đồ án tốt nghiệp lưới điện

Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện cũng như là phương thức vận hành của nhà máy điện hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí và tính chất của nguồn cung cấp điện.. Nguồn cung cấp điện ch

Đồ án môn học

Lưới điện

Giá 1kWh tổn thất điện năng: 700 đ/kWh

Giá 1kVAR thiết bị bù: 150.000 đ/ kVARHệ số đồng thời m = 1; Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 5000 giờ, JKT =1,1A/Điện

áp trên thanh cái nguồn khi phụ tải cực tiểu UA = 1,05Uđm, khi phụ tải cực đại UA = 1,1Uđm, khi sự cố nặng nề UA = 1,1Uđm

dụng tiết kiệm, hợp lí, đạt hiệu quả cao cũng hết sức quan trọng Nó góp phần vào sự phát triển của nghành điện và làm cho kinh tế nước ta phát triển

điện Đồ án gồm 6 chương :

Chương 1 : Tính toán cân bằng công suất và xây dựng phương án Chương 2 : Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

Chương 3 : Chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

Chương 4 : Tính toán chế độ xác định của lưới điện

Chương 5 : Tính toán lựa chọn đầu phân áp

Chương 6 : Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Để thực hiện các nội dung nói trên đồ án cần sử lí các số liệu tính toán thiết kế và lựa chọn các chỉ tiêu, đặc tính kỹ thuật, vạch các

phương án và lựa chọn phương án tôi ưu nhất

Đồ án được hoàn thành với sự hướng dẫn của thầy Phạm Văn Hòa và các bài giảng của thầy trong trong chương trình học.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Văn Hòa đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án

Sinh viên thực hiện

Vũ Hoàng Quyền

CHƯƠNG I :

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN

I PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI.

Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện cũng như là phương thức vận hành của nhà máy điện hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí và tính chất của nguồn cung cấp điện Nguồn cung cấp điện cho các hộ phụ tải ở đây là một nguồn có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất của nguồn là Cosφ = 0,85

Tổng công suất của các hộ tiêu thụ ở chế độ phụ tải cực đại là 170

MW Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại

Trong 6 hộ phụ tải thì có 4 hộ phụ tải yêu cầu có mức đảm bảo cung cấp điện ở mức cao nhất ( 1,2, 3, 5 ) nghĩa là không được phép mất điện trong bất cứ trường hợp nào, vì nếu mất điện thì sẽ gây hậu quả nghiêm trọng Hai hộ phụ tải còn lại có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện thấp hơn ( hộ loại hai ) – là những hộ phụ tải mà việc mất điện không gây hậu quả nghiêm trọng Thời gian sử dụng công suất cực đại của các hộ phụ tải là Tmax = 5000h

Ta có bảng số liệu tổng hợp về phụ tải như sau :

m i n

= P

m i n

.tgφcosφ = 0,85 → tgφ = 0,62

II Tính toán cân bằng công suất

Khi thiết kế mạng điện thì một trong các vấn đề cần phải quan tâm tới đầu tiên là điều kiện cân bằng giữa công suất tiêu thụ và công suất phát ra bởi nguồn

Trong đồ án thiết kế môn học lưới điện việc cân bằng công suất ở đây được thực hiện trên một khu vực cụ thể, trong khu vực này có một nguồn điện công suất vô cùng lớn Trong hệ thống điện chế độ vận hành ổn định chỉ tồn tại khi có sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng Cân bằng công suất tác dụng cần thiết giữ ổn định tần

số, còn để giữ được điện áp ổn định phải cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện nói chung và từng khu vực nói riêng.

1 Cân bằng công suất tác dụng

Δ tram

- Ptrạm: Tổng công suất phát của trạm điện

- m: Hệ số đồng thời Trong tính toán thiết kế lấy m = 1

Ta dự kiến bù sơ bộ trên nguyên tắc kà bù ưu tiên cho các hộ ở xa,

có Cosφ thấp trước và chỉ bù đến Cosφ = 0,90 – 0,95 ( không bù cao hơn nữa vì sẽ không kinh tế và ảnh hưởng tới tính ổn định của hệ thống điện ) Còn thừa thì ta bù các hộ ở gần có Cosφ cao hơn và bù

cho đến khi có Cosφ = 0,85 – 0,90 Công suất bù cho hộ tiêu thụ thứ I nào đó được tính như sau :

III Xây dựng các phương án nối dây.

1 Dự kiến các phương án nối dây

Thực tế thì không có một phương án nhất định nào để lựa chon sơ

đồ nối dây cho mạnh điện Một sơ đồ nối dây của mạng điện có thích hợp hay không là do nhiều yếu tố quyết định như : Phụ tải lớn hay nhỏ, số lượng phụ tải nhiều hay ít, vị trí phân bố của phụ tải, mức độ yêu cầu về đảm bảo liên tục cung cấp điện, đặc điểm và khả năng cung cấp của nguồn điện, vị trí phân bố các nguồn điện….Hộ loại I được cung cấp điện bằng đường dây kép hoặc có hai nguồn cấp điện ( mạch vòng ) Hộ loại II thì chỉ cần cung cấp điện sử dụng mạch đơn Sau khi tiến hành phân tích sơ bộ xong ta sẽ chon ra 2 phương án

để tiến hành tính toán cụ thể so sánh về mặt kĩ thuật

Ta đưa ra 5 phương án nôi dây để phân tích sơ bộ Các phương án nối dây như các hình vẽ dưới đây:

* Phương án 1 :

28,5km

(1)

(2)

(3)

(6) (5)

(4)

41 km

( 4)

51 km

25+j15,5 +

40 km

37km

41 km

50km

* Phương án 4 :

km

* Phương án 5 :

28,5km

37 km(1)

40 km

30+j18,6

2 Phân tích và giữ lại một số phương án để tính tiếp

Ta có :

+ Sơ đồ hình tia có ưu điểm là đơn giản về sơ đồ nối dây,

bố trí thiết bị đơn giản; Các phụ tải không liên quan đến nhau, khi sự

cố trên một đường dây không ảnh hưởng đến đường dây khác; Tổn thất nhỏ hơn sơ đò liên thông

Tuy vậy sơ đồ hình tia có nhược điểm : khảo sát, thiết kế, thi công mất nhiều thời gian và tốn nhiều chi phí

+ Sơ đồ liên thông có ưu điểm là thiết kế, khỏa sát giảm nhiều so với sơ đồ hình tia; Thiết bị, dây dẫn có giảm chi phí

Tuy vậy nó có nhược điểm : Cần có thêm trạm trung gian, thiết bị bố trí đòi bảo vệ rơle; Thiết bị tự động hóa phức tạp hơn; Độ tin cậy cung cấp điện thấp hơn so với sơ đồ hình tia

+ Mạng kín có ưu điểm là độ tin cậy cung cấp điện cao, khả năng vận hành lưới linh hoạt, tổn thất ở chế độ bình thường thấp

khi sảy ra sự cố tổn thất lưới cao, nhất là ở nguồn có chiều dài dây cấp điện lớn

Dựa vào các ưu nhược điểm của các phương án trên, kết hợp với 5 phương án được xây dựng ở trên ta chọn phương án 1 và phương án 5

CÁC ĐỊNH HƯỚNG KỸ THUẬT CƠ BẢN

Do khoáng cách giữa các nguồn cung cấp điện và các hộ phụ tải, hoặc giữa các hộ phụ tải với nhau tương đối xa nên ta sẽ dùng đường dây trên không để cung cấp điện cho các phụ tải Và để đảm bảo về

độ bền cơ cũng như khả năng dẫn điện ta sử dụng loại dây AC để

truyền tải, còn cột thì sử dụng loại cột thép

Đối với những hộ loại I có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện ở mức cao nhất phải được cung cấp điện từ một mạch vòng kín hoặc đường dây có lộ kép song song Còn đối với các hộ phụ tải loại II thì chỉ cần sử dụng một dây đơn để cung cấp tránh gây lãng phí.

Khi chọn máy biến áp cho các trạm hạ áp của các hộ phụ tải thì đối với các hộ phụ tải loại I ta sẽ sử dụng hai máy biến áp vận hành song song, còn với hộ phụ tải loại II thì chỉ cần chọn một máy biến áp

CHƯƠNG II :

TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT.

Đối với mỗi phương án được giữ lại để so sánh về mặt kỹ thuật

ta cần phải tính toán các nội dung như sau:

Ta sử dụng công thức sau để xác định điện áp định mức của

đường dây :

U =4,34. L+16P (kV)Trong đó : P: Là công suất chuyên trở trên đường dây (MW) L: Là khoảng cách truyền tải (km)

 Tính toán lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện ( Jkt ).

F I lv

kt J kt

=

Trong đó : Ilv : Dòng điện làm việc chạy trên đường dây ( A )

.10 3.

n : số mạch đường dây

Uđm : điện áp định mức ( kV)

Sau đó dựa vào tiết diện kinh tế đã được tính ở trên ta tiến hành chọn tiết diện theo tiêu chuẩn : Fchọn ≥ Fkt

U dm

+

∆ =

Trong đó :

P, Q: Là dòng công suất tác dụng và phản kháng chạy

trên đoạn dây đó

R, X: Là điện trở và điện kháng của đoạn đường dây đó Uđm : Là điện áp định mức của mạng điện

Trường hợp sự cố nguy hiểm nhất là khi lộ kép ( hoặc mạch vòng kín ) bị đứt dây một lộ đường dây ( một đoạn dây )

 Kiểm tra phát nóng của dây dẫn lúc sự cố.

Ta phải tính được dòng điện chạy trong dây dẫn của đoạn dây đó lúc sự cố nặng nề nhất ( Isc ) Sau đó so sánh trị số tính được với dòng điện cho phép chạy trong dây dẫn đó ( Icp )

Nếu là đoạn dây có lộ kép thì dòng điện khi sự cố bằng 2 lần dòng điện ở chế độ phụ tải max

Isc = 2.Imaxbt

Các phương án đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật là các

phương án phải thỏa mãn được 2 điều kiện sau

( nghĩa là tính tổn thất điện áp từ nguồn tới phụ tải xa nhất lúc phụ tải cực đại ) và tổn thất điện áp lúc sự cố nặng nề nhất ∆Umaxsc% phải thỏa mãn các điều kiên sau :

- Lúc bình thường : ∆Umaxbt% ≤ 10%

- Lúc sự cố : ∆Umaxsc% ≤ 20%

phương án phải đảm bảo được điều kiện phát nóng khi sự cố :

Isc ≤ K1.K2.Icp Isc : Dòng điện lớn nhất lúc sự cố

Icp : Là dòng điện cho phép lâu dài chạy qua dây dẫn K1, K2 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ làm việc khác

nhiệt độ tiêu chuẩn ( lấy K1 = 0,88; K2 = 1 )

Nếu như tiết diện dây dẫn đã chọn mà không thỏa mãn điều kiện trên thì ta phải tăng tiết diện dây dẫn cho đến khi thỏa mãn

I Phương án 1

I.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp

I.1.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Sự phân bố công suất trong mạng :

(2)

(3)

(6)(5)

(4)

41km

Kết luận : Qua tính toán ta thấy mạng điện thiết kế dùng cấp điện áp

100kV để truyền tải là hợp lí

I.2 Chọn tiết diện dây dẫn ( theo từng lộ )

I.2.1 Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế, kiểm tra điều kiện phát nóng

222,8

I m

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

Isc ≤ 0,88.Icp → 445,6 ≤ 0,88.515=453,2 (thỏa mãn ) Vậy đoạn 0-1 là

Isc = 2.Imax = 2.261,02 = 522,12 A

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

Isc ≤ 0,88.Icp → 522,12 ≤ 0,88.610 = 536,8 ( thỏa mãn )

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

Isc ≤ 0,88,Icp → 401,42 ≤ 0,88.515 = 453,2 ( thỏa mãn )

Vậy đoạn 0 – 3 là dây AC – 185 : ro = 0,16Ω; xo = 0,409Ω; bo = 2,78 6

F tt

⇒ = = mm²

Isc = Imax = 216,14 A

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

Isc ≤ 0,88.Icp → 216,14 ≤ 0,88.515 = 453,2 ( thỏa mãn )

Vậy đoạn 3 – 4 là dây AC – 185 : ro = 0,16Ω; xo = 0,409Ω; bo = 2,78 6

F tt

⇒ = = mm²

Isc = 2.Imax = 385,74A

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

Isc ≤ 0,88.Icp → 385,74≤ 0,88.515 = 453,2 ( thỏa mãn)

Vậy đoạn 0 – 5 là dây AC – 185 : ro = 0,16Ω; xo = 0,409Ω; bo = 2,78 6

Isc = Imax =231,97A

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

Isc ≤ 0,88.Icp → 231,97 ≤ 0,88.610 = 536 ( thỏa mãn)

Vậy đoạn 5 – 6 là dây AC – 240 : ro = 0,12Ω; xo = 0,401Ω; bo =

% . . .100

2

P R Q X

i i i i U

II.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp.

II.1.1 Tính toán công suất sơ bộ

Sơ đồ nối dây của phương án 5 :

28,5km

Ta tính được điện áp tải điện trên các đoạn đường dây của phương án 5 như sau :

Kết luận : Qua tính toán ta thấy dùng điện áp 110kV để truyền tải là hợp lí.

II.2, Chọn tiết diện dây dẫn ( theo từng lộ )

+ Xét sự cố đứt dây 0 – 1 ta có dòng công suất trên các nhánh là :

1

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức

F tt

F tt

Từ kết quả của việc lựa chọn tiết diện dây dẫn ta lập được bảng thông số đường dây của phương án 5 như sau :

II.2.2, Kiểm tra tổn thất điện áp lúc vận hành bình thường và khi sự cố nguy hiểm nhất

Ta có công thức tính tổn thất điện áp ΔU% :

2

P R i i Q X i i U

III Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và hàm chi phí:

Về chỉ tiêu kinh tế thì phương án nào có vốn đầu tư và phí tổn vận hành hàng năm nhỏ nhất thì đó là phương án có tính kinh tế nhất

năm nhỏ nhất

V : Là số vốn đầu tư cơ bản V = ∑Voij ij.L

oij

Nếu là đường dây kép thì cần phải thêm hệ số 1,6

ΔA : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải max

IV So sánh kinh tế -kĩ thuật, chọn phương án tôi ưu

Ta có bảng tổng hợp so sánh các phương án về chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật :

Cuối cùng ta có bảng tổng kết kết quả lựa chọn máy biến áp như sau :

BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ CHỌN MÁY BIẾN ÁP

CH ƯƠNG IV : T ÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA LƯỚI ĐIỆN

I.1, Tính toán chế độ phụ tải max

Ta có thông số đường dây như sau

(2)

28,284 km (0) 2AC-185

1 1

2

2 1

2 1

110

591 , 18 30 ) (

.

+

= +

+

B B

dm

jX R U

Q P

2

5 , 43 87

2 2

2

2 2

2 2

110

238 , 21 45 ) (

.

+

= +

+

B B

dm

jX R

U

Q P

2

8 , 34 44

12 12

2

2 '' 12 2 '' 12

110

016 , 24 2313 , 45 ) (

.

+

= +

+ R jX

U

Q P

dm

(5,154+j8,720) =1,117+j1,89 (MVA)

01 01

2

2 '' 01 2 '' 01

110

265 , 46 5143 , 76 ) (

.

+

= +

+

jX R U

Q P

dm

(2,263+j5,784)

.

0 01

' 01 01

'

U

X Q R P

75 , 21 591 , 18 935 , 0 30

.

1

1 1 1

C B B

U

X Q R P

10,359 (kV) ∆U.12 = . . . 46,348.5,117154,146827,248.8,720

1

12

' 12 12

4 , 17 238 , 21 72 , 0 45

.

2

2 2 2

C B B

U

X Q R P

10 (kV) ∆U012.bt =∆U.01 +∆U.12 = 3,8532 + 4,067 = 7,9202 (kV)

Khi đứt một dây của đoạn 1- 2 thì R1-2, X1-2 tăng gấp đôi, còn điện dung ngang thì giảm nửa; còn các giá trị điện dung ngang, trở, kháng của đoạn 0 -1 thì vẫn giữ nguyên giá trị Ta tính lại các giá trị như sau:

12 12

2

2 '' 12 2 '' 12

110

564 , 24 2313 , 45 ) (

.

+

= +

+

jX R U

Q P

dm

.2.(5,154+j8,720) =2,257+j3,818 (MVA)

01 01

2

2 '' 01 2 '' 01

110

07 , 48 6726 , 76 ) (

.

+

= +

+

jX R U

Q P

dm

(2,263+j5,784) =1,56+j3,988 (MVA)

.

0 01

' 01 01

'

U

X Q R P

720 , 8 2 382 , 28 154 , 5 2 5063 , 47

.

1

12

' 12 12

12 12

2

2 '' 12 2 '' 12

110

016 , 24 2313 , 45 ) (

.

+

= +

+ R jX

U

Q P

dm

(5,154+j8,720) =1,117+j1,89 (MVA)

01 01

2

2 '' 01 2 '' 01

110

7405 , 46 5143 , 76 ) (

.

+

= +

+

jX R U

Q P

dm

.2.(2,263+j5,784) =3,007+j7,686 (MVA)

.

0 01

' 01 01

'

U

X Q R P

720 , 8 248 , 27 154 , 5 348 , 46

.

1

12

' 12 12

1, Quy phụ tải về phía cao

2 2

3 3

2

2 3

2 3

110

352 , 17 28 ) (

.

+

= +

+

B B

dm

jX R

U

Q P

2

9 , 55 54

4 4

2

2 4

2 4

110

309 , 22 36 ) (

.

+

= +

+

B B

dm

jX R

U

Q P

(0,87+j22) = 0,129+j3,2613 (MVA)

Sc

4 = S4 + ∆ SB4 + ∆ S0

34 34

2

2 '' 34 2 '' 34

110

2283 , 25 188 , 36 ) (

.

+

= +

+ R jX

U

Q P

dm

(7,155+j18,291) =1,1507+j2,9417 (MVA)

03 03

2

2 '' 03 2 '' 03

110

3425 46 5106 , 65 ) (

.

+

= +

+ R jX

U

Q P

dm

(2,884+j7,373) =1,5348+j3,9237 (MVA)

.

0 03

' 03 03

'

U

X Q R P

95 , 27 352 , 17 27 , 1 28

.

C B B

U

X Q R P

= 4,474 (kV)

10,214 (kV) ∆U.34 =

3391 , 116

291 , 18 17 , 28 155 , 7 3387 , 37

.

3

34

' 34 34

22 309 , 22 87 , 0 36

.

4

4

C B B

U

X Q R P

9,573 (kV) ∆U034.bt =∆U.03 +∆U.34 = 4,6609 + 6,7253= 11,3862 (kV)

110

3862 , 11

= 10,35%

3,Tính toán chế độ khi sự cố:dứt 1 lộ của đoạn 0-3

giảm nửa, còn các điện dung ngang, trở, kháng của đoạn 3-4 thì vẫn giữ nguyên giá trị Ta tính lại các giá trị như sau:

34 34

2

2 '' 34 2 '' 34

110

2283 , 25 188 , 36 ) (

.

+

= +

+

jX R

U

Q P

dm

(7,155+j18,291) =1,1507+j2,9417 (MVA)

03 03

2

2 '' 03 2 '' 03

110

0095 , 47 5106 , 65 ) (

.

+

= +

+

jX R

U

Q P

dm

.2.(2,884+j7,373) =3,009+j7,923 (MVA)

.

0 03

' 03 03

'

U

X Q R P

= 9,965 (kV) .3c

sc

∆U sc.34 =

035 , 111

291 , 18 17 , 28 155 , 7 3387 , 37

.

3

34

' 34 34

'

C sc

U

X Q R P

= 15,46%

I.1.3, Đoạn 0 -5-6:

25+j15,492 (5)

1, Quy công suất phía hạ về phía cao:

5 5

2

2 5

2 5

110

492 , 15 25 ) (

.

+

= +

+

B B

dm

jX R

U

Q P

2

5 , 43 87

= 25,1368+j17,5269 (MVA)

Phụ tải 6 :

S (6)

6 6

2

2 6

2 6

110

788 , 18 40 ) (

.

+

= +

+

B B

dm

jX R

U

Q P

(0,87+j22) = 0,1404+j3,5509 (MVA)

56 56

2

2 '' 56 2 '' 56

110

0399 , 22 1994 , 40 ) (

.

+

= +

+

jX R

U

Q P

dm

(4,948+j16,534) = 0,8595+j2,8719 (MVA)

05 05

2

2 '' 05 2 '' 05

110

3957 , 40 1957 , 66 ) (

.

+

= +

+

jX R

U

Q P

dm

(4,08+j10,43)

.

0

05

' 05 05

'

U

X Q R P

75 , 21 492 , 15 395 , 0 25

.

5

5 5 5

C B B

U

X Q R P

10,192 ∆U.56 =

7707 , 114

534 , 16 9118 , 24 948 , 4 0589 , 41

.

5

56

' 56 56

22 788 , 18 87 , 0 40

.

6

6 6 6

C B B

U

X Q R P

9,617 (kV) ∆U056.bt =∆U.05 +∆U.56 =6,2293 + 5,3718 = 11,6011 (kV)

110

6011 , 11