岗变电所（LGJ—185单回线）：LGJ—185钢芯铝绞线允许载流量为515A，乘以温度修正系数后：515×0.97=500A>387A 合格
LGJ—185/30导线满足要求，查得其参数（电阻，电抗，冲电功率）如下：
r1=0.17Ω/km, x1=0.395Ω/km, QCL=3.35Mvar/100km
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2.火电厂→大系统（LGJ—300单回线）：LGJ—300钢芯铝绞线允许载流量为800A，乘以温度修正系数后：800×0.97=776>570A 合格
LGJ—400/50导线满足要求，查得其参数如下：
r1=0.107Ω/km, x1=0.382Ω/km, QCL=3.48Mvar/100km
3.水电厂→清泉变电所（LGJ—150双回线）：LGJ—150钢芯铝绞线允许载流量为445A，乘以温度修正系数后：445×0.97=431.65A>162A 合格
当双回路断开一回，流过另一回的最大电流为：2×162=324A，仍小于允许载流量431.65A，合格
LGJ—150/25导线满足要求，查得其参数如下：
r1=0.21Ω/km, x1=0.403Ω/km, QCL=3.3Mvar/100km
4.水电厂→大系统（LGJ—300单回线）：LGJ—300钢芯铝绞线允许载流量为700A，乘以温度修正系数后：700×0.97=679A>334A 合格
LGJ—300/50导线满足要求，查得其参数如下：
r1=0.107Ω/km, x1=0.382Ω/km, QCL=3.48Mvar/100km
3.2.4 方案1潮流计算
根据钢芯铝绞线的参数，可以得到表3—3，在表中可以查到钢芯铝绞线的电阻、电抗、充电功率。
表3—3 钢芯铝绞线的参数
LGJ—150/25 LGJ—185/30 0.17 0.395 3.35 LGJ—300/50 0.107 0.382 3.48 LGJ—400/50 0.107 0.382 3.48 电阻（?/km） 0.21 电抗（?/km） 0.403 充电功率（Mvar/100km） 3.3 1）火电厂—石岗变电所：LGJ—185/30双回110KV线路138km 对于回线：
R=0.17×78=13.3（Ω） ，X=0.395×78=30.8（Ω）
回线的功率损耗：
?P?3I2R?3?3872?13.3?5.98（MW）
?Q?3I2X?3?3872?30.8?13.84（Mvar）
14
回线路上产生的充电功率为：
Qc?Qcl?L?3.35?78/100?2.61 （Mvar）
分算到线路两端
Q''?12Q?1cc2?2.61?1.31
得到其潮流分布计算图，见图2.1
1346213.3Ωj30.8?5j1.31MVAj1.31MVA 图2.1 火电厂→石岗变电所线路潮流计算图
火电厂到石岗变电所线末端每回线上功率为：
S6?64.2?j31.1（MVA）
从而可以得到线路首端的功率：
S3?64.2?j31.1?j1.31?5.98?j13.84?70.18?j43.63 （MVA）S1?70.18?j43.63?j1.31?70.18?j42.32（MVA）
火电厂的出口电压暂设为120KV，此线路上的电压降落为：
?U?PR?QX70.18?13.3?43.63?30.8U??19 1120石岗变电所110KV母线的电压为：U石=120-19=101（KV） 合格 2)火电厂—大系统：LGJ—400/50单回110KV线路182.55km 对于线路：
R=0.107×135=14.4（Ω） ，X=0.382×135=51.6（Ω）线路上的功率损耗：
?P?3I2R?3?5702?14.4?14.04（MW） ?Q?3I2X?3?5702?51.6?50.3 （Mvar）
每一回线上产生的充电功率为：
15
Qc?Qcl?L?3.48?135/100?4.7 （Mvar）
分算到线路两端：
Q''?12Q?1cc2?4.7?2.35
106?j23.41346214.4?j51.6?5j2.35MVAj2.35MVA 图2.2火电厂→大系统线路潮流计算图
火电厂送往大系统线路首端的功率为：
S?106?j23.4（MVA）
S3?106?j23.4?j2.35?106?j25.75 （MVA）
已设火电厂的出口电压为120KV。 线路上的电压降落：
?U?PR?QX106?14.4?25U?.75?51.6?24 （MVA 1120大系统110KV母线电压为：
U=120-24=96（KV） 合格
3）水电厂—大系统（LGJ—300/50单回110KV线路210km） 由水电厂至大系统采用单回线：
R=0.107×110=11.8（Ω），X=0.382×111=42.4（Ω）线路上的功率损耗： 线路上产生的冲电功率为：
?P?3I2R?3?3342?11.8?3.95（MW） ?Q?3I2X?3?3342?42.4?14.19 （Mvar）
线路上产生的冲电功率为：
Qc?Qcl?L?3.48?111/100?3.86 （Mvar）
16
分算到线路两端：
11Qc''?Qc??3.86?1.93
2261.8?j1512346511.8?j1.93MVAj42.4?j1.93MVA
图2.3 水电厂—大系统线路潮流计算图
由水电厂送往大系统的功率为：
S?61.8?j15
S?61.8?j15?j1.93?(3.95?j14.19)?57.85?j2.74(MVA)
已算出大系统110KV母线处电压即U4为105KV，线路上的电压降落：?U?PR?QX57.85?11.8?2.74?42.4U?105?7.61(KV)
4水电厂出口110KV母线电压为：U =105+7.61=112.61（KV） 合格 4）水电厂—清泉变电所（LGJ—150/25双回110KV线路180km）
对于每一回线：
R=0.21×93=19.5（Ω），X=0.403×93=37.5（Ω）
每一回线的功率损耗：
?P?3I2R?3?1622?19.5?1.54（MW）
?Q?3I2X?3?1622?37.5?2.95 （Mvar）
每一回线上产生的充电功率为：
Qc?Qcl?L?3.48?93/100?3.24 （Mvar）
分算到线路两端：
Q''11c?2Qc?2?3.24?1.62
17
27.1?j10.712346519.5?j1.62MVAj37.5?j1.62MVA 图2.4水电厂→清泉变电所线路潮流计算图
清泉变电所处每回线功率为：
S6?27.1?j10.7（MVA） 从而可以得到每回线路首端的功率：
S3?27.1?j10.7?j1.62?1.54?j2.95?28.64?j12.03（MVA）
S1?28.64?j12.03?j1.62?28.64?j10.41（MVA）
已算出水电厂出口110KV母线电压为120.6KV，线路上的电压降落：
?U?PR?QX28.64?19.5?12.03?37.5??8.37 （MVA） U4120.6清泉变电所110KV母线电压为：
U?120?8.37?111.63（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方案1工程总投资和年运行费
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
可由表2-3查得。
表2-3 最大损耗时间
的值 单位：h
Tmax 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
cos? Tmax 0.95 800 1100 1400 1800 2200 2700 3200 1.00 700 950 1250 1600 2000 2500 3000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 0.80 4100 4650 5250 5950 6650 7400 0.85 4000 4600 5200 5900 6600 cos? 0.80 1500 1700 2000 2350 2750 3150 3600 0.85 1200 1500 1800 2150 2600 3000 3500 0.90 1000 1250 1600 2000 2400 2900 3400 0.90 3950 4500 5100 5800 6550 7350 0.95 3750 4350 5000 5700 6500 1.00 3600 4200 4850 5600 6400 7250 18
1）方案1线路的电能损耗
（1）火电厂→石岗变电所（单回线）
?P?5.98（MW）
cos??70.1870.182?42.322?0.86 Tmax=5800（h）
查表得：
?max=4270（h）
则全年电能损耗：
?A?5980?4270?2.55?107 （KW·h）
（2） 火电厂→大系统（单回线）:
?P?14.04（MW）
cos??1061062?23.42?0.98 Tmax=6500（h）
查表得：
?max=4950（h）
则全年电能损耗：
?A?14040?4950?7?107 （KW·h）
（3）水电厂→清泉变电所（双回线）：
?P?1.54?2?3.08（MW）
cos??28.6428.642?10.412?0.94 Tmax=5000（h）查表得：
?max=3200（h）
则全年电能损耗：
?A?3080?3200?0.99?107（KW·h）
（4）水电厂→大系统（单回线）：
?P?3.95（MW）
19
cos??61.861.8?1522?0.972 Tmax=4000（h）
查表得：
?max=2150（h）
则全年电能损耗：
?A?3950?2150?0.85?107 （KW·h）
方案1的全年总电能损耗（仅限于线路损耗）：
?A?(2.55?7?0.99?0.85)?107?11.39?107（KW·h）
方案1线路投资
火电厂→石岗变电所：LGJ—185/30单回110KV线路78km。 火电厂→大系统：LGJ—400/50单回 110KV线路135km。 水电厂→清泉变电所：LGJ—150/25 双回 110KV线路93km。 水电厂→大系统：LGJ—300/50单回 110KV线路111km。 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?15?93?0.9?40?135?30?111?18.5?78?12684（万元）
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的工程总投资为：
Z1?12684?ZB（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?PPPZPPPZ?XZ?WZ???A?(Z?X?W)Z 100100100100100100式中 ?——为计算电价，元/（KW·h（此设计中电价取0.52元/KW·h）
ΔA——为每年电能损耗，KW·h ； Z——为电力网工程投资，元；
20
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2—4取适当的值。
表2-4 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 木杆架空线 铁塔架空线 钢筋混凝土杆架空线 电缆线路 折旧费 8 4.5 4.5 3.5 小修费 1 0.5 0.5 0.5 维护管理费 4 2 2 2 总计 13 7 7 6 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%。 则方案1的年运行费用为：
u1?0.52?11.39?107?7%?(12684?ZB)?104 ?6810.7?0.07ZB
3.3地区电网接线方案2的计算（环网）
3.3.1 地区电网接线方案2的功率平衡计算
1）石岗变电所
石岗变电所负荷情况与方案1相同，火电厂以单回线供石岗变电所，线路首端回线的实在功率初步估算为：
S?66?j33（MVA）
2）清泉变电所
清泉变电所负荷情况与方案1相同，线路首端的功率初步估算为：
S?2?(28.5?j12)?57?j24（MVA）
3）水电厂
8j水电厂输出功率仍为： S?118.?39A) (MV
水电厂分别向大系统和清泉变电所两个方向供电。
21
水电厂拟以单回线向清泉变电所供电，线路首端功率初步估算为：
S?57?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)?(57?j24)?61.8?j15
cos??4）火电厂
PP?Q22?61.861.8?1522?0.97
火电厂分别想石岗变电所和大系统两个方向供电，负荷及线路情况与方案1相同。 火电厂以单回线送往石岗变电所，线路首端的功率为：
S?66?j33（MVA）
火电厂以单回线送往大系统，线路首端的功率为：
S?106?j23.4（MVA）
cos??0.98
5）大系统
火电厂送出给大系统总功率为：
S?106?j23.4（MVA）
水电厂送出给大系统总功率为：
S?61.8?j15（MVA）
火电厂、水电厂送至大系统的功率合计为：
S?(106?j23.4)?(61.8?j15)?167.8?j38.4（MVA）
3.3.2 地区电网接线方案2的架空线路导线型号初选
1）火电厂—石岗变电所
由于火电厂至石岗变电所负荷及线路情况与方案1相同，因此仍选取LGJ—185/30钢芯铝绞线。 2）火电厂—大系统
由于火电厂至大系统负荷情况与方案1相同，因此仍选取LGJ—400/50钢芯铝绞线。 3）水电厂—清泉变电所
22
水电厂至清泉变电所采用单回路，线路上的功率：
S30?572?242?61.8（MVA）
Ig?S303UN?61.8?324（A）
3?110=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?324?295（mm2） 1.1试取导线截面为300mm2，选取LGJ—300/50钢芯铝绞线。 4）水电厂—大系统
水电厂经单回路送往大系统：
S?61.8?j15 （MVA）
S30?61.82?152?63.6 （MVA）
Ig?S303UN?63.6?334 （A）
3?110Tmax取4000h，查表得J=1.28A/mm2则其经济截面为：
S5）大系统—清泉变电所
J?IJg?334?260.9(mm2) 1.28试取导线截面为300mm2，选取LGJ—300/50钢芯铝绞线。
大系统→A变电所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LGJ—300导线。
3.3.3 方案2潮流计算（仅进行最大负荷时的潮流计算）
1）火电厂—石岗变电所（LGJ—185/30双回110KV线路138km）
由于火电厂至石岗变电所负荷及线路情况与方案1相同，计算从略。 石岗变电所110KV母线的电压为：
U石 =120-19=101（KV） 合格
2）火电厂—大系统（LGJ—400/50单回110KV线路182.55km）
23
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=120-24=96（KV） 合格
3）水电厂—大系统（LGJ—300/50单回110KV线路210km）
初步选择时环网的3边均选了LGJ—300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LGJ—300钢芯铝绞线是否合适，均一电网潮流计算图见图3—1。 根据均一电力网，将其进行简化得到开式网，如图3—2
水电厂?(118.8?j39)大系统54.2?j21.4清泉变电所
图3—1 均一电网潮流计算图
均一电力网转化成开式网，见图3—6。
54.2?j21.4?(118.8?j39)大系统清泉变电所水电厂大系统
图3—2均一电力网转化成开式网
根据均一电力网的公式：
SS?la??l
?从而得到：
S(118.8?j39)?(63?93)?(56.8?j22.5)?63a??63?93?111??56?j17.5
即水电厂→大系统单回路线路功率为：
S大??Sa?56?j17.5（MVA）
24
S30?562?17.52?59 S59 I30g?3U??110?309 （A） N3max取4000h，查表得J=1.28A/mm2则其经济截面为：
SIgJ?J?30928?241（mm21.） 可仍选截面为300mm2的导线，即选取LGJ—300/50钢芯铝绞线是合适的。R=0.107×111=11.9Ω， X=0.382×111=42.4Ω
线路上的功率损耗：
?P?3I2R?3?3092?11.9?3.41（MW） ?Q?3I2X?3?3092?42.4?12.15 （Mvar）
线路上产生的充电功率为：
Qc?Qcl?L?3.48?111/100?3.86 （Mvar）
折算到线路两端：
Q''?12Q1cc?2?3.86?1.93 （Mvar）
56?j17.51346211.9?j42.4?5j1.93MVAj1.93MVA
图3.2水电厂→大系统线路潮流计算图
由水电厂送往大系统的功率为：
S?56?j17.5
S4?56?j17.5?j1.93?(3.41?j12.15)?52.59?j7.28 （MVA）
已算出大系统110KV母线处电压为105KV，线路上的电压降落为：
?U?PR?QX52.59?11.9?7.U?28?42.4?8.9 （MVA） 410525
T
可算出水电厂出口110KV母线电压为：
U水=105+8.9=113.9（KV） 合格
4）水电厂—清泉变电所（LGJ—300/50单回110KV线路180km）
S1?(118.8?j39)?(56?j17.5)?62.8?j21.5 S30?62.82?21.52?66.38（MVA）
I30g?S3U?66.38N3?110?348（A）
Tmax取5000h，查导线经济电流密度图，得J=1.1A/mm2则其经济截面为：
S348J?IgJ??316(mm21.1) 仍可选截面为300mm2的导线，即选取LGJ—300/50钢芯铝绞线是合适的。R=0.21×93=19.5（Ω），X=0.403×93=37.5（Ω）
线路上的功率损耗为：
?P?3I2R?3?3482?19.5?7.08（MW） ?Q?3I2X?3?3482?37.5?13.62 （Mvar）
线路上产生的充电功率为：
Qc?Qcl?L?3.48?93/100?3.24 （Mvar）
折算到线路两端：
Q''?12Q1cc?2?3.24?1.62 （Mvar）
62.8?j21.51346219.5?j37.5?5j1.62MVAj1.62MVA 图3.3水电厂→清泉变电所线路潮流计算图
水电厂→清泉变电所线首端：
26
S1?62.8?j21.5（MVA） （3—11）
S3?62.8?j21.5?j1.62?62.8?j23.12
已算出水电厂出口110KV母线电压为116.8KV，线路上的电压降落：
?U?PR?QXU?62.8?19.5?23.12?37.5.8?17.9 （MVA） 4116A变电所110KV母线电压为：
U?116.8?17.9?98.9(KV)
稍低，但仍在变压器分接头范围之内。
5）大系统—清泉变电所（LGJ—300/50单回110KV线路99km） 由大系统至清泉变电所采用单回线，其潮流分布计算图见图3—4。
1.52?j10.28134626.7?j24.1?5 图3—4大系统至清泉变电所潮流分布计算图
水电厂→清泉变电所线路末端：
S6?62.8?j23.12?(7.08?j13.62)?j1.62?55.72?j11.12 (MVA)
大系统→清泉变电所线路末端：
S?(54.2?j21.4)?(55.72?j11.12)??1.52?j10.28
S30?1.522?10.282?10.4（MVA）
IS3010.4g?3U?N3?110?115（A）
已选取LGJ—300/50钢芯铝绞线：
R=0.107×63=6.7（Ω），X=0.382×63=24.1（Ω）
线路上的功率损耗：
?P?3I2R?3?1152?6.7?0.27（MW） ?Q?3I2X?3?1152?24.1?0.96 （Mvar）
27
3.3.3方案2工程总投资和年运行费用
方案2线路的电能损耗
1）火电厂—石岗变电所（双回线），与方案1相同，全年电能损耗：
?A?5980?4270?2.55?107 （KW·h）
2）火电厂—大系统（单回线），与方案1相同，全年电能损耗：
?A?14040?4950?7?107 （KW·h）
3）水电厂—清泉变电所（单回线）：
?P?7.08（MW）
cos??62.862.82?21.52?0.95 Tmax=5000（h）查表得： ?max=3210（h） 则全年电能损耗：
?A?7080?3210?2.27?107 （KW·h）
4）水电厂—大系统（单回线）：
?P?3.41（MW）
cos??56562?17.52?0.954 Tmax=4000（h）
查表得： ?max=2200（h） 则全年电能损耗：
?A?3410?2200?0.75?107 （KW·h）
5）大系统—清泉变电所；
线路上的功率损耗：
?P?0.27（MW）
cos??1.521.522?10.282?0.146 Tmax=5000（h）
查表得： ?max=5000（h）
28
则全年电能损耗：
?A?270?5000?0.14`?107 （KW·h）
方案2的全年总电能损耗（仅限于线路损耗）：
?A?(2.55?7?2.27?0.75?0.14)?107?12.71?107（KW·h）
方案2线路投资
火电厂—石岗变电所：LGJ—185/30单回110KV线路78km。 火电厂—大系统：LGJ—400/50单回110KV线路135km。 水电厂—清泉变电所：LGJ—300/50单回110KV线路93km。 水电厂—大系统：LGJ—300/50单回110KV线路111km。 大系统—清泉变电所：LGJ—300/50单回110KV线路63km。
线路造价为虚拟的，与导线截面积成正比，同杆架设双回线系数取0.9。18.5?78?40?135?30?(93?111?63)?40?135?20253（万元）
方案1与方案2的变电所投资和发电厂的投资均相同，设为ZB。 则，知方案2工程总投资为：
Z2?20253?ZB（万元）
则方案2的年运行费用为：
u2?0.52?12.71?107?7%?(20253?ZB)?104 ?8027?0.07ZB （万元）
3.4 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：
Z2?Z1?20253?12684?7569（万元）
而方案1的年运行费用也小于方案2的年运行费用：
u2?u1?8027?6810.7?1216.3（万元）
因此，最终选择总投资和年运行费用都较少的方案1
29
结论
在高速发展的现代化社会中，电力工业在国民经济中的作用以为人所知：它不仅是全面地影响国民经济其它部门的发展，同时也极大地影响人民的物质与文化水平的提高，影响整个社会的进步。
在选择电气主接线时，应考虑所设计的发电厂与变电所在电力系统中的地位和作用，由此可以拟定出电气主接线的方案。经过对方案的技术经济比较后选出较为经济合理，技术先进的方案为最终方案。
对厂、所用变的设计应按照运行、检修和施工要求，考虑全所发展规划，和妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术、新设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证机组安全、经济运行。
对厂、所用电源引接线方式一般在有较低电压母线时，均由这类母线上引接1~2个电源，这样用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。如能从不同电压等级的母线上引接两个电源，可以保证所用电的不间断供电。
电器和导线的选择是变电所设计的重要环节，它是对发电厂与变电所现阶段建设投资的依据，它的选择应该安全可靠，经济合理的前提下选择最先进的设备。
30
心得体会
这是大三最后的一个课程设计，也是是我收获最多的一个课程设计，它不同于以往的任何一个，因为这次每个人的方案设计和数据都是完全不同的。虽然这期间遇到了很多困难，但是通过老师的指导和同学们的帮助，我已经将其很好的转换成了知识。通过这次课程设计使我能够灵活的运用Microsoft Office Visio软件，熟练的掌握了公式编辑软件。最重要的是将电力系统这门学科，理论联系上了实际。使我对方案设计有了更深一步的了解，对自己有了更大的信心，通过自己的方案是计算最终得出了结论，使我体会到了知识的乐趣，使自己的技能有了较大的提升，为以后的毕业设计做了充分的准备。
31
参考文献
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32