ĐÒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠNG PHAN PHÔI VÀ TRẠM BIẾN ÁP 2204Kv

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠNG PHÂN PHỐI VÀ TRẠM BIẾN ÁP 22/0.4Kv GVHD : Th.S VŨ THẾ CƯỜNG SVTH : NGUYỄN HỒNG THANH Lớp : 09DD1N Khóa : 09 TP.Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2010     NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên     NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên     LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy Vũ Thế Cường, người thầy dẫn cho em kiến thức quý báu, định hướng quan trọng việc hoàn hành luận văn Bên cạnh đó, để có kiến thức ngày hôm em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa điện - điện tử hết lòng truyền đạt cho em kiến thức quý giá suốt thời gian em học trường TP Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng năm 2010 Sinh viên Nguyễn Hồng Thanh     LỜI NĨI ĐẦU Trong thời kỳ đại hóa cơng ngiệp hóa, ngành nghề phát triển tut hậu điều tránh khỏi Tuy nhiên nghành điện chiếm vị trí quan trọng xã hội đại Việc đại hóa đất nước để đưa đất nước lên, khu cơng nghiệp cần đến nghành điện.Vì thiết kế mạng điện phân phối đòi hỏi yếu tố kỹ thuật, kinh tế mục tiêu hàng đầu xã hội Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠNG PHÂN PHỐI VÀ TRẠM BIẾN ÁP 22/0.4kV - Sinh viên: NGUYỄN HOÀNG THANH MSSV: 910484D - Lớp: 09DD1N - Người hướng dẫn: Th.S VŨ THẾ CƯỜNG - Ngày nhận đố án: 15/10/2009 - Ngày hoàn thành: 10/01/2010 A- Số liệu ban đầu: - Điện áp định mức: 22 kV - Sơ đồ phụ tải (đính kèm) - Hệ số công suất: 0.75 - Đồ thị phụ tải (đính kèm) - Hệ số phụ tải: 0.75 - Phụ tải min: 40% phụ tải max - Độ sụt áp cho phép: 4%: - Tổng trở tương đương hệ thống: 0.25 (đối với Scb = 100 MVA) - Giá tiền tụ điện: USD/ kVAr B- Các yêu cầu thiết kế: - Chọn dây theo yêu cầu tổn thất điện áp cho phép: % - Tính tổn thất điện áp thực tế - Tính tổn thất cơng suất - Tính tổn thất điện - Tổng chi phí hàng năm - Sơ đồ nguyên lý C- Các u cầu khác: - Tính tốn phối hợp bảo vệ: Thành lập sơ đồ thay thứ tự thuận, nghịch không đường dây - Tổng trở thứ tự trạm phân phối nhìn hệ thống – Tính ngắn mạch - Phối hợp bảo vệ: FCO, Recloser - Bù công suất phản kháng: Phân bố công suất phản kháng đoạn phát theo điều kiện giảm tổn thất điện có xét chi phí tụ bù (kinh tế) – Tính tốn SVTH: Nguyễn Hồng Thanh Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường điện áp lúc phụ tải cực đại cực tiểu Bù ứng động Cho K1 = 0.05 kW; K2 = 20 kW/ năm; K3 = 0.5 kVA/ năm - Giá tiền 1km đường dây: 10.000 USD - Giá tiền 1kWh: 0.05 USD - Kích thước vng: 0.5 km x 0.5 km - Đơn vị công suất hình vẽ tính (kVA) D- Thiết kế trạm biến áp 22/0.4kV: Cho đồ thị phụ tải: Giờ 10 11 12 %Smax 40 40 50 50 60 70 70 80 90 90 90 60 Giờ 13 %Smax 70 14 70 15 90 16 90 17 100 18 100 19 100 20 100 21 70 22 60 23 50 24 50 - Hệ số nhu cầu: 0.75 - Độ lệch điện áp cho phép: 5% - Số đường dây hạ thế: - Giá tiền MBA: 10 USD/ kVA Yêu cầu: - Vẽ đồ thị phụ tải - Xác định phụ tải tính tốn - Chọn cơng suất MBA - Tính tổn thất điện năng, nấc phân áp, ngắn mạch - Chọn thiết bị trạm: FCO, LA, TU, TI, CB… - Thống kê vật liệu - Chi phí vận hành hàng năm E- Các vẽ: - Sơ đồ nguyên lý đường dây phân phối có bù ghi rõ chi tiết sụt áp, tổn thất điện năng,… - Sơ đồ tụ bù ứng động lúc phụ tải cục tiểu kết sụt áp, tổn thất - Trắc đồ điện áp trước sau bù lúc phụ tải cực tiểu tuyến - Phối hợp bảo vệ - Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh trạm   SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường Phần 1:THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI CHƯƠNG 1: CHỌN DÂY VÀ TÍNH TỐN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP 1.1Tính tốn sụt áp chọn dây cho đường dây phân phối 1.1.1 Tính sụt áp cho đoạn phát tuyến Sụt áp đường dây phân phối: U  PR  QX U U %  Hay Trong đó: PR  QX 100% U 21000 R  r0 * s X  x0 * s Với s khoảng cách đẳng trị Ta áp dụng cơng thức sau: U %  Sl ( r0 cos   x0sin  ) PR  QX 100%  100% 2 U 1000 U dm Với S: công suất pha Uđm: điện áp định mức Từ ta suy số sụt áp: r0 cos   x0 sin  K%  U dm 1000 100%(% / kVA.km ) U %  K % * s * S Với s: khoảng cách đẳng trị(km),P(kW),Q(kVAr),S(kVA) r0: tra bảng x0: tính cơng thức x0  0.144 lg( Dtb )  0.016( / km ) r Đối với đường dây trung ,Dtb =1.37 r: bán kính đường dây Xác định khoảng cách đẳng trị s: a/ Đường dây phụ tải tập trung s=stt=l Stt=Ptt+jQtt SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường b/ Đường dây có phụ tải phân bố đều: s=spb=AM=l/2 với M trung điểm AB U pb %  Ppb R  Q pbX  K % s pb S pb *1000 U dm R  r0 s pb X  x0 s pb c/ Đường dây vừa có phụ tải phân bố dđều lẫn tập trung chia làm trường hợp: tính ∆Upb% ∆Utt%  U pb %  Ppb R NM  Q pb X NM U dm *1000  K % pb s pb S pb Với spb=NM M: trung điểm AB  U tt %  Ptt R NB  Qtt X NB  K % tt stt S tt *1000 U dm Với stt=NB Sụt áp tổng: ∆Utt%=∆Upb%+∆Utt% 1.1.2 Chọn dây theo điều kiện sụt áp cho phép: a/ Trường hợp đường dây hình tia: Để chọn tiết diện dây dẫn cho đường dây sụt áp cho phép đến phụ tải cuối đường dây cần qui đổi tất phụ tải tập trung hay phân bố cuối đường dây E  sơ C  D B  đồ sau A S1 Qui S1 cuối S1'  S1 AB AE S2  Qui Spb cuối S 2'  S SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh AM AE S3 Phụ tải tương đương cuối S td  S1'  S 2'  S Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường Đường dây AE chọn tiết diện, bước chọn sau: - Chọn loại dây, kiểm tra Icp>Itổng,tính r0,x0(1) I tong  Stong 3U dm ( A)   Stong  S1  S  S3   - Tính số sụt áp K% Tính ∆U%=K%Stđ (AE) Nếu ∆U%>∆Ucp quay lại (1) chọn dây có tiết diện lớn Lưu ý tiết diện dây thỏa sụt áp phải thỏa điềi kiện phát nóng Khi chọn dây cần ý đến cỡ dây tối thiểu đề nghị để hạn chế tổn hao vần quang Uđm=220kV d≥21.5mm cở dây≥AC-240 Uđm=110kV d≥9.9 cở dây≥AC-70 Uđm=22kV cở dây≥AC-16 1.2 Áp dụng chọn dây tính sụt áp 1.2.1Chọn dây cho phát tuyến 600 250 500  10 700 12 400 11 SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh 500 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường 6.3 Thông số MBA: S  400( kVA) U dm  22 / 0.4(kV ) PFe  850(W )  0.85(kW ) PN  4500(W )  4.5(kW ) I %  1.5% U N %  4%   Điện trở RB RB  PNU dm 4.5* 222 10  1000  13.61()   4002 S dm Tổng trở ZB ZB  U N %U dm 4* 222 10  10()   S dm 400 Điện kháng XB X B  Z B  R B  48.42  13.612  46.45()   6.4 Tổn thất điện trạm: A  PFet  PN ( S max )  S dm Tổn thất điện trạm năm: A  0.85*8760  4.5( 440 ) 4942.1  34355.73(kWh / nam) 400 Điện trạm năm A  Pmax * Tmax  Ptt * Tmax  330*6351  2095830(kWh / nam)   Phần trăm tổn thất điện trạm năm A%  A 34355.73 100%  100%  1.64%   A 2095830 Tổn thất công suất MBA lúc phụ tải cực đại: Pmax S max 4402  P0  PN  0.85  4.5  6.295(kW )   4002 S dm 6.5 Sụt áp qua MBA lúc phụ tải cực đại cực tiểu: Ta kí hiệu phụ tải lúc cực đại cực tiểu Lúc cực đại: U B1  P1 RB  Q1 X B U dm  330*13.61  290.4* 46.45  0.817(kV ) 22 Từ đồ thị phụ tải ta có: P2  0.4 P1  0.4*330  132(kW )   Q2  0.4Q1  0.4* 290.4  116.16(kVAr )   SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh 41 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường Sụt áp qua MBA lúc phụ tải cực tiểu: U B  P2 RB  Q2 X B U dm  132*13.61  116.16* 46.45  0.327(kV )   22 6.6 Chọn đầu phân áp cho MBA: MBA có đầu phân cấp x  2.5%  phía cao áp Điện áp khơng tải phía thứ cấp Ukt,hạ=1.05Uđm,hạ=1.05*380=400V Đối với MBA 22/0.4KV có đầu phân áp cao áp sau: Đầu phân áp Uphân áp tiêu chuẩn 5% 23.1 2.5% 22.55 22 -2.5% 21.45 -5% 20.09 Tính tốn thiết kế đường dây phân phối Phần trăm sụt áp lúc phụ tải cực đại ∆Umax%= 3.928 Umax  3.928 22  0.864(kV )   100 Điện áp cuối đường dây lúc phụ tải cực đại: Ucuoi ,min  U A  U max  22  0.862  21.138(kV )   Phần trăm sụt áp lúc phụ tải cực tiểu ∆Umin=0.297   U  0.297 * 22  0.07(kV ) 100 Điện áp cuối đường dây lúc phụ tải cực tiểu Ucuoi ,max  U A  U  22  0.07  21.93(kV )   Điện áp phía cao áp lúc phụ tải cực đại U1 A  21.138(kV )   Điện áp phía cao áp lúc phụ tải cực tiểu: U2 A  21.93(kV )   Điện áp yêu cầu phía thứ cấp lúc phụ tải cực đại lúc phụ tải cực tiểu U1b(yc) =U 2b(yc) =1.05U b,dm =1.05*380=400V   Đầu phân áp tính tốn lúc phụ tải cực đại U pa1          U kt ,ha  U1 A  U B1 U1b(yc)   SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh 42 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường U1A  U B1 21.138  0.871  0.4  20.267(kV ) U1b(yc) 0.4  U pa1  U kt ,ha Đầu phân áp tính tốn lúc phụ tải cực tiểu: U pa  U kt ,ha U A  U B 21.93  0.327  0.4  21.603(kV )   U2b(yc) 0.4 Đầu phân áp trung bình: U pa ,tb  U pa1  U pa 2  21.603  20.267  20.935(kV )   Chọn đầu phân áp gần tiêu chuẩn đầu -2.5% ứng với Upa=21.45kV Tính tốn kiểm tra lại Lúc tải cực đại, điện áp phía hạ áp: U1b  U kt ,ha U pa1 (U1 A  U B1 )  0.4 (21.138  0.817)  378(V ) 21.45 Lúc tải cực tiểu, điện áp phía hạ áp: U 2b  U kt ,ha U pa1 (U A  U B )  0.4 (21.93  0.327)  403(V ) 21.45   SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh 43 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường 6.7 Sơ đồ nguyên lý   SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh 44 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường   Bảng thống kê thiết bị trạm STT THIẾT BỊ Dây dẫn Chống sét FCO BU BI MBA Hệ thống nối đất Cáp tổng( cáp xuất hạ thế) Tủ hạ áp 10 Aptomat tổng 11 Thanh 12 Aptomat nhánh 13 Cáp 6.8 Tính tốn ngắn mạch: Tại nút Z= 1.625+j2.377(Ω) Scb=100(MVA) Z cb (100 MVA)  U dm 222   4.84() Scb 100 Z  0.34  j 0.49     Chọn Scb=Sđm=400(kVA) công suất định mức MBA Ucb=Uđm=22kV điện áp định mức phía cao áp MBA Ucb,hạ=Ucb2=0.4kV điện áp định mức thứ cấp MBA Tổng trở bản: Zcb  U cb2 222 10  10  1210() 400 Scb Dịng điện phía cao áp I cb,CAO    Stram 400   10.49( A) 3U cb,CAO *22   Dịng điện phía hạ áp I cb, HA  Stram 400   577.35( A) 3U cb, HA *0.4   Tổng trở MBA hệ đơn vị tương đối: SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh 45 Đồ án tốt nghiệp Z B ,( dvtd )  GVHD: ThS Vũ Thế Cường RB  jX B 13.61  j 46.65   0.01125  j 0.0384(dvtd ) 1210 Z cb   Điện kháng tương đương hệ thống đơn vị tương đối X ht  X nut Scbmoi 0.4  0.49  0.002 cu 100 Scb Trong   Scbmoi  400(kVA)  0.4(MVA)   Scbcu  100( MVA) Tính tốn ngắn  mạch: Ngắn mạch pha góp 22kV điểm N1 IN  1   500 X HT 0.002   Dịng ngắn mạch góp 22kV đơn vị có tên I N  I N 1( dvtd ) * I cb (22 kV )  500*10.49  5.25(kA) Biên độ dịng điện xung kích:   I xk  *1.8* I N  *1.8*5.25  13.36(kA)   Ngắn mạch pha góp 0.4kV điểm N2 Tổng trở tương đương nhìn từ góp hạ áp Z td  Z B2  ( X HT  X B )  0.011252  (0.002  0.0384)  0.042 IN    1   23.81(dvtd ) Ztd 0.042   Khi ngắn mạch N2 thì: Dịng ngắn mạch phía 22kV: I N 2,CAO  I N 2,dvtd * I cb,CAO  23.81*10.49  249.77 Dịng ngắn mạch phía 0.4kV   I N 2, HA  I N 2,dvtd * I cb, HA  23.81*577.35  13.75(kA)   Dịng xung kích phía 22KV: I xk ,CAO  *1.8* I N 2,CAO  *1.8*249.77  635.81( A)   Dòng xung kích phía 0.4KV: I xk , HA  *1.8* I N 2, HA  *1.8*13.75  35(kA)   6.9 Chọn khí cụ điện: Chọn cầu chì tự rơi (FCO) Chọn cầu chì có mã hiệu C710-211PB CHANGE chế tạo SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh 46 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường C710-21PB Thông số Trị số tính tốn Trị số chọn Uđm 22KV 27kV Iđm 10.49A 100A IN 5.25kA 8kA Chọn dây chì dùng cho FCO theo dịng điện Dịng định mức phía cao áp Iđm=10.49(A)  10.49*2.4=25.176(A) Tra bảng chọn loại dây chì loại 20K ứng với hệ số dây chì 30 định mức cutout 50(A) Chọn máy biến dòng (BI) Gồm BI 22kV có tỷ số biến dịng BI 15/5 cho trạm có cơng suất 400(kVA) Chọn máy biến điện áp (BU) BU 12700/120 V tram2kV 6.10 Chọn cáp: Chọn cáp xuất hạ Dịng phụ tải lấy dịng định mức phía hạ MBA I dm,ha  577.35( A)   biến áp 400 (kVA) tra bảng phụ lục ta có tiết diện cáp Với cơng suất trạm hạ thế(mm2) 2x2M200+M300 2x2M200+M300: pha, pha chập sợi cáp lỏi, tiết diện lỏi 200mm2 Dây trung tính cáp lỏi tiết diện 300mm2 Chọn cáp đồng có tiết diện 200mm2 có lỏi cách điện LENS chế tạo Thông số: F=200mm2, d(lỏi) = 15.6(mm),r0=0.0991(Ω/km) Icp(1 sợi)=506(A) Hai sợi có Icp=506*2=1012 > 577.35(A) Kiểm tra ổn định nhiệt: Fcap  BN c   Với BN  I N2 t IN:dòng ngắn  mạch xảy ngắn mạch phía hạ áp MBA( điểm N2) với IN=13.75(KA) T=0.2(s) (10 chu kỳ) C=171 cáp đồng SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh 47 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường  BN  137502 *0.2  37.81*106 ( A2 s)   37.81*106  35.96mm2 171   Vậy F=200mm2 thỏa điều kiện ổn định nhiệt  Fcap  Chọn cáp hạ áp cho khách hàng Số đường dây hạ cung cấp từ trạm đường Giả thiết đường dây mang tải Dòng điện đường lúc bình thường I 577.35  96.23( A)   Giả sử đường dây có đường vận hàng song song, cố đường dây, đường dây cịn lại phải tải tồn cơng suất đường Khi dịng điện cưỡng đường dây I cb  96.23*2  192.46( A)   Chọn cáp đồng lỏi tiết diện 50mm2 có ký hiệu 3x1M50 cho pha, có Icp=207, dây trung tính chọn nhỏ cấp dây 35, cách điện PVC LENS chế tạo Kiểm tra ổn định nhiệt: Fcap  BN c   Với BN  I N2 t IN:dòng ngắn  mạch xảy ngắn mạch phía hạ áp MBA( điểm N2) với IN=13.75(KA) T=0.2(s) (10 chu kỳ) C=171 cáp đồng  BN  137502 *0.2  37.81*106 ( A2 s)   37.81*106  Fcap   35.96mm2 171   Vậy F=50mm2 thỏa điều kiện ổn định nhiệt 6.11 Chọn Aptomat tổng: Dịng định mức phía hạ áp củ MBA I dm,ha  577.35( A)   SVTH: Nguyễn Hoàng Thanh 48 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Vũ Thế Cường Dòng ngắn mạch phía hạ áp MBA(điểm N2) IN=13750(A) Chọn aptomat có mã hiệu: 320-800A C801N Merlin Gerin chế tạo 320-800A C801N Thơng số Tính tốn Chọn Số cực Iđm(A) 577.35 800 Uđm(V) 400 690 IN(kA) 13.75 25 Aptomat nhánh Dịng cưỡng qua cáp:192.46(A) Dịng ngắn mạch phía hạ áp MBA( điểm N2):IN=13750(A) Chọn aptomat có mã hiệu:EA-203 Nhật chế tạo EA-203 Thơng số Tính tốn Chọn Số cực Iđm(A) 192.46 200 Uđm(V) 380 380 IN(kA) 13.75 18 6.12 Chọn chống sét: Chọn chống sét loại giá đỡ dùng cho MBA đường dây 22kV mã hiệu AZLP531A24 hãng Cooper chế tạo 6.13 Nối đất: Tất trạm biến áp hệ thống cung cấp điện phải có hệ thống nối đất với Rđ