báo cáo đồ án thiết kế mạng điện

Cân bằng công suất trong mạng điện, xác định dung lượng bù công suất kháng 2.. Xác định số lượng, công suất máy biến áp của trạm phân phối, sơ đồ nối dây của trạm, sơ đồ nối dây toàn mạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN

GVHD : PHẠM THỊ MINH THÁI

3 | P a g e

Khoa điện – điện tử

Bộ môn hệ thống điện

Tải loại

3 Điện áp thứ cấp trạm phân

Độ lệch điện áp cho phép

Tải loại 3: không yêu cầu cung cấp điện liên tục Giá tiền 1 kWh điện năng tổn thất : 0,06 USD/ kWh (cập nhật) Giá tiền 1 kvar thiết bị bù :

6 USD/ kvar (cập nhật) Tiền máy biến áp: 10 USD/ kVA (cập nhật)

III\ Nội dung thực hiện:

1 Cân bằng công suất trong mạng điện, xác định dung lượng bù công suất kháng

2 Phương án nối dây của mạng điện, chọn các phương án thỏa mãn kỹ thuật

3 So sánh kinh tế, chọn phương án hợp lý

4 Xác định số lượng, công suất máy biến áp của trạm phân phối, sơ đồ nối dây của trạm, sơ đồ nối dây toàn mạng điện

5 Xác định lượng bù kinh tế giảm tổn thất điện năng

6 Tính toán cân bằng công suất trong mạng điện, xác định và phân phối thiết bị bù cưỡng bức

7 Tính toán các tình trạng làm việc của mạng điện lúc tải cực đại, cực tiểu và sự cố

8 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện

II\ Vị trí nguồn và phụ tải :

5 | P a g e

ĐỒ ÁN MẠNG ĐIỆN

CHƯƠNG 1 : CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ……… 8

CHƯƠNG 2 : DỰ KIẾN CÁC CÔNG SUẤT VỀ MẶT KĨ THUẬT ……… 12

CHƯƠNG 3 : SO SÁNH PHƯƠNG ÁN KINH TẾ ………40

CHƯƠNG 4 : SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHO MẠNG ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ……… 44

CHƯƠNG 5 : BÙ KINH TẾ CHO MẠNG ĐIỆN ……… 48

CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CHÍNH XÁC CÔNG SUẤT KHÁNG VÀ TÍNH TOÁN PHÂN BỐTHIẾT BỊ BÙ LƯỠNG CỰC………50

CHƯƠNG 7 : TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG MẠCH ĐIỆN ………58

CHƯƠNG 8 : ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN………79

CHƯƠNG 9 : TÔNG KẾT CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ CỦA MẠNG ĐIỆN ………84

7 | P a g e

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô: TS Phạm Thị Minh Thái – giảng viên bộ môn

Hệ thống điện – Trường đại học Bách Khoa TP HCM đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành đồ án này

Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến các thầy, cô giáo trường Đại học Bách Khoa TP HCM nói chung và khoa Điện – Điện tử nói riêng đã rất tâm huyết truyền đạt cho

em những kiến thức đại cương cũng như chuyên ngành giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập

Mặc dù đã nỗ lực hết mình nhưng với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên, đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót, mong các thầy cô thông cảm bỏ qua và chỉ dẫn thêm cho em Em xin nhận lắng nghe và tiếp thu những ý kiến đóng góp từ các thầy cô

Sau cùng, em xin kính chúc tất cả các quý thầy cô trong Khoa Điện – Điện tử thật nhiều sức khoẻ, luôn đạt được nhiều thành công tốt đẹp trong cuộc sống

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện

Nguyễn Quang Huy

CHƯƠNG 1: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG:

Cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống được biểu diễn bằng công thức sau :

∑PF = m∑Ppt + ∑∆Pmd + ∑Ptd + ∑Pdt

Với :

∑PF - Tổng công suất tác dụng phát ra do các nhà máy phát điện của các nhà máy trong hệ thống

m∑Ppt - Tổng phụ tải tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ

m – Hệ số đồng thời ( giải thiết chọn 0.8 )

∑∆Pmd – Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp

tgѱ F suy ra từ hệ thống công suất cosѱ F của các nhà máy điện

Trong thiết kế môn học chỉ thiết kế từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng của nhà máy nên chỉ cần cân bằng từ thanh cái cao áp

m∑Qpt - Tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời

∑∆QB - Tổng tổn thất công suất phản kháng trong nhà máy biến áp có thể ước lượng : ∑∆QB = (8-12%) ∑Spt- Lấy 10% khi tính toán

∑∆QL - Tổng tổn thất công suất kháng trên các đoạn đường dây của mạng điện Với mạng điện 110kv trong tính toán sơ bộ có thể coi tổn thất công suất phản kháng trên cảm kháng đường dây bằng công suất phản kháng ∑QC do điện dung đường dây cao áp sinh

Trong thiết kế môn học, chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của nhà máy điện có thể không cần tính Qtd và Qpt

Từ biểu thức trên suy ra lượng công suất phản kháng cần bù Qbù∑. Nếu Qbù∑ dương có nghĩa

hệ thống cần đặt thêm thiết bị bù để cân bằng công suất phản kháng Việc tính toán chính xác phân bố thiết bị bù sẽ được tính trong phần cân bằng chính xác công suất trong hệ thống Trong phần này chỉ thực hiện bù sơ bộ, dự kiến bù sơ bộ theo nguyên tắc: bù ưu tiên cho

các phụ tải ở xa, cosѱ thấp và bù đến cosѱ’ = 0.90÷0.95 Công suất bù sơ bộ cho phụ tải thứ

CHƯƠNG 2: DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ

MẶT KĨ THUẬT

2.1 LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TẢI ĐIỆN:

Vì chưa có sơ đồ nối dây cụ thể, sơ bộ vẽ một số đường dây hình tia nối từ nguồn đến phụ tải ở

xa hoặc có công suất tiêu thụ lớn Cấp điện áp tải điện phụ thuộc vào công suất và khoảng cách truyền tải Dựa vào công suất Still để tìm điện áp tải điện U (kV):

U = 4.34√𝑙 + 0.016𝑃

Với:

P – Công suất truyền tải, kW

L – Khoảng cách truyền tải, km

Dựa vào công thức trên, ta có: Phụ tải có công suất lớn và ở xa đó là phụ tải số 3 và có khoảng cách đó là 41.2310 km

 U =4.34√41.2310 + 0.016x30x1000 = 99.0843 (kV)

 Vậy ta chọn cấp điện áp tải điện là 110 Kv

2.2 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN:

Sơ đồ nối dây của mạng điện phụ thuộc nhiều yếu tố: số lượng phụ tải, vị trí phụ tải, mức độ liên tục cung cấp điện, công tác vạch tuyến, sự phát triển của mạng điện

Trong phạm vi đồ án môn học tạm thời nối các điểm để có phương án đi dây Điều này chưa hợp

lý nhưng vì còn thiếu số liệu khảo sát thực tế Vạch phương án có thể chia ra làm nhiều vùng cung cấp trên địa hình, đối với phụ tải có yêu cầu cung cấp liên tục cần đương ra phương án đường dây

lộ kép hay phương án mạch vòng kín

Với sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải gồm nguồn N và bốn phụ tải như trên Với phụ tải 1 và 2 yêu cầu liên tục cung cấp điện, phụ tải 3 và 4 không yêu cầu cung cấp liên tục Ta có các phương án

đi dây có thể được như sau:

1 Khu vực I gồm các phương án như sau :

13 | P a g e

2 Khu vực II gồm các phương án như sau:

Sau khi vạch ra các phương án, ta tiến hành so sánh các phương án về mặt kĩ thuật theo tính toán các nội dung sau:

2.2.1 Lựa chọn tiết diện dây:

Đối với mạng truyền tải cao áp chọn dây theo mật độ dòng kinh tế J kt Tham khảo J kt đối với đường dây trên không (A/mm2 ) theo bảng dưới đây:

Loại dây dẫn trần Thời gian Tmax , giờ / năm

 Xét đi dây khu vực I của phướng án a:

Do thời gian Tmax của các phụ tải khác nhau nên ta cần xác định trị số trung bình của Tmax :

Chọn tiết diện tiêu chuẩn, với nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh lúc chế tạo là 25oc

và nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế là 40oc, hệ số điều chỉnh nhiệt độ k=0.81 ta được như sau:

15 | P a g e

Kiểm tra điều kiệ khi phát nóng lúc sự cố: Khi đứt một dây trên đường dây lộ kép, dây còn

lại phải tải toàn bộ dòng điện phụ tải còn gọi là dòng điện cưỡng bức Icb, khi đó:

I 2,cb = 196.8239 A < Icp= 291.6 A khi đứt 1 lộ của đường dây 1 - 2

I 1,cb = 289.1993 A < Icp= 360.45 A khi đứt 1 lộ của đường dây N – 1

 Xét đi dây khu vực I của phướng án b:

Do thời gian Tmax của các phụ tải khác nhau nên ta cần xác định trị số trung bình của Tmax :

25oC và nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế là 40oC, hệ số điều chỉnh nhiệt độ k=0.81

ta được như sau:

Đoạn Dây tiêu chuẩn Dòng cho phép (A)

Kiểm tra điều kiện khi phát nóng lúc sự cố: Khi đứt một dây trên đường dây lộ kép, dây còn

lại phải tải toàn bộ dòng điện phụ tải còn gọi là dòng điện cưỡng bức Icb, khi đó:

I 2,cb = 196.8239 A < Icp= 291.6 A khi đứt 1 lộ của đường dây N - 2

I 1,cb = 92.6230 A < Icp= 222.75 A khi đứt 1 lộ của đường dây N – 1

 Xét đi dây khu vực I của phướng án c:

Phân bố công suất sơ bộ theo chiều dài :

𝑠̇a +𝑠̇b = 𝑠̇1 +𝑠̇2

Do thời gian Tmax của các phụ tải khác nhau nên ta cần xác định trị số trung bình của Tmax

P4 Tmax,4 + P3 Tmax , 3 25x4000+30x5000

P3 + P4 25 +30

Ta chọn dây nhôm lõi thép, mật độ dòng jkt = 1.1A/mm2

Dòng điện trên mỗi dây dẫn cảu từng đoạn dây:

25oC và nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế là 40oC, hệ số điều chỉnh nhiệt độ k=0.81

ta được như sau:

Kiểm tra điều kiện khi phát nóng lúc sự cố:

19 | P a g e

I 4,max = 144.1933 A < Icp= 360.45 A

I 3,max = 165.7465 A < Icp= 417.15 A

Bảng 2.1: Tổng hợp các phương án chọn dây theo khu vực:

Khu vực Phướng án Đoạn dây Loại dây Dòng cho

phép Cung cấp

điện liên tục

Đường dây liên thông lộ kép

N – 1 AC - 150 360.45

1 – 2 AC - 120 291.6 Đường dây

lộ kép hình tia

N – 1 AC - 70 222.75

N – 2 AC - 120 291.6

Đường dây lộ đơn mạch vòng kín

N – 1 AC - 150 360.45

N – 2 AC - 185 417.15

1 – 2 AC - 70 222.75 Cung cấp

điện không

liên tục

Đường dây đơn hình tia

N – 3 AC - 185 417.15

N – 4 AC - 150 360.45 Đường dây

đơn liên thông

N – 4 AC - 400 648

4 – 3 AC - 185 417.15

2.2.2 Tính thông số của đường dây:

I Khu vực cung cấp điện không liên tục

Ta chọn cột thép II 110-3 ( Hình PL5.5 tr 157 sách hướng dẫn đồ án môn học điện 1

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN ) ta có thông số cột như sau: đơn vị mm

 Dây AC-150, tham khảo bảng PL2 tr.116 và bảng PL2.5 tr.119 sách hướng dẫn đồ

án môn học điện 1 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN:

Dây AC – 150 có 28 sợi nhôm và 7 sợi thép và d = 17 mm

Dây AC - 400, tham khảo bảng PL2 tr.116 và bảng PL2.5 tr.119 sách hướng dẫn

đồ án môn học điện 1 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN:

Dây AC – 70 có 6 sợi nhôm và 1 sợi thép và d = 11.4 mm

a Điện trở: r 0 = 0.46 Ω/km b.Cảm kháng của đường dây

II Khu vực cung cấp điện liên tục:

Ta chọn cột thép II 110-3 ( Hình PL5.5 tr 157 sách hướng dẫn đồ án môn học điện 1

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN ) ta có thông số cột như sau: đơn vị mm

23 | P a g e

Ta xét 2 trường hợp đó như sau:

1 Đường dây lộ kép vận hành bình thường:

 Chọn dây AC-150, tham khảo PL2 tr.116 và bảng PL2.5 tr.119 trong sách

“Hướng dẫn đồ án môn học điện 1 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN”: 28 sợi nhôm, 7

- Giữa nhóm dây pha A và nhóm dây pha B:

DAB = ∜ Dab Da’b Dab’ Da’b’ = ∜ 4272.00192 x 9394.14712 = 6334.9676 mm

Giữa nhóm dây pha B và nhóm dây pha C:

DBC = DAB = 6334.9676 mm

Giữa nhóm dây pha C và nhóm dây pha A:

DCA = ∜ Dca Dca’ Dc’a Dc’a’ = ∜ 80002 70002 = 7483 3148 mm

Khoảng cách trung bình hình học giữa các pha của đường dây lộ kép có hoán vị:

Tính lại bán kính hình học của đường dây dẫn lộ kép:

- Giữa các dây thuộc pha a :

DsA = √r D aa’ =√7.6x10630.1458 = 284.2342 mm

Giữa các dây thuộc pha b :

Tính lại bán kính hình học của đường dây dẫn lộ kép :

Giữa các dây thuộc pha a :

2 Đường dây lộ kép khi có sự cố 1 lộ:

 Đối với dây AC-150: 28 sợi nhôm, 7 sợi thép và có d = 17 mm

Đối với dây AC-70: 6 sợi nhôm, 1 sợi thép và có d = 11.4 mm

d Điện trở Điện trở tương đương:

r0 = 0.46 Ω/km

e Cảm kháng

Bán kính tự thân của của 1 dây (35 sợi)

r’ = 0.728r = 0.728x5.7 = 4.1496 mm Khoảng cách trung bình hình học giữa các pha của đường dây lộ kép có hoán vị :

Công suất ở cuối đường dây đến phụ tải 3 :

𝑠̇’’3 = p3 + jq3 - j𝑏3 𝑙3

2 Udm2 = 30 + j9.8605 - j3.06875x10-5x1102 = 30 + j9.4891 MVA Tổn thất trên đoạn điện áp 4-3 :

*Tương tự ta có được:

%∆U2 = 1.5590 %

%∆P2 = 0.3426 MW d/ đường dây lộ kép liên thông song :

Công suất ở cuối đường dây đến phụ tải 2 :

𝑠′′̇2 = p2 + jq2 - j𝑏2 𝑙2

2 Udm2 = 30 + j22.5 - j3.89595x10-5x1102 = 30 + j22.0286 MVA

Công suất ở đầu đoạn phụ tải 1 :

Thỏa mãn điều kiện sụt áp ≤ 5%

e.đường dây đơn mạch vòng kín

Kết quả tính toán hoàn toàn chính xác

Công suất theo chiều từ 1 đến 2 nên ta có sơ đồ tách mạng điện kín thành :

𝑠̇12 =𝑠̇A1 - 𝑠̇′1 = 20.3349 + j11.8764 – (15+j9.2962) = 5.3349 + j2.5802

Công suất cuối đường dây đến phụ tải 2 :

Bảng 2.5: Tổn thất điện áp và công suất trên các phương án khi hoạt động bình thường

Phương án Đoạn dây %∆U ∆P (MW)

Khu vực không yêu cầu cung cấp điện liên tục

kép liên thông

N – 1 2.0246 0.5750

1 – 2 0.8288 0.1363

Bảng 2.4: Tổn thất điện áp và công suất trên các phương án khi xảy ra sự cố vận hành 1 lộ

Phương án Đoạn dây %∆U ∆P (MW)

Khu vực yêu cầu cung cấp điện liên tục

Hình 2.6 : phân bố điện áp chuỗi sứ không có vòng chắn gồm từ 4 bát đến 16 bát

2.3 Chỉ tiêu về công suất kháng do điện dung đường dây :

Điện trở đặc tính hay điện trở xung quang dây dẫn :

RC = √𝐿

𝐶 = √𝑥0

𝑏0

- Điện trở đặc tính là 400 đối với đường dây đơn , với đường dây kép lộ kép là 200

- Công suất tự nhiên hay phụ tải điện trở sung SIL được cho bởi :

Vầng quang điện xuất hiện thành các vầng quang sáng quang xanh dây dẫn, nhất là ở chỗ bề mặt dây dẫn bị sù sì và đồng thời có tiếng ồn và tạo ra khí ozene và nếu không khí ẩm thì phát sinh axit nitơ; ozone và axit nitơ ăn mòn kim loại và vật liệu cách điện

Điện áp tới hạn phát sinh vầng quang:

U0 = 21.1 m0 ⸹ r 2.303 log𝐷

𝑟 Kv

Trong đó: m0 – hệ số dạng của bề mặt dây

m0 = 1 đối với dây dẫn tròn

= 0.93÷0.98 đối với dây dẫn nhám

D – khoảng cách trung bình giữa các pha , cm

Thông thường điện áp vận hành từ 60 kV trở lên mới phải xét đến tổn thất do vầng quang điện

gây nên Khi điện áp vận hành vượt quá điện áp tới hạn, tổn hao vầng quang mỗi pha là:

Với: f – tần số; U, U0 – các điện áp pha, kV

U0 = 21.1 0.83 0.9703 0.85 2.303 log668.32

0.85 =96.3192 kv

→ do U0 > U nên không có tổn hao vầng quang

Dây lộ kép AC- 70 với r = 0.57 cm

U0 = 21.1 0.83 0.9703 0.57 2.303 log668.32

0.57 = 68.4615 kv

→ do U0 > U nên không có tổn hao vầng quang

Dây lộ kép AC- 120 với r = 0.76 cm

U0 = 21.1 0.83 0.9703 0.76 2.303 log668.32

0.76 = 87.5663 kv

→ do U0 > U nên không có tổn hao vầng quang

Đối với đường dây không yêu cầu cung cấp liên tục khi hoạt động bình thường Dây lộ đơn AC- 150 với r = 0.85 cm

U0 = 21.1 0.83 0.9703 0.85 2.303 log548.57

0.85 = 93.4667 kv

→ do U0 > U nên không có tổn hao vầng quang

Dây lộ đơn AC- 185 với r = 0.95 cm

U0 = 21.1 0.83 0.9703 0.95 2.303 log548.57

0.95 = 102.6669 kv

39 | P a g e

→ do U0 > U nên không có tổn hao vầng quang

Dây lộ đơn AC- 400 với r = 1.4 cm

U0 = 21.1 0.83 0.9703 1.4 2.303 log548.57

1.4 = 142.072 kv

→ do U0 > U nên không có tổn hao vầng quang

Đối với khu vưc yêu cầu cung cấp điện liên tục khi xảy ra sự cố : Dây lộc kép AC – 150 , r= 0.85 cm

Chương 3 : So sánh phương án về kinh tế

3.1 Mục đích

Chọn phương án tối ưu trên cơ sở so sánh về kinh tế kỹ thuật

Chỉ những phương án nào thoả mãn về kỹ thuật mới giữ lại để so sánh về kinh tế, ít nhất giữ lại 3 phương án Tiêu chuẩn để so sánh phương án về mặt kinh tế là phí tổn tính toán hằng năm là ít nhất Khi phân chia mạng điện thành nhiều khu vực riêng biệt, tiến hành so sánh phương án cho từng khu vực Cuối cùng ghép các phương án tối ưu của mỗi khu vực để có phương án tổng thể của mạng điện

3.1 TÍNH TOÁN:

Trong tính toán chỉ kể những thành phần chủ yếu như đường dây, mắt cắt Nếu không cần chi tiết thì có thể bỏ qua tiền đầu tư máy cắt Trong so sánh kinh tế lấy giá tiền tổng

hợp của 1 km đường dây Đường dây lộ kép đi song song trên hai hàng cột thì giá tiền

bằng khoảng 1.8 lần giá tiền đường dây lộ đơn do chi phí thăm dò, đo đạc, thi công có

giảm Giá tiền đường dây lộ đơn tra Bảng PL3.1 đối với đường dây một mạch 110kv Giá tiền đường dây lộ kép đi chung trụ tra Bảng PL3.2 đối với đường dây 2 mạch 110 kv

Bảng 3.2.1: Chi phí đầu tư của phương án (Tra bảng PL3.1 và PL3.2)

Phương án Đường dây Dây dẫn Chiều dài

Khu vực tải yêu cầu cung cấp điện liên tục