高电压技术课程设计报告
《高电压技术》课程设计报告
题目：基于Power World/Simulator(13.0版) 开式电力网（放射式）防雷仿真设计
所在学院电气工程学院
专业班级xx级电气工程及其自动化xx班
学生姓名xx
学生学号20113008xxx
同组队员xxx
指导教师刘x丹
提交日期 2013 年 12 月 xx 日
电气工程学院高电压技术课程设计评阅表学生姓名xx 学生学号20113008xx
同组队员xx 专业班级11级电气工程及其自动化争先班
题目名称基于Power World/Simulator(13.0版)开式电力网（放射式）防雷仿真设计一、学生自我总结
二、指导教师评定
目录
一、设计背景 (1)
二、设计要求 (1)
三、设计指标及参数 (2)
四、设计内容
4.1-正常运行 (6)
4.2-发电机2跳闸 (7)
4.3-主变压器2跳闸 (7)
4.4-输电线路6跳闸 (7)
4.5-3KV母线负荷跳闸 (8)
4.6-潮流分布 (9)
4.7-短路电流计算 (9)
五、防雷设计 (12)
六、总结（感想与心得） (14)
一、设计背景
Power World程序是一个大型的电力系统可视化规划、分析与运行控制程序，其设计界面友好，并有高度的交互性。该程序能够进行专业性的大型工程实践分析，并且由于其良好的交互性和可视化功能，它还可以用于向非专业人员生动逼真地解释电力系统运行的基本原理和操作过程。它能够有效地计算高达10，0000个节点的电力系统，因此当它作为一个独立的潮流分析包时，实用性非常强大。
Power World程序有2种操作模式：编辑模式和运行模式。编辑模式用来创建新模型或修改己存在的工程；而运行模式则用来模拟演示实际系统。通过点击程序栏的编辑MODE（编辑模式）和RUN MODE（运行模式）按钮，可在两者之间随意切换。
下面从基本功能和高级功能两部分说明Power World V13.0版的使用方法。
1、再次学习、巩固发电机、变压器、输电线路、负荷的功能和特点。
2、学习Power World/Simulator(13.0版)软件的使用。
3、锻炼了自己主动思考和动手能力以及团队合作。
二、设计要求
1、设计一个小型开式或闭式电力网。（2-6台发电机、2-6回输电线路）
2、发电机、变压器、输电线路参数可以改变。
3、验证供电网络的可靠性、节点功率平衡。
4、进行潮流计算、短路计算仿真；进行数据分析。
5、进行发电机、主变压器、输电线路、厂用变压器、断路器、隔离开关、CT、PT
等电气设备选型（根据个人能力进行选择）。特别是避雷器、避雷线、防雷装置的设计，试画出设计简图、原理分析。
三、设计指标及参数
图1 115KV主母线节点视图系统参数见下表1至表4。
表1 母线数据
编号名称
区域
名称
基准电
压
标幺电
压
实际电
压
相角
(度)
有功负
荷
无功负荷发电机有功发电机无功
1 220KV母线
BUS1
1 220 1 220 0.55 28 1.72
2 BUS2 1 220 1 220 0.55 40 1.72
3 BUS3 1 220 1 220 -1.36 0 2.12
4 BUS4 1 220 1 220 -1.23 20 1.18
5 BUS5 1 220 1 220 -1.23 30 1.18
6 115KV主母
线BUS6
1 115
0.9987
3
114.853 -2.2
7 220KV母线
BUS7
1 220
0.9991
7
219.818 -0.63
8 BUS8 1 220 0.9990
9
219.799 -0.8
9 BUS9 1 220 0.9997
9
219.955 -1.49
10 BUS10 1 220 0.9992
9
219.844 -1.75
11 BUS11 1 220 0.9998 219.956 -1.37
12 37KV母线
BUS12
1 37
0.9979
4
36.924 -3.38
13 6KV母线
BUS13
1 6
0.9986
3
5.992 -2.9
14 6KV母线
BUS14
1 6
0.9986
3
5.992 -2.94 16 5
15 115KV母线
BUS15
1 115
0.9986
7
114.846 -2.33 39 11
16 37KV母线
BUS16
1 37
0.9979
4
36.924 -3.39 23 7
17 37KV母线
BUS17
1 37
0.9979
4
36.924 -3.39 15 6
18 6KV母线
BUS18
1 6
0.9986
3
5.992 -2.94 11 5
19 3KV母线
BUS19
1 3
1.0007
7
3.002 -8.23
20 3KV母线
BUS20
1 3
1.0007
7
3.002 -8.24 10 4
21 3KV母线
BUS21
1 3
1.0007
7
3.002 -8.24 4 2
表2 主变压器数据
首端节点编号
首
端节
点名
称
末端
节点
编号
末端
节点
名称
回路类型状态
变
比
调节
误差
最小调节
量
最大调
节量
最小变比最大变比档距
6 115K
V主
母线
BUS6
7
220KV
母线
BUS7
1 Fixed
Close
d
1 -0.51 0.51 1.5 0.51 1.5 0.00625
8 BUS8 6 115KV
主母
线
BUS6
1 Fixed
Close
d
1 -0.51 0.51 1.5 0.51 1.5 0.00625
9 BUS9 6 115KV
主母
线
BUS6
1 Fixed
Close
d
1 -0.51 0.51 1.5 0.51 1.5 0.00625
10 BUS1
6
115KV
主母
线
BUS6
1 Fixed
Close
d
1 -0.51 0.51 1.5 0.51 1.5 0.00625
11 BUS1
1
6
115KV
主母
1 Fixed
Close
d
1 -0.51 0.51 1.5 0.51 1.5 0.00625
表3 负荷数据Load Records
编号节点名称
节点
区域名
称
Load
分区名
称
Load
ID 有功无功视在功率恒功率有功负荷
恒功率无功负
荷
14 6KV母
线
BUS14
1 1 1 5 1 5.1 5 1
14 6KV母
线
BUS14
1 1
2
3 1 3.16 3 1
14 6KV母
线
BUS14
1 1 3 5
2 5.39 5 2
14 6KV母
线
BUS14
1 1 4 3 1 3.16 3 1
15 115KV
母线
BUS15
1 1 1 8
2 8.25 8 2
15 115KV
母线
BUS15
1 1
2 11
3 11.
4 11 3
15 115KV
母线
BUS15
1 1 3 10 3 10.44 10 3
15 115KV
母线
BUS15
1 1 4 10 3 10.44 10 3
线
BUS6
6 115K
V主
母线
BUS6
12
37KV
母线
BUS12
1 Fixed
Close
d
1 -0.51 0.51 1.5 0.51 1.5 0.00625
13 6KV
母线
BUS1
3
6
115KV
主母
线
BUS6
1 Fixed
Close
d
1 -0.51 0.51 1.5 0.51 1.5 0.00625
19 3KV
母线
BUS1
9
6
115KV
主母
线
BUS6
1 Fixed
Close
d
1 -0.51 0.51 1.5 0.51 1.5 0.00625
16 母线
BUS16
1 1 1 5
2 5.39 5 2
16 37KV
母线
BUS16
1 1
2 5 2 5.39 5 2
16 37KV
母线
BUS16
1 1 3 5
2 5.39 5 2
16 37KV
母线
BUS16
1 1 4 8 1 8.06 8 1
17 37KV
母线
BUS17
1 1 1 5
2 5.39 5 2
17 37KV
母线
BUS17
1 1
2 5 2 5.39 5 2
17 37KV
母线
BUS17
1 1 3 5
2 5.39 5 2
18 6KV母
线
BUS18
1 1 1 5
2 5.39 5 2
18 6KV母
线
BUS18
1 1
2
3 2 3.61 3 2
18 6KV母
线
BUS18
1 1 3 3 1 3.16 3 1
20 3KV母
线
BUS20
1 1 1 3 1 3.16 3 1
20 3KV母
线
BUS20
1 1
2 2 1 2.24 2 1
20 3KV母
线
BUS20
1 1 3
2 1 2.24 2 1
20 3KV母
线
BUS20
1 1 4 3 1 3.16 3 1
21 3KV母
线
1 1
2 1 0.5 1.12 1 0.5
21
3KV母
线
BUS21
1 1 3 1 0.5 1.1
2 1 0.5
表4 60MW火力发电机-主变-厂变参数
设备名称发电机主变压器
高压厂用变压
器
额定容量（MVA）80 16
额定电压（KV）
121±2×
2.5%/10.5
10.5±2×
2.5%/6.3
额定电流（A）382/4400 879/1466
联结组号Ynd11 Ynd11
空载损耗△P。
(KW)
空载电流I。%
短路损耗△
Pk(KW)
短路阻抗Uk% 18.1 10.3
功率（MW）60
定子电压（kV）10.5
定子电流（A）4125
频率（Hz）50
功率因数（cos
φ）
0.8
转速（r/min）3000
四、设计内容
图4-1 正常运行
图4-2 发电机2跳闸
图4-3 主变压器2跳闸
图4-4 输电线路6跳闸
图4-5 3KV母线负荷跳闸
图4-6 潮流分布图
图4-7 短路计算结果（节点19发生三相短路）短路电流标幺值1.048
表4-1 短路计算结果（节点19发生三相短路）短路电流标幺值1.048 Fault
Data -
Buses
编号名称相电压 A 相电压 B 相电压 C 相角 A 相角 B 相角 C
1 220KV母
线BUS1
0.81647 0.81647 0.81647 5.02 -114.98 125.02
2 BUS2 0.81647 0.81647 0.81647 5.02 -114.98 125.02
3 BUS3 0.8058
4 0.80584 0.80584 2.9 -117.1 122.9
4 BUS4 0.80678 0.80678 0.80678 3.04 -116.96 123.04
5 BUS5 0.80678 0.80678 0.80678 3.04 -116.9
6 123.04
6 115KV主
母线BUS6
0.78569 0.78569 0.78569 2.35 -117.65 122.35
7 220KV母
线BUS7
0.8031 0.8031 0.8031 3.9 -116.1 123.9
8 BUS8 0.80116 0.80116 0.80116 3.74 -116.26 123.74
9 BUS9 0.80281 0.80281 0.80281 2.82 -117.18 122.82
10 BUS10 0.79563 0.79563 0.79563 2.68 -117.32 122.68
11 BUS11 0.80376 0.80376 0.80376 2.94 -117.06 122.94
12 37KV母线
BUS12
0.78508 0.78508 0.78508 1.17 -118.83 121.17
13 6KV母线
BUS13
0.78562 0.78562 0.78562 1.65 -118.35 121.65
14 6KV母线
BUS14
0.78562 0.78562 0.78562 1.61 -118.39 121.61
15 115KV母
线BUS15
0.78565 0.78565 0.78565 2.22 -117.78 122.22
16 37KV母线
BUS16
0.78507 0.78507 0.78507 1.16 -118.84 121.16
17 37KV母线
BUS17
0.78507 0.78507 0.78507 1.16 -118.84 121.16
18 6KV母线
BUS18
0.78562 0.78562 0.78562 1.61 -118.39 121.61
19 3KV母线
BUS19
0 0 0 0 0 0
20 3KV母线
BUS20
0 0 0 0 0 0
21 3KV母线
BUS21
0 0 0 0 0 0
图4-8 短路计算结果（节点19发生单相短路）短路电流标幺值1.042
表4-2 短路计算结果（节点19发生单相短路）短路电流标幺值1.042 Fault
Data -
Buses
编号名称相电压 A 相电压 B 相电压 C 相角 A 相角 B 相角 C
1 220KV母
线BUS1
0.81576 1.02245 0.98301 4.2 -119.07 121.48
2 BUS2 0.81576 1.02245 0.98301 4.2 -119.07 121.48
3 BUS3 0.80142 1.02526 0.9838
4 2.0
5 -121.12 119.79
4 BUS4 0.80287 1.02491 0.98368 2.19 -120.97 119.89
5 BUS5 0.80287 1.02491 0.98368 2.19 -120.97 119.89
6 115KV主
母线BUS6
0.77921 1.02718 0.98168 1.39 -122 119.13
7 220KV母
线BUS7
0.79643 1.02584 0.98408 3.05 -120.5 120.65
8 BUS8 0.79425 1.02608 0.98392 2.87 -120.67 120.5
9 BUS9 0.79675 1.0262 0.98419 1.96 -121.32 119.75
10 BUS10 0.78842 1.02705 0.9836 1.78 -121.61 119.58
11 BUS11 0.79807 1.02592 0.98411 2.08 -121.19 119.85
12 37KV母线
BUS12
0.77848 1.02784 0.97949 0.09 -123.14 118
13 6KV母线
BUS13
0.77909 1.02793 0.98074 0.62 -122.67 118.46
14 6KV母线
BUS14
0.77909 1.02798 0.98069 0.57 -122.71 118.42
15 115KV母0.77916 1.02727 0.98147 1.25 -122.12 119.01
线BUS15
16 37KV母线
BUS16
0.77848 1.02784 0.97948 0.07 -123.15 117.99
17 37KV母线
BUS17
0.77848 1.02784 0.97948 0.07 -123.15 117.99
18 6KV母线
BUS18
0.77909 1.02798 0.98069 0.57 -122.71 118.42
19 3KV母线
BUS19
0 1.05929 0.95189 0 -126.93 114.05
20 3KV母线
BUS20
0.00003 1.05932 0.95187 0 -126.93 114.04
21 3KV母线
BUS21
0.00003 1.05932 0.95187 0 -126.93 114.04
五、防雷设计：
广东主要城镇雷暴日数统计
01 广州市 76.1 (30.4℃)
02 汕头市 52.6 (29.4℃)
03 湛江市 94.6 (30.9℃)
04 茂名市 94.4
05 深圳市 73.9
06 珠海市 64.2
07 韶关市 77.9
08 梅州 79．6
09 南雄 84.7
10 连县 71.8
11 梅县 83.1
12 揭阳 77.3
13 惠阳 87.1
14 高要 105.7
15 汕尾 52.9
16 宝安 68.4
17 信宜 108.9
18 台山 87.8
19 徐闻 98.8
全国雷暴日分布图
由全国雷暴日分布图可以知道广东省是属于多雷区域，年平均雷暴日数大概为70—80。Td—年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定 d/a ，广州年平均雷暴日Td=76.1d/a。
地面落雷密度和雷暴日的关系式为γ，则γ=0.084。
要做好防雷保护工作，还要注意观察当地雷电活动季节的开始和终了日期，广东省每年3月至9月，是雷雨多发季节。
防雷保护设备：
避雷针一般用于保护发电厂和变电所，可根据不同装设在配电构架上，或独立架设。
避雷线主要用于输电线路的保护，也可以用来保护发电厂和变电所，同时又分流作用。避雷器是专门用以限制线路传来的雷电过电压或操作过电压的一种防雷装置。
发电厂和变电所的防雷保护：
发电厂和变电所遭受雷害一般来自两方面：一方面是累直击与发电厂、变电所；另一方面上雷击输电线路后产生的雷电波沿该导线侵入发电厂、变电所。
对于直击雷的保护，一般采用避雷针或者避雷线；雷击输电线路后产生的雷电波侵入式发电厂、变电所事故的主要原因，主要措施是在发电厂、变电所里安装适合的避雷器以限制电气设备上的过电压峰值，同时设置进线保护段以限制雷电流幅值和降低侵入波的陡度。
35kv及以下的变电所，需要架设独立避雷针。对于110kv及以上的变电所，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平比较高，可以将避雷针架设在配电装置的构架上。
发电厂的主厂房、主控制和配电装置室一般不装设直击雷保护装置，以免发生反击事故和引起继电保护误动作。
由以上可以参考本次设计的变电所的3、6、37kv采用FZ普通阀式避雷器；115以及220kv
采用氧化锌为主的金属氧化物避雷器。
输电线路防雷设计：
220kv输电线路全线假设双避雷线，避雷线对导线的保护角为20°，在线路上装设自动重合闸装置。110kv、138kv输电线路全线架设避雷线，避雷线对导线的保护角为20°到30°，在线路上装设自动重合闸装置。35kv以下的线路采用中性的不接地或经消弧线圈接地的方式，在线路上装设自动重合闸装置。（在雷电活动剧烈的地方应尽量降低杆塔接地电阻或在带线下方4到5米处架设耦合地线）
多雷区的非直配电机的防雷保护：
采用直击雷保护并在电机母线上装设每相不小于0.15uF的电容器或磁吹避雷器，在电机的中性点上装设灭弧电压为相电压的阀式避雷器。
六、总结（感想与心得）
这次设计报告我深有感触，我们在没有老师指导的情况下，利用自己在课本上所学到的知识，通过上网查阅大量资料的方法，最终克服了很多困难，完成了这次设计报告。
几周的课程设计报告时间，看似很充裕，但是因为之前没有接触过类似的设计，一开始就我们在分组上伤透了脑筋。我们组有五个人，每个人到底擅长那个模块？到底怎么分才能最有效的发挥个人的长处，达到事半功倍的效果？这个问题纠缠了很久，最终通过一致讨论，我们把它划分几个模块。每一个人都有专门负责的模块。我主要是负责电网设计。我想说，这个模块真是让我榨干了脑浆。根据老师在PPT的提示，我先在草稿图上想好开式网络的结构，然后在power world这个软件上画出来。软件的使用也是一个难题，因为第一次接触这个软件，学习需要一个过程。这当中我主要遇到这几个问题：
①网络电压过低，即等高线出现偏蓝色的区域。出现这种现象，可能是因为区域负荷的无功功率过高，这时可以通过降低负荷的无功功率或者加上并联补偿器来解决。因为《电力系统分析》介绍，并联补偿器是可以提供无功补偿的。而网络的电压水平取决于无功功率的平衡，因此可以通过加并联补偿器的办法来解决电压过低的问题。
②网络电压过高，即等高线出现了偏红色的区域。出现这种现象，与第①种现象相反，可能是由于区域负荷的无功功率过低造成的，也可能是并联补偿过剩的问题。这时，通过增加负荷的无功功率或者减少并联无功补偿来解决问题。
③线路过负荷，即饼图视在功率百分比过高。出现这种现象，说明经过该线路的视在功率过大了。这时，可以适当的减少负荷的有功出力和无功出力，即减少负荷的总视在功率，来减少通过线路的视在功率。也可以加上并联补偿器减少通过该线路的无功功率的办法来减少线路的视在功率。
④母线短路电流过大，即发生单相接地或者三相短路的时候母线电流偏大。一般来说，母线的电压等级越低，其短路电流越大。出现这种情况，可以减少负载数量，也可以提高与该母线相连的变压器的串联电抗的数值大小来解决。这样可以减少短路时母线的短路电流，提高供电的可靠性。
当然，这其中的困难不可以忽视。这次设计让我懂得了很多东西：
①要有战胜困难的决心和勇气。困难当前，如果你选择了退缩，你将注定失败。
无论做什么事都一样，都要有战胜困难的决心和勇气。万事起步难，刚开始电
路的构建真让我伤透了脑筋。但是，我有勇气和决心要战胜这一切，最终努力
下，我完成了电网的设计。
②团队合作的重要性。这次设计不是个人的设计，而是我们五人组的设计，每个
人都有自己的任务和责任。这就让我意识到了在设计中要摈除“我行我素”的
风格。就像打篮球一样，一个人的战斗换不来团队的胜利。当中遇到了很多问
题，我们都开会来探讨，这样问题就很快得以解决了。团队意识的重要性，我
再一次领悟到了。
③课本上的东西要学以致用。老师说过，课本上的东西很多都只是理论上的，到
底能不能用，还要靠自己的实验去证明。这次设计，当中遇到了很多困难，自
己一腹的理论，但是却无从下手，说明自己动手能力不用，学到的东西没有学
以致用，没有把它运用到实际的生活当中去。因此，学以致用很重要。
通过这次设计，我更加深刻理解了团队合作的重要性，学习使用了power world仿真软件的使用，了解power world软件的强大。还学习了很多课本上学不到的东西，真是受益匪浅。