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电力系统课程设计--区域电力网规划设计


课程设计(论文)说明书
课程设计(论文)任务书
兹发给 级专升本 班学生 课程设计(论

文)任务书,内容如下:

1.程设计题目: 2.应完成的项目:

区域电力网规划设计

A. 校验系统有功、无功平衡和各种运行方式; B. 通过方案比较,确定系统接线方案 C. 确定发电厂、变

电所的接线方案和变压器的型号、容量及参数; D. 进行系统的潮流计算; E. 进行系统的调压计算,选择变压器的分接头; F. 统计系统设计的主要指标。

3.参考资料及说明 A《电力系统规划手册﹝摘录﹞》甘肃省水利电力局 西北电力设计院 B 电力系统分析》 (第三版) (上册)华中科技大学出版社 C《电力系统分析》 (第三版) (下册)华中科技大学出版 D《发电厂电气部分》 高等学校教材

4.本课程设计(论文)任务书于 20105 月份授课时提交课程设计 指导老师。
-

系 主 任 教员组主任 指导 老师

批准 审核 签发

年 年 年

月 月 月

日 日 日

课程设计﹝论文﹞评语:

课程设计负责人签字 年 月 日





高压电网是电能输送的重要通道,所以高压电网设计的合理性直接 影响用户用电的可靠性及电力系统的经济性和安全性,本课程设计的任 务是根据给出的数据及要求,按任务书设计要求设计一个供电、变电, 输电网络。该网络包括一个发电厂、3 个变电站及输电线路。该网络必 须在符合国民经济要求的前提下,保证一定的供电可靠性和稳定性,运 行方式灵活,电能质量符合标准,并且有一定的经济性。 设计步骤和内容包括:分析原始资料,审定运算条件;校验系统有 功、无功平衡;通过方案比较,确定系统接线方案;确定发电厂、变电 所的接线方案和变压器的型号、容量及参数;进行系统的潮流计算;进 行系统的调压计算,选择变压器的分接头。 根据给出的负荷情况及输电距离确定网络的电压等级为 110KV,再 根据变电站、发电厂的地理位置,选出 4 种结线方案进行粗略的比较, 比较后从中选出 2 种方案进行精细的方案比较,最后选出一种技术、经 济上最优的方案,淘汰较差的方案,随之可以确定发电厂、变电站的结 线方式。然后根据所选的结线方式和运行方式进行潮流计算和调压计算, 直至调压方式、范围合符要求。 最后得出的设计方案应具有高可靠性,能够安全、可靠地向用户提 供符合电能质量要求地电能,运行方式变换灵活,具有一定的经济性, 基本满足国民经济的要求。





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第一章、设计题目和原始资料

第一章 设计题目和原始资料
1-1 概述
一、设计题目: 区域电力网规划设计 二、设计主要内容: 1. 校验系统有功、无功平衡和各种运行方式; 2. 通过方案比较,确定系统接线方案; 3. 确定发电厂、变电所的接线方案和变压器的型号、容量及参数; 4. 进行系统的潮流计算; 5. 进行系统的调压计算,选择变压器的分接头; 6. 统计系统设计的主要指标。 三、设计要求: 1.设计说明书一份。 2.设计图纸一张。

1-2 原始资料
一、发电厂资料 项目 1 2 台数 5 1 容量(MW) 电压(kV) 25 50 6.3 10.5 功率因数 0.8 0.85

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第一章、设计题目和原始资料

二、发电厂和变电所负荷资料
项目 最大负荷(MW) 最小负荷(MW) 最大负荷功率因数 最小负荷功率因数 最大负荷利用小时 二次母线电压(kV) 一类用户的百分数 二类用户的百分数 调压要求 发电厂 (A) 20 11 0.83 0.78 5000 6 25 30 顺 变电所 (1) 37 19 0.84 0.81 5000 10 25 30 逆 变电所 (2) 40 21 0.82 0.8 5500 10 30 35 常 变电所 (3) 34 18 0.82 0.81 5500 6 30 30 常 变电所 (4) 26 14 0.83 0.81 5500 10 25 35 顺

注意: (1)、发电厂的负荷包括发电厂的自用电在内; (2)、建议采用的电力网额定电压为 110kV。 三、发电厂、变电所的地理位置图: (1:1000000)



设 3 校

3 设

2

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第二章、负荷合理性校验,功率平衡校验及确定运行方式

第二章 负荷合理性校验,功率平衡校验及确 定运行方式
2-1 负荷合理性校验
根据最大负荷利用小时数的定义,最大负荷运行 Tmax 小时所消耗 的电量等于全年实际耗电量,所以应大于全年以最小负荷运行所消耗的 电量,即: Pmax·Tmax>Pmin·8760 1、发电厂负荷 (Pmax·Tmax=10×5500=55000)>(Pmin·8760=3×8760= 26280) (MWh) 2、变电所 1 负荷 (Pmax·Tmax=20×5500=110000)>(Pmin·8760=8×8760= 70080) (MWh) 3、变电所 2 负荷 (Pmax·Tmax=20×5000=100000)>(Pmin·8760=10×8760 =87600) (MWh) 4、变电所 3 负荷 (Pmax·Tmax=30×5000=150000)>(Pmin·8760=10×8760 =87600) (MWh) 5、变电所 4 负荷 8760——全年小时数

3

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第二章、负荷合理性校验,功率平衡校验及确定运行方式

(Pmax·Tmax=30×5500=150000)>(Pmin·8760=12×8760 =105120) (MWh) 结论:所以负荷均满足合理性要求。

2-2 功率平衡校验
一、有功功率平衡校验(最大方式下) 系统最大有功综合负荷: P 系统最小有功综合负荷: P K1 ——同时系数取 1 K2 ——厂用网损系数取 1.15(其中网损 7%,厂用 8%) PXMAX=1×1.15×(10+20+25+30+30)=132.25MW PXMIN=1×1.15×(10+20+25+30+30)=132.25MW 发电厂装机容量:PFMAX=50×2+25×2=150MW 有功备用容量:PB= PFMAX- PXMAX=150-132.25=17.75 MW 备用容量占系统最大有功综合负荷的百分比:13.4%>10% 二、无功功率平衡校验(最大方式下) 系统最大综合无功负荷:QXMAX=PXMAX.tan(cos-1Φ ) QXMAX= 132.25×tan(cos-10.85)=81.96 MVar 发电机能提供的无功功率:QFMAX=PFMAX.tan(cos-1Φ e) QFMAX=(50×2)tan(cos-10.85)+(25×2)tan(cos-10.8)=99.47 MVar 无功备用容量:QB=QFMAX- QXMAX=99.47-81.96=17.51 MVar
XMAX

? K 1 ? K 2 ? ? PMAX
1

n

?n

XMIN

? K 1 ? K 2 ? ? PMIN
1

n

?n

4

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第二章、负荷合理性校验,功率平衡校验及确定运行方式

无功备用容量占系统最大综合无功功率的 21.14% 三、功率平衡校验结论 发电厂有功储备为 17.75MW,达到系统最大综合有功综合负荷的 13.4%,大于 10%,基本满足系统有功平衡的要求。 发 电 厂 无 功 储 备 有 17.51MVar , 达 到 系 统 最 大 综 合 无 功 功 率 的 21.14%,已满足系统无功平衡要求的 10~15%的储备要求。 综上所述,该发电厂装机容量可以满足系统功率平衡的要求,而且 不用无功补偿。

2-3 确定发电厂运行方式
系统以最大负荷方式运行时,系统最大有功综合负荷为 132.25MW, 而发电厂最大出力为 150MW,因备用容量不足一台发电机组的容量, 所以所有机组都须带负荷运行。机组间负荷分配,可以按机组容量来分 配。 当系统以最小负荷方式运行时,系统有功功率只有 49.45MW,此 时发电厂以最大方式运行时,平均每台机组所承担的负荷仅达到容量的 25%~50%,这显然是不经济的, 因此要考虑切除机组; 同时考虑事 故时的备用容量, 应切除 1 台 25MW 机组和 1 台 50MW 机组, 即一台 50KW 机组和一台 25MW 机组带负荷, 而另一台 50KW 机组和一台 25MW 机组作备用, 用作轮流检修和事故备 用。

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第三章、确定网络结线方案和电压等级

第三章 确定网络结线方案和电压等级
3-1 网络电压等级的确定
本设计的网络是区域电力网,输送容量 20~30MVA,输送距离从 48~68kM。 根据各级电压的合理输送容量及输电距离, 应选择 110KV 电 压等级(其输送能力为 10~50MW,50~150kM) 。 故网络电压等级确定为:110kV

3-2 网络结线方案初步比较
方案 结线图 线路长度(kM) 高压开关数 优缺点
优点: 供电可靠性 高。 缺点:电厂出线 多,倒闸操作麻 烦; 有环网, 保护 须带方向 优点: 供电可靠性 高,电厂出线少, 线路短。 缺点: 有环网, 保 护须带方向。 优点: 供电可靠性 高。 缺点:电厂出线 多,倒闸操作麻 烦; 有环网, 保护 须带方向。 优点: 供电可靠性 高,开关较少。 缺点:电厂出线 多,倒闸操作麻 烦; 有环网, 保护 须带方向。
6

I

II

III

IV

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第三章、确定网络结线方案和电压等级

V

优点: 电厂出线最 少, 操作简单, 线 路最短, 电压损失 最少,开关最少。 缺点: 供电可靠性 最低, 某一线路故 障线路所供变电 所要全停电。 优点: 供电可靠性 最高, 保护设置简 单。 缺点:线路最长, 电厂出线最多, 开 关数量最多

VI

根据上表比较,从可靠性、操作容易、保护简单等方面选优,选出 Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ三种方案进行精确比较。

3-3 网络结线方案精确比较
确定导线材料和杆塔的类别及导线的几何均距。目前我国高压输电 线主要采用钢芯铝绞线。 按电力设计手册, 当负荷的年最大利用小时数 达 5000 小时以上时,钢芯铝绞线的经济电流密度取 J=0.9A/mm2,在高 压区域电力网,用经济电流密度法选择导线截面,用发热校验。因本设 计是 110kV 电压等级,为了避免电晕损耗,导线截面不得小于 LGJ-70。 在 LGJ-240 以下者, 均采用单杆三角形排列, 在 LGJ-300 以上者,采 用Π 型杆塔。有关数据查参考书《电力系统规划设计手册(摘录) 》 , 综合如下:
导线截面 LGJ-70 LGJ-95 LGJ-120 载流量 (A) ro(Ω /km) 275 335 380 0.45 0.33 0.27 xo(Ω /km) 导线投资 (万元) 线路综合投资 (万元) 0.432 0.416 0.409 0.29 0.4 0.49 1.95 2.1 2.25

7

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第三章、确定网络结线方案和电压等级

LGJ-150 LGJ-185 LGJ-240 LGJQ-300

445 515 610 710

0.21 0.17 0.132 0.107

0.403 0.395 0.188 0.382

0.62 0.76 0.98 1.46

2.45 2.7 2.95 3.4

初选出来的Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ方案技术和经济精确比较见下表: 方案 结线图
线路 A-1:8.90+j11.72 线路 A-2:6.10+j16.17 线路 2-1:1.1+j0.68 线路 A-3:6.46+j16.40 线路 A-4:3.54+j20.79 线路 3-4:3.54+j2.19 A-1:LGJ-150 A-2:LGJ-185 A-3:LGJ-185 A-4:LGJ-240 2-1:LGJ-70 3-4:LGJ-70 A-1:14.28+j27.40 A-2:8.16+j18.96 A-3:11.39+j26.47 A-4:6.60+j9.40 2-1:13.50+j12.96 3-4:12.15+j11.66 A-1: 占额定电压的 4.9% A-2: 占额定电压的 4.3% A-3: 占额定电压的 6.1% A-4: 占额定电压的 3.4% 在线路 A-4 断开时, 18.6% 线路: 735.75 万元 断路器:57 万元 线路 A-1:10+j6.20 线路 A-2:12.5+j7.75 线路 A-3:6.46+j16.40 线路 A-4:3.54+j20.79 线路 3-4:3.54+j2.19 A-1:2×LGJ-70 A-2:2×LGJ-95 A-3:LGJ-185 A-4:LGJ-240 3-4:LGJ-70 A-1:15.30+j14.69 A-2:7.92+j9.98 A-3:11.39+j26.47 A-4:6.60+j9.40 3-4:12.15+j11.66 线路 A-1:10+j6.20 线路 A-2:12.5+j7.75 线路 A-3:15+j9.30 线路 A-4:15+j9.30

II

III

IV

潮流(MVA)

选导线

A-1:2×LGJ-70 A-2:2×LGJ-95 A-3:2×LGJ-95 A-4:2×LGJ-95

线路阻抗(Ω )

A-1:15.30+j14.69 A-2:7.92+j9.98 A-3:11.06+j13.94 A-4:8.25+j10.40

正常时 Δ U% 故障时最大 Δ U%
线 路

A-1:占额定电压的 2.0% A-1:占额定电压的 2.0% A-2:占额定电压的 1.46% A-2: 占额定电压的 1.46% A-3:占额定电压的 6.1% A-3:占额定电压的 2.4% A-4:占额定电压的 3.4% A-4:占额定电压的 1.8% 在线路 A-4 断开时, 18.6% 线路: 707.81 万 元 断路器: 66.5 万元 在线路 A-3 断开其中一回 路时,9.8% 线路: 670.74 万元 断路器:76 万元

投资(K)

断 路 器

总计: 792.75 万

总计: 774.31 万元

总计: 746.74 万元

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第三章、确定网络结线方案和电压等级

年运行费 用(N)

线 路 及 断 路 器 折 旧 线 损 费 用

折旧费 63.42 万元

年运行费 288.59 万 元

折旧费 61.94 万元 年运行费 219.68 万元 线损费 157.74 万 元

折旧费 59.74 万元 年运行费 121.30 万元

线损费 225.17 万元

线损费 61.56 万元

年计算费用 (万元) 由上表的技术及经济比较可以看出,方案Ⅵ在技术上满足要求(正 常时?U<5%,故障时?U<15%) ,经济上又最省,故选择Ⅵ方案为网络 结线方案。 表中数据算法及算例如下(以方案Ⅲ为例,方案Ⅱ、方案Ⅵ类同) : 线路潮流分布计算的两个假定:1、计算时不考虑线路功率损失;2、 功率大小按导线的长度均匀分布。 1、潮流计算: 线路 A-1: P=20/2=10MW Q=P· tan(cos-1φ )=10×tan(cos-10.85)=6.20 MVar 线路 A-2:P=25/2=12.5MW Q=P·tan(cos-1φ )=12.5×tan(cos-10.85) =7.75 MVar 线路 A-3: P
? ( 50 ? 27 ) ? 30 ? 50 ? 30 67 ? 50 ? 27 ? 26 . 46 ( MW )

Q=P·tan(cos-1φ)=26.46×tan(cos-10.85)=16.40 (MVar) 线路 A-4: P
? ( 67 ? 70 ) ? 30 ? 67 ? 30 67 ? 50 ? 27 ? 33 . 54 ( MW )

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第三章、确定网络结线方案和电压等级

Q=P·tan(cos-1φ)=33.54×tan(cos-10.85)=20.79 (MVar) 线路 3-4:P=PA-4-P4=33.54-30=3.54 (MW) Q=P·tan(cos-1φ)=3.54×tan(cos-10.85)=2.19 (MVar) 2、选导线: 线路 A-1: I
? P 3U cos ? Pmax 3U cos ?
? 61 . 75 0 .9

?

10 ? 10

3

3 ? 110 ? 0 . 85 20 ? 10
3

? 61 . 75 A

I max ?
I J

?

3 ? 110 ? 0 . 85
2

? 123 . 50 A

S ?

? 68 . 61 mm

故选 2×LGJ-70 Imax=275A
3

线路 A-2: I

?

P 3U cos ? Pmax

?

10 ? 10

3 ? 110 ? 0 . 85 20 ? 10
3

? 61 . 75 A

I max ?
I J

3U cos ?
? 61 . 75 0 .9

?

3 ? 110 ? 0 . 85
2

? 123 . 50 A

S ?

? 68 . 61 mm

故选 2×LGJ-95 Imax=335A
3

线路 A-3: I

?

P 3U cos ? Pmax

?

10 ? 10

3 ? 110 ? 0 . 85 20 ? 10
3

? 61 . 75 A

I max ?
I J

3U cos ?
? 61 . 75 0 .9

?

3 ? 110 ? 0 . 85
2

? 123 . 50 A

S ?

? 68 . 61 mm

故选 LGJ-185 Imax=515A
3

线路 A-4: I

?

P 3U cos ? Pmax

?

10 ? 10

3 ? 110 ? 0 . 85 20 ? 10
3

? 61 . 75 A

I max ?
I J

3U cos ?
? 61 . 75 0 .9

?

3 ? 110 ? 0 . 85
2

? 123 . 50 A

S ?

? 68 . 61 mm

故选 LGJ-240 Imax=610A
? 61 . 75 A

线路 3-4: I

?

P 3U cos ?

?

10 ? 10

3

3 ? 110 ? 0 . 85

10

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第三章、确定网络结线方案和电压等级

I max ?
I J

Pmax 3U cos ?
? 61 . 75 0 .9

?

20 ? 10

3

3 ? 110 ? 0 . 85
2

? 123 . 50 A

S ?

? 68 . 61 mm

故选 LGJ-70 Imax=275A

3、线路阻抗计算 Z= r+jx =r0L+jx0L A-1:r+jx=0.45×68/2+j0.432×68/2=15.30+j14.69(Ω) A-2:r+jx=0.33×48/2+j0.416×48/2=7.92+j9.98(Ω) A-3:r+jx=0.17×67+j0.395×67=11.39+j26.47(Ω) A-4:r+jx=0.132×50+j0.188×50=6.60+j9.40(Ω) 3-4:r+jx=0.45×27+j0.432×27=12.15+j11.66(Ω) 4、正常运行时的电压损失:
?U % ? Pr ? Qx U
2

? 100 % Pr ? Qx U Pr ? Qx
U Pr ? Qx U Pr ? Qx U
2 2 2

A-1: ? U % A-2: ? U % A-3: ? U % A-4: ? U %

?
? ? ?

2

? 100 %
? 100 % ? 100 % ? 100 %

5、故障时最大电压损失: A-3-4-A 网络中,当 A-4 断开电压损失最大:
?U % ? A?3 ( 30 ? 30 ) ? 11 . 39 ? ( 30 ? 30 ) tan(cos 110
2 ?1

0 . 85 ) ? 26 . 47

? 100 % ? 13 . 8 %

? U 3? 4 % ?

( 30 ? 30 ) ? 11 . 39 ? ( 30 ? 30 ) tan(cos 110
2

?1

0 . 85 ) ? 26 . 47

? 100 % ? 13 . 8 %

Δ U%=Δ UA-3%+Δ U3-4%=13.8%+4.8%=18.6% 6、投资(K) :
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第三章、确定网络结线方案和电压等级

线路: (双回路线路投资,线路计算长度为两线路长度之和的 70%) K1=KA-1+KA-2+KA-3+KA-4+K3-4 = 1.95 × 95.2+2.1 × 67.2+2.7 × 67+2.95×50+1.95×27=707.81 万元 断路器:K=4.75×14=66.5 万元(单价 4.75 万元) 总投资:K=K1+K=707.81+66.5=774.31 万元 7、年运行费用(万元) :年运行费用包括折旧费和损耗费 折旧费=8%K=774.31×8%=61.94 万元(折旧率 8%) 线路年网损费用: (τ 查表: 《电力系统分析第三版下册》表 14-1 p.129) 线路 A-1: ? P
A ?1

% ?

S U

2 2

R ?

10

2

? 6 .2
2

2

? 15 . 3 ? 0 . 17505 MW

110

cosφ=0.85 Tmax=5500h 查表得 τ=4000h 线路 A-2: ? P
% ? A ?1 S U
2 2

R ?

10

2

? 6 .2
2

2

? 15 . 3 ? 0 . 17505 MW

110

cosφ=0.85 Tmax=5000h 查表得 τ=3500h 线路 A-3: ? P
A ?1

% ?

S U

2 2

R ?

10

2

? 6 .2
2

2

? 15 . 3 ? 0 . 17505 MW

110

cosφ=0.85 Tmax=5500h 查表得 τ=4000h 线路 A-4: ? P
% ? A ?1 S U
2 2

R ?

10

2

? 6 .2
2

2

? 15 . 3 ? 0 . 17505 MW

110

cosφ=0.85 Tmax=5000h 查表得 τ=3500h 线路 3-4: ? P
A ?1

% ?

S U

2 2

R ?

10

2

? 6 .2
2

2

? 15 . 3 ? 0 . 17505 MW

110

cosφ=0.85 Tmax=5500h 查表得 τ=4000h 电 能 损 耗 : Δ A= Σ ( Δ P · τ ) = 0.17505 × 4000 + 0.14158 ×
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第三章、确定网络结线方案和电压等级

3500+0.91223×4000 +0.84936×3500+0.0174×4000=7887.01 MWh 总网损成本=7887.01×10-1×0.2=157.74 万元(电价 0.2 元/kWh) 年运行费:N=61.94+157.74=219.68 万元 8、年计算费用(万元) :按 7 年收回投资计算 Z=K/7+N=774.31/7+219.68=330.30(万元)

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第四章、确定发电厂、变电所的结线方式

第四章 确定发电厂、变电所的结线方式
4-1 选择发电厂主结线
从负荷情况来看,各变电所均有一、二类负荷,而且系统中只有一 个发电厂,因此保证供电的可靠性成为选择发电厂主结线所要考虑的首 要问题。 双母线比单母线分段的可靠性和灵活性都要优,因此,高压侧母线 采用双母线结线。而发动机和变压器的连接可以有多种选择,选择其中 两种方案进行比较: 方案一:50MW 发电机与变压器采用单元结线,这种方式可以最大 限度地保证供电的可靠性。任一台变压器发生故障时都能基本保证发电 厂的大部分出力,但缺点是变压器多,投资大,其接线图如下:

水位 Z(m) 397.35 396.85 396.35 395.85 395.35

Z校 = 3 9 2 . 9 2 m Z 设= 3 9 2 . 6 m

3 Q设= 6 3 . 6 1 m / s

Q = 7 9 . 3 5 m3/ s


0

20

40

60

80

100 流 量 Q(m/s) 3

方案二:50MW 发电机与变压器采用扩大单元结线,将两台 50MW

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第四章、确定发电厂、变电所的结线方式

发电机出线并联在一起,共用一台变压器。其优点是省了一台变压器, 减少了投资。 但是种结线方式有缺点, 当变压器发生故障时, 两台 50MW 发电机都退出运行,这将严重影响发电厂的出力,因此这种结线方式供 电可靠性低,其结线图如下:

水位 Z(m) 397.35 396.85 396.35 395.85 395.35

Z校 = 3 9 2 . 9 2 m Z 设= 3 9 2 . 6 m

3 Q设= 6 3 . 6 1 m / s

Q = 7 9 . 3 5 m3/ s


0

20

40

60

80

100 流 量 Q(m/s) 3

结论:如前所述,由于该网络一、二类负荷比重较大,而且发电厂 只有一个,所以选择发电厂主结线首先要考虑到的是供电可靠性,其次 才是经济性。因为方案一的可靠性高,因此尽管方案二比它经济上要省, 也需选方案一。另外,因有机端负荷,所以两台 25MW 发电机采用 10kV 母线与变压器连接。即发电厂主结线采用高压侧双母线,两台 50MW 发 电机与变压器采用单元结线,两台 25MW 发电机采样母线结线。

4-2 确定变电所结线方式
由于各变电所均有一、二类负荷,对安全可靠供电要求高,需要有 两个电源互为备用,而且因有两条高压进线,故采用双母线和每个变电 所设置两台变压器,同时把两条进线接在不同的母线上。
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第四章、确定发电厂、变电所的结线方式

4-3 确定变压器型号、台数及容量
一、发电厂: 变压器容量应大于或等于发电机容量,故选 3×SFL1-63000 kVA 的 升压变压器。 二、变电所1: SMAX=Pmax/COSφ =20 /0.85=23.53 MVA SMIN=Pmin/COSφ =8 /0.8=10 MVA 每台变压器容量按最大视在功率的 70%考虑,则 23.53×70%= 16.47MVA 故选 2×SFL1-16000 降压变压器。 变压器参数:Δ P0=18.5kW 切除功率: S
lj

Δ Ps=110kW US%=10.5 I0%=0.9
2 ( 2 ? 1) 18 . 5 110 ? 9 . 28 MVA ? S MIN

? SN

K ( K ? 1) ? P0 / ? Ps ? 16

当切除功率小于最小功率时,为减少断路器的损耗,一般不切除变 压器,所以采用内桥式结线。 三、变电所 2: SMAX=Pmax/COSφ =20 /0.85=23.53 MVA SMIN=Pmin/COSφ =8 /0.8=10 MVA SN=29.41×70%=20.59 MVA 故选 2×SFL1-25000 降压变压器。 变压器参数:Δ P0=18.5kW 切除功率: S
lj

Δ Ps=110kW US%=10.5 I0%=0.9
2 ( 2 ? 1) 18 . 5 110 ? 9 . 28 MVA ? S MIN

? SN

K ( K ? 1) ? P0 / ? Ps ? 16

当切除功率大于最小功率时,可以切除一台变压器,所以采用外桥 式结线。
16

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第四章、确定发电厂、变电所的结线方式

四、变电所 3: SMAX=Pmax/COSφ =20 /0.85=23.53 MVA SMIN=Pmin/COSφ =8 /0.8=10 MVA SN=35.29×70%=24.70 MVA 故选 2×SFL-25000 降压变压器。 变压器参数:Δ P0=18.5kW 切除功率: S
lj

Δ Ps=110kW US%=10.5 I0%=0.9
2 ( 2 ? 1) 18 . 5 110 ? 9 . 28 MVA ? S MIN

? SN

K ( K ? 1) ? P0 / ? Ps ? 16

切除功率大于最小功率,所以采用外桥式结线方式。 五、变电所 4: SMAX=Pmax/COSφ =20 /0.85=23.53 MVA SMIN=Pmin/COSφ =8 /0.8=10 MVA SN=35.29×70%=24.70 MVA 故选 2×SFL-25000 降压变压器。 变压器参数:Δ P0=18.5kW 切除功率: S
lj

Δ Ps=110kW US%=10.5 I0%=0.9
2 ( 2 ? 1) 18 . 5 110 ? 9 . 28 MVA ? S MIN

? SN

K ( K ? 1) ? P0 / ? Ps ? 16

切除功率小于最小功率,所以采用内桥式结线方式。 六、计算结果明细表及变电所主结线
变压器型号 变电所 1 变电所 2 变电所 3 变电所 4 发电厂 2×SFL1-16000 2×SFL1-16000 2×SFL1-16000 2×SFL1-16000 2×SFL1-16000 Δ P0/Δ Ps (KW) 18.5/110 18.5/110 18.5/110 18.5/110 18.5/110 US%/ I0% 10.5/0.9 10.5/0.9 10.5/0.9 10.5/0.9 10.5/0.9 Slj (MVA)( 9.28 9.28 9.28 9.28 变电所结线 方式 内桥式 内桥式 内桥式 内桥式

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第五章、调压方式的选择和计算

第五章 调压方式的选择和计算
用电设备在额定电压下运行时,效率最高。但实际上在电力系统运 行中,随着负荷的变化,系统运行方式的改变,网络中电压的损失也会 发生变化。为了保证用电设备的经济性及安全性,应采取必要的调压措 施使电压偏移限制在某一个固定的范围内。系统常用的调压方式有顺调 压、逆调压、常调压,都是通过发动机调压和变压器分接头配合来实现 的。

5-1 系统参数计算
一、变压器参数的计算: 变电所 1: R
B1

?

? PS 1 ? U Se
?
2

2 e

?

110 ? 110 16000
2

2

? 5 . 20 ?

X

U S % ?U Se

2 e

B1

?

10 . 5 ? 110 16000

2

? 79 . 4 ?

? Q 01 ?

I0% ? Se 100 U S % ? Se 100

?

0 . 9 ? 16000 100 10 . 5 ? 16000 100

? 144 KVar

? P01 ?

?

? 144 KW

同理,其余变压器参数计算结果列表如下: 地址 变电所 1 变电所 2 变电所 3 变压器容量 SFL1-16000 SFL1-25000 SFL1-25000 RB(Ω) 5.20 3.68 3.68 XB(Ω) 79.4 50.82 50.82 P0(kW) 18.5 31.1 31.1 Q0(KVar) 144 175 175

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第五章、调压方式的选择和计算

变电所 4 发电厂

SFL1-25000 SFPL1-63000

3.68 0.91

50.82 20.17

31.1 60

175 384.3

二、线路的参数计算 线路采用钢筋水泥单杆(塔) ,导线排列采用三角形。线间距离 4 米,线路电阻、电抗参数列表如下: (取 b0=2.82×10-6S/km)
导线型号 单位阻抗 Ro(Ω/kM) Xo(Ω/kM) LGJ-70 (A-1,2×68kM) 0.45 0.45 LGJ-95 (A-2,2×48kM) 0.45 0.45 LGJ-95 (A-3,2×67kM) 0.45 0.45 LGJ-95 (A-4,2×50kM) 0.45 0.45

5-2 各点的计算负荷和功率损耗计算及结果
一、线路A-1计算 等值电路图如下:

1、线路的充电无功功率: △QC1=-b0LU2=-2.82×10-6×2×68×1102=-4.64MVar △QC1/2=-2.32 MVar 2、最大负荷时两台变压器的损耗:
? PS ? S ? ? P1 ? n ? P0 ? ? ? n ?Se ?
2

? 2 ? 18 . 5 ?

110 ? 20 ? ? 16 ? 0 . 85 ? 2 ? ?

2

? 156 KW

?Q S ? S ? ? Q1 ? n? Q 0 ? ? ? n ?Se ?

2

10 . 5 ? 16000 ? 20 ? ? 2 ? 144 ? ? 16 ? 0 . 85 ? 2 ? 100 ? ?

2

? 2104 . 6 KVar

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第五章、调压方式的选择和计算

3、最大负荷时线路A-1末端的传输功率: S1=Smax+△S1+△QC1/2=(20+j12.395)+(0.156+j2.105)-j2.32= 20.156+j12.18MVA 4、线路A-1的功率损耗:
? S LA ? 1 ? P1 ? Q 1 U
2 e 2 2

? ( R L 1 ? jX

) ? L1

20 . 156

2

? 26 . 79
2

2

? (15 . 3 ? j14 . 69 ) ? 1 . 42 ? j1 . 36 MVA

110

5、最大负荷时线路A-1始端的送出功率: SA-1=S1+ △ SLA-1+ △ QC1/2 = 20.156+j12.18 + 1.42+j1.36-j2.32 = 21.58+j11.22MVA 6、同理,计算出最小负荷时的情况: 变压器损耗:
? PS ? S ? ? P1 ? n ? P0 ? ? ? n ?Se ?
2

? 2 ? 18 . 5 ?

110 ? 20 ? ? 16 ? 0 . 85 ? 2 ? ?

2

? 156 KW

?Q S ? S ? ? Q1 ? n? Q 0 ? ? ? n ?Se ?

2

10 . 5 ? 16000 ? 20 ? ? 2 ? 144 ? ? 16 ? 0 . 85 ? 2 ? 100 ? ?

2

? 2104 . 6 KVar

线路末端传输功率: S1=Smin+△S1+△QC1/2=(8+j6)+(0.05848+j0.616125)-j2.32= 8.058+j4.296MVA 线路损耗:
? S LA ? 1 ? P1 ? Q 1 U
2 e 2 2

? ( R L 1 ? jX

L1

) ?

20 . 156

2

? 26 . 79
2

2

? (15 . 3 ? j14 . 69 ) ? 1 . 42 ? j1 . 36 MVA

110

线路始端送出功率: SA-1=S1+ △ SLA-1+ △ QC1/2 = 8.058+j4.296 + 0.105+j0.101-j2.32 = 8.163+j2.077MVA
20

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第五章、调压方式的选择和计算

二、计算线路A-2,A-3,A-4在最大、最小负荷时的情况,计算结果列 表如下:
变电所 QC1 △P B1+j△Q B1 变电所1 S1 △SLA-1 SA-1 QC2 △P B2+j△Q B4 变电所2 S2 △SLA-2 SA-2 QC3 △P B3+j△Q B3 变电所3 S3 △SLA-3 SA-3 QC4 △P B4+j△Q B4 变电所4 S4 △SLA-4 SA-4 名称 最大负荷(Mvar) -j2.32 0.156+j2.105 20.156+j12.18 1.42+j1.36 21.58+j11.22 最小负荷(Mvar) -j2.32 0.058+j0.616 8.058+j4.296 0.105+j0.101 8.163+j2.077

三、发电机侧变压器的功率分配: 发电机高压侧流出去的总功率, 须考虑同时系数Kzmax=0.9, Kzmin =1.1, S
A

? KZ

?
1

n

S An

Smax=0.90×[(21.58+25.777+31.33+31.128)+j(11.22+15.117+

21

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第五章、调压方式的选择和计算

18.345+18.672)]=98.83+j57.02 MVA Smin=1.1×[(8.163+10.18+10.21+12.241) +j(2.077+5.02+3.766+ 6.592)]=44.87+j19.20 MVA 变压器功率分配原则按其容量大小分配,3 台变压器容量相同,其 功率平均分配:Smax=32.94+j19.01MVA Smin=14.96+j6.4MVA

5-3 作出网络的功率分配图
下面所作的功率分布图,是实际上流过每个元件的实际功率,是作 为计算电压损耗的依据。为了计算方便,把功率分布标注在电力系统等 值图,如图所示:

5-4 网络电压损耗计算和变压器抽头选择
本课程设计中调压问题的解决方法是通过发电机调压配以选择适当 的变压器分接头,每个变电所都有不同的调压要求。发电机高压侧作为
22

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第五章、调压方式的选择和计算

电压的中枢控制点,可以使系统在满足调压要求下,使调压设备减到最 小。 在进行调压计算时, 控制发电机高压母线A在最大负荷时保持UAmax = 117 kV,在最小负荷时UAmin = 111 kV则可满足各变电所的调压要求。 调压计算的主要过程及工作量集中在根据各变电所的调压要求确定 发电厂高压母线及验算上。现在所定的发电厂母线电压111kV~117kV 是经过多次计算确定下来的,这个电压变动范围不会增加系统元件的绝 缘负担和能量损耗。 电压损耗计算公式采用 ? U
? PR ? QX U

一、变电所1的变压器抽头选择: 变电所1采用顺调压。 在最大负荷时希望电压UM不低于10.25 kV, 最 小负荷时希望电压UM不高于10.75 kV。 在最大负荷时: 线路A—1的电压损耗:
?U
L max

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U

L max

? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

变电所1的变压器损耗:
?U
B max

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U 1 max ? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

在最小负荷时: 线路A—1的电压损耗:
?U
L min

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U

L min

? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

23

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第五章、调压方式的选择和计算

变电所1的变压器损耗:
?U
B min

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U 1 min ? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

变压器抽头的选择:
U
f max

? 108 . 2 ? ?

11 10 . 25

? 115 . 92 KV

U

f min

? 107 . 85 ?

11 10 . 75

? 110 . 36 KV

∴U

115 . 92 ? 110 . 36 2

f max

? 113 . 14 KV

故选择Uf=112.75KV的分接头。

校验:在正常情况下,变电所二次侧的最大负荷和最小负荷的电压 偏移值:
U U
2 max

? 108 . 2 ? ? 108 . 2 ?

11 10 . 25 11 10 . 25

? 115 . 92 KV ? 115 . 92 KV

?U ?U

2 max

? ?

10 . 54 ? 10 10 10 . 54 ? 10 10

? 5 .4 % ? 2 .5 % ? 5 .4 % ? 7 .5 %

2 min

2 min

故满足顺调压的要求。 二、对变电所2的变压器抽头选择: 变电所2采用常调压。在最大和最小负荷时希望电压UM 保持10.25 kV。 在最大负荷时: 线路A—2的电压损耗:
?U
L max

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U

L max

? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

变电所2的变压器损耗:
?U
B max

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U 1 max ? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

在最小负荷时:
24

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第五章、调压方式的选择和计算

线路A—2的电压损耗:
?U
L min

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U

L min

? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

变电所2的变压器损耗:
?U
B min

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U 1 min ? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

变压器抽头的选择:
U
f max

? 108 . 2 ? ?

11 10 . 25

? 115 . 92 KV

U

f min

? 107 . 85 ?

11 10 . 75

? 110 . 36 KV

∴U

115 . 92 ? 110 . 36 2

f max

? 113 . 14 KV

故选择Uf=112.75KV的分接头。

校验:在正常情况下,变电所二次侧的最大负荷和最小负荷的电压 偏移值:
U U
2 max

? 108 . 2 ? ? 108 . 2 ?

11 10 . 25 11 10 . 25

? 115 . 92 KV ? 115 . 92 KV

?U ?U

2 max

? ?

10 . 54 ? 10 10 10 . 54 ? 10 10

? 5 .4 % ? 2 .5 % ? 5 .4 % ? 7 .5 %

2 min

2 min

故满足常调压的要求。 三、对变电所3的变压器抽头选择: 变电所3采用顺调压。在最大负荷时希望电压UM不低于10.25 kV, 最小负荷时希望电压UM不高于10.75 kV。 在最大负荷时: 线路A—3的电压损耗:
?U
L max

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U

L max

? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

变电所3的变压器损耗:
25

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第五章、调压方式的选择和计算

?U

B max

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U 1 max ? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

在最小负荷时: 线路A—3的电压损耗:
?U
L min

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U

L min

? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

变电所3的变压器损耗:
?U
B min

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U 1 min ? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

变压器抽头的选择:
U
f max

? 108 . 2 ? ?

11 10 . 25

? 115 . 92 KV

U

f min

? 107 . 85 ?

11 10 . 75

? 110 . 36 KV

∴U

115 . 92 ? 110 . 36 2

f max

? 113 . 14 KV

故选择Uf=112.75KV的分接头。

校验:在正常情况下,变电所二次侧的最大负荷和最小负荷的电压 偏移值:
U U
2 max

? 108 . 2 ? ? 108 . 2 ?

11 10 . 25 11 10 . 25

? 115 . 92 KV ? 115 . 92 KV

?U ?U

2 max

? ?

10 . 54 ? 10 10 10 . 54 ? 10 10

? 5 .4 % ? 2 .5 % ? 5 .4 % ? 7 .5 %

2 min

2 min

故满足顺调压的要求。 四、对变电所4的变压器抽头选择: 变电所4采用常调压。在最大和最小负荷时希望电压UM 保持10.25 kV。 在最大负荷时: 线路A—4的电压损耗:
26

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第五章、调压方式的选择和计算

?U

L max

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U

L max

? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

变电所4的变压器损耗:
?U
B max

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U 1 max ? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

在最小负荷时: 线路A—4的电压损耗:
?U
L min

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U

L min

? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

变电所4的变压器损耗:
?U
B min

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U 1 min ? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

变压器抽头的选择:
U
f max

? 108 . 2 ? ?

11 10 . 25

? 115 . 92 KV

U

f min

? 107 . 85 ?

11 10 . 75

? 110 . 36 KV

∴U

115 . 92 ? 110 . 36 2

f max

? 113 . 14 KV

故选择Uf=112.75KV的分接头。

校验:在正常情况下,变电所二次侧的最大负荷和最小负荷的电压 偏移值:
U U
2 max

? 108 . 2 ? ? 108 . 2 ?

11 10 . 25 11 10 . 25

? 115 . 92 KV ? 115 . 92 KV

?U ?U

2 max

? ?

10 . 54 ? 10 10 10 . 54 ? 10 10

? 5 .4 % ? 2 .5 % ? 5 .4 % ? 7 .5 %

2 min

2 min

故满足常调压的要求。 五、电厂变压器抽头选择: (3×63000kVA) 发电机母线的最大及最小负荷时,电压随负荷的大小变化,这就要
27

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第五章、调压方式的选择和计算

求发电机端电压也随着变化。一般情况下,发电机在最大负荷时可容许 其电压提高5%运行, 在最小负荷时, 发电机端电压下降所受的限制较宽, 因电压下降不受绝缘的限制,但也不能太低,这会造成系统不稳定和不 经济运行。因此最小负荷时不低于10kV运行。 在最大负荷时:
?U
B max

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U

f max

? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV

在最小负荷时:
?U
B min

?

21 . 58 ? 15 . 3 ? 11 . 22 ? 14 . 69 117

? 4 . 23 KV

U
U

f min

? 117 ? 4 . 23 ? 112 . 77 KV
110 . 05 ? 107 . 19 2 ? 111 . 12 KV

f

?

校验:发电机在最大负荷和最小负荷时的实际电压:
U
U
f max

? 108 . 2 ?
? 108 . 2 ?

11 10 . 25
11 10 . 25

? 115 . 92 KV
? 115 . 92 KV

?U
?U

f max

?
?

10 . 54 ? 10 10
10 . 54 ? 10 10

? 5 .4 %
? 5 .4 %

f min

f min

发电机端电压在最大和最小负荷时, 其电压没有超出允许变化范围。 故所选分接头是合理的。 从上面的计算结果综合列出下面的表格: 表一
线路 名称 A—1 A—2 A—3 线路阻抗 (Ω ) 15.30+j14.69 15.30+j14.69 15.30+j14.69 线路通过功率P+jQ(MVA) 最大负荷 15.30+j14.69 15.30+j14.69 15.30+j14.69 最小负荷 15.30+j14.69 15.30+j14.69 15.30+j14.69 线路电压损耗(kV) 最大负荷 最小负荷

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第五章、调压方式的选择和计算

A—4

15.30+j14.69

15.30+j14.69

15.30+j14.69

表二
变电 所及 电厂 1 2 3 4 F 变电所高压侧电压 (kV) 最大负荷 最小负荷 变压器阻 抗(Ω ) 5.20+j79.40 变压器电压损耗 (kV) 最大负荷 最小负荷 变电所二次归算电压 (kV) 最大负荷 最小负荷

表三
变电 所及 电厂 1 2 3 4 F1 给定 电压 等级 (kV) 10 10 10 10 10.5 调压 要求 顺 常 顺 常 ±5% 理想的电压分接头 (kV) 最大负荷 最小负荷 变压器电压损耗 (kV) 最大负荷 最小负荷 变电所二次归算电压 (kV) 最大负荷 最小负荷

5-5 调压计算结果分析
以上调压方式计算, 在最小负荷时仍采用4台机组同时投入的运行方 式,未考虑在最小负荷时机组检修所引起发电机功率重新分配的情况。 实际上,在最小负荷停机检修时系统并没有多大的影响。

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第六章、统计系统设计的主要指标

第六章 统计系统设计的主要指标
6-1 线损率的计算
最大负荷时: Σ △ PL = △ PLA-1+ △ PLA-2+ △ PLA-3+ △ PLA-4 = 1.42 +0.58 +1.0785 +0.877=3.96 MW Σ PA=98.83MW
K
L max

?

? ?P ?P

L

?

3 . 96 98 . 83

? 4%

A

最小负荷时: Σ △PL =△PLA-1+△PLA-2+△PLA-3+△PLA-4 =0.1447 +0.1247 +0.095 +0.105=0.47 MW Σ PA=44.87 MW
K
L max

?

? ?P ?P

L

?

3 . 96 98 . 83

? 4%

A

6-2 全年平均输电效率
全年平均输电效率的求法,首先应求出用户得到的电能 A1=Σ PnTmax。然后求出各线路上包括变压器的电能损耗△A,则可求出发电 厂输出给系统的总电能 A2=A1+△A,输出效率? 对线路 A-1 来说: △PL=1.42,τ =4000,△AL=1.42×103×4000=5.68×106 kWh,
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?

A1 A2

?

A1 A1 ? ? A

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第六章、统计系统设计的主要指标

? A B1

? PS ? S ? 190 ? 20 ? ? ? ? ? ? 2 ? 18 . 5 ? 8760 ? ? n ? PB ? T ? ?? ? ? 4000 ?S ? n ? e ? 2 ? 16 ? 0 . 85 ?
2

2

2



? 2 . 23 ? 10 kWh

线路 A-2 来说: △PL=0.583, =3500, L=0.583×103×3500=2.04×106 kWh, τ △A
? A B 2 ? n ? PB ? T ? ? PS ? S ? 190 20 ? ? 2 ? ? ? ? ? 2 ? 18 . 5 ? 8760 ? ?? ? ? 4000 ? 2 . 23 ? 10 kWh ?S ? n ? e ? 2 ? 16 ? 0 . 85 ?
2 2

对线路 A-3 来说: △PL =1.0785,τ =4000,△AL =1.0785×103 ×4000=4.31×106 kWh,
?AB3 ? PS ? S ? 190 20 ? ? 2 ? ? ? ? ? 2 ? 18 . 5 ? 8760 ? ? n ? PB ? T ? ?? ? ? 4000 ? 2 . 23 ? 10 kWh ?S ? n ? e ? 2 ? 16 ? 0 . 85 ?
2 2

对线路 A-4 来说: △PL=0.877, =3500, L=0.877×103×3500=3.07×106 kWh, τ △A
?AB4 ? PS ? S ? 190 20 ? ? 2 ? ? ? ? ? 2 ? 18 . 5 ? 8760 ? ? n ? PB ? T ? ?? ? ? 4000 ? 2 . 23 ? 10 kWh ?S ? n ? e ? 2 ? 16 ? 0 . 85 ?
2 2

?

A ?

? ?A
6

L

?

? ?A

B

? ( 5 . 68 ? 2 . 23 ? 2 . 04 ? 1 . 01 ? 4 . 31 ? 1 . 30 ? 3 . 07 ? 1 . 21 ) ? 10

6

? 20 . 85 ? 10 k W h

A1= (20+30)×103×5500 +(30 +25)×103×5000 =550×106 kWh A2= (20.85+550)×106 = 570.85×106 kWh
? ?
A1 A2 ? 550 ? 10
6 6

570 . 85 ? 10

? 96 . 3 %

6-3 输电成本计算
输电成本: ?
? N A ? 227 . 98 ? 10 570 . 85 ? 10
4 6

? 0 . 4 ? 10

?2

元 / 千瓦时

? 0 . 4 分 / 千瓦时

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第六章、统计系统设计的主要指标

6-4 小结
从本网络设计的计算结果可知, 在最大负荷运行时, 线损未超过 5%, 而全年的平均输电效率可达 96.3%,输电成本仅为每千瓦时 0.4 分,故 这个网络设计是合理的,可以采用。 附图:

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