Thiết kế lưới điện

ĐHBKHN-Khoa điện-Bộ môn HTĐ Đồ án lới điện-thiết kế lới điện Mở đầu Phân tích đặc điểm nguồn phụ tải Trong công tác thiết kế mạng điện, việc cần phải nắm đợc thông tin nguồn phụ tải nhằm định hớng cho việc thiết kế Cần phải xác định vị trí nguồn điện phụ tải, công suất phụ tải từ định hớng cho việc thiết kế kết cấu mạng điện Nguồn điện: - Điện áp cao áp nhà máy phụ tải cực đại 110% điện áp định mức - Điện áp cao áp nhà máy phụ tải cực tiểu 105% điện áp định mức - Điện áp cao áp nhà máy cố nặng nề 110% điện áp định mức - Hệ số công suất trung bình góp cao áp nhà máy điện Cos = 0,85 Phụ tải: Mạng điện khu vực mà ta thiÕt kÕ gåm cã phơ t¶i víi tỉng công suất tác dụng tiêu thụ lớn là: Pmax = P1 MAX + P2 MAX + P3 MAX + P4 MAX + P5 MAX + P6 MAX = 160 MW Giả thiết nhà máy điện cung cấp đủ công suất tác dụng cho phụ tải Các hộ tiêu thụ có mức độ đảm bảo cung cấp điện cao (loại I) yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thờng nên đợc cung cấp lộ đờng dây kép mạch vòng kín để đảm bảo đợc cung cấp điện liên tục Tổng công suất phụ tải chế độ cực tiểu 70% tổng công suất chế độ cực đại:' Pmin= 70% Pmax = 70%.160= 112 MW Bảng số liệu phụ t¶i : Phơ Pmax Pmin Cos t¶i (MW) (MW) 18 12,6 37 25,9 0,85 25 17,5 25 17,5 37 25,9 18 12,6 Qmax (MVAr) 11,16 22,94 15,5 15,5 22,94 11,16 Tg 0,62 B¶ng chiỊu dài đoạn đờng dây: Chiều dài Đoạn Đoạn (km) M§ - 80 2–3 M§ - 58,31 2–4 M§ - 100 4–3 M§ - 63,83 4–5 M§ - 92,2 4–6 M§ - 78,10 5–6 12 42,43 Sinh viên: Cao Cự Thành- Lớp HTĐ N1 - K43 sè hiÖu sv:3191 Qmin (MVAr) 7,81 16,06 10,85 10,85 16,06 7,81 ChiỊu dµi (km) 50,99 50 53,85 42,43 60 42,43 ĐHBKHN-Khoa điện-Bộ môn HTĐ Đồ án lới điện-thiết kế lới điện Chơng Cân công suất tác dụng công suất phản kháng hệ thống điện Khi hệ thống điện hoạt động, điện đợc sản xuất nhà máy điện truyền lên lới điện, (lới gồm có lới cung cấp lới phân phối) Lới phân phối cấp điện trực tiếp cho phận thiết bị dùng điện đồng thời cấp điện cho lới hạ áp thông qua trạm phân phối, lới hạ áp cấp điện trực tiếp cho thiết bị dùng điện Công suất tác dụng công suất phản kháng nguồn điện phải cân với công suất yêu cầu phụ tải thời điểm vận hành( bao gồm thành phần công suất tổn hao mạng) Nếu công suất tác dụng nguồn điện nhỏ yêu cầu phụ tải tần số giảm ngợc lại Tần số thớc đo cân công suất tác dụng Khi tần số nằm phạm vi cho phép quy định tiêu chuẩn chất lợng điện có nghĩa đủ công suất tác dụng Cân công suất tác dụng có tính chất toàn hệ thống, tần số nơi hệ thống điện nh Tơng tự, với công suất phản kháng, công suất phản kháng phát nhỏ yêu cầu điện áp giảm, công suất phản kháng nguồn lớn công suất phản kháng yêu cầu phụ tải điện áp tăng Điện áp thớc đo cân công suất phản kháng hệ thống điện Khi quy hoạch, thiết kế mạng điện, điều kiện quan trọng mà phải quan tâm điều kiện cân điện tiêu thụ điện phát nguồn 1.1 Cân công suất tác dụng: Công suất nguồn sinh phải công suất phụ tải tiêu thụ công suất tổn thất phần tử hệ thống Vì phơng trình cân công suất tác dụng chế độ phụ tải cực đại hệ thống điện thiết kế có dạng: PF = Pyc Pyc = m Pmax + P Trong ®ã: - PF : Tổng công suất phát nhà máy NĐ - Pyc : Tổng công suất yêu cầu mạng điện - Pmax :Tổng công suất phụ tải chế ®é cùc ®¹i Pmax = 160 (MW) - m : HƯ sè ®ång thêi, lÊy m = - P :Tổng tổn thất công suất mạng điện Khi tính toán sơ ta lấy: P = 5%.Pmax = 0,05.160 = (MW) Thay sè vµo ta cã: Pyc = 160 + = 168 (MW) Vậy NĐ phải phát công suất là: PF = 168 (MW) 1.2 Cân công suất phản kháng: Phơng trình cân công suất phản kháng: QF = Qyc Trong đó: QF = PF.TgF hệ số công suất trung bình góp cao áp nhà máy NĐ Cos F= 0,85 nªn TgF = 0,62 QF = 168 0,62 = 104,12 (MVAr) Qyc = m Qmax + QBA+ (QL - QC) Sinh viên: Cao Cự Thành- Lớp HTĐ N1 - K43 số hiệu sv:3191 ĐHBKHN-Khoa điện-Bộ môn HTĐ Đồ án líi ®iƯn-thiÕt kÕ líi ®iƯn Víi: m.Qmax = Pmax tgPT = 160.0,62 =99,16 (MVAr) m : HƯ sè ®ång thêi, lÊy m = - QMBA: Tỉng tỉn thÊt c«ng suất phản kháng máy biến áp, cân s¬ bé lÊy QMBA = 15% Qmax QMBA = 15% Qmax = 15%.99,16 = 14,87 (MVAr) - QL : Tæng tổn thất công suất phản kháng đờng dây - QC: Tổng công suất phản kháng đờng dây sinh Khi tính toán sơ ta coi QL = QC Thay số vào công thức ta có: Qyc = 99,16 + 14,87 =114,03 (MVAr) Từ kết tính toán nhận thấy rằng, công suất phản kháng nguồn cung cấp nhỏ công suất phản kháng tiêu thụ Vì ta phải tình toán để bù công suất phản kháng cho mạng điện thiết kế 1.3: Tính toán bù sơ cho lới: Do QF QYC nên ta phải tính toán để bù công suất vô công cho mạng cho đảm bảo cân công suất phản kháng tổn thất công suất, tổn thất điện áp mạng nhỏ đồng thời có sở lựa chọn thiết bị điện cho phï hỵp: QBï = QYC - QF = 114,03 – 104,12 = 9,91 (MVAr) Ta phân phối QBù cho phụ tải quan điểm kinh tế kỹ thuật bù cho phụ tải xa nguồn, có hệ số công suât thấp trớc cho hệ số công suất nâng từ 0,85 lên đến 0,9 Từ bảng 1-2 chiều dài đoạn đờng dây ta thấy phụ tải phụ tải xa nguồn ( l3 = 100 km) nên ta bù cho trớc Khi nâng Cos từ 0,85 lên đến 0,9 công suất phản kháng tải yêu cầu là: Q'3max = P3 max.tg , Cos  = 0,9 nªn tg = 0,48 nªn Q'3max = P3 max.tg  = 25.0,48 = 12 (MVAr) So với lợng công suất phản kháng cha bù lợng công suất cần bù phụ tải lµ: QBï = Q3max - Q'3max = 15,5 12 = 3,5 (MVAr) Lợng công suất cần bù lại là: QBù - QBù = 9,91 3,5 = 6,41 (MVAr) Tiếp theo đến phụ tải cã chiỊu dµi so víi ngn lµ l5 = 92,2 km Tơng tự nh ta tính đợc dung lợng tụ cần bù cho nút phụ tải là: QBù = 22,94 37.0,48=5,18 (MVAr) Lợng công suất cần bù lại là: QBù - (QBù + QBù 5) = 9,91 – (3,5 + 5,18) = 1,23 (MVAr) Phụ tải có l1= 80 km nên phần công suất cần bù lại ta bù cho nút phụ tải QBù1 = 1,23 (MVAr) Tính sơ bù cho nút phụ tải ta có kết sau: - Bù nút phụ tải là: QBù = 3,5 (MVAr) - Bù nút phụ tải là: QBù = 5,18 (MVAr) - Bù nút phụ tảI là: QBù1 = 1,23 (MVAr) Ta thấy QBï + QBï + QBï = 3,5 + 5,18 + 1,23 = 9,91 = QBï VËy c«ng suất phản kháng đà đợc cân ta bù cho nút phụ tảI 1,3, Sinh viên: Cao Cự Thành- Lớp HTĐ N1 - K43 số hiệu sv:3191 ĐHBKHN-Khoa điện-Bộ môn HTĐ Ta có bảng số liệu sau Các hộ tiêu thụ Pmax(MW) 18 Qmax (MVAr) 11,16 Qbï (MVAr) 1,23 Qmax sau bï(MVAr) 9,93 0,85 Cosf trớc bù 0,89 Cosf sau bù Đồ án lới điện-thiết kÕ líi ®iƯn 37 22,94 22,94 0,85 0,85 25 15,5 3,5 12 0,85 0,90 25 15,5 15,5 0,85 0,85 37 22,94 5,18 17,76 0,85 0,90 18 11,16 11,16 0,85 0,85 Ch¬ng Chọn phơng án cung cấp điện 2.1 Dự kiến phơng án nối dây Lựa chọn phơng án nối dây mạng điện nhiệm vụ quan trọng để từ tính toán so sánh phơng án mặt kỹ thuật nhằm tìm phơng án hợp lý đảm bảo cung cấp điện kinh tế hiệu Việc vạch phơng án nối dây mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nh: Công suất yêu cầu phụ tải phải lớn hay nhỏ, số lợng phụ tải nhiều hay ít, vị trí phân bố phụ tải, mức độ yêu cầu việc đảm bảo cung cấp điện liên tục, đặc điểm khả cung cấp điện nhà máy điện, v.v Sau tiến hành phân tích điều kiện dùng phơng pháp mômen phụ tải ta dự kiến vạch phơng án nối dây sau để so sánh mặt kỹ thuật Phơng án I 15 14 13 M§ 12 11 10 6 S6=18+j11,16 S4=25+j15,5 S5=37+j22,94 Sinh viªn: S1=18+j11,16 S2=37+j22,94 S3=25+j15,5 10 11 12 13 14 15 Cao Cù Thµnh- Lớp HTĐ N1 - K43 số hiệu sv:3191 ĐHBKHN-Khoa điện-Bộ môn HTĐ Đồ án lới điện-thiết kế lới điện Phơng ¸n II 15 14 13 M§ S1=18+j11,16 12 11 10 S2=37+j22,94 6 S6=18+j11,16 S4=25+j15,5 S3=25+j15,5 S5=37+j22,94 1 10 11 12 13 14 15 Phơng án III 15 14 13 M§ S1=18+j11,16 12 11 10 S2=37+j22,94 6 S6=18+j11,16 S4=25+j15,5 S3=25+j15,5 S5=37+j22,94 Sinh viªn: 10 11 12 13 14 15 Phơng án IV Cao Cự Thành- Lớp HTĐ N1 - K43 số hiệu sv:3191 ĐHBKHN-Khoa điện-Bộ môn HTĐ 15 14 13 12 11 10 6 Đồ án lới điện-thiết kế lới điện MĐ S1=18+j11,16 S2=37+j22,94 S6=18+j11,16 S4=25+j15,5 S3=25+j15,5 S5=37+j22,94 10 11 12 13 14 15 Phơng án V 15 14 13 M§ 12 11 10 S6=18+j11,16 6 S4=25+j15,5 S5=37+j22,94 1 S1=18+j11,16 S2=37+j22,94 S3=25+j15,5 10 11 12 13 14 15 2.2 TÝnh to¸n so s¸nh kü thuËt c¸c phơng án: Sinh viên: Cao Cự Thành- Lớp HTĐ N1 - K43 số hiệu sv:3191 ĐHBKHN-Khoa điện-Bộ môn HTĐ Đồ án lới điện-thiết kế lới điện Các phơng án đấu nối đợc so sánh mặt kỹ thuật Cụ thể tất phơng án phải tính toán theo nội dung nh sau: a-Chọn cấp điện áp cho mạng điện Một công việc lúc thiết kế hệ thống điện lựa chọn điện áp đờng dây tải điện.Vấn đề quan trọng ảnh hởng trực tiếp đến tính kỹ thuật tính kinh tế mạng điện Có nhiều phơng pháp công thức tính toán lựa chọn cấp điện áp tối u ta sử dụng công thức Still để tính toán lựa chọn cấp điên áp cho mạng điện: U=4 , 34 Li +16 Pi Trong : L: Chiều dài đờng dây (km) P: Công suất tác dụng chạy đờng dây (MW) i: đờng dây phụ tải thứ i; (i = 6) Trong xác định gần dòng công suất mạng điện sử dụng Các giả thiết sau: - Không tính tổn thất tổng trở đờng dây - Dòng điện đờng dây đợc xác định theo điện áp danh định mạng - Dùng phụ tải tính toán trạm Kết điện áp tính đợc nằm khoảng 70- 150 kV phù hợp với điện áp định mức hệ thống đà cho 110kV đợc lựa chọn ®Ĩ so s¸nh b- Chän tiÕt diƯn theo mËt ®é kinh tế dòng điện (Jkt): Với mạng điện khu vực, tính toán đơn giản ta thờng chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế dòng ®iÖn Jkt I F KT = imax J KT Trong đó: - FKT: tiết diện kinh tế đoạn dây thứ i (mm2) - Iimax: dòng điện lớn chạy đoạn đờng dây thứ i I i max = Với: S max n √ 3.U dm 103 (A) - n: số mạch đờng dây, dây đơn n = 1, dây kép n = - Pimax, Qimax: dòng công suất tác dụng phản kháng lớn chạy đờng dây thứ i (MW, MVAr) - Uđm: điện áp định mức mạng điện (kV) - Jkt: mật độ kinh tế dòng điện (A/mm2) Với dây AC Tmax = 5000h th× Jkt = 1,1 A/mm2 VỊ lý thut tiết diện tiêu chuẩn đợc chọn gần với tiết diện kinh tế, dây dẫn đợc chọn phải đảm bảo điều kiện vầng quang F 70mm2 mà mạng điện có cấp điện áp từ 110kV Dòng điện chạy dây dẫn lúc cố nguy hiểm đợc tÝnh theo c«ng thøc: S SC I SC= 10 3≤I CP U dm Sinh viên: Cao Cự Thành- Lớp HTĐ N1 - K43 số hiệu sv:3191 ĐHBKHN-Khoa điện-Bộ môn HTĐ Đồ án lới điện-thiết kế lới điện Sau kiểm tra điều kiện dòng điện cố không thoả mÃn ta phải lựa chọn lại tiết diện dây dẫn c -Kiểm tra tổn thất điện áp lúc bình thờng cố + Tổn thất điện áp đoạn đờng dây đợc tính theo biểu thøc: ΔUU max bt %= Trong ®ã: (MVAr) ∑ PR+∑ QX 100 n U dm - P: C«ng suất tác dụng chạy đờng dây thứ (MW) - Q: Công suất phản kháng chạy đoạn đờng dây - R , X : Điện trở, điện kháng đờng dây () - Uđm : Điện áp định mức mạng điện (kV) Đối với cấp điện áp 110kV trở xuống, thành phần điện áp ngang trục nhỏ nên bỏ qua Sau ta tính toán cho phơng án nối dây nh sau: 2.2.1 Phơng án nối dây 1: 15 14 13 MĐ 12 11 10 6 S6=18+j11,16 S4=25+j15,5 S5=37+j22,94 1 S1=18+j11,16 S2=37+j22,94 S3=25+j15,5 10 11 12 13 14 15 a) Điện áp định mức mạng điện U = 4,34 L+16 P (kV) Dòng công suất phân bố đoạn đờng dây nh sau: Đoạn MĐ - 1: SMĐ-1 = 18 + j11,16 MVA Đoạn MĐ - 2: SMĐ-2 = 37 + j22,94 MVA Đoạn MĐ - 3: SMĐ-3 = 25 + j15,5 MVA Đoạn MĐ - 4: SMĐ-4 = 25 + j15,5 MVA Đoạn MĐ - 5: SMĐ-5 = 37 + j22,94 MVA Đoạn MĐ - 6: SMĐ-6 = 18 + j11,16 MVA Điện áp đoạn MĐ - Phụ tải 1: UMĐ-1 = 4,34 80+16.18 = 83,26 kV Tơng tự thay số tính cho nhánh lại ta đợc bảng kết Sinh viên: Cao Cự Thành- Lớp HTĐ N1 - K43 số hiệu sv:3191 ĐHBKHN-Khoa điện-Bộ môn HTĐ Nhánh MĐ - MĐ - MĐ - M§ - M§ - M§ - L (km) 80 58,31 100 63,83 92,2 78,1 §å ¸n líi ®iƯn-thiÕt kÕ líi ®iƯn P (MW) 18 37 25 25 37 18 Q(MVAr) 11,16 22,94 15,5 15,5 22,94 11,16 U (kV) 83,26 110,68 97,05 93,47 113,52 83,04 Tõ kết bảng ta thấy Utt nằm giới hạn từ 70kV đến 150 kV phù hợp với điện áp định mức hệ thống đà cho là: Uđm = 110kV b) Lựa chọn tiết diện dây dÉn Theo c«ng thøc: I max S max = 103 F kt= J kt √ U dm J kt Thay số vào công thức ta tính cho nhánh MĐ - phụ tải 1: F kt= 2 I max √ P +Q2 √ 18 +11,16 = 10 = 103 =50,53(mm ) J kt √3U dm J kt √3.110.1,1 T¬ng tù thay số cho nhánh lại ta có kết bảng Đờng dây S (MVA) L (km) Fkt (mm2) Loại dây (AC) 70 120 95 95 120 70 r0 x0 (/km) (/km) M§-1 18 + j11,16 80 50,53 0,46 0,440 M§-2 37 + j22,94 58,31 103,86 0,27 0,423 M§-3 25 + j15,50 100 70,18 0,33 0,429 M§-4 25 + j15,50 63,83 70,18 0,33 0,429 M§-5 37 + j22,94 92,2 103,86 0,27 0,423 M§-6 18 + j11,16 78,1 50,53 0,46 0,440 * Kiểm tra phát nóng chọn FMĐ-1: Trờng hợp nguy hiểm đờng dây mạch đứt mạch, mạch lại phải mang công suất cấp cho phụ tải: Dòng công suất chạy đoạn MĐ- SMĐ - 1= 18 + j 11,16 MVA Ta có dòng điện chạy mạch là: I MD1 max P2 +Q2 18 +11,162 √ = 10 = 10 =55 ,58( A ) √ U dm √3.110 Khi ®øt mạch dòng điện là: ISC = 2.IMD-1max = 55,58 =111,16 (A) Tính toán tơng tự cho nhánh lại ta có kết bảng sau: Sinh viên: Cao Cự Thành- Lớp HTĐ N1 - K43 số hiệu sv:3191 ĐHBKHN-Khoa điện-Bộ môn HTĐ Đồ án lới điện-thiết kế lới điện Đờng dây L (km) Fkt (mm2) M§-1 M§-2 M§-3 M§-4 M§-5 M§-6 80 58,31 100 63,83 92,2 78,10 50,53 103,86 70,18 70,18 103,86 50,53 Lo¹i d©y (AC) 70 120 95 95 120 70 IBT (A) ISC (A) Icp (A) 55,58 114,25 77,20 77,20 114,25 55,58 111,16 228,49 154,40 154,40 228,49 111,16 265 380 330 330 380 265 c) Tính tổn thất điện áp Theo công thøc: ΔUU iBT = Pi Ri +Q i X i U dm 100 1 R= r l= 0, 46 80=18 ,4() n Trong ®ã: 1 X = x l= 0,44.80=17,6() n Pi, Qi : Dòng công suất chạy đờng dây thứ i Vậy tổn thất điện áp nhánh MĐ-1 là: 18.18,4+11,16.17,6 ΔUU BT= 100=4 ,36 110 % Sù cố nguy hiểm xảy bị đứt mạch lộ kép Khi đó: U1SC = 2.U1BT = 4,36% = 8,72 % T¬ng tù thay sè tính cho nhánh lại ta có kết bảng Đờng dây MĐ - MĐ - M§ - M§ - M§ - M§ -6 P (MW) 18 37 25 25 37 18 Q (MVAr) 11,16 22,94 15,5 15,5 22,94 11,16 R () 18,40 7,85 16,5 10,53 12,45 17,96 X () 17,60 12,33 21,45 13,69 19,5 17,18 Ubtmax (%) 4,36 4,74 6,15 3,93 7,50 4,26 Uscmax (%) 8,72 9,48 12,31 7,86 15 8,51 Tõ kết tính tổn thất điện áp bảng ta có tổn thất điện áp lớn lúc bình thờng lúc cố phơng án nối dây là: Ubt max = UBT MĐ-3 = 6,15% < 10% Usc max = USC N§-3 = 12,31% < 20% 2.2.2 Phơng án nối dây 2: Sinh viên: Cao Cự Thành- Lớp HTĐ N1 - K43 số hiệu sv:3191