đồ án môn lưới điện FULL

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG Điện áp danh định lưới điện thứ Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy phátđiện trong hệ thống phải phát công suất điện đúng bằng cô

Đ ồ án môn h c ọc lưới điện

Điện áp danh định lưới điện thứ

cấp(kV)

Đ ồ án môn h c ọc lưới điện

CHƯƠNG II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

Điện áp danh định lưới điện thứ

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy phátđiện trong hệ thống phải phát công suất điện đúng bằng công suất tiêu thụcủa các phụ tải trong hệ thống đồng thời cộng thêm các tổn thất phát sinhtrong quá trình truyền tải

Ngoài ra để đảm bào hệ thông vận hành ổn định trong các điều kiện khácnhau, hệ thống phát điện của nhà máy phải có dự trữ công suất tác dụngnhất định Mức dự trữ công suất tuỳ thuộc vào yêu cầu của hệ thống vàmức độ phát triển sau này

∑PF =∑PYC = m∑Ppt +∑∆P +∑Ptd+∑Pdt (1.21)

Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống:

Đ ồ án môn h c ọc lưới điện

∑Ppt:Tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độphụ tải

∑∆P :Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện, khi

∑Pdt :Tổng công suất dự trữ trong mạng điện,khi cân bằng

m : hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đạiMột cách gần đúng ta có thể thay bằng công thức:

∑PF = ∑Ppt + 15%∑Ppt (1.2.2)Theo bảng số liều vê phụ tải đã cho ở trên ta có :

Việc cân bằng công suất tác dụng giúp cho tần số của lưới điện luônđược giữ ổn định

2.3 Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống.

Cân bằng công suất phản kháng có quan hệ tới điện áp Hệ thống khôngcân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn tới thay đổi điện áp trong hệ thốngđiện Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản khángtiêu thụ thì điện áp trong hệ thống sẽ tăng, ngược lại nếu công suất phảnkháng phát ra nhỏ hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì sẽ dẫn tới sự sut

áp Vì vậy để đảm bảo chất lượng của hệ thống điện ta cần phải cân bằngcông suất phản kháng trong hệ thống

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống:

∑QF =∑Qyc =m∑Qpt +∑∆Qb +∑QL -∑Qc +∑Qtd +∑Qdt (1.3.1)

Trong đó:

ra

cực đại

Đ ồ án môn h c ọc lưới điện

đường dây trong mạng điện

đường dây sinh ra,khi tính sơ bộ lấy : ∑Qc = ∑QL

∑∆Qb : tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm

điện

m :hệ số đồng thờiTrong tính toán sơ bộ ta có thể tính tổng công suất phản kháng yêu

cầu trong hệ thống bằng công thức sau đây:

Như vậy công suất phản kháng phát ra lớn công suất phản kháng tiêu thụ

của hệ thống do vậy ta không phải bù công suất phản kháng

Đ ồ án môn h c ọc lưới điện

Đ ồ án môn h c ọc lưới điện

Từ sơ đồ mặt bằng nguồn điện và các phụ tải đã cho ta có thể đưa

ra các phương án nối dây cho mạng lưới điện trên Sau đây là 5 phương

án và tính toán đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật của các phương án này

Đ ồ án môn h c ọc lưới điện

Đ ồ án môn h c ọc lưới điện

Đ ồ án môn h c ọc lưới điện

3.3

P h ư ơng án nối dây 1

3.3.1 Sơ đồ nối dây

Điện áp vận hành ảnh hưởng đến các đặc trưng kĩ thuật, các chỉ tiêu

kĩ thuật của mạng lưới điện

Điện áp định mức của mạng lưới điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: côngsuất của phụ tải, khoảng cách từ nguồn đến các phụ tải, vị trí tương đối giữa các phụ tải trong mạng lưới…

Điện áp định mức có thể được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị côngsuất trên mỗi đoạn đường dây điện

Điện áp định mức trên của đường dây có thể được tính theo công thứckinh nghiêm sau:

Trong đó :

Uvhi = 4,34 li 16.Pi (2.1)

li : khoảng cách truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (km)

Pi :Công suất truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (MW)Dựa vào sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải ta có điện

áp vận hành trên các đoạn đường dây như sau:

Điện áp địnhmức của cả

Jkt = 1,1A/mm2Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại đượctính bằng công thức :

Uđm : điện áp định mức của mạng điện , kV

Smax : công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cựcđại,MVA

Đối với các đường dây trên không , để không xuất hiện vầng quangcác dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F  70 mm2

Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong phương án 1

Ta chọn theo tiết diện tiêu chuẩn gần nhất : AC-70

Isc = 2.Imax = 2.58.32 = 116.64 A < Icp = 250 A (thỏa mãn điều kiện phát nóng)

Tính toán tương tự cho các đoạn còn lại ta được bảng số liệu sau:Đoạn

ả n g 3.2 Dòng điện cho phép lâu dài chạy trên mỗi đoạn đường dây và

điện trở và điện kháng đơn vị tương ứng với mỗi đoạn đường dây

3.3.4 T í nh t ổn t hất đ i ệ n áp t rong m ạng đ i ệ n t rong các t r ư ờng h ợp vận h ành b ì nh t h ư ờng và c h ế đ ộ s ự c ố

Tổn thất điện áp trên mỗi đoạn đường dây trong chế dộ vận hành bìnhthường được tính bằng công thức

∆Uibt : tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i,%

Pi, Qi : Công suất tác dụng và công suất phản kháng chạytrên đoạn đường dây thứ i

ri, xi : điện trở và điện kháng đơn vị của đoạn đường dâythứ i

Trong chế độ sự cố , đối với mạng điện đường dây 2 mạch tổn thấtđiện áp trong chế độ sự cố (đứt một đoạn đường dây ) được tính theocông thức :

∆Uisc =2.∆Uibt (2.5)Đối với đoạn đường dây N-1

ả n g 3.3 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện

Từ các kết quả trên nhận thấy rằng ,tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độvận hành bình thường là:

∆Umax bt =3.72 %

Tổn thất điện áp trong chế độ sự cố

bằng : ∆Umax sc= 7.44 %

3.4 P hươ n g án n i ối d ây 2

3.4.1 Sơ đồ nối dây

x0(Ω/km)

*-6 b0

10 (S/ km)

3.4.3 T í nh t ổn t hất đ i ệ n áp c ủ a các đoạn đ Ư ờng d ây t rong m ạng đ i ệ n

Tính toán tương tự như đối với phương án I ta có bảng số liệu sau:

Bảng 3.5.Tổn thất điện áp trên các đường dây

Từ các kết quả ở bảng trên ta nhận thấy, tổn thất điện áp lúc làm việc

bình thường và khi sự cố có giá trị lớn nhất là:

Trong chế độ sự cố không xét sự cố xếp chồng mà chỉ xét sự cố đơn

giản (đứt một dây) nên:

Bảng 3.6.Điện áp tính toán trên các đường dây

3.5.3 L ự a c h ọn t i ế t d i ệ n d ây d ẫ n

Tính toán tương tự như đối với phương án 1, ta có tiết diện của các đoạn

dây dẫn được cho trong bảng 2.8:

Bảng 3.7 Thông số các đường dây trong mạng điện

Từ bảng số liệu trên ta nhận thấy tất cả các tiết diện tiêu chuẩn đã chọn

đều thoả mãn điều kiện phát nóng

Từ bảng số liệu trên ta có tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây đoạnđường dây N-4-3:

Từ kết quả tính toán trên ta nhận thấy

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường là :

Bảng 3.9.Điện áp tính toán trên các đường dây

Bảng 3.10 Thông số các đường dây trong mạng điện

Từ bảng số liệu trên ta nhận thấy tất cả các tiết diện tiêu chuẩn đã

chọn đều thoả mãn điều kiện phát nóng

Bảng 3.11 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây của mạng điện

Từ bảng số liệu trên ta có tổn thất điện áp trên các đoạn đường dâyđoạn đường dây N-3-4

Từ kết quả tính toán trên ta nhận thấy

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường là :

∆UN-3-4bt =4.7%

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố

là : ∆UN-2-1sc= 9.4 %

Như vậy phương án này đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật

3 7 Ph ươ ng án nối i d ây 5

3.7.1.Sơ đồ nối dây

3.7.2 L ự a chọn t i ế t d i ệ n d ây dẫn và k i ể m t ra đ i ề u k i ệ n p hát nó n g

Do trong sơ đồ nối dây có mạch vòng nên ta phải tính dòng công suấtchạy trong các đường dây trong mạch vòng N-5-6-N Giả thiết mạng điệnđồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện

Gọi khoảng cách N-5 là l1, khoảng cách 5-6 là l2, khoảng cách N-6 là

Kiểm tra sự cố : dòng điện chạy trên đoạn 5-6 lớn nhất khi có sự cố đứt

N-5: I sc  30.24

.103 79.36A 3.110.2

Khi đó, Isc(N-6)= 22.78 103  59.79A .

3.110.2Khi sự cố đứt N-5 dòng điện chạy trên đoạn N-6 có giá trị :

x0(Ω/m)

b 0 10 (S/km)

Bảng 3.12.Thông số đường dây phương án V

Các tiết diện dây dẫn được chọn đều thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố



T

í nh t ổn t hất đ i ệ n áp t rong m ạch vòng đ ã xét

Bởi trong mạch vòng đã xét chỉ có một điểm phân chia công suất là nút 6

Do đó tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện trong chế độ vận hành

= 7,340%

- Tổn thất điện áp trên đoạn 5-6 là:

Khi ngừng đoạn đường dây N-6

- Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-5 là

Vậy tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố là tổn thất điện áp khi

đứt đoạn đường dây N-5 và bằng:

Từ các kết quả ở bảng trên ta nhận thấy, tổn thất điện áp lúc làm việc

bình thường và khi sự cố có giá trị lớn nhất là:

Umax bt% = UN -6 bt% = 4.87 %Trong chế độ sự cố không xét sự cố xếp chồng mà chỉ xét sự cố đơn

giản (đứt một dây) nên:

Umax sc% =8.14 %

Đó là trường hợp ngừng N-2 trong mạch vòng

Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định

mức ,do đó để đơn giản ta không cần tính vốn đầu tư vào các trạm hạ áp.Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng để so sánh các phương án là các chi phítính toán hàng năm, được xác định theo công thức:

Z=(atc+ avh) K + ∆A.c

Trong đó :

Z:hàm chi phí tính toán hàng năm

atc:hệ số hiệu quả của vốn đầu tư atc=0,125

điện avh=0,04 (Dùng cột bêtông cốt thép)

∆A:Tổng tổn thất điện năng hàng năm

C : giá 1kWh điện năng tổn thất :c=500 đ/kW.h)

K : tổng các vốn đầu tư về đường dây-Tính K

Đối với các đường dây trên không 2 mạch đặt trên cùng một cột,tổng vốnđầu tư để xây dựng các đường dây có thể xác định theo công thức sau:

K= ∑1,6.k0i.li

Trong đó :

k0i : giá thành 1 km đường dây thứ i , đ/km

li : chiều dài đoạn đường dây thứ i ,kmVới đường dây 1 mạch :K= k0i.li

-Tổn thất điện năng trong mạng điện được tính theo công

thức : ∆A = ∑∆Pimax τTrong đó :

Ri: điện trở tác dụng của đoạn đưòng dây thứ i

- Thời gian tổn thất công suất lớn nhất có thể được tính theo công

thức: τ= (0,124+ Tmax .10-4)2 .8760Trong đó :

Tmax là thời gian sử dụng phụ tải cực đại trong

Sau đây ta sẽ tính toán hàm chi phí tính toán hàng năm đối với từngphương án

4.2 Tính t oán c ác p hư n ơ g án

4.2.1 P h ư ơng án 1

Tính K cho mỗi đoạn đường dây

Đoạn đường dây N-1(AC-70)

R , Ω

P, MW

Q, MVAr

ΔP, MW

k0.106(đ/km)

K*106(đ)

R , Ω

P, MW

Q, MVAr

ΔP, MW

k0*106(đ/km)

K*106(đ)

Đường

L , km

R , Ω

P, MW

Q, MVAr

ΔP, MW

k0*106(đ/km)

K*106(đ)

Từ kết quả trên ta nhận thấy phương án 1 là phương án tối ưu

Như vậy sau khi đưa ra các phưong án thoả mãn về mặt kỹ thuật ,chúng

ta đã tiến hành so sánh về mặt kinh tế các phương án và lựa chọn phương

án 1 là phương án tối ưu Từ chương sau trở đi ta chỉ tiến hành tính toáncho phưong án này

ạm

áp.

Trong hệ thống điện có 5 phụ tải loại I, vì vậy để đảm bảo cung cấpđiện cho các hộ phụ tải này cần dặt hai máy biến áp làm việc song songtrong mỗi trạm.Phụ tải loại III dùng 1 máy biến áp

Khi chọn công suất của máy biến áp cần phải xét đến khả năng quá tảicủa máy biến áp còn lại sau sự cố Xuất phát từ điều kiện quá tải cho phépbằng 40% trong thời gian phụ tải cực đại.Công suất của mỗi máy biến áplàm việc trong trạm có n máy biến áp được xác định theo công thức :

S

Trong đó: Smax :phụ tải cực đại của trạm

k: hệ số quá tải của máy biến áp trong chế độ sau sự cố,k=1,4

n : số máy biến áp trong trạmĐối với trạm có hai máy biến áp ,công suất của mỗi máy biến áp

bằng:

Sdm S

Sau đây chúng ta tiến hành lựa chọn máy biến áp cho các hộ phụ tải

Ở phần trên chúng ta đã lựa chọn điện áp vận hành của mạng điện là110kV

Từ các công thức trên ta tính chọn được các MBA trong bảng sau:

Hộ phụ tải Smax (MVA) Smax/1,4

∆P0kW

I0

(%)

R (Ω)

X (Ω)

∆Q (kVAr)

5.2.2 Tr ạm trung gi an

Để đảm bảo tin cậy ta cũng sử dụng sơ đồ 2 hệ thống thanh góp:

5.2.3 T r ạm c u ố i

Ở trạm cuối có các trường hợp xảy ra như sau:



- Nếu đường dây ngắn (l < 70 km) và ít xảy ra sự cố thì máy cắt đặtphía máy biến áp Mục đích để thao tác đóng cắt máy biến áp theo chế độ

công suất của trạm (phụ tải cực đại, phụ tải cực tiểu của trạm) Khi đó ta

sử dụng sơ đồ cầu ngoài :

H Ư ƠN G V I

TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC

CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA LƯỚI ĐIỆN

Để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của mạng điện thiết kế ,cầnxác định các thông số chế độ xác lập trong các chế độ phụ tải cực đại,cựctiểu và sau sự cố khi phụ tải cực đại

Khi xác định các dòng công suất và các tổn thất công suất ,ta lấy điện

áp ở tất cả các nút trong mạng điện bằng điện áp định mức Ui = Udm=

S :công suất của phụ tải

Sdm:công suất định mức của máy biến áp

m:số máy biến áp vận hành trong trạm

Tổn thất điện áp trong máy biến áp:

6.1.1 Xét đoạn đƯờng dâ y N- 1

Sơ đồ nối dây của đoạn N-1

- Công suất phản kháng do điện dung ở cuối đường dây 1 sinh ra là:

Các nhánh còn lại tính toán tƯơng tự ta đƯợc bảng 6.1 :

6.1.3 C ân b ằng ch í nh xác c ông s u ất t rong hệ t h ống.

Sau khi tính toán ta có các dòng công suất truyền từ nguồn vào các đoạnđường dây đựợc tóm tắt trong bảng :

(MW)

Công suất phản kháng (MVAr)

Để đảm bảo điều kiện cân bằng công suất trong hệ thống, nguồn điệnphải cung cấp đủ công suất theo yêu cầu Tổng công suất tác dụng nguồn

Với hệ số công suất hệ thống bằng 0,8 thì tổng công suất phản kháng của nguồn điện có thể cung cấp là:

Qcc = Pcc * tg φF = 150.0,62 =112,5 MVAr > Qyc =98,027 MVAr

Như vậy công suất phản kháng của nguồn cung cấp lớn hơn công suấtphản kháng yêu cầu nên không cần bù công suất phản kháng trong chế độphụ tải cực đại

Phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại

Công suất của các phụ tải trong chế độ phụ tải cực tiểu cho trong bảngsau:

Việc tính toán chế độ mạng điện khi phụ tải cực tiểu được tiến hành

tương tự như chế độ cực đại

Ta có các thông số của sơ đồ thay thế:

S N1 = S 1’ –jQcd1 = 17+j9.68 MVA

Các trƯờng hợp còn lại tính toán tƯơng tự ta đƯợc bảng 6.2

(MW)

Công suất phản kháng (MVAr)

- Ta không giả thiết sự cố xếp chồng

- Sự cố xảy ra ở chế độ cực đại

- UN = 121 KV

Vậy các thông số ở sơ đồ thay thế của lộ đường dây trong chế độ sự cốchỉ có thông số về đường dây nối trực tiếp với nguồn là thay đổi còn cácthông số khác là không thay đổi so với chế độ phụ tải cực đại

Sơ đồ nối dây của đoạn N-1

- Công suất trước tổng trở Z1 của đường dây là:

C

H Ư ƠN G V I I LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

TRONG MẠNG ĐIỆN

7.1 X ác đ ị n h đ i ệ n áp t i ạm c ác n ú t c ủ a m n ạm g đ i ệ n

Trong mục này, ta sử dụng các số liệu về tính toán chính xác phân bốcông suất trong mạng điện ở chương trước để tính điện áp tại các nút.Phương pháp chung để tính điện áp tại các nút là công suất ở đâu thì lấyđiện áp ở đó Trong đồ án môn học đã cho trước điện áp vận hành tạithanh cái cao áp của nhà máy điện trong các trạng thái vận hành nên ta sẽtính điện áp tại các nút trong mạng điện theo công suất ở đầu đường dâytrong cả 3 trạng thái: phụ tải cực đại, phụ tải cực tiểu và sự cố