mạng lưới điện truyền tải điện

Đối với các hệ thống điện tập trung có các mạng điện phát triển mạnh và khả năng cải tạo, cân bằng công suất phản kháng được tiến hành chung đối với cả hệ thống Trong các hệ thống điện k

Đồ án: mạng

lưới điện truyền tải điện

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1:

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG

HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

Đặc điểm quan trọng nhất của quá trình sản xuất điện năng là sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng trong hệ thống được tiến hành đồng thời, do không thể tích lũy điện năng sản xuất thành số lượng có thể lưu trữ Tại mỗi thời điểmluôn có sự cân bằng giữa điện năng sản xuất và điện năng tiêu thụ, điều đó cũng có nghĩa là tại mỗi thời điểm cần phải có sự cân bằng giữa công suất tác dụng và phản kháng phát ra với công suất tác dụng và phản kháng tiêu thụ Nếu sự cân bằng trên bị

phá vỡ thì các chỉ tiêu chất lượng điện năng bị giảm, dẫn đến giảm chất lượng của sản phẩm hoặc có thể dẫn đến mất ổn định hoặc làm tan rã hệ thống.

Công suất tác dụng của phụ tải lien quan tới tần số của dòng điện xoay chiều Tần số trong hệ thống sẽ thay đổi khi sự cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống

bị phá vỡ Giảm công suất tác dụng phát ra dẫn đến giảm tần số và ngược lại, tăng công suất tác dụng phát ra dẫn đến tăng tần số Vì vậy tại mỗi thời điểm trong hệ thống xác lập của hệ thống điện, các nhà máy điện trong hệ thống cần phải phát công suất tác dụng bằng công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong hệ thống

Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tải cực đại của hệ thống Phương trình cân bằng công suất tác dụng có dạng tổng quát sau:

-Giả thiết rằng nguồn điện cung cấp đủ công suất tác dụng (PF) theo yêu cầu của mạngđiện:

PF = Ptt = m + ∑∆PMĐ (1)

Trong đó :

PF -tổng công suất tác dụng do nguồn cung cấp

Ptt -tổng công suất tiêu thụ trong mạng điện

-tổng công suất tiêu thụ lớn nhất của phụ tải

= 35+45+40+42+30+32 = 224 MW

m -hệ số đồng thời ; m =1

∑∆PMĐ -tổng công suất tổn thất trong mạng điện

Trong khi tính sơ bộ thì : ∑∆P MĐ = 5% ∑Pimax = 0,05×242 = 11,2 MW Thay số vào ta có :

PF = Ptt = 224+11,2=235,2 MW (Với CosΨFNĐ =0,85)

1.2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Để đảm bảo chất lượng điện áp cần thiết ở các hộ tiêu thụ trong hệ thống điện vàtrong các khu vực riêng biệt của nó, cần có đầy đủ công suất của các nguồn công suất phản kháng Vì vậy trong giai đoạn đầu của thiết kế phát triển hệ thống điện hay các mạng điện của các vùng riêng biệt cần phải tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng

Đối với các hệ thống điện tập trung có các mạng điện phát triển mạnh và khả năng cải tạo, cân bằng công suất phản kháng được tiến hành chung đối với cả hệ thống

Trong các hệ thống điện kéo dài, nơi có các phần tử của mạng điện cách xa nguồn năng lượng, ngoài cân bằng chung của công suất phản kháng, cần kiểm tra cân bằng trong các khu vực ở xa và ở các điểm nút lớn

Cân bằng công suất phản kháng thông thường được tiến hành độc lập với chế độ cực đại của hệ thống điện và phương trình cân bằng trong trường hợp này có dạng :

QF = Qtt = + ∑∆QL - ∑∆QC +∑∆Q ba

Trong đó :

QF -tổng công suất phản kháng do nguồn cung cấp

QF = PF.tgΨF = 235,2×0,62 = 145.764 MVAr

Qtt -tổng công suất phản kháng trong mạng điện

-tổng công suất phản kháng lớn nhất trong phụ tải

= m .tgΨPT =224×0,48=107,52 MVAr

Với: m =1-hệ số đồng thời

∑∆QL ,∑∆QC -tổng công suất phản kháng tản và dung dẫn do đường dây sinh ra.Khitính toán sơ bộ coi: ∑∆QL = ∑∆QC

∑∆Q ba -tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp

Trong tính toán sơ bộ :

CHƯƠNG 2

CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ VỀ KINH TẾ KỸ THUẬT 2.1 DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của

nó Vì vậy các sơ đồ mạng điện cần phải có các chi phí nhỏ nhất đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của ác hộ tiêu thụ, thuận tiện

và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tảimới

Trong thiết kế hiện nay, để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện người ta sử dụng phương pháp nhiều phương án Từ các vị trí đã cho của các phụ tải và nguồn cung cấp, cần dự kiến một số phương án và phương án tốt nhất sẽ chọn được trên cơ

sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án đó Không cần dự kiến quá nhiều phương

án Sauk hi phân tích tương đối cẩn thận có thể dự kiến 4 đến 5 phương án hợp lý nhất Đồng thời cần chú ý chọn các sơ đồ đơn giản Các sơ đồ phức tạp hơn được chọn trong trường hợp khi các sơ đồ đơn giản không thỏa mãn những yêu cầu kinh tế -

Đối với các hộ tiêu thụ loại II, trong nhiều trường hợp được cung cấp bằng đườngdây hai mạch hoặc bằng hai đường dây riêng biệt Nhưng nói chung cho phép cung cấp điện cho các hộ loại II bằng đường dây trên không một mạch, bởi vì thời gian sửa chữa các đường dây trên không rất ngắn

Các hộ tiêu thụ loại III được cung cấp bằng đường dây trên không một mạch

Từ vị trí các phụ tải với nhau và các phụ tải với nguồn cung cấp cũng như tính chất của các loại hộ dùng điện đều là loại I nên chúng ta đưa ra 5 phương án nối dây sau :

PHƯƠNG ÁN I

PHƯƠNG ÁN II

Hình 1

PHƯƠNG ÁN III

PHƯƠNG ÁN IV

Hình 3

PHƯƠNG ÁN V

Hình 4

2.2 CHỌN ĐIỆN ÁP ĐỊNH MỨC CỦA MẠNG ĐIỆN

Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng điện

Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố : công suất của phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và các nguồn cung cấp điện, vị trí tương đối giữa cácphụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện

Hình 5

Điện áp định mức của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấpđiện Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị của công suấttrên mỗi đường dây trong mạng điện.

Các phương án của mạng điện thiết kế hay là các đoạn đường dây riêng biệt của mạng điện có thể có điện áp định mức khác nhau Trong khi tính toán, thông thường, trước hết chọn điện áp định mức của các đoạn đường dây có công suất truyền tải lớn Các đoạn đường dây trong mạng kín, theo tỷ lệ, cần được thực hiện với một cấp điện

áp định mức

.Ở đây ta sử dụng công thức STILL để tính toán lựa chọn cấp điện áp cho mạng điện:

U = 4,34 (i=1;6) ,kV

Trong đó:

Pi:Công suất truyền tải trên đoạn dây thứ i ,MW

Kết quả điện áp tính được nằm trong khoảng từ 70-170 KV là phù hợp với điện áp định mức của hệ thống đã cho là 110 KV sẽ được lựa chọn để so sánh

2.3 Chọn tiết diện dây dẫn

Các mạng điện 110 KV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC) đồng thời các dây dẫn thường được đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tùy theo địa hình đường dây chạy qua Đối với các đường dây 110 KV khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (Dtb = 5m)

Với mạng điện khu vực,trong những tính toán đơn giản ta thường chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế Jkt

Fkt =

Fkt -tiết diện kinh tế doạn dây thứ i , m

Iimax -dòng điện lớn nhất chạy trên đoạn dây thứ i , A

Iimax= = ,A

Trong đó :

n - số mạch đường dây,(dây đơn n=1, dây kép n=2).Ở đây vì điện cung cấp cho

hộ tiêu dùng loại I lên ta phải truyền tải bằng đường dây có hai mạch hoặc mạng kín

Pi max ;Qi max -dòng công suất tác dụng và phản kháng lớn nhất chạy trên đườngdây thứ i ,MW,MVAr

U dm -điện áp định mức của mạng điện ,KV ; Udm = 110 KV

J kt :Mật độ dòng điện kinh tế ,A/

Mật độ dòng kinh tế đối với dây AC khi T max =5000h thì J kt = 1,1 A/

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính được theo công thức trên, tiến hành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang, độ bền cơ học của đường dây và phát nóng dây dẫn trong các chế độ sau sự cố

Đối với đường dây 110 kV, để không suất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F ≥ 70

Độ bền cơ học của đường dây trên không thường được phối hợp với điều kiện về vầng quang của dây dẫn, cho nên không cần phải kiểm tra điều kiện này

Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế đọ sau sự cố, cần phải có điều kiện sau:

Isc ≤ Icp

trong đó :

Isc -dòng điện chạy trên đường dây tron chế độ sự cố;

Icp – dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

Sau khi kiểm tra điều kiện dòng điện sự cố trên nếu không thỏa mãn ta phải lựa chọn lại tiết diện dây dẫn

2.4 TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN

Điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ được đặc trưng bằng tần số của dòng điện

và độ lệch điện áp so với điện áp định mức trên các cực của thiết bị dung điện.Khi thiết kế mạng điện người ta thường giả thiết rằng hệ thống hoặc các nguồn cung cấp

có đủ công suất tác dụng để cung cấp cho các phụ tải Do đó không xét đến vấn đề duy trì tần số (hay công suất phát của nguồn).Vì vậy chỉ tiêu chất lượng của điện năng

là giá trị của độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ so với điện áp định mức ở mạng điện thứ cấp

Khi chọn sơ bộ các phương án cung cấp điện có thể đánh giá chất lượng điện năng theo các giá trị của tổn thất điện áp

Khi tính sơ bộ các mức điện áp trong các trạm hạ áp, có thể chấp nhận là phù hợp nếu trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện một cấp điện áp không vượt qua 10 ÷ 15% trong chế độ làm việc bình thường, còn trong các chế độ sau cự cố các tổn thất điện áp lớn nhất không vượt quá 15 ÷ 20%, nghĩa là : ∆Umaxbt % = 10÷15 %

∆Umaxsc % = 10÷20 %

Đối với những mạng điện phức tạp, có thể chấp nhận các tổn thất điện áp lớn nhấtđến 15÷20 % trong chế độ phụ tải cực đại khi vận hành bình thường và đến 20 ÷25 %trong chế độ sau sự cố, nghĩa là :

P -công suất tác dụng chạy trên đường dây ,MW;

Q -công suất phản kháng chạy trên đường dây ,MVAr;

R,X - điện trở ,điện kháng của đường dây Với R=ro./2 ;X=xo./2;

Udm -điện áp định mức của mạng điện ,kV

Đối với đường dây có hai mạch, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trên đường dây bằng :

∆Ui sc % = 2∆Uibt %

a PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY I

* Điện áp định mức của mạng điện:

U = 4,34

Trong khi xác định gần đúng các dòng công suất trong mạng điện chúng ta dùng giả thiết sau:

-Không tính tổn thất trên các tổng trở đường dây.

-Dòng điện trên các đường dây được xác định theo điện áp danh định của mạng điện

-Dùng phụ tải tính toán của trạm

Ta có bảng : Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện (BẢNG 1.1)

tải S,MVA Chiều dài đườngdây ,km Điện áp tính toán U,kV Điện áp định mức của mạng

BẢNG1.2 : THÔNG SỐ CÁC ĐƯỜNG DÂY TRONG MẠNG ĐIỆN CHO PHƯƠNG ÁN I

bo.

S/km

Ro, Ω

Xo, Ω

Bo/2 S

* Tính tổn thất điện áp trong mạng điện:

+Tổn thất điện áp trên mỗi đoạn đường dây được tính theo biểu thức:

∆Umaxsc % = 2.∆UNĐ-4 % = 14,6556 %

Để thuận tiện trong mỗi phương án còn lại ,em chỉ trình bày phương pháp xác định cho các thông số chế độ đối với những trường hợp đặc biệt có trong sơ đồ mạng

b, PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY II

* Chọn điện áp định mức cho mạng điện:

-Dòng công suất chạy trên đoạn đường dây NĐ-4 có giá trị:

BẢNG 2.1 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

tải S,MVA

Chiều dài đườngdây ,km

Điện áp tính toán U,kV

Điện áp định mức của mạngUdm,kV

* Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Kết quả tính các thông số loại dây dẫn như BẢNG 2.2

BẢNG2.2 : THÔNG SỐ CÁC ĐƯỜNG DÂY TRONG MẠNG ĐIỆN CHO PHƯƠNG ÁN II

bo.

S/km

Ro, Ω

Xo, Ω

Bo/2 S

* Tính tổn thất điện áp trong mạng điện:

Tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-1-2 trong chế độ làm việc bình thường:Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây NĐ-1 bằng :

Tổn thất điện áp trên đường dây 1-2 có giá trị :

∆U1-2 % =2,53 %

Như vậy tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-1-2 bằng :

∆UN-1-2 % = ∆UN-1 % + ∆U1-2 % = 4,2% + 2,53 % = 6,73 %

Tính tổn thất điện áp trên đường dây trong chế độ sau sự cố :

Khi tính tổn thất điện áp trên đường dây ta không xét các sự cố xếp chồng nghĩa là sự

cố đồng thời xảy ra trên cả hai đoạn của đường dây đã cho ,chỉ xét sự cố ở đoạn nào

mà tổn thất điện áp trên đoạn đó có giá trị cực đại

Đối với đường dây NĐ-1-2,Khi ngừng 1 mạch trên đoạn NĐ -1 sẽ nguy hiểm hơn so với trường hợp sự cố trên đoạn 1-2.Khi ngừng 1 đoạn trên đường dây NĐ -1 tổn thất điện áp trên đoạn này bằng :

maxbt% ∆Umaxsc%

Nhìn bảng ta thấy tổn thất lớn nhất khi làm việc bình thường là :

∆UN-5-4 % = 6,05% + 2,43% = 8,488 %

Tổn thất lớn nhất khi sự cố :

∆UN-5-4sc % = 2.6,05 + 2,43 =14,53%

c, PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY III

Kết quả tính toán của phương án III có trong các BẢNG 3.1,3.2,3.3

BẢNG 3.1 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

tải S,MVA

Chiều dài đườngdây ,km

Điện áp tính toán U,kV

Điện áp định mức của mạngUdm,kV

BẢNG3.2 : THÔNG SỐ CÁC ĐƯỜNG DÂY TRONG MẠNG ĐIỆN CHO PHƯƠNG ÁN III

bo.

S/km

Ro, Ω

Xo, Ω

Bo/2 S

maxbt% ∆Umaxsc%

-Tính dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây trong mạch vòng NĐ-6-3-NĐ.Để thuận tiện ta ký hiệu chiều dài các đoạn đường dây như hình 4

-Để xác định các dòng công suất ta cần giả thiết rằng ,mạng điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều cùng một tiết diện.Như vậy dòng công suất chạy trên đoạn NĐ-3 bằng :

SN-4= = = 42,123 + j20,22 MVA

SN-5== = 29,75 + j14,29 MVA

Ta thấy SN-4 >S4 Vậy điểm S5 là điểm phân công suất ▼

S5-4 = SN-4 - S4 = 42,123 +j20,22 -42 – 20,16j = 0,123 + 0,06j MVA

Kết quả điện áp của phương án này được tính ở BẢNG 4.1

BẢNG 4.1 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

tải S,MVA Chiều dài đườngdây ,km Điện áp tính toán U,kV Điện áp định mức của mạng

Tính tiết diện các đoạn đường dây trong mạch vòng NĐ-6-3-NĐ

Dòng điện chạy trên đoạn NĐ-6

I NĐ-6 = = 246,3 A

Tiết diện dây dẫn bằng :

F NĐ-6 = 224 m

Vậy chọn dây AC-240 có Icp = 605 A

Tương tự ta có tiết diện dây trên đoạn 6-3

F 6-3 == 33,33 m

Để đảm bảo chọn dây AC-70 có Icp = 265 A

Tiết diện dây dẫn trên đoạn NĐ-3

F NĐ-3 = = 167,74 m

Vậy chọn dây AC-185 có Icp = 510 A

Vậy ta sẽ có bảng thông số các đường dây trong mạng điện như BẢNG 4.2

BẢNG4.2 : THÔNG SỐ CÁC ĐƯỜNG DÂY TRONG MẠNG ĐIỆN CHO PHƯƠNG ÁN IV

bo.

S/km

Ro, Ω

Xo, Ω

Bo/2 S

Kiểm tra dây dẫn khi sự cố :

Đối với mạch vòng đã cho dòng điện sự cố lớn nhất xảy ra khi ngừng đoạn NĐ-6Khi đó dòng điện sự cố được tính như sau:

-Tính tổn hao công suất trong mạch vòng đã xét:

Do trong mạch vòng chỉ có 1 điểm phân công suất là nút 3.Vì vậy nút này sẽ có điện

áp thấp nhất trong mạch vòng nghĩa là sẽ có tổn thất điện áp lớn nhất trong mạch vòng ∆Umax % = ∆UNĐ-3 %

Kết quả tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong chế độ vận hành bình thường

và sau sự cố BẢNG 4.3

Kết quả tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện BẢNG 4.3

xo,Ω

∆Umaxbt % = ∆UNĐ-1 % +∆U1-2 % = 7,9 %

Tổn thất điện áp cực đại trong chế đọ sự cố khi ngừng đoạn NĐ-6 trong mạch vòng cónghĩa là :

∆Umax sc % = ∆U NĐ-3SC % + ∆U 3-6 SC =14,26 +4,45 = 18,71 %

e,PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY V

Ṡ6=36+j17,28

Kết quả tính toán của phương án V có trong các BẢNG 5.1,5.2,5.3

BẢNG 5.1 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

tải S,MVA

Chiều dài đườngdây ,km

Điện áp tính toán U,kV

Điện áp định mức của mạngUdm,kV