[科普中国]-电力系统设计

电力系统设计是指根据国家或上级主管部门审查批准的电力系统规划。进一步编制的对电源的合理布局和网络的合理结构的有关电力系统发展的设计工作。该项工作一般由设计部门受主管部门委托完成。1

设计原则1．设计任务的依据和上级对设计计划的要求。

2．有关上级部门对本系统重大原则问题的意见和要求研究的重点。

3．设计区域范围的选定：

(1)大区系统设计一般以设计水平年规划联入电网的部分作为本设计的区域范围，必要时对孤立地区是否联人系统进行研究。

(2)省一级或地区性系统设计可以限制在其所研究的区域范围内。但应在分析设计水平年与电网其他部分之间的关系后确定设计条件。

(3)大区联网的电力系统按联网后的各自的区域范围考虑，联网部分作为联络线处理，联络线的运行方式可根据联网设计或可行性研究中的联网效益予以确定。

4．电力系统的设计水平年一般取今后5～10年的某一年。远景水平年取今后10～15年的某一年。设计水平年的选取宜与国民经济计划的年份相一致。电源和网络设计一般以设计水平年为主，并对设计水平年以前的过渡年份进行研究，同时还要展望到远景水平年。

5．本设计依据的资料及其来源、上次系统没计遗留的问题和实施中重大变化情况、以及本系统设计拟研究解决的主要问题。2

设计要求根据电力系统的运行特点，在设计和分析电力系统时就有了以下三个基本要求：

(1)提高电力系统供电的安全可靠性

电力系统供电的安全可靠性主要体现在三个方面：一是保证一定的备用容量，电力系统中的发电设备容量，除满足用电负荷容量外，要留有一定的负荷备用：事故备用和检修备用。二是电网的结构要合理，例如高压输电网一般都采用环形网络，使得即使其中某一线路因故退出运行时，各变电站仍可以继续供电。并要求所采用的设备安全可靠，在发生故障时能及时动作。三是加强对电力系统运行的监控，对电力系统在不同的运行方式下各节点的电网参数进行分析计算(稳态分析的任务)及时采取各种措施保证电力系统稳定运行。

(2)保证电能质量电力系统中描述电能质量最基本的指标是频率和电压。

在同一个电力系统中，二般情况下认为各点的电压频率是一致的，各发电机的转子角速度等于电力系统的电压角频率，称为发电机同步并列运行。我国规定电力系统的额定频率为50Hz，电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz，在电网容量比较小(装机容量小于300万kW)时，允许偏差可以放宽到±0.5Hz。随着电力系统自动化水平的提高，频率的允许偏差范围也将逐步缩小。

在同一个电力系统中，各点的电压大小是不同的，我国一般规定各点的电压允许变化范围为该点额定电压的±5%。除了这两个基本指标外，电能质量指标还有：谐波、三相电压的不对称(不平衡)度和电压的闪变等。

(3)提高电力系统运行的经济性在电能生产过程中要尽量降低能耗，充分利用水资源进行水力发电，火力发电厂要尽量提高发电的效率。在电力网规划设计中要考虑降低电力网在电能传输过程中的损耗，电力网运行过程要通过自动化控制使电力系统运行在最经济的状态。

另外，环境保护问题也越来越受到人们的关注，在当代提倡“绿色能源，低碳能源”的口号下，比较环保的能源如风能、太阳能发电、潮汐发电也成为人们研究的热点，并取得了一系列的进展。3

具体任务电力系统设计的具体任务是：

①分析并核算设计期的电力负荷和电量水平、地区分布、组成及其负荷特性。

②进行电力、电量平衡，进一步论证系统的合理供电范围和相应的联网电压及联网方案、电源建设方案。特别是网架建设。网架建设是实现安全供电的重要条件之一，电力系统设计中要把网架建设作为重点来研究，包括其电压等级。网络结构及其过渡措施。

③进行无功平衡和电气计算，提出保证电压质量、系统安全稳定的技术措施，以及由此而配置的无功补偿设备、调压装置及提高系统稳定的措施。

④安排发、输、变电工程及无功补偿项目的投产时间，提出主要设备数量及主要规范，估算总投资和发、供电成本。要求对各方案作出经济评价，并就此提出用经济手段调整负荷特性的方案，这是优化投资的重要内容，现在国内的系统设计都达不到这一深度。

⑤计算各类电厂的燃料需要量。对新增火电的燃料来源提出建议，并对地区的燃料平衡进行研究，提出意见。

⑥提出发电工程及其接入系统的可行性研究任务。现有网络改造、网架建设的可行性研究任务，以及其他需要进一步研究的任务。在电力系统设计中，—般还应包括继电保护、自动控制和系统通信及调度自动化设计。1

设计内容电力系统设计已编有正式规程。《电力系统设计规程》规定其内容为：

(1)电力负荷(电量)预测；

(2)电源方案设计（电力电量平衡、调峰、电厂与单机容量）；

(3)网络方案设计（电压等级及网络结构、系统互联、变电设备及导线截面选择）；

(4)潮流计算及无功补偿（潮流计算、无功补偿与调压）；

(5)系统稳定和短路电流计算；

(6)工频过电压和潜供电流计算；

(7)方案经济比较；

设计结果得到分年地理接线图和单线图。4

设计资料1．电力系统总的情况：

(1)当前系统的区域范围及特征。

(2)全系统和分省或分地区的发、输、变电总规模，水、火电装机容量和发电量及其比例关系，全系统和分省最高负荷。

2．现有电源情况：

(1)各发电，一现有装机总容量及输出受阻容量、设备完好情况。

(2)全系统或分地区各种单机容量机组的台数和容量比例关系。

(3)主要发电厂的发电量、设备利用小时数、厂用电率、发电标准煤耗、发电成本。

3．现有网络情况：

(1)发、输、变电比例关系。

(2)主要枢纽变电所和终端变电所变压器的调压方式、调压效果及运行情况。，

4．现有无功补偿情况：

(1)各种无功补偿装置的容量与分布、构成比例。

(2)相关电压主要变电所的电容器和电抗器投入情况。

(3)调相机和静止无功补偿器的运行情况分析。

5．系统运行情况：

(1)系统运行频率、线损率、厂用电率、平均煤耗，发电成本、售电成本与售电价格。

(2)系统中各种备用容量的设置情况。

(3)不同季节大小运行方式的系统主要控制点的电压水平和电压波动，以及主要发电机、调相机的无功出力情况。

(4)分地区的电量平衡和高峰、低谷电力甲衡情况。主要在建工程的容量、进度等情况介绍。系统方面存在的主要问题和重大事故情况及其处理措施。

6．本地区国民经济发展计划和战略规划概述。

7．过去实际电力负荷分析：

(1)分地区电力电量消费水平及其构成。

(2)地区总的电力电量消费与工农业产值的比例关系。

(3)过去5～10年电力电量增长速度。

(4)对负荷特性、缺电情况作必要的分析和描述。

8．对电力系统规划审议确定的负荷水平，特别是设计水平年的负荷水平，进行以下分析和核算并报有关单位认可，即作为本设计的负荷水平。

(1)与本地区过去的电力电量增长率进行对比。

(2)与国家计委和主管部对全国或对本地区的装机容量及发电量的预测数和控制数进行分析对比。

(3)说明与地区电力部门的预测负荷和电量是否一一致。

(4)对负荷的主要组成、分布情况和发展趋势作必要的描述。

(5)必要时还应根据关键性用户建设计划及其主要产品产量对预测负荷进行分析评价。

9．不同年份的预测负荷允许具有不同的精度和深度。负荷分区范围大小应能满足相应等级网络没计的要求。

10．系统设计应编制目前、设计水平年及远景水平年的负荷特性曲线。

11．必要时分析某些负荷可能变化的幅度，以便对设计方案进行敏感性分析。2

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学