đồ án môn học thiết kế lưới điện

MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦUChương I: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN CUNG CẤPChương II: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆNChương III: CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN VÀ SO SÁNH KỸ THU

ĐIỆN Độc lập Tự Hạnh

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tên đầu đề thiết kế: Thiết kế lưới điện vực Đầu đề số:

Họ và Nguyễn Văn Huy MSSV : 20202133

bộ hướng dẫn : Lê Thị Minh Châu

số liệu : Sơ đồ mặt bằng của nguồn điện và các phụ tải cho trên hình 1, các số

MỤC LỤC

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

Chương I: PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN CUNG CẤP

Chương II: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Chương III: CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN VÀ SO SÁNH KỸ

THUẬT CÁC PHƯƠNG

Chương IV XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT CÁC MÁY BIẾN ÁP, SƠ ĐỒ

CÁC TRẠM VÀ SƠ ĐỒ MẠNG ĐIỆN

Chương VI TÍNH ĐIỆN ÁP CÁC NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

Chương VII TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN

Hình 1 Sơ đồ mặt bằng của nguồn và phụ tải.

Tỉ lệ: 1 đơn vị = 10 km

Bảng 1 Các số liệu về phụ tải

Phụ tải cực đại (MW)

Hệ số công suất cosφ

Mức đảm bảo cung cấp điện

Phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại.

Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax =

iá 1 kWh điện năng tổn thất: 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

Điện áp trên thanh cái cao áp của nhà máy điện khi phụ tải cực đại bằng 110%, khi phụ tảicực tiểu bằng 105% Khi sự cố nặng nề bằng 110% điện áp danh định.

Nhiệm vụ thiết kế:

Phâ tích nguồn và phụ tải Cân bằng công suất trong hệ thống

Chọn phương án hợp lý về tế kỹ thuật

Xác định số lượng 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 sơ đồ mạng điện

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

Tính giá thành tải điện

nhận đề:

Cán bộ hướng dẫn:

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

Điện năng nguồn năng lượng chính của các nghành công nghiệp, điều kiện để phát triển 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 trong giai đoạn trước mắt còn dự kiến cho sự phát triển trong tương năm năm, mười năm,

ai mươi năm hoặc hơn nữa

Ngày nay nền kinh tế nước đang phát triển mạnh mẽ, đời sống xã hội được nâng cao Đặc biệt với nền kinh tế nước đang hội nhập với nền kinh tế thế giới và nước đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước cầu về điện năng trong lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Muốn vậy trước hết phải có một hệ thống điện đảm bảo yêu cầu phục vụ cho quá trình này Để thực hiện 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 ệ thống điện.Một trong những nhiệm vụ đó thiết kế các mạng 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

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 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

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

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 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 T 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

kV, 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 từ nguồn đến các phụ tải điện:

Bảng1.1: Khoảng cách phụ tải đến nguồn điện

* Xác định công suất cực đại và công suất cực tiểu của các phụ tải:

Chương II: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 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

: Công suất tự dùng trong nhà máy điện, P

: Công suất dự trữ trong hệ thống, P

m: Hệ số đồng thời m=1

Cân bằng công suất phản

Sự 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, 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

: Tổng công suất phản kháng của các phụ tải

∆Q : Tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp

: Công suất phản kháng tự dùng của nhà máy điện, Q

: Công suất dự trữ trong hệ thống Q

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 điện

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

Có công suất truyền tải

Khoảng cách truyền tải là:

+

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

Công suất

truyền tải P Chiều dài đường dây l, Điện áp tính Điện áp địnhmức của mạng

Dựa vào bảng số liệu tính toán, ta chọn mức điện áp của mạng điện Uđm

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

Đối với các mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế củadòng điện: F =

Trong đó: I : dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A

=

n: Số mạch của đường dây

đm: Điện áp định mức của mạng điện, kV

: Công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA : Mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm

Với dây AC và T

* Các điều kiện kiểm tra

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố:

Trong đó: I : dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố

: 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

Chọn tiết diện của dây cho đoạn lưới N 1 dây AC có tiết diện

Tiết 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:

Như vậy tiết diện dây dẫn của nhánh N 1 đã chọn thoả mãn điều kiện kiểm tra

Bảng3.2: Thông số của các đường dây trong mạng điện.

(Ω/km) (Ω/km) R (Ω) X (Ω)

tổn thất điện

Tổn thất điện áp phải đảm bảo:

Trong chế độ làm việc bình thường : ∆U

Trong chế độ làm việc sự cố: ∆U

Tính tổn thất điện áp trên nhánh thứ i trong chế độ vận hành bình thường:

Trong đó: P : Công suất chạy trên nhánh thứ i

: Điện trở và điện kháng của nhánh i

Trường hợp sự cố đứt một mạch thì tổn thất điện áp:

∆U % = 2∆U

Tính tổn thất điện áp trên đường dây N

∆U

∆U

Tổn thất điện áp trên nhánh N hoả mãn điều kiện

Các nhánh khác tính toán tương tự ta được bảng kết quả:

Bảng3.3: Tổn thất điện áp trong các nhánh.

∆U

∆U

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:

Chọn điện áp định mức của mạng

điện: Tính cấp điện áp của nhánh

òng công suất chạy trên đoạn N

Dòng công suất chạy trên đoạn 1

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:

Công suất

truyền tải P Chiều dài đường dây l, Điện áp tính Điện áp địnhmức của mạng

đm

Chọn tiết diện dây dẫn

Bảng3.5 Thông số của các đường dây trong mạng điện:

(Ω/km) (Ω/km) R (Ω) X (Ω)

Tính tổn thất điện áp trong mạng điện:

Tính tổn thất điện áp trên đoạn đườ

Tổn thất điện áp trên đoạn N

Tổn thất điện áp trong chế độ sự cổ đường dây N

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:

Phương án III

Chọn điện áp định mức của mạng điện:

Bảng3.7 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện:

Công suất

truyền tải P Chiều dài đường dây l, Điện áp tính Điện áp định mức của mạng

đm

Chọn tiết diện dây dẫn

Bảng 3.8 Thông số của các đường dây trong mạng điện

(Ω/km) (Ω/km)

R (Ω) X (Ω)

Bảng3.9 Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện

Sơ đồ mạng điện phương án IV:

Bảng3.10 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện:

Công suất

truyền tải P

Chiều dài đường dây l,

Điện áp tính Điện áp định

mức của mạng

Bảng 3.11 Thông số của các đường dây trong mạng điện

(Ω/km) (Ω/km) R (Ω) X (Ω)

Bảng3.12 Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện

Sơ đồ mạng điện phương án V:

Tính dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây trong mạch vòng N 4 Giả thiết mạng điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện

òng công suất chạy trên đoạn N

= 𝑆 − 𝑆 = (28,17+ 𝑗.13 64, ) − (22 + 𝑗.10 65, ) = 6,17+ 𝑗 3

Bảng3.13 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện:

Bảng 3.14 Thông số của các đường dây trong mạng điện

(Ω/km) (Ω/km) R (Ω) X (Ω)

∆𝑈𝑁−4 𝑠𝑐% =50 12 ,5 +13,6 12 45,

1102 100 = 9,4 %

∆𝑈6−4 𝑠𝑐% =22 18 ,4 +10 65 17, ,6

1102 100 = 4,6 %Khi sự cố trên đoạn N

Tổn thất điện áp trong chế độ vận hành bình thường và sự cốthoả 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, 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 giản không 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

).K + ∆A.C

Trong đó: a : hệ số hiệu quả của vốn đầu tư, a

: hệ số vận hành đối với các đường dây trong mạng điện a

K: Tổng các vốn đầu tư về đường dây, K= Σ K

: giá thành 1km đường dây một mạch, đ/km

: chiều dài đường dây thứ i, km

nếu đường dây hai mạch thì K

Tổn thất điện năng trên đường dây: ∆A = Σ ∆A = Σ ∆P τ

∆P : tổn thất công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại

∆𝑃𝑖=𝑃𝑖 2+ 𝑄𝑖 2

𝑈đ𝑚2 𝑅𝑖

: công suất tác dụng công suất phản kháng chạy đường dây trong chế độphụ tải cực đại

: điện trở tác dụng của đường dây thứ i

τ: thời gian tổn thất công suất cực đại, τ = (0.124+T

: thời gian sử dụng phụ tải cực đại trong năm

Phương án

tổn thất công suất tác dụng trên các đường

Tổn thất công suất trên đường dây N

∆𝑃1=25

2+ 12 07, 2

1102 13,8 = 0, 𝑀𝑊 88Các 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 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:

Trong đó: l chiều dài đường dây (l

: đường dây AC 95 tra được đ/km

đCác 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:

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:

Bảng 3.18 Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng

Các đường dây của phương án III:

Bảng 3.19 Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng

Các đường dây của phương án IV:

Tổng vốn đầu tư xây dựng các đường dây:K= đ

Tổn thất điện năng trong mạng điện có giá trị:

∆A=

Phương án

Bảng 3 Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng

Các đường dây của phương án II:

KẾT LUẬN: Từ kết quả bảng tổng hợp trên, ta chọn phương án 5 là tối ưu nhất vì phương án 5

có hàm chi phí tính toán Z nhỏ nhất Vậy lựa chọn phương án 3 để tiếp tục tính toán

Chương IV XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT CÁC MÁY BIẾN

ÁP, SƠ ĐỒ CÁC TRẠM VÀ SƠ ĐỒ MẠNG ĐIỆN

Chọn số lượng, công suất các máy biến áp trong các trạm hạ

Đối với các phụ tải loại I để đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các phụ tải này cần đặt 2 máy biến áp trong mỗi trạm Đối với phụ tải loại III đặt 1 máy biến áp

Khi chọn công suất của máy biến áp cần xét đến khả năng quá tải của máy biến áp còn lại của các máy biến áp sau sự cố Xuất phát từ điều kiện quá tải cho phép bằng 40% trong thời gian phụ tải cực đại Công suất của mỗi máy biến áp trong trạm có n máy biến áp được xác định theo công thức:

−

Trong đó: S : phụ tải cực đại của trạm

k: hệ số quá tải của máy biến áp trong chế độ sự cố, k= 1.4

n: số máy biến áp trong trạm

Đối với trạm có 1 máy biến áp S

Tính công suất của máy biến áp trong trạm 1:

Chọn máy biến áp cho trạm 1 là

Các trạm còn lại ta tính toán tương tự, kết quả cho ở bảng:

Bảng Kết quả lựa chọn máy biến áp hạ áp

Trạm

Bảng4.2 Các thông số của máy biến áp hạ áp

hạ

Chọn sơ đồ trạm và sơ đồ hệ thống điện

Chương V TÍNH TOÁN SỰ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

Để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện thiết kế, cần xác định các thông

số chế độ xác lập trong các trạng thái phụ tải cực đại, cực tiểu và sau sự cố khi phụ tải cực đại Khi xác định các dòng công suất và các tổn thất công suất, ta lấy điện áp ở nguồn U121kV còn tất cả các nút trong mạng điện bằng điện áp định mức U đm

Chế độ phụ tải cực đại:

Đường dây

Sơ đồ nguyên lý và thay thế của mạng điện

Trong các chương trước ta đã tính được các thông số của các đường dây:

Tổn thất công suất trong tổng trở máy biến áp có thể tính theo công thức:

Công suất điện dung ở cuối đường dây bằng:

Công suất sau tổng trở đường dây:

Bảng 5.1 Thông số các phần tử trong sơ đồ thay thế

ác đường dây nối với hệ thống điện

Bảng 5.2 Các dòng công suất và tổn thất công suất trong tổng trở MBA

Và trên đường dây nối với nhà máy điện

Cân bằng chính xác công suất trong mạng điện:

Xét chế độ vận hành kinh tế các trạm hạ áp khi phụ tải cực tiểu

Trong chế độ phụ tải cực tiểu có cắt bớt một máy biến áp trong các trạm, cần phải thoả mãnđiều kiện sau:

Đối với trạm có 2 máy biến áp thì:

−

=

Kết quả tính toán các giá trị công suất phụ tải S và công suất giới hạn S cho trong bảng

Bảng 5.5 Các dòng công suất và tổn thất trong tổng trở MBA và

Trên đường dây nối với nhà máy điện

Cân bằng chính xác công suất trong mạng điện

Sự cố trong mạng điện thiết kế có thể xảy ra khi đứt một mạch trên đường dây hai mạch nối từ thanh góp cao áp đến các hộ tiêu thụ Khi xét sự cố chúng ta giả thiết sự cố không xếp chồng, xảy ra đồng thời, chỉ xét trường hợp sự cố xảy ra ở từng đường dây trong chế độ phụ tải cực đại.

Sự cố xảy ra đối với đường dây 2 mạch, bị đứt một mạch do đó mạch cung cấp cho hộ tiêu thụ chỉ có một đường dây Đối với đường dây nối từ N do chỉ có một mạch nên ta không xét sự cố đứt một mạch

Kết quả tính toán công suất được cho trong bảng 4.5