Đồ án lưới điện

Đồ án lưới điện, dành cho sinh viên chuyên khoa điện

 Chương 1  các lựa chọn kỹ thuật cơ bản

1.1.phân tích nguồn và phụ tải

Mạng điện được thiết kế bao gồm hai nhà máy nhiệt điện cung cấp cho 9phụ tải Nà máy nhiệt điện I gồm 4 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất định mức là

Nhà máy nhiệt điện II gồm 3 tổ máy mỗi tổ máy có công suất định mức là

điện áp phát định mức là 10,5 KV

Hai nhà máy đặt cách nhau 185 Km theo đường thẳng

Đặc điểm của nhà máy nhiệt điện là hiệu suất thấp (Khoảng 30%) thờigian khởi động lâu (nhanh nhất cũng mất từ 4 đến 10 giờ ), nhưng điều kiện làmviệc của nhà máy nhiệt điện là ổn định, công suất phát ra có thể thay đổi tuỳ ý,điều đó phù hợp với sự thay đổi của phụ tải trong mạng điện

Thời gian xuất hiện phụ tải cực tiểu thường chỉ vài giờ trong ngày, nênmuốn đảm bảo cung cấp điện liên tục cho phụ tải nằm rải rác xung quanh nhàmáy nhiệt điện ta dùng nguồn điện dự phong nóng

ChỊ độ làm việc của nhà máy nhiệt điện chỉ đảm bảo được tính kinh tế khi

nó vận hành với (80 - 85%P®m) Trong 9 phụ tải của mạng điện đều là hộ loại 1,các hộ nằm rải rác xung quanh nhà máy nên nó tạo điều kiện thuận lợi cho việcvạch các phương án nối dây, kết hợp với việc cung cấp điện cho phụ tải nè liềngiữa hai nhà máy

Để đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải ta phải quan tâm đến tính chấtcủa các phụ tải, tạo ra phương thức cung cấp điện đáp ứng yêu cầu của các hộphụ tải

Trong ®i¹ bàn ta thiết kế mạng điện, căn cứ vào vị trí đặt của 2 nhà máynhiệt điện cũng như vị trí đặt của phụ tải ta thấy rằng:

- Các phụ tải ở gần nhà máy nhiệt điện nào có xu hướng nối trực tiếpvới nhà máy, phụ tải ở xa có thể nối liên thông từ phụ tải khác đến

- Phụ tải số 3 nằm giữa hai nhà máy nên đường dây liên lạc giữa hai nhàmáy nhiệt điện có thể thông qua phụ tải này, do nhà máy I cung

1.2.các lựa chọn kỹ thuật

1.2.1.Kết cấu lưới : Các phụ tải được cấp ®iÖnb»ng hại đường dây song song từ

hai thanh cái độc lập của nhà máy, hoặc trạm trung gian, hoặc bằng hai đườngdây mạch vòng kín từ trạm trung gian và phụ tải khác sang, qua máy cắt tổng,máy cắt liên lạc, máy cắt đường dây

Đường dây liên lạc giữa hai nhà máy thiết kế bằng hai đường song song,cấp điện cho phụ tải số 3 nằm giữa hai nhà máy

Chọn loại đường dây đi trên không (§DK) Dây dẫn loại AC để tạo độ bền

cơ học và cột bê tông li tâm cốt thép, xà, sứ do việt nam sản xuất

1.2.2.Kết cấu trạm biến áp :

Để đảm bảo cấp điện liên tục các trạm trung gian cấp điện cho phụ tải đềudùng hai máy biến áp, thanh cái độc lập qua máy cắt liên lạc

Máy cắt sử dụng loại cùng cấp điện áp do nước ngoài sản xuất

1.3.Lựa chọn điện áp định mức cho mạng điện

Việc chọn cấp điện áp vận hành cho mạng điện là một vấn đề rất quantrọng, nó ảnh hưởng đến tính vận hành kinh tế kỹ thuật của mạng điện

Tuỳ thuộc vào giá trị công suất cần chuyền tải và độ dài tải điện mà tachọn độ lớn của điện áp vận hành sao cho kinh tế nhất

Nên công suất chuyên tải lớn và tải đi xa ta dùng cấp điện áp lớn lợi hơn,

vì rằng giảm được đáng kể lượng công suất tổn thất trên đường dây và trong máybiến áp, tuy nhiên tổn thất do vầng quang điện tăng và chi phí cho cách điệnđường dây và máy biến áp cũng tăng Do vậy ta cần cân nhắc kỹ lưỡng để chọn

ra cấp điện áp vận hành hợp lý nhất cho mạng điện

ở đây điện áp vận hành của mạng điện được xác định theo công thức kinhnghiệm của Still (Mü) sau :

U = 4,34 L  16 P

- P là công suất đường dây cần chuyền tải (MW)

- L là khoảng cách cần chuyền tải công suất

- U là điện áp định mức vận hành (KV)

Ta tính toán điện áp định mức cho từng tuyến dây, sau đó chọn điện ápchuyên tải chung cho toàn mạng Chọn cấp điện áp định mức của lưới điện tínhcho từng nhánh, tính từ nhà máy điện gần nhất đến nút tải

K t qu cho b i b ng sau:ết quả cho bởi bảng sau: ả cho bởi bảng sau: ởi bảng sau: ả cho bởi bảng sau:

Tuyến đường

dây

Chiều dài L (Km)

Công suất P (MW)

Điện áp tính toán (Kv)

Điện áp chọn (Kv)

 Chương 2  Cân băng sơ bộ công suất Tính bê cưỡng bức công suất phản kháng

2.1.Cân bằng công suất tác dụng

Để đảm bảo cho mạng điện làm việc ổn định, đảm bảo cung cấp điện chocác hộ phụ tải thì nguồn điện phải cung cấp đầy đủ cả về công suất tác dụng vàcông suất phản kháng cho các phụ tải, tức là mỗi thời điểm luôn luôn tồn tại cânbằng giữa nguồn công suất phát và nguồn công suất tiêu thụ cộng với công suấttiêu tán trên đường dây và máy biến áp

Mục đích của phần này ta tính toán xem nguồn điện có đáp ứng đủ côngsuất tác dụng và công suất phản kháng không Từ đó sinh ra phương thức vậnhành cụ thể cho nhà máy điện, nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụtải cũng như chất lượng điện năng

Khi tính toán sơ bộ ta coi tổn thất công suất tác dụng trên đường dây vàmáy biến áp là không đổi Nó được tính theo % công suất của phụ tải cực đại

Cân bằng công suất tác dụng trong mạng điện được biểu diễn bằng côngthức sau:

PF = m.PPT + PM§ + PTD+ PDt

Trong đó :

- m là hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại cùng 1 lúc, lấy m =1

- PF là tổng công suất các nhà máy phát ra ở chế độ đang xét ( Sự cố, cựcđại, cực tiểu )

PF = (4.50) + (3.50) = 350 MW

- PPT : tổng công suất tác dụng của các phụ tải

PPT=PPti=246 MW

- PM§ : tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện ( Từ 5 8

tổ máy lớn nhất trong mạng điện Vậy nguồn có đủ khả năng cung cấp công suấttác dụng cho phụ tải

2.2.cân bằng công suất phản kháng

Phương trình cân bằng CSPK được viết như sau:

bộ ta lấy : QL = QC Vì Vậy :

QL - QC = 0

- QDT: Là tổng CSPK dự trữ cho mạng, có thể lấy bằng công suất phảnkháng của một tổ máy phát lớn nhất.

 Chương 3  Thành lập các phương án cấp điện

3.1.Dự kiến phương thức vận hành của các nhà máy điện

Để đảm bảo việc cấp điện cho phụ tải được an toàn, và ổn định ta dự kiếnphương thức vận hành của các nhà máy điện trong các điều kiện làm việc khácnhau Cụ thể được xét như sau:

3.1.1.Chế độ phụ tải cực đại :

Hai nhà máy điện đều là nhiệt điện, nhà máy II có công suất nhỏ hơn nên

bố trí nhà máy I là nhà máy chủ đạo Ta có công suất yêu cầu của phụ tải (Pyc)không kể công suất dự trữ (Pdt) là :

Pyc = Ppt +ΔPm® +Ptd

Thay số vào ta có :

Pyc = 246 + 19,68 + 21,25 = 286,9Lượng công suất yêu cầu trong chế độ phụ tải cực đại chiếm (

% 97 , 81

Giả sử nhà máy 1 phát lên lưới 80% công suất, ta có :

% 3 , 75

Lượng tự dùng của nhà máy 2 là :

chế độ min cho phép phát đến 50% công suất đặt của nhà máy, nên cắt bớt một

số tổ máy Giả sử cắt bớt ở NN1 3 tổ máy, tổ máy còn lại phát với 60% công suấtđịnh mức

Suy ra, công suất phát của nhà máy 1 là:

Lượng tự dùng của NM1 là :

Ptd1=50% Ptd1max = 8 MWNhà máy 2 phải đảm nhận một lượng công suất phát là :

PF2 = Pyc- PF1 = 143,45 - 35 = 108,45 MWCho nhà máy N§2 vận hành3 tổ máy, như vậy N§2 đảm nhận 72,3% côngsuất định mức của chúng Với lượng công suất tự dùng là 2,625 MW

- Chiếm 96,2 % công suất đặt

3.2.thành lập các phương án lưới điện

3.2.1.Nguyên tắc chung thành lập phương án lưới điện :

Tính toán lựa chọn phương án cung cấp điện hợp lý phải dựa trên nhiềunguyên tắc, nhưng nguyên tắc chủ yếu và quan trọng nhất của công tác thiết kếmạng điện là cung cấp điện kinh tế với chất lượng và độ tin cậy cao Mục đíchtính toán thiết kế là nhằm tìm ra phương án phù hợp Làm được điều đó thì vấn

đề đầu tiên cần phải giải quyết là lựa chọn sơ đồ cung cấp điện Trong đó nhữngcông việc phải tiến hành đồng thời như lựa chọn điện áp làm việc, tiết diện dâydẫn, tính toán các thông số kỹ thuật, kinh tế

Trong quá trình thành lập phương án nối điện ta phải chú ý tới các nguyêntắc sau đây :

- Mạng điện phải đảm bảo tính án toàn cung cấp điện liÖn tục, mức độđảm bảo an toàn cung cấp điện phụ thuộc vào hộ tiêu thụ Đối với phụtải loại 1 phải đảm bảo cấp điện liên tục không được phép gián đoạntrong bất cứ tình huống nào, vì vậy trong phương án nối dây phải cóđường dây dự phòng

- Đảm bảo chất lượng điện năng (tần số, điện áp, )

- Chỉ tiêu kinh tế cao, vốn đầu tư thấp, tổn thất nhỏ, chi phí vận hànhhàng năm nhỏ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2

Trong phần cân bằng công suất nhận thÂy ở chế độ vận hành bình thườngmạng khu vực cần hệ thống cung cấp 144,6MW, nên bố trí các phụ tải gần hệthống sẽ được cung cấp điện từ hệ thống (phụ tải 4,5,6)

Để có sự liên kết giữa nhà máy làm việc trong hệ thống điện thì phải có sựliên lạc giữa nhà máy và hệ thống Khi phân tích nguồn và phụ tải có phụ tải 3nằm tương đối giữa nhà máy và hệ thống nên sử dụng mạch đường dây N§-3-HT

để liên kết nhà máy với hệ thống

Với các nhận xét và yêu cầu trên đưa ra các phương án nối dây sau:

3.2.2 Các phương án lưới điện : (10 phương án ).

Phương án 1

Phương án 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2

3.3.so sánh sơ bộ các phương án bằng phương pháp m«men phụ tải

3.3.1.Công thức tính :

Việc phân tích các phương án thì chủ yếu dựa vào hai tiêu chuẩn chính là :Kinh tế và kỹ thuật, và muốn so sánh chặt chẽ ta phải làm một số tính toán cụthể Việc đó sẽ dẫn đến mất rất nhiều thời gian, khi mà số phương án đề ra là khánhiều

Để có thỈ sơ bộ loại 1 số phương án, mà không cần phải tính toán chi tiết,

ta có thể dùng mô men phụ tải PL để phân tích Dùng mô men phụ tải có thể nóilên được khối lượng kim khí và tổn thất điện năng trong mạng

Khối lượng kim loại màu dùng cho mạng điện có thỈ được tính theo côngthức sau:

kt

l P Cos U J

3

= a.P m l m

Trong đó:

Pm: Là công suất chuyên chở trên lộ dây m,

Lm: Là chiều dài của lộ dây m,

a =

 Cos U J

3 kt

3.3.2 Kết quả tính toán :

Từ công thức chung trên thay số ta dễ dàng tính toán được khối lượng kimloại màu cho từng phương án (10 phương án kể trên), kết quả tính toán được emtổng kết ở bảng sau :

Phương án Khối lượng kim loại màu,

3.4.tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho các phương án

Sau khi sơ bộ so sánh các phương án bằng phương pháp m«men phụ tải

PL, ta đã lựa chọn được 5 phương án (1,2,3,4 và 10) để tính toán và so sánh vềmặt kỹ thuật

Theo thiết kế dự kiến dùng loại dây nhôm lõi thép (AC) đặt trên không

chọn theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế(Jkt) sau đó kiểm tra lại điÒu kiệnphát nóng, tổn thất điện áp lúc bình thường cũng như khi sự cố, điều kiện độ bền

cơ, tổn thất vầng quang

Để chọn tiết diện thì dựa vào biểu thức sau :

J

I F

kt

max

tt 

Trong đó:Ftt- tiết diện tính toán của dây dẫn (mm2)

Imax- dòng điện chạy qua dây dẫn trong chế độ phụ tải max (A)

Jkt- mật độ dòng điện kinh tế (A/mm2)(tra bảng)

Theo phụ lục 3.1 trang 72 - Sách mạng và hệ thống điện (TG: Nguyễn vănĐạm, Phan đăng Khải ) ta chọn được Jkt=1.0 (A/mm2).

Dòng điện làm việc lớn nhất được tính theo biểu thức:

10 U 3 n

Q P

U 3 n

S

2 max

2 max max

max lv

X Q R) P

Với: P,Q- công suất tác dụng và phản kháng chạy trên các lộ

R) = l.r0- điện trở của đường dây

X = l.x0- điện kháng của đường dây

n- Số mạch trên một đường dây

Điều kiện để phương án được chấp nhận Do các phụ tải đều là hộ loại Inên dùng máy biến áp điều áp dưới tải:

% U

% 15 10

% U

max sc max bt

tránh tổn thất vầng quang trong điều kiện làm việc bình thường

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2

 Lộ dây liên lạc giữa hai nhà máy:

Trong chế độ phụ tải cực đại, nhà máy điện N§1 phát 87% công suất địnhmức, tức là :

Tổn thất trong máy biến áp tăng áp tính sơ bộ theo % công suất phát là :

Tổng công suất cung cấp cho các phụ tải 1,2,4,5, và 9 là :132MW

Vậy công suất truyền tải tới phụ tải 3 trên đường dây N§1-3 như sau:

,96197,0.16tg

.P

Tổng công suất phản kháng cấp cho các phụ tải 1,2,4,5,và 9 là :

Qft =132 tg(arccos(0,85)) = 81,81 MVArTổn thất công suất trong máy biến áp tăng áp tính sơ bộ bằng 10% công suất phát :

784 , 10 107,836

Q Q Q

Q ' fI tdI ft baI

3

= 5,326 MVArCông suất truyền tải trên đường dây N§2-3 là :

QII-3= 38.tg(arccos(0,85)) - 5,326 = 18,224 MVAr

Ta có công suất biểu kiến trên đoạn đường dây I-3 là :

3 1

2 3

Dòng làm việc lớn nhất chạy trong dây dẫn nối giữa N§1 và 3 là :

A 65 , 34 10 110 3 2

202 , 13 U 3 n

I F

kt

max

tt  = 34 , 65

0 1

65 , 34

 mm2

Thấy rằng tiết diện tính toán của dây dẫn là 34,65 mm2, tuy nhiên để đảm bảođiều kiện tổn thất vầng quang thì ta chọn tiết diện tiêu chuẩn là 70mm2

 Tính toán t ng t cho các nhánh dây còn l i ta ương tự cho các nhánh dây còn lại ta được bảng tổng ự cho các nhánh dây còn lại ta được bảng tổng ại ta được bảng tổng được bảng tổngc b ng t ngả cho bởi bảng sau: ổng

k t sau:ết quả cho bởi bảng sau:

Lộ dây P(MW) Q(MVAr) S(MVA) I(A) F tt (mm 2 ) F tc (mm) 2 n

3.4.1.2.Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Đối với đường dây kép chỉ cấp cho phụ tải ta xét sự cố là bị cắt một mạchđường dây khi phụ tải cực đại, khi đó dòng chạy trên đường dây còn lại sẽ tănggấp đôi

 Lộ dây I -1 :

Khi sự cố đứt một dây, lúc đó dòng điện sự cố sẽ là:

Isc = 2.89,536 = 179,071ADòng cho phép của dây AC95 là :

336

Icp  A

Ta thấy Icp  0 , 8 336  268 8  179 , 071 A Như vậy dây AC95 chọn cho đoạn

I -1 thoả mãn điều kiện phát nóng

 Tính t ng t cho các o n ương tự cho các nhánh dây còn lại ta được bảng tổng ự cho các nhánh dây còn lại ta được bảng tổng đ ại ta được bảng tổng đường dây còn lại ta có bảng kết quả :ng dây còn l i ta có b ng k t qu :ại ta được bảng tổng ả cho bởi bảng sau: ết quả cho bởi bảng sau: ả cho bởi bảng sau:

Lộ dây Loại dây I cp (A) 0,8.Icp

Như vậy tiết diện dây dẫn đã chọn đều thoả mãn điều kiện phát nóng

3.4.1.3.Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp :

Ta có b ng thông s c a các o n ả cho bởi bảng sau: ố của các đoạn đường dây ứng với tiết diện đã ủa các đoạn đường dây ứng với tiết diện đã đ ại ta được bảng tổng đường dây còn lại ta có bảng kết quả :ng dây ng v i ti t di n ã ứng với tiết diện đã ới tiết diện đã ết quả cho bởi bảng sau: ện đã đ

ch n nh sau :ọn như sau : ư

 Lộ dây I-1:

Tổn thất khi vận hành bình thường

%74,3

%100110

388,9.97,17767,9.29

%100U

X.QR)

.P

%

dm

1 tdI 1 I 1 tdI 1 I 1

% 100 110

326 , 5 32 , 17 08 , 12 8 , 18 2

%

UscddII-3% = 6,31%

Tương tự cho các nhánh dây còn lại ta được bảng tổngng t cho các ph t i khác ta có b ng sauự cho các nhánh dây còn lại ta được bảng tổng ụ tải khác ta có bảng sau ả cho bởi bảng sau: ả cho bởi bảng sau:

Lộ dây P (MW) Q(MVAr) U bt % U sc %

% U

% 15 10

% U

max sc max bt

Tuyến dây Imax(A)