đồ án thiết kế trạm điện

đồ án thiết kế trạm điện

Phần mở đầu

Trong sự nghiệp Công Nghiệp Hoá và Hiện Đại Hoá đất nớc, điện năng

đóng vai trò chủ đạo và quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Nó đợc sử dụngrộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của nghành kinh tế quốc dân vì điện năng lànguồn năng lợng có thể dễ dàng chuyển hoá thành các dạng năng lợng khác.Chính vì vậy trớc khi xây dựng một hệ thống một khu công nghiệp hoặc một khudân c ngời ta phải xây dựng hệ thống cung cấp điện, nhu cầu về điện khôngngừng tăng trong giai đoạn trớc mắt và còn trong phải dự trù cho phát triển trongtơng lai gần

Ngày nay kỹ s làm việc trong lĩnh vực Hệ thống điện, thờng xuyên đợcyêu cầu nâng cao hiệu năng của hệ thống.Các yêu cầu nhằm gia tăng đáng kểhiệu suất đã khiến cho các kỹ s ngành năng lợng cần phải sử dụng các thiết bị

điện tử công suất và các khái niệm điều khiển hệ thống phức tạp Điều này trởthành gánh nặng đối với các công cụ phân tích và kỹ thuật cổ điển.Hơn nữa, sựkhó khăn đối với các nhà phân tích là các hệ thống điện thờng là phi tuyến, và vìvậy con đờng duy nhất để có thể hiểu các hệ thống này chỉ có thể thông qua môphỏng Chính vì những tính năng trên nên ta phải nghiên cứu và ứng dụng cácphần mền này vào trong hệ thống điện, cụ thể ở đây là phần mềm Powerworld đểthiết kế mô hình mô phỏng cấu trúc lới điện 110/22 kv trạm E34_Phi trờng Nam

Định

Nội dung đồ án gồm những phần sau:

Phần I : Thiết kế hệ thống điện trạm E34

Chơng I : Giới thiệu trạm E34 Phi Trờng Nam Định

Chơng II : Cân bằng công suất trong hệ thống điện của trạm E34

Phi Trờng Nam Định

Chơng III : Lựa chọn sơ đồ nối dây và so sánh về mặt kỹ thuật

Chơng IV : Tính toán Phơng án Đã Chọn Về Mặt Kinh Tế

Chơng V : Chọn số lợng, công suất MBA và sơ đồ nối dây

Chơng VI : Tính toán các trạng thái vận hành của lới điện

Chơng VII : Lựa chọn phơng thức điều chỉnh điện áp

Phần II : Mô phỏng trạm E34 trên powerworld

Chơng I : Khái niệm chung về mô phỏng

Chơng II : Giới thiệu về phần mềm Powerworld

Chơng III : ứng dụng phần mềm Powerworld thiết kế mô hình mô

phỏng cấu trúc lới điện 110/22 kv_Phi trờng Nam địnhTrong quá trình làm đồ án em đợc sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy:

Nguyễn Lơng Kiên đã trực tiếp hớng dẫn em Qua đây em xin gửi lời cảm ơn

chân thành đến thầy Nguyễn Lơng Kiên đã hớng dẫn cho em hoàn thành đồ án

này

PHầN I THIếT Kế Hệ THốNG ĐIệN TRạM E34

Chơng I Giới thiệu về trạm e34 phi trờng

nam định

I Sơ đồ mặt bằng và phụ tải của trạm E34 phi tr ờng Nam

Định

Trạm E34 Phi Trờng Nam Định nằm trong thành phố Nam Định các phụ tảicủa trạm là các hộ tiêu thụ điện nằm ở các huyện thuộc tỉnh Nam Định và một

số hộ tiêu thụ nằm ở khu vực lân cận nh Hà Nam và Thái Bình

Trạm E34 có 6 lộ ra đó là các đầu ra 371, 372, 373, 374, 375, 376 Trong đó:

Lộ 371 cấp điện cho phụ tải là Bơm Cốc Thành, Cầu Giành, Kênh Gia vàmột sộ hộ tiêu thụ khác

Lộ 372 cấp điện cho phụ tải là Huyện Giao Thuỷ

Lộ 373 cấp điện cho phụ tải là Huyện Nghĩa Hng

Lộ 374 cấp điện cho phụ tải là Tỉnh Uỷ, Trạm Bơm Hữu Bị, và một số hộtiêu thụ khác

Lộ 375 cấp điện cho phụ tải là Công Ty Gạch Tân Đệ, Trờng Đại Học ĐiềuDỡng, Nhà Máy Bia NaDa

Lộ 376 cấp điện cho phụ tải là Nhà Máy Dệt Nam Định và một số hộ tiêuthụ trong Thành Phố

Bảng số liệu phụ tải của trạm

Bảng tính khoảng cách từ nguồn đến các tải phụ:

Sơ đồ mặt bằng của trạm đến các phụ tải

SV: Hà trọng toàn 2 lớp: Đl_KTĐ 1A

Chú ý : ở đây mỗi ô vuông tơng ứng với chiều dài là 2km

Sơ đồ đi dây của trạm đến các phụ tải

II Tình trạng tổn thất điện năng hiện nay của trạm E34

Trạm E34 hiện nay quản lý vận hành tổng số : 105 km đờng dây trung

áp 22kv, tổng công suất đặt tại trạm biến áp phân phối là 55 MVA

Trạm E34

Tải 373

Tải 374Tải 371

Tải 375Tải 372

Tải 376

Nhìn chung lới điện do trạm E34 quản lý phủ trên địa bàn Tỉnh Nam

Định và một phần của Tỉnh Hà Nam và Tỉnh Thái Bình, lới điện 22kv đi quanhiều vùng khu vực đồng bằng chiêm trũng, gặp nhiều khó khăn cho việc sửachữa sự cố về mùa ma bão, có lộ có pha dây dẫn nhiều mối nối, xây dựng từ lâu

do thời tiết ăn mòn kim loại dẫn đến sự cố đứt dây,

Việc kiểm tra định kì đờng dây tuy thờng xuyên nhng chất lợng cha cao.Thiết bị đo hạ thế của khách hàng không đợc thay thế kịp thời, có trờng hợpcôngtơ của khách hàng bị kẹt,cháy cũng gây tổn thất điện năng

Thiết bị chống sét, tiếp địa trạm của khách hàng trớc đây Điện Lực chatiếp nhận, khách hàng không tuân thủ quy định về thí nghiệm định kì nên cácthiết bị này không đủ tin cậy để vận hành an toàn

Có MBA khách hàng khai thác quá tải, một số trạm sử dụng lệch pha làmcháy gioăng sứ hạ thế dẫn đến gỉ dầu, chập cháy cáp hạ thế dẫn đến sự cố MBA

Tăng tổn thất do phải cấp điện dự phòng (khi có sự cố lới hoặc phải cắt

điện cục bộ để thi công trên lới) để giảm thời gian mất điện của khách hàng làmtăng tổn thất so với kết dây cơ bản

Nguyên nhân tăng tổn thất do phát triển lới 0,4 và nhiều MBA mới đa vàokhai thác đang sử dụng non tải trong thời gian đầu, các khách hàng này mới ởgiai đoạn xây dựng nhà xởng và chạy thử dây chuyền sản xuất, mức độ sản xuấtcha ổn định, do vậy các TBA này chủ yếu sử dụng non tải, làm tăng tổn thất doMBA làm việc non tải

Nguyên nhân tăng tổn thất do thời tiết không thuận lợi và các MBA phânphối quá tải cục bộ làm chochất lợng điện năng không cao, VD : trong năm 2005

do ma úng kéo dài, dẫn đén các TBA bơm úng phải đóng điện dài ngày (hệ sốTmax rất thấp) dẫn đến tổn thất do MBA non tải dẫn đến tăng tổn thất điện năng

Số liệu tính toán lợng tổn thất điện năng trên đờng dây của Trạm E34:

đờng dây 371 ,372,374,375 dùng dùng loại cáp đôi AC-95

đờng dây 373 và 376 dùng loại cáp đôi AC-120

2 1

2 2

2 2

3 2

2 3

4 2

2 4

5 2

2 5

SV: Hà trọng toàn 4 lớp: Đl_KTĐ 1A

∆PN6 = 3

6 2

2 6

suất tác dụng trong mạng là 7350.19 KW tức lợng tổn thất hàng năm là

25,07*10 6 KWh Lợng tổn thất hàng năm này là tơng đối lớn nên mục đích của

đồ án là cung cấp đầy đủ thông tin về trạm E34 cũng nh các biện pháp khắc phụctình trạng tổng thất điện năng trên đờng truyền của trạm E34 bằng cách mô hìnhhoá mạng điện lại trên phần mềm powerworld và phân tích các yếu tố gây tổnthất điện năng đờng truyền và bằng một số phơng pháp thực tế khác !

Chơng II: Cân Bằng Công Suất Trong Hệ Thống Điện

của trạm e34 phi trờng nam Định

Quá trình sản suất, truyền tải và tiêu thụ điện năng trong HTĐ đợc tiếnhành đồng thời do điện năng không thể tích luỹ đợc Tại một thời điểm luôn có

sự cân bằng giữa điện năng sản suất và điện năng tiêu thụ, có nghĩa là tại mỗithời điểm cần phải có sự cân bằng giữa công suất tiêu thụ và pk phát ra với côngsuất tiêu dùng và pk tiêu thụ Nếu sự cân bằng trên bị phá vỡ thì các chỉ tiêu chấtlợng điện năng bị giảm dẫn tới mất ổn định hoặc làm tan rã hệ thống Do vậyphải kiểm tra sự cân bằng công suất trong MĐ trớc khi bắt đầu TK một mạng lới

I Cân bằng công suất tiêu dùng

Giả sử nguồn điện cung cấp đủ công suất tiêu dùng cho các phụ tải, do đó

sự cân bằng công suất điện biểu diễn bằng biểu thức sau:

F

P

∑ = ∑P YC

Trong đó:

P

∑ : Công suất tiêu dùng phát ra của nguồn

∑P YC : Tổng công suất tiêu dùng yêu cầu của hệ thống

Mà: ∑P YC = m∑P Pt + ∑∆P mđ +∑P td +∑P dt

m : Là hệ số đồng thời ( ở đây lấy m = 1)

∑P Pt : Tổng công suất tiêu dùng trong chế độ phụ tải cực đại

∑P td , ∑P dt : Tổng công suất tự dùng và công suất dự trữ của mạng

ở đây: ∑P dt = ∑P td = 0 Vì ∑P F coi nh lấy từ thanh cái cao áp

Vậy: ∑P F = ∑P YC = 55 +2.75 = 57.75 (MW)

II Cân bằng công suất phản kháng

Cân bằng công suất tác dụng, trớc tiên cần thiết để giữ đợc tần số bình ờng trong hệ thống, còn để giữ điện áp bình thờng cần phải có sự cân bằng côngsuất phản kháng Sự thiếu hụt công suất phản kháng làm cho U giảm Mặt khác

th-sự thay đổi U dẫn đến thay đổi f

Sự cân bằng công suất phản kháng trong HTĐ đợc biểu diễn bằng côngthức sau:

Lộ 371 Lộ 372 Lộ 373 Lộ 374 Lộ 375 Lộ 376

Vậy : ∑Q imax= 32.18 MVAR

Giả sử tổng tổn thất công suất phản kháng của các đờng dây bằngcông suất phản kháng do đờng dẫn của đ d sinh ra

Ta phải tiến hành bù u tiên cho những hộ ở xa, cosϕ thấp hơn và bù đến

cosϕ = 0,9 Còn thừa lại ta bù cho các hộ ở gần

Bảng tính khoảng cách từ nguồn đến các tải phụ:

Đối với phụ tải 2 : Qb2 =Q2 – P2 tgϕ 2

Nên tgϕ2 = 2 2

2

b

Q Q P

Trớc khi bù Sau khi bù

I Phơng án đi dây của mạng điện

• Theo yêu cầu là mức đảm bảo cung cấp điện cho hộ loại 1 đó là đầu ra374: Mà hộ loại 1 là những hộ tiêu thụ điện quan trọng, nếu nh ngừngcung cấp điện có thể gây ra nguy hiểm đến tính mạng và sức khoẻ conngời, gây thiệt hại nhiều về kinh tế, h hỏng về thiết bị làm hỏng hàngloạt sản phẩm, rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp ( VD: Các lòluyện kim loại, thông gió trong hầm lò và trong các nhà máy sản xuấthoá chất độc hại)

• Còn các hộ còn lại thì ta cấp điện nh hộ tiêu thụ loại 2 đó là các đầu ra371,372,373,375,376

- Khi CCĐ cho các phụ tải thì yêu cầu đối với mạng điện là:

+ Độ tin cậy CCĐ cho các phụ tải phải cao

+ Phải đảm bảo chất lợng điện năng

+Về kinh tế: Giá thành phải hạ, tổn thất điện năng phải nhỏ

+ An toàn đối với ngời và thiết bị

+ Linh hoạt trong vận hành và phải có khả năng phát triển trong tơng lai,phù hơp với sự phát triển của khoa học công nghệ trong tơng lai

- Vì các hộ loại 1 có tính chất quan trọng nh vậy nên phải đợc CCĐ liêntục không đợc mất điện Khi chọn các phơng án ta phải chọn sao cho các phụ tải đ-

ợc cung cấp từ hai nguồn độc lập Dựa vào các vị trí địa lí và yêu cầu ta lựa chọnphơng án nối dây nh sau:

Ph

ơng án đi dây:

SV: Hà trọng toàn 8 lớp: Đl_KTĐ 1A

N

1

2 3 4 5

6

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng

Trong những tính toán đơn giản đv mạng điện khu vực, tiết diện dây dẫnthờng đợc lựa chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện JKT

Dự kiến dùng dây AC trên không, đặt trên các đỉnh tam giác đều cókhoảng cách trung bình hình học giữa các pha là: Dtb = 5m Với tg sử dụng côngsuất cực đại Tmax= 5000(h) thì mật độ kinh tế của dòng điện là: Jkt=1,1(A/mm2)

Tiết diện kinh tế cuả dây dẫn đợc tính theo công thức:

Ij max: Dd lớn nhất chạy trên dây đợc tính theo công thức

Iimax =

dm

i

U n

Dựa vào giá trị của Fi ta chọ Fitc gần nhất và lớn hơn

3 Kiểm tra điều kiện phát nóng

Tiết diện dây dẫn đợc lựa chọn phải đảm bảo không xuất hiện vầng quangtrên các đờng dây và thoả mãn điều kiện phát sóng:

ICP : Dòng điện cho phép lớn nhất ( Phụ thuộc vào bản chất

và tiết diện dây dẫn)

Cụ thể đối với đoạn N-1:

FN-1TC = 120 (mm2)Tiết diện đã chọn >70mm2 vì vậy thoả mãn điều kiện không xuất hiệnvầng quan do điện áp định mức của mạng điện là 22KV

Dòng điện lớn nhất cho phép trên đờng dây là: ICP=380(A)

Khi xẩy ra sự cố đứt một mạch đd, dòng sự cố chạy trên mạng còn lại cógiá trị là:

ICP(A) 380 380 445 380 380 445

Vậy các đoạn đờng dây đã chọn đều thoả mãn điều kiện vầng quang và

điều kiện phải nóng

∆UI% =

dm

i i i

i

U

X Q R

∑Q i : Tổng cspk truyền trên đờng dây thứ i

Ri : Điện trở t/đ của đoạn dây thứ i

Xi : Điện dẫn pk của đoạn dây iYêu cầu về tổn thất điện áp:

Tổn thất điện áp lúc bình thờng

U

X Q R

Nên suy ra ∆UN1SC% = 2 ∆UN1% = 2 4.6269 = 9.2538%

Tính toán cho các đoạn mạch còn lại ta có bảng sau:

Vậy tổn thất điện áp lớn nhất ở chế độ bình thờng là:

∆UMAXbt% = 19.5Tổn thất điện áp lớn nhất khi có sự cố là:

Trong tính toán sơ bộ về mặt kinh tế thờng dựa vào vốn đầu t cơ bản vàophí vận hành hàng năm, hay chi phí tính toán hàng năm Để so sánh các phơng

án về mặt kinh tế cần phải giả thiết rằng các phơng án có cùng số lợng MBA,mắt cắt, dao cách li Khi đó hàm chi phí tính toán hàng năm của mỗi phơng án đ-

Zi=(atc+avh)Kđdi +∆A.CTrong đó:

atc: hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn,

atc =1/Ttc=1/8 = 0,125

avh : hệ số vận hành

avh=0,04c: giá một Kwh điện năng tổn thất, c=500(đ/kwh)

Kđd: là vốn đầu t đờng dây của mạng điện

Kđdi=∑K 0i L i

K0i: Giá thành 1 km đờng dây AC có tiết diện Fi, chiều dài Li(đ/km)

∆A: Tổng tổn thất cs lớn nhất, tính theo công thức

I Tính toán cụ thể phơng án đã chọn

Dự kiến các phơng án đều dùng cột thép, vốn đầu t cho một km đờng dâylà:

Dây dẫn AC – 120: KO = 354.106 (đ/km)Dây dẫn AC – 150: KO = 403.106(đ/km)

Đối với đờng dây lộ kép (2 mạch), vốn đầu t tăng 1,6 lần so với vốn đầu tcho đờng dây một mạch

Kđd = KN1 + KN2 + KN3 + KN4 + KN5 + KN6

⇒ Kđd = ( 56.640 + 16.992 + 25.792 + 3.9648 + 62.304 + 4.5136 ).109

= 170.2064.109(đồng) Tổn thất công suất tác dụng trong mạng

1 2

2 1

2 2

2 2

3 2

2 3

4 2

2 4

∆PN5 = 3

5 2

2 5

6 2

2 6

II Chọn công suất MBA.

Khi chọn công suất của MBA cần xét đến khả năng quá tải của MBA cònlại ở chế độ sau sự cố Xuất phát từ điều kiện quá tải cho phép bằng 40% trong

tg phụ tải cực đại

Công suất của MBA trong trạm có n MBA đợc xác định bằng công thức:

P +

k: hệ số quá tải k=1,4

n: số lợng MBA trong trạm n=2

SV: Hà trọng toàn 14 lớp: Đl_KTĐ 1A

Suy ra S >=

4 , 1

2 max

2 max Q

*Tính toán lựa chọn công suất MBA của trạm E34:

Do trạm E34 có hộ tiêu thụ là loại I ( lộ 374 ) nên trạm phải dùng 2 MBA làm việc song song để cung cấp cho phụ tải

Trạm chia làm 2 nhánh cung cấp điện:

Nhánh 1: cung cấp cho các hộ phụ tải là 371, 373, 375

Nhánh 2 : cung cấp cho các hộ phụ tải là 372, 374, 376

S1max của nhánh 1 là :

S1max >=

4 , 1

5 3

S6 S4 S2 + + = 9.18 8.376 12.676

là trạm biến áp lớn và rất quan trọng của hệ thống( là trạm tăng áp từ Umf lên Uđm

của mạng điện) Để đảm bảo độ tin cậy CCĐ cho hệ thống và cho các phụ tải ta chọn sơ đồ nối điện sd hệ thống 2 thanh góp có máy cắt liên lạc

2 Sơ đồ thay thế đờng dây:

SV: Hà trọng toàn 16 lớp: Đl_KTĐ 1A

IV Sơ đồ nguyên lý của trạm E34 phi trờng Nam

Định

Ch¬ng VI tÝnh to¸n c¸c tr¹ng th¸i vËn hµnh

cña líi ®iÖn

SV: Hµ träng toµn 18 líp: §l_KT§ 1A

Trong quá trình thiết kế mạng lới điện , để đảm bảo an toàn cho hệ thống

và các yêu cầu kĩ thuật Cần phải tính toán xác định sự phân bỗ các dòng côngsuất, tổn thất công suất,tổn thất điện năng và tổn thất điện áp của mạng điệntrong các chế độ vận hành Tính chế độ vận hành có thể biết đợc điện áp tại từngnút của phụ tải từ đó xem xét cách giải quyết cho phù hợp nhằm đảm bảo chất l-ợng điện năng cho các phụ tải đồng thời kiểm tra chính xác sự cân bằng côngsuất phản kháng trong mạng điện, nếu thiếu hụt cần tiến hành bù cỡng bức

I chế độ phụ tải cực đại

ở chế độ này phải vận hành cả hai MBA trong trạm Điện áp định mức trênthanh cái cao áp của nhà máy điện khi phụ tải cực đại bằng 110% điện áp địnhmức của mạng điện

∆Soi=2(∆P + j∆Q ) = 2(0,035+j0,24)=0,07+j0,48 (MVA)

Tổn thất cs trong các cd của MBA

Sb1=S1+∆Sb1=9+j5.24+0,2846+j6.263

= 9.2846+j11.503(MVA)Công suất trên thanh cái cao áp của trạm

n

P R Q X

Kv U

2 Các nhánh đến phụ tải 372, 373, 374, 375, 376

Tính tơng tự kết quả ghi trong bảng sau:

II Chế độ phụ tải cực tiểu

Điện áp trên thanh cái cao áp của nguồn :

∆PO : Tổn thất công suất khi không tải.

∆ Pn : Tổn thất công suất khi ngắn mạch

Vậy ở chế độ phụ tải cực tiểu không trạm nào đợc cắt bớt MBA

Tính dòng công suất tổn thất điện áp và điện áp tại các nút tơng tự nh ở chế độ phụ tải cực tiểu nh thay UN = 23.1(Kv) và SMin = 1/2SMAX

SV: Hà trọng toàn 22 lớp: Đl_KTĐ 1A

KÕt qu¶ tæng kÕt:

* C©n b»ng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng trong m¹ch ®iÖn

T¬ng tù nh c¸c trêng hîp trªn ta cã kÕt qu¶ ë b¶ng sau: