đồ án mạng điện cân bằng công suất trong hệ thống xác định sơ bộ công suất phản kháng cần bù theo điều kiện

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 hànhcân bằng sơ bộ công suất phản kháng... BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG SƠ BỘ

CHƯƠNG 1:

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG & XÁC ĐỊNH SƠ

BỘ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CẦN BÙ THEO ĐIỀU KIỆN

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

1 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

Giả thiết :

 Nguồn cung cấp đủ cho nhu cầu công suất tác dụng

 Tổng công suất tự dùng và công suất dự trữ trong hệ thống bằng không

Sự cân bằng công suất tác dụng được biểu diễn theo biểu thức:

PHT = m.Ppt + Pmđ + Ptd + Pdt

Trong đó:

 m : Hệ số đồng thời của phụ tải, lấy m = 1

điện Tổn thất này phụ thuộc vào số lượng máy biến áp và chiều dài đường dây của

tổng phụ tải cực đại

thanh góp hạ áp của hệ thống điện (coi hệ thống có công suất đủ lớn cung cấp cho

Theo số liệu đồ án cho, ta tính được tổng công suất cực đại của phụ tải trong mạng điện thiết kế:

Ppt = P1+ P2 + P3 + P4 + P5 + P6 = 25 + 22 + 23 + 16 + 26 + 27 = 139 MWKhi tính cân bằng công suất sơ bộ, tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện được lấy bằng (8-10%) tổng công suất của phụ tải: chọn 8%

Pmđ = 10% Ppt = 10% 139 = 13,9 MW

Như vậy trong chế độ phụ tải cực đại, hệ thống A cẩn phải cung cấp cho mạng điện thiết kế một lượng công suất là:

Bảng 1.1 Thông số của các phụ tải

2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng

và ngược lại điện áp mạng điện sẽ giảm xuống 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 hànhcân bằng sơ bộ công suất phản kháng

Biểu thức cân bằng cống suất phản kháng:

QHT + Qb = Qtt = mQpt + QB + Qd + Qtd + Qdt - Qc

Trong đó:

 m: Hệ số đồng thời của phụ tải, lấy m = 1

tính dựa vào công suất tác dụng của phụ tải và hệ số công suất của phụ tải

Qpt = ∑

i=1

6

( P pti .tgϕ i)

cấp nguồn từ thanh góp hạ áp của hệ thống điện nên coi như tổng công suất dự trữ

Dựa vào kết quả tính toán công suất tác dụng hệ thống cung cấp, ta có thể tính được công suất phản kháng do hệ thống cung cấp đến mạng điện thiết kế Do hệ thống có hệ số công suất

Ở đây , mạng điện chỉ có 1 cấp biến áp nên khi tính sơ bộ, tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp được tính

Như đề cập ở trên ta đã có

Qd = Qc

Qtd = Qdt =0

Như vậy, ta có thể xác định được tổng công suất phản kháng cần bù sơ bộ cho các

hộ tiêu thụ trong mạng điện thiết kế

Qb = Qpt + QB - QHT = 106,36 + 10,636 – 114,675= 2,321 MVAr

tải nên ta cần thực hiện bù sơ bộ cho các hộ tiêu thụ sao cho tổng công suất cần bù

3 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG SƠ BỘ CHO CÁC HỘ PHỤ TẢI

Mục đích bù sơ bộ :

- Đảm bảo cân bằng công suất phản kháng sơ bộ trong mạch thiết kế

- Phù hợp với cân bằng công suất phản kháng sau khi thiết kế xong

- Có thể lựa chọn dây dẫn và MBA nhỏ hơn với không thực hiện bù sơ bộ

Cách phân bố công suất cho bù sơ bộ :

a) Ưu tiên cho :

- Phụ tải ở xa

- Phụ tải có hệ số công suất thấp

b) Hệ số công suất phụ tải sau bù sơ bộ không được cao hơn 0,9 -0,95

Phân tích phụ tải :

Phụ tải xa nhất được sắp xếp theo thứ tự với công suất và hệ số công suất :

Phụ tải 4: Khoảng cách 92,19 km, công suất 16 , hệ số công suất 0,75

Phụ tải 2: Khoảng cách 70 km , công suất 22 , hệ số công suất 0,8

Phụ tải 6: Khoảng cách 64,03 km, công suất 27 , hệ số công suất 0,8

Phụ tải 1: Khoảng cách 64,03 km, công suất 25 , hệ số công suất 0,8

Phụ tải 5: Khoảng cách 60,83 km, công suất 26 , hệ số công suất 0,8

Phụ tải 3: Khoảng cách 58,31 km , công suất 23, hệ số công suất 0,8

Tiến hành bù sơ bộ như sau:

CHƯƠNG 2:

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN TÍNH

TOÁN CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

1, Nội dung

Khi thiết kế một hệ thống điện , ta cần phải chọ được phương án tối ưu dựa trên việc tính toán các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật sau :

- Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện của các hộ tiêu thụ

- Đảm bảo điều kiện phát nóng của dây dẫn

- Đảm bảo tổn thất điện áp lớn nhất lúc làm việc bình thường cũng như sự cố

Khi dự kiến được phương án nối dây của mạng , ta dựa vào tính chất quan trọngcủa các hộ tiêu thụ điện :

- Hộ loại 1 : yêu cầu cung cấp điện liên tục , do đó ta sử dụng dây kép hoặc mạngkín để cấp điện

- Hộ loại 3 : Yêu cầu cung cấp điện thấp hơn , do đó ta sử dụng đường dây đơn đểcung cấp điện

2, Phương án nối dây

Từ bản đồ vị trí nhà máy điện và phụ tải ta tính được bảng thể hiện khoảng cách như sau :

Công suất chạy trên đường dây N-6:

Điện áp định mức có thể xác định sơ bộ bằng công thức Still: (Trang 13 sách

Uđm = 4,34.√l+16P

Trong đó : - l là chiều dài đường dây truyền tải (km)

-P là công suất truyền tải (MW)

Ta có bảng sau :

Nhánh Công suất (P + jQ) Chiều dài đường dây Điện áp định mức

c, Chọn tiết diện dây dẫn:

Mạng điện thiết kế là mạng điện khu vực, nên tiết diện dây dẫn được chọn theo mật

Tiết diện dây dẫn được xác định bởi công thức:

F kt = I lv−max

J kt = S max 103

n√3.U đm J kt (mm2)

Trong đó: S max: công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại

U đm: điện áp định mức của mạng điện (KV)

n : số mạch dây, n = 1 (Đường dây đơn), n = 2 (Đường dây kép)

Đối với đường dây 110KV, để không suất hiện vầng quang, dây dẫn được chọn cần có tiết diện F ≥70mm2

Loại dây AC-70 AC-95 AC-120 AC-150 AC-185 AC-240

Dòng điện lớn nhất chạy trên dây dẫn :

d , kiểm tra điều kiện phát nóng

Khi kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn cần thỏa mãn điều kiện :

k.Icp ≥ I sc−max

Trong đó :

k: hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường

Isc-max : dòng điện lớn nhất chạy trên dây dẫn khi có sự cố

- Mạch vòng N5-6:

- Khi đứt đường dây N5 : mạch vòng N-5-6 trở thành mạch hình tia và có công suất chạy trên các đường dây :

nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

Dòng sự cố khi sự cố trên đường dây N6 khi đứt N5

nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

- Khi đứt mạch đường dây N6 : mạch vòng N-5-6 trở thành mạch hình tia và cócông suất chạy trên các đường dây :

nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

Dòng sự cố khi sự cố trên đường dây N5 khi đứt dây N6:

nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

- Mạch cụt N-2:

- Khi đứt 1 mạch đường dây N-2 , đường dây N-2 trở thành đường dây đơn :

Isc = 2 Ilv-max= 2 72,17 =144,34 (A)

nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

- Mạch cụt N-1:

- Khi đứt 1 mạch đường dây N-1 , đường dây N-1 trở thành đường dây đơn :

Isc = 2 Ilv-max= 2 82,01 =164,02 (A)

nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

e, Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp

Cống thức tính tốn thất điện áp:

∆U% = ∑P i R U i +∑Q i X i

dm

Đối đường dây có 2 mạch, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trên đường thẳng:

Từ công thức tính tổn thất điện áp, tổn thất điện áp các đường dây được tính như sau:

Tổn thất điện áp trên đường dây:

Nhận Xét: Vậy tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc

làm việc ở chế độ sự cố và công suất cực đại Tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng

CHƯƠNG 3:

SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KINH TẾ

1,Nội dung :Trong quá trình thiết kế phương án nối dây , việc đảm bảo các yêu cầu

vè mặt kỹ thuật rất cần thiết để mạng có thể làm việc ổn định kể cả khi gặp sự cố ngoài mong muốn Bên cạnh đó , mặt kinh tế của phương án thiết kế cũng rất quan trọng,, phải đảm bảo sao cho vốn đầu tư và phí tổn hằng năm là thấp nhất

Phí tổn vận hành hằng năm :

Bao gồm các khoản khấu hao do hao mòn , sửa chữa , phục vụ mạng điện và giá diền tổn thất điện năng trong 1 năm được tính theo công thức :

Z=(a¿¿vh+a tc ).K d +∆ A c¿Trong đó

tính vốn đầu tư xây dựng đường dây Với đường dây kép ta lấy bằng 1.8 lần đường dây đơn:

(K0là giáthành1km đườngdây ,llà chiềudài đườngdây)

+ C : giá thành 1 MWh điện năng tổn thất, C = 500đ/KWh

τ =(0,124+T max 10−4 ) 2 8760

Với giả thiết là T max =4500h, ta có:

τ =(0,124+4500.10−4 ) 2 8760= 2886 (h)

+ΣΔ P : tổng tổn thất công suất trong toàn mạng điện

tổn thất công suất trên đường dây được tính :

Với n: Số mạch đường dây

L: Chiều dài đường dây (Km)

Phí tổn tính toán Z của mạng điện

Được tính theo công thức : Z=(a vh +a tc).K đ + Δ A c

Bảng 3.1 Giá tiền 1km đường dây AC (cột thép) và khối lượng kim loại

3.1 Phương án 1.

a , Vốn đầu tư của mạng điện :

Vốn đầu tư K của mạng điện được tính bởi công thức:

K = K1+K2

K2: vốn đầu tư cho đường dây kép: K2=1,8∑K 0n L n

Ta có bảng sau:

Đường dây N - 1 N - 2 N - 3 N - 4 N - 5 N - 6 6 - 5 Chiều dài (km) 64,03 70 58,31 41,23 60,83 64,03 63,25

Loại dây AC-70 AC-70 AC-120 AC-95 AC-185 AC-185 AC-70

b, Tổn thất công suất hằng năm:

- Tính tổn thất công suất trên đường dây:

Bảng 3.2 Bảng tổng hợp số liệu tính toán tổn thất công suất theo phương án 1

c , Tổng tổn thất điện năng hằng năm:

Tổn thất điện năng hằng năm được tính theo công thức :

ΔΑ=Δ P τ=6,1463. 2886= 17738,222 (MWh)

d , Phí tổn vận hành hằng năm:

Theo đề bài cho thì giá thành điện năng tổn thất là 500đ/kWh thì

năm theo công thức :

ZI = (avh + atc) K + A C

3.1.4 Khối luợng kim loại màu sử dụng.

- Đối với đường dây kép:

Tổn thất điện năng hằng năm ΔΑ (MWh) 17738,222 (MWh)

Tổng khối lượng kim loại màu M (Kg) 782004,39(Kg)

Từ bảng trên cho ta thấy được tổng tổn thất điện năng hằng năm, tổng phí tổn đầu tư và tổng khối lượng kim loại màu sử dụng để thiết kế đường dây cho phù hợp với mạng điện mà mình thiết kế.

Một số đặc điểm khi chọn MBA :

đặt so với tổ 3 máy một pha Việc chọn MBA thường hay MBA điều áp dưới tảitùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh điện áp của phụ tải và phương thức vận hànhgiữa các nhà máy điện trong hệ thống

thường (tương ứng lúc phụ tải cực đại) Khi có một máy biến áp bất kỳ nghỉ, cácmáy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố cho phép 40% trong thời gian 5ngày đêm và mỗi ngày đêm không quá 6h tải đi công suất cần thiết

cung cấp điện của hộ tiêu thụ: Hộ loại I cần 2 máy, hộ loại III cần 1 máy

Chọn máy biến áp tại các hộ tiêu thụ và định phương thức vận hành :

Phần lớn các hộ tiêu thụ là loại I nên ta dùng hai MBA vận hành song song cho các hộ loại I để đảm bảo cung cấp điện liên tục Khi có sự cố một MBA, MBA còn lại cho phép quá tải 40% trong 5 ngày đêm , mỗi ngày đêm không quá 6

S đmBA > (MVA)

Ở các trạm có 2 máy biến áp làm việc song song ta tính công suất giới hạn để

chuyển từ vận hành 2 máy biến áp sang vận hành một máy biến áp để nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành mạng điện theo công thức:

S gh = S đmBA √❑

Trong đó:

- S gh : Công suất giới hạn

- S đmBA : Công suất định mức MBA

- P Fe : Tổn thất không tải MBA

- P N : Tổn thất ngắn mạch MBA

Nếu công suất giới hạn S gh > S pt min thì ở chế độ phụ tải cực tiểu cho phép vận hành 1

2,Tính chọn Máy biến áp cho từng trạm :

Xác định số lượng & công suất định mức máy biến áp :

- Hộ loại 1 : chọn theo điều kiện quá tải sự cố

Lấy kqt = 1

- Yêu cầu cung cấp điện liên tục nên chọn trạm có 2 máy biến áp:

- Công suất máy biến áp phải thỏa mãn:

SB1 > S pt 1max

1,4 = √25 2 +18,75 2

Chọn 2 máy biến áp loại TDH – 25000/110*

- Yêu cầu cung cấp điện liên tục nên chọn trạm có 2 máy biến áp:

- Công suất máy biến áp thỏa mãn:

SB2 > S pt 2max

1,4 = √222+16,52

Chọn 2 máy biến áp loại TDH – 25000/110*

SB3 > S pt 3max

1,4 = √23 2 +17,25 2

Chọn 2 máy biến áp loại TDH – 25000/110*

d Chọn máy biến áp cho trạm giảm áp cho phụ tải số 4 (Hộ loại Ⅲ)

- Yêu cầu cung cấp điện không liên tục nên chọn trạm có 1 máy biến áp:

- Công suất máy biến áp thỏa mãn:

SB4 > S pt 4max

1 = √16 2 +11,789 2

Chọn 1 máy biến áp loại TD – 25000/110*

- Yêu cầu cung cấp điện không liên tục nên chọn trạm có 1 máy biến áp:

- Công suất máy biến áp thỏa mãn:

SB5 > S pt 5max

1,4 = √262+19,52

Chọn 2 máy biến áp loại TDH – 25000/110*

- Yêu cầu cung cấp điện không liên tục nên chọn trạm có 1 máy biến áp:

- Công suất máy biến áp thỏa mãn:

SB6 > S pt 6max

1,4 = √27 2 +20,25 2

Chọn 2 máy biến áp loại TDH – 25000/110*

là trạm biến áp lớn và quan trọng nhất trong hệ thống

- Tại tram nguồn, chọn hệ thống 2 thanh góp có máy căt liên lạc, 1 thanh góp vận

hành và 1 thanh góp dự trữ hoặc cả 2 thanh góp làm việc song song, 1 dao cách ly

làm việc và 1 dao cách ly nghỉ

- Sơ đồ nối dây trạm nguồn:

* Chú thích: DCL: Dao cách ly

MC: Máy cắt MCLL: Máy cắt liên lạc

b Trạm trung gian:

- Trong các trạm trung gian, ta dùng hệ thống phân đoạn 2 thanh góp được nối

nhiệm vụ biến đổi cho một hoặc nhiều trạm biến áp cấp điện

- Sơ đồ trạm trung gian:

THANH GÓP

Đến các Trạm BA

c Trạm cuối: tùy thuộc vào chiều dài đường dây tải điện:

dây tương đối lớn nên ở trạm cuối ta chọn sơ đồ cầu có máy cắt ở phía

đường dây để cách ly sự cố;

Sơ đồ cầu ngoài

dây ít hơn nhưng lại thường xuyên đóng cắt các máy biến áp khi phụ tải cực tiểu để giảm tổn thất điện năng trong các máy biến áp, ta chọn sơ đồ câù có

máy cắt ở phía máy biến áp, ta chọn sơ đồ cầu có máy cắt ở phía máy biến áp.

Việc chuyển tải một lượng công suất phản kháng trên mạng điện là khôngkinh tế, trước hết là làm tăng tổn thất công suất tác dụng trên các phần tử củamạng điện, sau nữa là làm tăng tổn thất điện áp, giảm khả năng tải công suất tácdụng đường dây và cuối cùng làm cho các máy phát do yêu cầu về công suất quálớn phải làm việc không kinh tế với hệ số công suất bé hơn định mức.

Để khắc phục người ta quan tâm trước hết là nâng cao hệ số công suất của hộtiêu thụ Mặc dù cải thiện hệ số công suất nhưng biện pháp đó chưa đưa hệ sốcông suất Cosφ đến trị số mong muốn (0,90 - 0,95)

Vì vậy phải đặt thêm các thiết bị phát ra công suất phản kháng Q chuyển tảitrên mạng điện Biện pháp này gọi là bù ngang hay bù công suất phản kháng

Đây là biện pháp giảm tổn thất điện năng rất có hiệu quả do có thể đặt thiết bị

bù để đạt được hệ số công suất mong muốn

Hiện nay thường dùng 2 loại phát công suất phản kháng là máy bù đồng bộ

và tụ điện Tụ điện được dùng phổ biến hơn do tiêu thụ rất ít công suất tác dụng,vận hành, sửa chữa đơn giản

Tụ điện và máy bù đồng bộ là thiết bị đắt tiền, dùng chúng chỉ có lợi khikhoản tiền tiết kiệm do hiệu quả giảm tổn thất điện năng lớn hơn khoản chi phí và

việc lắp đặt thiết bị bù.

Vì vậy dung lượng bù kinh tế cho các hộ tiêu thụ điện được xác định theo phítổn vận hành hằng năm bé nhất

Khi tính toán thiết bị bù tại các phụ tải ta có 1 số quy ước sau:

- Không xét đến công suất phản kháng bù sơ bộ tính theo điều kiện cân bằng côngsuất phản kháng

cần tìm

kháng do điện dung đường dây sinh ra

- Ngoài điện trở đường dây còn phải xét đến điện trở máy biến áp

- Chỉ cần viết và giải phương trình cho từng nhánh độc lập của mạng điện

Giả thiết công suất thiết bị bù không thay đổi trong suốt năm

2, Tính toán chi phí khi lắp thiết bị bù

Theo giả thiết: K0 = 200000đ/KVAr = 200 * 106 đ/MVAr

atc : hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư ( atc=1/Ttc)

C: giá tiền 1KWh tổn thất điện năng Ta có C = 500đ/KWh = 500000 đ/MWh (vnđ)

+ : Điện trở của mạch tải điện

+ U : Điện áp định mức của đường dây, U = 110KV

+ Q : Phụ tải phản kháng cực đại lúc chưa bù

Do đó, ta có:

Z3 = C.τ R ¿¿ = 2886 * 500000 * ¿¿ * R

trình còn lại và tiếp tục giải.

- Nếu được Q bi = A thì ta xét xem cos φ i sau khi bù là bao nhiêu Nếu cos φ i>0,95 thì

cần tìm

Hàm chi phí tính toán :

Z = Z1 + Z2 + Z3

= 49,5 106 ∑Q bi + 15,75 106 ∑Q bi + 0,167 106 ∑¿¿ R

a Bù kinh tế cho hộ 1:

Sơ đồ thay thế tính toán hộ 1:

RN1 =12.r01.lN1 = 0,5 0,46 64,03 = 14,73 ¿)

RB1 = 12. RB = 0,5.2,54= 1,27 ¿)

Hàm chi phí tính toán:

Đường dây N-2 sử dụng dây kép , loại dây AC-70, chiều dài 70km