đồ án môn học ii thiết kế lưới điện khu vực đầu đề số 27

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

TRƯỜNG 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

CHƯƠNG 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

Phụ 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

cực 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:

CHƯƠNG 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

Chương 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

Smax = 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

Chương 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

Sự 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

l 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

Smax

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

Bảng3.2: 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

3 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:

điện: 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

2.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)

3.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:

Bảng3.7- 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

Chọn 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

Bảng3.9- 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

Bảng 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

Bảng3.12- 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:

Nhánh 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:

Bảng 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

1 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

K0i : 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)

Tổng 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