Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng

Trong hệ thốngđiện của nớc ta hiện nay quá trình phát triển phụ tải ngàycàng nhanh nên việc quy hoạch và thiết kế mới và phát triểnmạng điện đang là vấn đề quan tâm của ngành điện nóiriê

phần mở đầu

Quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc

đang đòi hỏi trình độ khoa học kĩ thuật cao Ngành điện

là ngành hạ tầng cơ sở đợc u tiên phát triển cũng yêu cầutrình độ theo kịp và đáp ứng đợc nhu cầu Trong hệ thống

điện của nớc ta hiện nay quá trình phát triển phụ tải ngàycàng nhanh nên việc quy hoạch và thiết kế mới và phát triểnmạng điện đang là vấn đề quan tâm của ngành điện nóiriêng và của cả nớc nói chung

Đồ án môn học Lới điện giúp sinh viên áp dụng nhữngkiến thức đã học trong khi nghiên cứu lý thuyết vào thựchiện một nhiệm vụ cụ thể, tuy không lớn lắm nhng toàndiện Đồ án môn học chính là bớc đầu tập dợt để có nhữngkinh nghiệm trong Đồ án tốt nghiệp sắp tới và công việc saunày, và để đáp ứng tốt những nhiệm vụ đề ra

Trong quá trình làm đồ án em rất biết ơn các thầytrong bộ môn và các thầy trực tiếp phụ trách môn học trênlớp Em xin trân thành cám ơn :

PGS.TS Trần Bách

PGS.TS Nguyễn Văn Đạm

đã hớng dẫn em hoàn thành đồ án này

phần một cân bằng công suất tác dụng và phản kháng

I - Cân bằng công suất tác dụng

Để giữ tần số ổn định ta phải cân bằng công suất tácdụng.Đồ án môn học cho phép giả thiết nguồn điện đủcung cấp cho nhu cầu công suất tác dụng của phụ tải vàtổng công suất tự dùng trong nhà máy bằng 0

Pyc : tổng công suất yêu cầu

m : hệ số đồng thời ( trong đồ án lấy m=1)

Pmđ : tổn thất công suất tác dụng trongmạng điện , lấy bằng 6% Ppt

QC : tổng công suất phản kháng do đờngdây tiêu thụ

Qba : tổng công suất phản kháng trong các MBA đặttrong các trạm hạ áp (lấy bằng 15% Qpt )

Qtd : tổng công suất tự dùng trong nhà máy

QC )

Qpt = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6

=P1.tg1 + P2.tg2 + P3.tg3 + P4.tg4 + P5.tg5 +

P6.tg6

với cos4=0,95  Qb4=8,7 (MVAr).

- Sau đó ta u tiên bù cho hộ 5 đến cos = 0,850,9 Qb5= Qb- Qb4= 9,77- 8,7 = 0,62.40 - tg5.40

cos5=0,86

Nh vậy ta nhận thấy cần bù bào phụ tải 4 với cos = 0,95

và bù thêm vào phụ tải 5 với cos = 0,86

5

Qbmax (MVAr) 15,5 15,5 18,6 9,9 23,7

3

15,5

phần hai các phơng án nối dây

so sánh các phơng án về mặt kĩ thuật

I - Phơng án thứ nhất

1 Sơ đồ nối dây :

N

1 2

6

3

li : ChiÒu dµi ®o¹n thø i

Pi : C«ng suÊt t¸c dông cña ®o¹n thø i

Tra b¶ng 33 trong gi¸o tr×nh M¹ng líi ®iÖn I ta cã :

Víi d©y AC-185 cã Icp = 510 (A) > IN-1 sc = 398,48

Tra b¶ng 33 trong gi¸o tr×nh M¹ng líi ®iÖn I ta cã :

Víi d©y AC-120 cã Icp = 380 (A) > I

1-5 sc = 244,1 (A)

Tra b¶ng 33 trong gi¸o tr×nh M¹ng líi ®iÖn I ta cã :

Víi d©y AC-150 cã Icp = 445 (A) > I

N-6 sc = 317,96(A)

Tra b¶ng 33 trong gi¸o tr×nh M¹ng líi ®iÖn I ta cã :

Víi d©y AC-70 cã Icp = 265 (A) > I

6-4 sc = 165,8 (A)

* §o¹n N-2

Tra b¶ng 33 trong gi¸o tr×nh M¹ng líi ®iÖn I ta cã :

Víi d©y AC-150 cã Icp = 445 (A) > IN-2 sc = 339,64

Tra b¶ng 33 trong gi¸o tr×nh M¹ng líi ®iÖn I ta cã :

Víi d©y AC-95 cã Icp= 300 (A) > I

2-3 sc = 185,26 (A)

Ta tiÕn hµnh kiÓm tra ®iÒu kiÖn vÇng quang : Tra b¶ng

10 trong gi¸o tr×nh

Mạng lới điện I, nhận thấy tiết diện nhỏ nhất của dây dẫntheo điều kiện tổn thất vầng quang với điện áp địnhmức Uđm = 110 kV là 70 mm2

* Nh vậy các tiết diện chọn Fitc và loại dây tơng ứng

r0(Ω /km)

x0(Ω/km)

b0.10-6(S/km)

R(Ω)

X(Ω)

B/2(S.10-

Loạidây

6)N-1 181,1

5

120 10,88

4

17,051

216,86

120N-6 144,5

182,43

187,38

14

Khi xẩy ra sự cố đứt một dây trên đoạn N-6 :

1 6

 Khả năng mở rộng phụ tải cao

 Sự cố giữa các mạch không ảnh hởng đến nhau nhiều

II Ph ơng án thứ hai :

1 Sơ đồ nối dây:

N

1 2

6

3

5

4

2 Thông số của phơng án nối dây :

Qmax(MVA

r)

39,23 23,73 25,4 18,6 12,60 12,60

§o¹n Sè

lé

L(km)

Ftt(mm2)

Ftc(mm2)

km)

x0(Ω/

km)

b0.10 6

-(S/

km)

R(Ω)

X(Ω)

B/2(S.10-

6)

N-1 AC- 0,17 0,409 2,82 4,25 10,2 141

216,86N-6 AC-

187,386-4 AC-70 0,45 0,440 2,58 15,9

09

15,556

182,43N-2 AC-

150

0,21 0,416 2,74 5,25 10,4 137

4 Tính toán tổn thất điện áp trên các nhánh ở chế

độ vận hành bình thờng và khi xẩy ra sự cố :

* Đoạn N-6-3-4 :

UN634 bt% =

P N 6 .R N 6 +Q N 6 X N 6 +P63.R63+Q63 X63+P64. R64+Q64 X64

U dm2

.100

==

55.6,3+25,4.12,48+30.11,667+18,6.15,167+30.15,909+9,9.15,556 110 2 100 = 15,92 %

Vậy ta loại phơng án này do có UN634 bt% > 15 % thì không đạt tiêu chuẩn về kỹ thuật III Ph ơng án thứ ba : 1 Sơ đồ nối dây: N

1 2

6

3

5

4

lé

L(km)

Ftt(mm2)

Ftc(mm2)

x0(Ω/

b0.10 6

-R(Ω)

X(Ω)

B/2(S.10-

216,86N-6 AC-70 0,45 0,440 2,58 13,5 13,2 154,8N-2 AC-

187,38N-4 AC-95 0,33 0,429 2,65 21,5

12

27,966

345,507

4 Tính toán tổn thất điện áp trên các nhánh ở chế

độ vận hành bình thờng và khi xẩy ra sự cố :

6

3

5

L(km)

Ftt(mm2)

Ftc(mm2)

Đoạn Loại

dây

r0(Ω/

km)

x0(Ω/

km)

b0.10 6

-(S/

km)

R(Ω)

X(Ω)

B/2(S.10-

182,43N-2 AC-

187,38

4 Tính toán tổn thất điện áp trên các nhánh ở chế

độ vận hành bình thờng và khi xẩy ra sự cố :

* Đoạn N-1 :

Ubt% = 5,68 %

Usc% = 11,37 %

2 Th«ng sè cña ph¬ng ¸n nèi d©y :

lé

L(km)

Ftt(mm2)

Ftc(mm2)

Đoạn Loại

dây

r0(Ω/

km)

x0(Ω/

km)

b0.10 6

-(S/

km)

R(Ω)

X(Ω)

B/2(S.10-

190,209N-4 AC-95 0,33 0,429 2,65 21,5

12

27,966

345,507N-2 AC-

187,38

4 Tính toán tổn thất điện áp trên các nhánh ở chế

độ vận hành bình thờng và khi xẩy ra sự cố :

28

Nhận thấy phơng án II ,IV không đạt chỉ tiêu kĩ thuật nên

bị loại Còn lại ba phơng án I ,III, V, ta sẽ đem so sánh vềmặt kinh tế để chọn ra phơng án tối u nhất

ra phơng án hợp lý nhất

Trong tính toán về mặt kinh tế giữa các phơng án tadựa trên các giả thiết sau :

1 Số lợng các máy biến áp bằng nhau

với koi : giá 1 km đờng dây [ đồng/km ]

li : chiều dài đờng dây của đoạn thứ i

a = 1 đối với đờng dây 1 mạch

a = 1,6 đối với đờng dây 2 mạch

avh : hệ số vận hành với avh = 0,04

atc : hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn Với atc = 0,125

A : tổn thất điện hàng năm

240

* §o¹n A-1 : D©y AC-185

Đoạn A-1 1-5 A-6 6-4 A-2 2-3K.1

Quá trình tính toán đợc tiến hành tơng tự nh

ph-ơng án I ta thu đợc bảng số liệu sau :

K.109

(đồng)

31,36 36,11 32,25 26,88 25,34 46,72

P (MW) 2,02 1,94 1,91 1,81 1,2 1,77

Ta có :

Ki = KA1 + K15 + KA6 + KA2 + K23 + KA4

= (31,36 + 36,11 + 32,25 + 26,88 + 25,34 +46,72) 109

Quá trình tính toán đợc tiến hành tơng tự nh

ph-ơng án I ta thu đợc bảng số liệu sau :

= (31,36 + 32,25 + 31,67 + 46,72 + 26,88 +25,34) 109

Nh vậy, phơng án thứ I là phơng án tối u nhất Ta chọnphơng án này là phơng án chính thức để tính toán trong

150

70

150

5 1 56 7

phần bốn

số lợng và công suất máy biến áp sơ đồ nối dây toàn mạng

Trong đồ án môn học ta cần đến 3 loại trạm biến

áp : trạm nguồn , trạm trung gian và trạm cuối

- Tr¹m 1: cung cÊp ®iÖn cho chÝnh hé 1 vµ cung cÊp chotr¹m 5

- Tr¹m 6: cung cÊp ®iÖn cho chÝnh hé 6 vµ cung cÊp chotr¹m 4

- Tr¹m 2: cung cÊp ®iÖn cho chÝnh hé 2 vµ cung cÊp chotr¹m 3

- Tr¹m 5: cung cÊp ®iÖn cho hé 5

- Tr¹m 4: cung cÊp ®iÖn cho hé 4

- Tr¹m 3: cung cÊp ®iÖn cho hé 3

4 Lùa chän m¸y biÕn ¸p (MBA) :

Dùa vµo c«ng suÊt phô t¶i vµ yªu cÇu ®iÒuchØnh ®iÖn ¸p cña phô t¶i, ë ®©y ta chän lo¹i MBA haicuén d©y ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p díi t¶i

C¸c MBA cã Uc®m = 115 kV cã thÓ ®iÒu chØnh ®iÖn ¸ptrong d¶i :

đang làm việc song song mà có một MBA bị sự cố thìmáy kia chịu quá tải với hệ số quá tải k = 1,4

( không cho phép quá tải của MBA vợt quá 5 ngày đêm,mỗi ngày đêm không quá 6 tiếng)

* Công suất chọn MBA đợc xác định theo công thức:

Từ các máy biến áp tìm đợc, tra Bảng 16 – Máy biến áp

ba pha hai cuộn dây 110 kV trong giáo trình Mạng lới

điện I ta đợc bảng số liệu sau :

Un

%

PnkW

P0kW

I0

%

Rt(Ω)

Xt(Ω)

Q0kVATPDH

25000/110

8 115

10,5

10,5

120

29 0,8 2,5

4

55,9

200TPDH

32000/110

2 115

10,5

10,5

145

35 0,75

1,87

43,5

240TPDH

40000/110

2 115

10,5

10,5

175

42 0,7 1,4

4

34,8

280

Bản vẽ sơ đồ nối dây toàn mạng nh sau:

phần năm chọn công suất tối u của các thiết bị bù trong mạng

điện đợc xác định theo điều kiện phí tổn tính toánhàng năm bé nhất

Trong khi xét bài toán tối u hoá công suất của các thiết

bị bù, ta giả thiết rằng :

- Điện áp các nút lấy bằng Uđm của mạng điện

- Không xét đến tổn thất PFe trong MBA vì nó ảnh hởng

ít đến Qb

- Không xét thành phần tổn thất tác dụng do P gây ravì nó ít ảnh hởng đến Qb

- Không xét công suất từ hoá MBA  QFC và công suất do

đờng dây sinh ra

- Khi tính Z3 ngoài điên trở đờng dây (Rđd ) phải kể

atc = 0,125 là hệ số thu hồi vốn đầu t

k0 = 150.106 đồng/MVAr là giá đơn vị thiết bị bù

Z2 = C0.T.P0.Qbi : chi phí tổn thất điện năng trên thiết

bị bù

C0 = 500 đồng/kWh = 500.103 đồng/MWh

Qbi > 0 nếu cos > 0,97 thì bù đến cos = 0,95 0,97

3 Tính toán chi tiết cho từng nhánh:

a, Nhánh N - 1 - 5 :

2 x 25

44

46

 Lấy cos = 0,95 -> Qb3 = 8,73 (MVAR)

Trong quá trình tính toán các chế độ vận hành của

mạng điện

ta xét 3 chế độ sau :

1 Chế độ phụ tải cực đại

2 Chế độ phụ tải cực tiểu

3 Chế độ phụ tải sau sự cố

I Chế độ phụ tải cực đại :

I0% Un% Uc

(kV)

Uh(kV)

Pn(MW)

P0(MW)

Q0(MVAR)

B1 2,54 55,9 0,8 10,5 115 10,5 0,12 0,02 0,2

B5 1,44 34,8 0,7 10,5 115 10,5 0,17

5

0,042

0,28

ZA1 = 4,25 + j10,225 (Ω)

Z15 = 10,884 + j17,051 (MVA)

Công suất trớc tổng trở Zb của MBA :

S’b5 = S.

5 + S.

b5 = 40 + j 12,85 + 0,096 + j 2,316 = 40,096 + j 15,166 (MVA)

Công suất điện dung ở cuối đờng dây 1-5 :

=

40 ,182+13,1022

1102 .(10,884 + j 17,051)

= 1,632 + j 2,557 (MVA)

Công suất cấp cho đờng dây 1-5:

Công suất cung cấp tại N là :

S.

15 = S’15 – j Qcđ15 = (S.

”15 + S.

15) – j Qcđ15 = 40,18 + j 13,102 + 1,632 + j 2,557 – j 2,624 = 41,812 + j 13,035 (MVA)

Tổn thất công suất trong máy biến áp B1:

- Công suất đi vào phụ tải 1 và đờng dây 1-5 :

= 41,812 + j 13,035 + 25,066 + j 9,674 + 0,058 + j.0,4

Tổn thất công suất trên đờng dây A - 1:

SA-1 = (S A−1 } } \) rSup { size 8{2} } } over {U rSub { size 8{ ital dm} } rSup { size 8{2} } } } } { ¿¿ ¿¿¿ Z

54

S4Qb4

I0% Un% Uc

(kV)

Uh(kV)

Pn(MW)

P0(MW)

Q0(MVAr)

S’64 = S”64 + S.

o4 = 30,153 + j 11,264 + 1,361 + j 1,331

S’A6 = S”A6 + S.

A6 = 56,655 + j 29,212 + 2,022 + j 4

62

I0% Un% Uc

(kV)

Uh(kV)

Pn(MW)

P0(MW)

Q0(MVAr)

0,24

-Tæn thÊt c«ng suÊt trong MBA 3:

66

MÆt kh¸c: ∑Q yc=∑P F tag ϕ=185,271.0,62=114 ,868 (MVA)

cos: hÖ sè cña m¸y ph¸t (= 0,85)

 QF > Qyc -> ta không phải bù cỡngbức

 Khi đó máy phát vận hành với hệ sốcos là:

tagF = Qyc / PF = 82,841/185,271 =0,447

- Nếu bù thì lợng tổn thất trên đờng dây và trạm biến

áp giảm không đáng kể so với chi phí vận hành thiết

Si : công suất biểu kiến phụ tải của MBA

Sđm: công suất định mức của MBA

P0, Pn : tổn thất không tải và ngắn mạch của MBA

Ta có:

N(c¸i)

70

I0% Un% Uc

(kV)

Uh(kV)

Pn(MW)

P0(MW)

Q0(MVAR)

B1 2,54 55,9 0,8 10,5 115 10,5 0,12 0,02 0,2

B5 1,44 34,8 0,7 10,5 115 10,5 0,17

5

0,042

- Công suất trớc tổng trở Zb của MBA :

S.

b5 = S.

5 + S.

b5 = 28,036 + j 18,72 (MVA)

Công suất điện dung ở cuối đờng dây 1-5 :

SA-1 = (S A−1 } } \) rSup { size 8{2} } } over {U rSub { size 8{ ital dm} } rSup { size 8{2} } } } } { ¿¿ ¿¿¿ Z

A-1

=

46 ,6772+25 ,9682

1102 .(4,25 + j 10,225) = 1 + j 2,41 (MVA)

- Công suất trớc tổng trở của đờng dây:

= 111,24 (Kv)

- Tổn thất điện áp trong máy biến áp 1:

= 105,62 (Kv)

S4min

-jQc®N6

S04 S06

I0% Un% Uc

(kV)

Uh(kV)

Pn(MW)

P0(MW)

Q0(MVAr)

= 0,058 + j 1,282 (MVA)

S’64 = S”64 + S.

o4 = 21,116 + j 12,495 + 0,791 + j 0,773 = 21,907 + j 13,268 (MVA)

80

S3min

I0% Un% Uc

(kV)

Uh(kV)

Pn(MW)

P0(MW)

Q0(MVAr)

S.

o3 = 2( Po3 + j Qo3)

= 21,035 + j 14,02 (MVA)

- TÝnh t¬ng tù ë lé trªn ta cã:

Qcc23 = 1102.187,38.10-6 = 2,267 (MVAR).S”23 = S.

b3 + S.

o3 – j Qcc23 = 21,105 +j 12,033 (MVA)

S.

’23 = S.

”23 + S.

23 = 21,105 + j 12,033 + 0,56 + j 0,728 = 21,665 + j 12,761 (MVA)

86

MÆt kh¸c, v× thêi gian x¶y ra sù c« lµ rÊt nhá so víithêi gian vËn hµnh c¶ n¨m nªn ta kh«ng tÝnh tæn thÊt c«ngsuÊt vµ tæn thÊt ®iÖn n¨ng trong m¹ng ®iÖn

Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n nh sau:

1)XÐt lé A – 1 – 5:

-jQc®N1

S03 S01

I0% Un% Uc

(kV)

Uh(kV)

Pn(MW)

P0(MW)

Q0(MVAR)

B1 2,54 55,9 0,8 10,5 115 10,5 0,12 0,02 0,2

B5 1,44 34,8 0,7 10,5 115 10,5 0,17

5

0,042

- Công suất điện dung ở cuối đờng dây 1-5 :

-Tổn thất công suất trên đờng dây 1-5:

- Tổn thất công suất trong máy biến áp 1:

- Công suất điện dung của đờng dây A-1:

QccA1 = BA-1/2 Uđm2 = 70,5 10-6 1102 = 0,853 (MVA)

- Công suất sau tổng trở của đờng dây A-1:

S”A-1 = S.

A15 – j QccA1

= 66,908 + j 22,212 (MVA)

- Tổn thất công suất trên đờng dây A - 1:

SA-1 = (S A−1 } } \) rSup { size 8{2} } } over {U rSub { size 8{ ital dm} } rSup { size 8{2} } } } } { ¿¿ ¿¿¿ Z

94

S6

-jQc®N6

S04 S06

STT R

(Ω)

X(Ω)

I0% Un% Uc

(kV)

Uh(kV)

Pn(MW)

P0(MW)

Q0(MVAr)

= 30,095 + j 11,964 (MVA)

- TÝnh t¬ng tù ë lé trªn ta cã:

Qcc64 = 1102.182,42.10-6 = 2,207 (MVAR).S”64 = S.

b4 + S.

o4 – j Qcc64 = 30,153 +j 10,164 (MVA)

S.

64 = S 64 2} } } over {U rSub { size 8{ ital dm} } rSup { size 8{2} } } } } { ¿¿ ¿¿¿ Z

64 = 1,331 + j 1,301 (MVA)

S’64 = S”64 + S.

o4 = 31,484 + j 11,465 (MVA)

- TÝnh t¬ng tù ë lé trªn ta cã:

S’A6 = S”A6 + S.

A6 = 60,668 + j 33,994 (MVA)

100

I0% Un% Uc

(kV)

Uh(kV)

Pn(MW)

P0(MW)

Q0(MVAr)

= 30,14 +j 9,519 (MVA)

S.

23 = S 23 2} } } over {U rSub { size 8{ ital dm} } rSup { size 8{2} } } } } { ¿¿ ¿¿¿ Z

23 = 0,956 + j 1,243 (MVA)

S.

’23 = S.

”23 + S.

23 = 31,096 + j 10,762 (MVA)

- TÝnh t¬ng tù ë lé trªn ta cã:

QccA2 = 1102.68,5.10-6 = 0,825 (MVAR).S”A2 = S.

A23 – j QccA2

= 56,237 + j 25,383 (MVA)

S.

A2 = S A2 2} } } over {U rSub { size 8{ ital dm} } rSup { size 8{2} } } } } { ¿¿ ¿¿¿ Z

A2 = 3,303 + j 6,544 (MVA)

S’A2 = S”A2 + S.

A2 = 59,54 + j 31,927 (MVA)

Phụ tải cực

đại

110,93

107,23

106,60

101,68

104,4 105,6

2Phụ tải cực

tiểu

104,94

109,23

101,69

101,01

100,32

94,02 98,79 98,09

Phần vii chọn đầu phân áp cho các mba

Trong quá trình vận hành mạng điện,tổng tổn thất

điện áp trên đờng dây truyền tải điện năng từ nguồn đến

hộ tiêu thụ điện có giá trị lớn.Mặt khác sự thay đổi của phụtải từ giá trị lớn nhất đến giá trị nhỏ nhất, hay bị sự cố …làm cho điện áp bị thay trong các giới hạn vợt quá các giới hạncho phép không đáp ứng đợc yêu cầu của các hộ tiêu thụ

điện

Từ những lý do trên ta cần phải tiến hành điều chỉnh

điện áp để đảm bảo các yêu cầu về điện áp của hộ tiêuthụ Có rất nhiều phơng pháp điều chỉnh điện áp: điềuchỉnh tập trung, điều chỉnh cục bộ… Trong đồ án ta dùngmáy biến áp có điều chỉnh dới tải (điều chỉnh tập trung)

để điều chỉnh điện áp trong các trờng hợp phụ tải cực đại,cực tiểu, và sau sự cố Ta tiến hành chọn đầu phân áp chomáy biến áp với yêu cầu điều chỉnh khác thờng

Các yêu cầu của điều chỉnh điện áp khác thờng:

Trong chế độ phụ tải lớn nhất dU = +5

Trong chế độ phụ tải nhỏ nhất dU = 0 

Trong chế độ sau sự cố dU = 0  5 

Trong đồ án này ta sử dụng các máy biến áp đều

thuộc loại: TPDH 25000/110 với Ucdd = 115 (kV); Uhdd = 10.5(kV);

29,3 29

127,2 82

125,2 35

123, 18

121 ,14

119, 09

117, 04 96,57

7

98,6 24

100, 67

102,7 18

104,7 65

106, 81

108, 86

110, 91

112, 95

Theo các số liệu tính toán đợc ở phần 6 ta có các giá trị

điện áp trên thanh góp hạ áp quy đổi về phía cao áp là:

U’1hln = 110,93 (kV); U’1hmin = 104,94 (kV); U’1hsc =105,44 (kV)

- Tính điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp của trạm

trong các chế độ phụ tải lớn nhất,nhỏ nhất và sau sự cố nh