5 Chương II: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN...8Chương III: CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN VÀ SO SÁNH KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN .... Công suất tác dụng:Đặc điểm rất quan trọng c
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC II
1 Tên đầu đề thiết kế: Thiết kế lưới điện khu vực Đầu đề số: 27
2 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Huy MSSV : 20202133
3 Cán bộ hướng dẫn : Lê Thị Minh Châu
4 Các số liệu : Sơ đồ mặt bằng của nguồn điện và các phụ tải cho trên hình 1, các số
liệu về phụ tải cho trong bảng 1
Trang 2CHƯƠNG MỞ ĐẦU 5
Chương I: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN CUNG CẤP 5
Chương II: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 8
Chương III: CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN VÀ SO SÁNH KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN 9
Chương IV : XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT CÁC MÁY BIẾN ÁP, SƠ ĐỒ CÁC TRẠM VÀ SƠ ĐỒ MẠNG ĐIỆN 29
Chương V : TÍNH TOÁN SỰ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 31
Chương VI : TÍNH ĐIỆN ÁP CÁC NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 40
Chương VII : TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 44
Trang 4Phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại.
Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 4900h
Giá 1 kWh điện năng tổn thất: 1000 đồng
Hệ số công suất trung bình trên thanh góp cao áp của NMĐ khu vực cos φ= 0.85
Hệ số đồng thời m=1
Trang 5cực tiểu bằng 105% Khi sự cố nặng nề bằng 110% điện áp danh định.
5 Nhiệm vụ thiết kế:
a Phâ tích nguồn và phụ tải Cân bằng công suất trong hệ thống
b Chọn phương án hợp lý về kinh tế - kỹ thuật
c Xác định số lượng và công suất của các máy biến áp trong các trạm hạ áp Chọn sơ
đồ nối dây hợp lý của các trạm biến áp và vé sơ đồ mạng điện
d Tính điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năntg trong mạng điện Chọnphương thức điều chỉnh phù hợp với yêu cầu của các trạm biến áp
e Tính giá thành tải điện
Cán bộ hướng dẫn:
Trang 6CHƯƠNG MỞ ĐẦU
Điện năng là nguồn năng lượng chính của các nghành công nghiệp, là điều kiện để phát triển xã hội Chính vì đó khi lập dế hoạch phát triển kinh tế xã hội thì kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng không những tronggiai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho sự phát triển trong tương lai năm năm, mười năm, hai mươi năm hoặc lâu hơn nữa
Ngày nay nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống xã hội được nâng cao Đặc biệt với nền kinh tế nước ta đang hội nhập với nền kinh tế thế giới và nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước làm cho nhu cầu về điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Muốnvậy trước hết phải có một hệ thống điện đảm bảo yêu cầu phục vụ cho quá trình này Để thựchiện điều đó cần phát triển và mở rộng các nhà máy điện cũng như các mạng và hệ thống điện công suất lớn Điều này đặt ra những nhiệm vụ quan trọng đối với các kỹ sư nghành Hệ thống điện.Một trong những nhiệm vụ đó là thiết kế các mạng và hệ thống điện
Do em còn thiếu kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình làm thiết kế còn nhiều thiếu sót, mong các thầy cô giáo chỉ bảo.Qua đây em xin chân thành cảm ơn cô giáo Lê Thị Minh Châu đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này
Trang 7Chương I: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN CUNG CẤP VÀ
CÁC PHỤ TẢI
1 Yêu cầu đối với hệ thống điện:
Phải đảm bảo chất lượng điện năng
Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện
Giá thành điện năng tối ưu
Phải đảm bảo an toàn
2 Nguồn điện:
Nguồn điện cung cấp cho lưới điện được lấy từ thanh cái cao áp của hệ thống điệnXem nguồn điện có công suất vô cùng lớn
3 Phụ tải:
Trong hệ thống điện thiết kế có 6 phụ tải được phân bố trên mặt bằng như trong hình
1, trong đó có phụ tải số 3 là hộ tiêu thụ loại 3 còn lại 5 phụ tải loại 1 và có hệ số công suất cosφ = 0.9 Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax = 4900 h Các phụ tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp của các trạm hạ bằng 35kV, phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại
Các phụ tải được phân bố trên mặt bằng như trong hình 1 Xác định khoảng cách từnguồn đến các phụ tải điện:
Bảng1.1: Khoảng cách phụ tải đến nguồn điện
Trang 8Smax = Pmax /cosφ
Qmax = Smax * sinφ
Smin = 50% Smax
Pmin = S * cosφ min
Qmin = Smin * sinφ
Bảng 1.2: Thông số của các phụ tải
Hộ tiêu thụ Pmax (MW) Pmax + jQmax Smax Smin Pmin + jQmin
Trang 9Chương II: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1 Công suất tác dụng:
Đặc điểm rất quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ các nguồn đến các hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành số lượng nhận thấy được.Tính chất này xác định sự đồng bộ của quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng
Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ thống cần phải phát công suất bằng với công suất trong các mạng điện, nghĩa là cần phải thực hiện đúng
sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ
Ngoài ra để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình thường, cần phải có dự trữ nhất định của công suất tác dụng trong hệ thống Dự trữ trong hệ thống là một vấn đề quan trọng,liên quan đến vận hành cũng như sự phát triển của hệ thống
Vì vậy phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với
hệ thống điện thiết kế có dạng:
Trong đó:
PF Py c / m Ppt PPtd Pdt
PF : Tổng công suất phát
Py c / : Tổng công suất yêu cầu
Ppt : Tổng công suất của các phụ tải
Ppt = P1+ P2+ P3+ P4+ P5+ P6
= 25 + 25 + 20 + 28 + 19 + 22 = 139 MW
∆P = 5% Ppt : Tổn thất công suất tác dụng
= 5 % 139 = 6,95 MW
Ptd: Công suất tự dùng trong nhà máy điện, P = 0 td
Pdt: Công suất dự trữ trong hệ thống, P = 0dt
m: Hệ số đồng thời m=1
PF = 139 + 6,95 = 145.95 MWVậy hệ thống cần 182.81MW để cung cấp cho các phụ tải
Trang 10Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp Nếu công suất phản khángphát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong hệ thống, cần tiến hành cân bằng
sơ bộ công suất phản kháng
QF : Công suất phản kháng phát của hệ thống
Qy / c : Tổng công suất phản kháng yêu cầu Qpt:
Tổng công suất phản kháng của các phụ tải
Qtd : Công suất phản kháng tự dùng của nhà máy điện, Qtd=0
Qdt : Công suất dự trữ trong hệ thống Qdt=0
Qy / c = 65,22 + 9,783 = 75,003 MVAr
Ta nhận thấy, công suất phản kháng do hệ thống cung cấp cho các phụ tải lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ Vì vậy không cần bù công suất phản kháng trong mạng điệnthiết kế
Trang 11l 16P
Chương III: CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN VÀ SO
SÁNH KỸ THUẬTCÁC PHƯƠNG ÁN
1 Các phương án nối dây:
Yêu cầu chủ yếu đối với mạng điện là độ tin cậy và chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ Đối với các hộ tiêu thụ loại I cần sử dụng đường dây hai mạch hay mạch vòng Các hộ tiêu thụ loại III được cung cấp điện bằng đường dây một mạch
Đặt ra 5 phương án cung cấp điện:
Phương án 1: Sơ đồ hình tia đơn
l: Khoảng cách truyền tải, km
P: Công suất truyền tải trên đường dây, MW
Điện áp định mức trên nhánh N-1:
Có công suất truyền tải là P=25 MW
Khoảng cách truyền tải là: 40km
UN-1= 4.34 60 16.25 = 93,08 kV
Tính toán tương tự đối với các đoạn lưới còn lại ta có kết quả trong bảng:
Bảng 3.1: Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện
truyền tải P
MW
Chiều dài đường dây l, km
Điện áp tínhtoán U, kV
Điện áp địnhmức của mạng
Trang 12Smax
3 *U dm
đm
2 Chọn tiết diện dây dẫn:
Các mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không.Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC), và khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5 m (D = 5m)tb
Đối với các mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế củadòng điện: F = I max
J kt
Trong đó: Imax: dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A
I max 10
n: Số mạch của đường dây
Uđm: Điện áp định mức của mạng điện, kV
Smax: Công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA
Jkt: Mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm2
Với dây AC và Tmax = 4900 h thì J = 1.1 A/mmkt 2
* Các điều kiện kiểm tra:
+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố:
Isc Icp
Trong đó: I : dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố sc
Icp: dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn
+ Kiểm tra điều kiện tổn thất vầng quang: Đối với đường dây 110kV dây nhôm lõi thép phải
có tiết diện F 70 mm2
+ Kiểm tra độ bền cơ : Đường dây trên không mức điện áp 110kV tiết diện dây F 35 mm2
* Tính tiết diện của dây dẫn nhánh N-1:
Dòng điện cực đại chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại:
Tiết diện dây dẫn:
Chọn tiết diện của dây cho đoạn lưới N-1 dây AC có tiết diện 70 mm có I = 265A2
cpTiết diện chọn thoả mãn điều kiện tổn thất vầng quang và độ bền cơ, cần kiểm tra trong trường hợp sự cố đứt một mạch trên đường dây:
Dòng điện chạy trên mạch còn lại bằng:
Isc= 2.I =2.72,69 = 145,38 AN-1
Isc Icp
Như vậy tiết diện dây dẫn của nhánh N-1 đã chọn thoả mãn điều kiện kiểm tra
* Tính toán tương tự đối với các nhánh còn lại ta có bảng :
3
Trang 13Bảng3.2: Thông số của các đường dây trong mạng điện
Nhánh S (MVA) I (A) Ftt
(mm )2 Ftc (mm )2 Icp(A) Isc(A) L(km) R0
Trang 143 Tính tổn thất điện áp:
Tổn thất điện áp phải đảm bảo:
Trong chế độ làm việc bình thường : ∆Umax bt% = 10 15%
Trong chế độ làm việc sự cố: ∆Umax sc% = 20 25%
Tính tổn thất điện áp trên nhánh thứ i trong chế độ vận hành bình thường:
∆Ui
bt = Pi Ri Qi Xi
100
dm
Trong đó: P , Q : Công suất chạy trên nhánh thứ ii i
Ri, X : Điện trở và điện kháng của nhánh ii
Trường hợp sự cố đứt một mạch thì tổn thất điện áp:
∆Ui sc% = 2∆U %i bt
Tính tổn thất điện áp trên đường dây N-1:
Nhánh N-1 là dây AC tiết diện 70 mm có R = 0,46 Ω/km, X = 0.44Ω/km2
∆U1 % = 2,08 %
∆U1 sc% =2*2,08% = 4,17 % 20%
Tổn thất điện áp trên nhánh N-1 thoả mãn điều kiện
Các nhánh khác tính toán tương tự ta được bảng kết quả:
Thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép
Đối với các phương án còn lại ta tính toán tương tự như đối với phương án I
Phương án II:
Sơ đồ mạng điện phương án II:
Trang 15điện: Tính cấp điện áp của nhánh
N-5:
Dòng công suất chạy trên đoạn N-5:
SN-5 = S5+S2 = 19+ j.9,2 + 25 + j.12,07 = 44 + j.21,27 MVA
Dòng công suất chạy trên đoạn 1-2: S1-2= S2 = 25 +j.12,07 MVA
Kết quả tính toán điện áp các đoạn đường dây và chọn điện áp định mức cho mạng điện:Bảng3.4- Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện:
truyền tải P
MW
Chiều dài đường dây l, km
Điện áp tínhtoán U, kV
Điện áp địnhmức của mạng
Trang 162.Chọn tiết diện dây dẫn
Bảng3.5- Thông số của các đường dây trong mạng điện:
Nhánh S (MVA) I (A) Ftt
(mm )2 Ftc (mm )2 Icp(A) Isc(A) L(km) R0
(Ω/km)
X0(Ω/km)
Trang 173.Tính tổn thất điện áp trong mạng điện:
Tính tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-5-2:
Tổn thất điện áp trên đoạn N-5:
Tổn thất điện áp trong chế độ sự cổ đường dây N-5-2:
∆UN-5-2sc%= ∆UN-5sc+∆U5-2 =10,58+1,88 = 12,46 %
Bảng3.6- Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện
Từ kết quả trên cho thấy tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường và sự
cố đều thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp:
∆Umax bt% =∆UN-5-2 bt% = 7,17 %
∆Umax sc% = ∆UN-5-2 sc% = 12,46%
Phương án III:
Sơ đồ mạng điện của phương án III:
Trang 18Bảng3.7- Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện:
truyền tải P
MW
Chiều dài đường dây l, km
Điện áp tínhtoán U, kV Điện áp định mức của mạng
Trang 19Chọn tiết diện dây dẫn
Bảng 3.8- Thông số của các đường dây trong mạng điện
(mm )2
Ftc (mm )2
(Ω/km)
R (Ω) X (Ω)N-1 45 + j 21,76
Trang 20Bảng3.9- Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện
∆Umax bt% =∆UN-1-3 bt% = 5,07 + 2,81 = 7,88 %
∆Umax sc% = ∆UN-1-3 sc% = ∆U N-1sc +∆ U1-3 bt% = 10,14+2,81 = 12,95 %
Phương án IV:
Sơ đồ mạng điện phương án IV:
Bảng3.10- Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện:
truyền tải P
MW
Chiều dài đường dây l, km
Điện áp tínhtoán U, kV Điện áp địnhmức của mạng
Trang 21Bảng 3.11- Thông số của các đường dây trong mạng điện
Nhánh S (MVA) I (A) Ftt
(mm )2 Ftc (mm )2 Icp(A) Isc(A) L(km) R0
Trang 22Bảng3.12- Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện
∆Umax bt% =∆UN-5-3 bt% = 5,55+1,98 = 7,53 %
∆Umax sc% = ∆UN-5-3 sc% = ∆UN-5sc+ ∆U5-3bt = 11,1 + 1,98 = 13,08 %
Phương án V:
Sơ đồ mạng điện phương án V:
Tính dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây trong mạch vòng N-6-4 Giả thiết mạng điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện
Dòng công suất chạy trên đoạn N-6:
Trang 23Nhánh Công suất
truyền tải P
MW
Chiều dàiđường dây l,km
Điện áp tínhtoán U, kV Điện áp địnhmức của mạng
Dòng điện chạy trên đoạn N-6:
Kiểm tra sự cố Dòng điện chạy trên đoạn N-6 khi sự cố đoạn N-4 đứt bằng dòng chạy trênN-6 khi sự cố đoạn N-6 đứt sự cố nặng nề nhất khi đứt một mạch đường dây N-6:
Trang 24Bảng 3.14- Thông số của các đường dây trong mạng điện
Nhánh S (MVA) I (A) Ftt
(mm )2 Ftc (mm )2 Icp(A) Isc(A) L(km) R0
(Ω/km) X(Ω/km)0 R (Ω) X (Ω)N-1 25 + j 12,07
Trang 251 Tính tổn thất trong mạch vòng:
Điểm phân công suất là nút 6 nên nút này sẽ có điện áp thấp nhất trong mạch vòng, nghĩa là tổn thất điện áp lớn nhất trong mạch vòng :
Khi sự cố trên đoạn N-6:
Khi sự cố trên đoạn N-4:
Bảng3.15- Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện
∆Umax bt% =∆UN-6-4-N bt% = 4,1+2,73+1,37 = 8,2 %
∆Umax sc% = ∆UN-6-4-N sc% = 9,4+4,85+4,6 = 18,85 %
Tổn thất điện áp trong chế độ vận hành bình thường và sự cố thoả mãn điều kiện tổn thất
2 So sánh kinh tế kỹ thuật các phương án:
Từ kết quả tính toán ở trên ta chọn các phương án I, II , III, IV, V để tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật:
Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định mức, do đó để đơn giảnkhông cần tính vốn đầu tư vào các trạm hạ áp
Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng khi so sánh các phương án là các chi phí tính toán hằng năm, được xác định theo công thức:
Z = (a + a ).K + ∆A.Ctc vh
Trong đó: a : hệ số hiệu quả của vốn đầu tư, a = 0.125tc tc
avh: hệ số vận hành đối với các đường dây trong mạng điện a = 0.04vhK: Tổng các vốn đầu tư về đường dây, K= Σ Ki
Trang 26K0i : giá thành 1km đường dây một mạch, đ/km
Li: chiều dài đường dây thứ i, km
nếu đường dây hai mạch thì K = 1.6*K li 0i i
Tổn thất điện năng trên đường dây: ∆A = Σ ∆A = Σ ∆P τi i
∆Pi : tổn thất công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại
Pi, Q : công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy trên đường dây trong chế đội phụ tải cực đại
Ri: điện trở tác dụng của đường dây thứ i
τ: thời gian tổn thất công suất cực đại, τ = (0.124+Tmax.10-4)2 *8760
Tmax: thời gian sử dụng phụ tải cực đại trong năm
a Phương án I:
1 Tính tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây:
Tổn thất công suất trên đường dây N-1:
Các đường dây còn lại tính toán tương tự
Kết quả tính toán tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây được tổng hợp ở bảng:3.16
2 Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện
Giả thiết rằng các đường dây trên không hai mạch được đặt trên cùng cột thép (cột kim loại) Như vậy vốn đầu tư xây dựng đường dây N-1 được xác định như sau:
K1= 1.6.K * l01 1
Trong đó: l chiều dài đường dây (l = 60 km)1 1
K01: đường dây AC-95 tra được 2083.10 đ/km 6
K1= 1.6*283.10 *40 =18112.10 đ6 6
Các đường dây khác được tính tương tự
Bảng 3.16 - Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây
dựng Các đường dây của phương án I:
∆P(MW) K 100
6(đ/km) K.10
6(đ)
Trang 27Tổng vốn đầu tư xây dựng các đường dây K= 138914 10 đ
Bảng 3.17 - Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây
dựng Các đường dây của phương án II:
Đường
dây Ký hiệu dây dẫn L (km) R (Ω) P (MW) Q (MVAr) ∆P(MW)
K 100 6(đ/km)K.10 (đ)6