cân bằng công suất trong hệ thống điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, ngành công nghiệp điện lực giữ vai trò đặc biệt quan trọng, bởi vì điện năng là nguồn năng lượng được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân. Khi ta xây dựng một nhà máy, khu dân cư, thành phố…Trước tiên ta phải xây dựng một hệ thống lưới điện để cung cấp điện nhằm mục đích phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất. Khi xây dựng một hệ thống lưới điện thì vấn đề thiết kế đóng vai trò rất quan trọng, người thiết kế phải làm sao mạng lưới mà mình thiết kế đạt yêu cầu về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật, và chọn ra những phương án tối ưu nhất đạt yêu cầu về mặt kỹ thuật và đảm bảo tính kinh tế. Để đạt được điều đó thì môn học: MẠNG LƯỚI ĐIỆN giúp chúng ta những kiến thức không nhỏ trong lĩnh vực hệ thống điện. Sau một thời gian tìm tòi nghiên cứu, cùng với kiến thức truyền đạt của thầy cô giáo bản thân em đã hoàn thành đồ án môn học MẠNG LƯỚI ĐIỆN mà thầy đã giao. Tuy nhiên với những kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm chưa có, thực tiễn ít. Chắc chắn đồ án môn học không thể nào tránh sót khỏi một số sai sót. Vậy em rất mong sự quan tâm, chỉ bảo của các thầy cô để sau này làm đồ án tốt nghiệp, cũng như ứng dụng trong thực tế. Quy Nhơn, ngày 14/02/2009 Sinh viên thiết kế Nguyeãn Quang Hieån SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 1 ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN CHƯƠNG 1 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Đảm bảo chất lượng điện năng là một trong những yêu cầu quan trọng của truyền tải và cung cấp điện. Yếu tố quyết định đến chất lượng điện năng là tần số và điện áp. Vậy muốn một hệ thống vận hành và cung cấp điện năng đạt chất lượng tốt thì nhất thiết phải cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng 1.1.Phân tích nguồn phụ tải : 1.1.1. Nguồn cung cấp điện. Là nhà máy điện khu vực có đủ công suất cung cấp cho các phụ tải làm việc trong mọi chế độ của mạng có: Hệ số công suất trung bình trên thanh góp cao áp của nhà máy điện khu vực cosφ = 0,85. Điện áp trên thanh cái cao áp của nhà máy điện khi phụ tải cực đại bằng 110%. Điện áp trên thanh cái cao áp của nhà máy điện khi phụ tải cực tiểu bằng 105%. Khi phụ tải nặng nề là 110% điện áp danh định. 1.1.2. Các phụ tải Mạng được thiết kế với 6 phụ tải loại một là những hộ tiêu thụ điện quan trọng, vì vậy ta thiết kế mạng điện bằng đường dây hai mạch cosφ = 0,9 → tgφ=0,484 Thời gian sử dụng công suất cực đại T max = 5000 h ; P min = 70% P max Điện áp danh định của lưới điện thứ cấp U đm = 10 kV Phụ tải 1: P 1max = 38 MW Q 1max = P 1max × tgφ = 38 × 0,484 = 18,392 MVAr P lmin = 70% P 1max = 6,26 100 3870 = × MW Q 1min = 70% Q 1max = 874,12 100 392,1870 = × MVAr SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 2 ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN Tính toán các đường dây còn lại ta có bảng sau : Hộ tiêu thụ S • max = P max + jQ max , MVA S max , MVA S • min = P min + jQ min , MVA S min , MVA 1 2 3 4 5 6 38 + j18,392 40 + j19,36 49 + j23,716 38 + j18,392 40+ j19,36 49 + j23,716 42,216 44,438 54,437 42,216 44,438 54,437 26,6 + j12,874 28,0 + j13,552 34,30 + j16,601 26,6 + j12,874 28,0 + j13,552 34,30+ j16,601 29,551 31,107 38,106 29,551 31,107 38,106 Tổng 254+j122,936 282,282 177,8+ j85,344 197,528 Bảng 1.1: Thông số các phụ tải 1.2. Cân bằng công suất : 1.2.1Cân bằng công suất tác dụng : P F = P yc P F - tổng công suất do nguồn cung cấp phát ra. P yc - tổng công suất yêu cầu của mạng điện. P yc =m. ∑ P imax + ∑ ∆ P m- hệ số đồng thời ; chọn m =1. ∑ P imax - tổng công suất ở chế độ S max . ∑ ∆ P - tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện thiết kế. Trong khi tính toán có thể lấy: ∑ ∆ P = (5% ÷ 10%) maxi P ∑ = 5% × 254=12,7 MW P F = P yc = 254+12,7=266,7 MW 1.2.2. Cân bằng công suất phản kháng : SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 3 ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN Việc cân bằng công suất phản kháng giữ cho điện áp trên lưới luôn bằng điện áp vận hành. Q F = Q yc Q F - tổng công suất phản kháng của nguồn cung cấp Q F = P F × tgφ F cosφ F = 0,85 Q yc - tổng công suất mạng điện yêu cầu. Q yc = m ∑ Q imax + ∑ ∆ Q L - ∑ ∆ Q C + ∑ ∆ Q b Chọn m=1 ∑ ∆ Q L - tổng công suất phản kháng của các phụ tải ở chế độ cực đại. ∑ ∆ Q C - tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra. Trong khi tính toán sơ bộ : ∑ ∆ Q L = ∑ ∆ Q C Do đó: ∑ ∆ Q L - ∑ ∆ Q C = 0 ∑ ∆ Q b : tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm hạ áp. Trong tính toán sơ bộ: ∑ ∆ Q b =           ∑ ∑ im ipt Q S %15 %10 Q F = 266,7 × 0,62 = 165,354 MVAr ∑ Q imax = Q 1max + …+ Q 6max = 122,936 MVAr ∑ ∆ Q b = 15% × 122,936 = 18,440 MVAr Q yc = 122,936 + 18,440 = 141,376 MVAr Kiểm tra: Q F = Q yc ⇒ công suất phản kháng trong các ngồn cung cấp lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ nên không cần bù Q. CHƯƠNG 2 SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 4 ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Theo yêu cầu của đồ án ta xét đến 5 phương án nối dây. Vì các phụ tải là các hộ tiêu thụ loại một, là các hộ rất quan trọng nên ta sử dụng đường dây 2 mạch song song. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật phụ thuộc vào sơ đồ nối dây. Nối dây của sơ đồ phải đảm bảo tin cậy, chi phí nhỏ, thuận tiện và an toàn khi vận hành và dự kiến sự phát triển của phụ tải trong tương lai. Sau khi phân tích 5 sơ đồ nối dây ta so sánh các phương án và chọn một phương án hiệu quả nhất. 2.1. Dự kiến các phương án 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 các hộ tiêu thụ, thuận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới. Tất cả các phụ tải là phụ tải loại 1 nên dùng đường dây 2 mạch. Có 5 phương án được dự kiến như ở hình dưới: • Sơ đồ mạch điện phương án 1: • Sơ đồ mạch điện phương án 2: SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 5 3 S MĐ 2 S 1 S • 5 S MĐ 1 S 2 S 5 S 3 S ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN • Sơ đồ mạch điện phương án 3 SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 6 1 S 2 S 5 S 4 S MĐ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN • Sơ đồ mach điện phương án 4 : • Sơ đồ mạch điện phương án 5 : 2.2. Phương án 1 SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 7 MĐ 1 S 2 S 3 S 5 S 4 S 5 S 1 S 2 S 3 S MĐ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN • Sơ đồ mạng điện của phương án 1 cho ở hình dưới: Sơ đồ mạng điện phương án 1 l 1 = 22 5040 + = 64,031 km 2.2.1. Chọn điện áp định mức của mạng điện Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm sau: U đm = 4,34 Pl .16+ , kV Trong đó: l - Khoảng caùch truyền tải, km P - công suất truyền tải trên đường dây, MW l 1 = 22 5040 + = 64,031 km U MĐ-1 = 3816031,6434,4 ×+ = 112,508 kV Các đường dây còn lại được tính tương tự ta có kết quả tính điện áp định mức của các đường dây trong phương án I cho trong bảng 2.1. SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 8 1 S 2 S 5 S 3 S ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN Đường dây Công suất truyền tải, MVA Chiều dài đường dây l, km Điện áp tính toán U, kV Điện áp định mức của mạng U đm , kV MĐ-1 MĐ-2 MĐ-3 MĐ-4 MĐ-5 MĐ-6 38 + j18,392 40 + j19,36 49 + j23,716 38 + j18,392 40 + j19,36 49 + j23,716 64,031 50,99 67,082 64,031 60,827 53,851 112,508 114,084 126,612 112,508 114,893 125,624 110 Bảng 2.1. Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Từ các kết quả nhận được trong bảng 3.1, chọn điện áp định mức của mạng điện U đm = 110 kV 2.2.2. 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). Đối với các đường dây 100 kV, khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (D tb = 5m). Đối với các mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện, nghĩa là: F= kt J I max Trong đó: I max - dòng điện chạy trên đường dây trong các chế độ phụ tải cực đại A . J kt - mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm 2 . Với dây AC vàT max =5000h thì . J kt = 1,1 A/mm 2 . Dòng điện chạy trên đường dây trong các chế độ phụ tải cực đại được xác định theo công thức: SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 9 ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN I max = dm U3n S max .10 3 , A n - số mạch của đường dây (đường dây một mạch n =1; đường dây hai mạch n = 2). U đm - điện áp định mức của mạng điện, kV. S max – cơng suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA. Đối với đường dây 110 kV, để khơng xuất hiện vầng quang các dây nhơm lõi thép cần phải có tiết diện F ≥ 70 mm 2 . Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự cố, cần phải có điều kiện sau: I sc ≤ I cp Trong đó: I sc - dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố. I cp - dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn. * Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây MĐ - 1. Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại bằng: I MĐ-1 = ÐM U S 3n MÐ-1 × 10 3 = 3 22 10 11032 392,1838 × ×× + = 110,79 A Tiết diện dây dẫn: F MĐ-1 = -1 kt J MÐ I = 1,1 79,110 = 100,71mm 2 Chọn dây AC có tiết diện 95 mm 2 có I cp = 330 A , r o = 0,33 Ω /km, x o = 0,429 Ω /km, b o = 2,65.10 6− S/km Tính các thơng số đường dây MĐ-1: Điện trở tác dụng của đường dây có độ dài S 1 SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 10 [...]... dây trong mạng điện ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN Trang 12 MĐ-6 MĐ-5 MĐ-4 MĐ-3 MĐ-2 MĐ-1 Đường dây ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN 2.2.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện : Để đánh giá chất lượng điện năng dựa trên hai chỉ tiêu là tần số và điện áp .Trong thiết kế nguồn cung cấp đủ cơng suất tác dụng nên khơng xét đến chỉ tiêu tần số Vì vậy chỉ tiêu chất lượng của điện năng là giá trị của độ lệch điện. .. MVA S, A Ibt, mm2 Ftt, mm2 Ftc, A Icp, A Isc, ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN 2.6.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện : 1 Tính tổn thất điện áp trong mạch vòng đã xét: Trong mạch vòng này chỉ có một điểm phân bố cơng suất là nút 1 nên nút này sẽ có điện áp thấp nhất trong mạch vòng, nghĩa là tổn thất điện áp lớn nhất trong mạch vòng bằng: 35,481 × 10,885 + 17,172 × 26,188 × 100 = 6,9% 110 2 42,518 ×... đường dây trong mạng điện ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN Kết quả tính các thông số của tất cả các đường dây trong mạng điện cho trong bảng 2.5 Trang 18 MĐ-6 49+j23,716 142,86 4-5 40+j19,36 116,62 MĐ-4 78+j37,752 227,412 MĐ-3 49+j23,716 142,86 1-2 40+j19,36 116,62 MĐ-1 78+j37,752 227,412 Đườg MVA S, dây A Ibt, ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN 2.3.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện 1 Tính tổn thất điện áp... Uibt = PRi + Qi X i i 100 2 U dm Trong đó: Pi, Qi - cơng suất chạy trên đường dây thứ i; Ri, Xi - điện trở và điện kháng của đường dây thứ i; Đối với đường dây hai mạch, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trên đường dây bằng: ∆ Ui sc % = 2 ∆ Ui bt % • Tính tổn thất điện áp trên đường dây MĐ- 1 Trong chế độ làm việc bình thường, tổn thất điện áp trên đường dây bằng: ∆ U1 bt % = 38 × 10,565 + 18,392... tổn thất điện áp trong mạng điện Từ các kết quả trong bảng 3.3 nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện trong phương án 1 có giá trị: ∆ Umax bt % = ∆ UM-3 bt % = 6,447 % ∆ Umax sc % = ∆ UM-3 sc % = 12,894 % 2.3 Phương án 2 Sơ đồ mạng điện của phương án 2 cho ở hình dưới: MĐ S5 S1 S2 SVTH:Nguyễn Quang Hiển S3 Trang 14 ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN Sơ đồ phương án 2 2.3.1 Chọn điện áp định... đường dây cho trong bảng 2.15 Bảng 2.15 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện Từ các kết quả trong bảng 3.15 nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện trong phương án 5 có giá trị: ∆ Umax bt % = ∆ UM-4 bt % + ∆ U4-5 bt % = 6,578 % + 2,48 % = 9,508% Tổn thất điện áp cực đại trong chế độ sự cố khi ngừng đoạn đường dây M-2 trong mạch vòng, nghĩa là: ∆ Umax sc % = ∆ UM-1... Phương án 5 : s MĐ S5 S1 S2 S3 S4 Sơ đồ mạng điện phương án 2.6.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện : SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 31 ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN Tính dòng cơng suất chạy trên các đoạn đường dây trong mạch vòng MĐ-1-2MĐ Giả thiết rằng mạng điện đồng nhất và tất cả các đường dây đều có cùng một tiết diện Như vậy dòng cơng suất chạy trên đoạn MĐ-1 bằng: • • S 1× (l1−2 + l2 ) + S 2 × l2 S... HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN 2.4.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện 1 Tính tổn thất điện áp trên đường dây MĐ-3-2 trong chế độ làm việc bình thường: Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây MĐ-3 có giá trị: ∆ UM-3 bt % = 89 × 4,36 + 43,076 ×13,081 ×100 = 7,863% 110 2 Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây 2-3 có giá trị: ∆ U2-3 bt % = 40 × 5,566 + 19,36 × 8,72 × 100 = 3,235% 110 2 Như vậy, tổn thất điện áp trên... MẠNG LƯỚI ĐIỆN 2.5.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện : 1 Tính tổn thất điện áp trên đường dây MĐ-5-4 trong chế độ làm việc bình thường: Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây MĐ-5 có giá trị: 78 × 3,953 + 37,752 × 11,861 × 100 110 2 ∆ UM-5bt % = = 6,248% Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây 5-3 có giá trị: ∆ U5-4bt% = 38 × 5,217 + 18,392 × 6,782 ×100 = 2,669% 110 2 Như vậy, tổn thất điện áp trên... 7,593 2,481 5,175 MĐ-6 Bảng 2.6: Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện 15,186 4,962 10,35 Từ các kết quả trong bảng 3.6 nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện trong phương án 2 có giá trị: ∆ Umaxbt % = ∆ UM-1bt % + ∆ U1-2bt % = 7,593 % + 3,235% = 10,828% ∆ Umaxsc % = 7,593% × + 3,235% = 18,421% 2 2.4 Phương án 3 : MĐ Sơ đồ mạng điện của phương án 3 cho ở hình dưới: S5 . các phụ tải 1.2. Cân bằng công suất : 1.2. 1Cân bằng công suất tác dụng : P F = P yc P F - tổng công suất do nguồn cung cấp phát ra. P yc - tổng công suất yêu cầu của mạng điện. P yc =m. ∑ P imax . MW 1.2.2. Cân bằng công suất phản kháng : SVTH:Nguyễn Quang Hiển Trang 3 ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG LƯỚI ĐIỆN Việc cân bằng công suất phản kháng giữ cho điện áp trên lưới luôn bằng điện áp vận. một hệ thống vận hành và cung cấp điện năng đạt chất lượng tốt thì nhất thiết phải cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng 1.1.Phân tích nguồn phụ tải : 1.1.1. Nguồn cung cấp điện.