Giáo trình cung cấp điện_Chương 7_Cung cấp điện thành phố7 ppt

203 Chương 7 Cung cấp điện thành phố 7.1. Phụ tải điện thành phố Đặc điểm quan trong của hệ thống cung cấp điện thành phố là: mật độ phụ tải rất cao, địa bàn chật hẹp, yêu cầu về an toàn và thẩm mỹ cao v.v. Phụ tải mạng điện thành phố rất đa dạng, bao gồm phụ tải của các khu chung cư, phụ tải của khu vực hành chính sự nghiệp, phụ tải của các xí nghiệp sản xuất và phụ tải công cộng. Bài toán xác định được thực hiện trên cơ sở phụ tải tính toán của các điểm tải trên địa bàn thành phố. Lý thuyết chung về phụ tải điện đã được trình bày khá chi tiết ở chương 2. Việc xác định phụ tải nhà ở của các khu chung cư, khách sạn đã được trình bày ở chương 5. Phụ tải tính toán của các xí nghiệp công nghiệp được trình bày trong chương 6. Bài toán xác định phụ tải dịch vụ công cộng với những nét đặc thù riêng sẽ được trình bày dưới đây: 7.1.1. Tính toán phụ tải dịch vụ công cộng Phụ tải dịch vụ công cộng thuộc loại phụ tải rất đa dạng có tính chất gần với phụ tải sinh hoạt. Thông thường các hộ tiêu thụ điện có công suất trung bình và nhỏ được trang bị ở các công sở, hành chính như: - Trường học; - Thương mại; - Cửa hàng ăn uống; - Nhà văn hóa, rạp hát; - Nhà nghỉ, an dưỡng; - Khách sạn, nhà trọ v.v. Phụ tải dịch vụ công cộng thường được xác định trên cơ sở quy mô và hình thức dịch vụ, được thể hiện qua các đơn vị như diện tích, chỗ ngồi v.v. Công suất tính toán của cơ sở dịch vụ công cộng được xác định theo biểu thức: P cc = p 0c .m (7.1) Trong đó: 204 p 0c – suất tiêu thụ điện của một đơn vị tính toán, kW/đ.vị (xem bảng 14.pl); m – số đơn vị. Tổng phụ tải tính toán dịch vụ công cộng được xác định theo biểu thức: ),max( đ tt n tttt PPP  (7.2) P tt n – phụ tải tính toán ứng với thời điểm cực đại ngày; P tt đ – phụ tải tính toán ứng với thời điểm cực đại đêm;   n cci n tMicc n tt PkPP 1 max. (7.3)   n cci đ tMicc đ tt PkPP 1 max. (7.4) Р cc.max – giá trị phụ tải lớn nhất trong các cơ sở dịch vụ công cộng; Р cc.i , – giá trị phụ tải tính toán của cơ sở dịch vụ thứ i; k n tMi , k đ tMi – hệ số tham gia vào cực đại ngày/đêm của phụ tải lấy theo bảng 5.pl. 7.1.2. Phụ tải tính toán mạng điện phân phối Phụ tải tính toán trên thanh cái trạm biến áp trung gian được xác định theo phương pháp hệ số đồng thời:   b n ttBđtBpp PkP 1 (7.5) Trong đó: P ttB – phụ tải tính toán của trạm biến áp phân phối, kW; k đtB – hệ số đồng thời của các trạm biến áp, tra theo bảng 6.pl. n b – số lượng trạm biến áp. Nếu đã biết sơ đồ của mạng điện phân phối, thì phụ tải tính toán trên thanh cái trạm biến áp trung gian có thể xác định theo phương pháp số gia bằng cách tổng hợp từng cặp điểm tải bắt đầu từ cuối đường dây (xem mục 2.3.2 chương 2). 7.2. Sơ đồ mạng điện thành phố Bài toán xây dựng sơ đồ cung cấp điện tối ưu thực sự là bài toán phức tạp, vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: cấu trúc mạng điện, cấp điện áp, vị trí của các nguồn điện và các trạm biến áp v.v. Sơ đồ cung cấp 205 điện thành phố trước hết cần được xây dựng dựa trên các tham số và các mức điện áp tối ưu của các phần tử hệ thống. Cần phải lưu ý rằng các phần tử của sơ đồ cung cấp điện thành phố đồng thời cũng là các phần tử của hệ thống điện của cả vùng, tức là với sự hỗ trợ của chúng sẽ cho phép các nguồn điện làm việc song song và duy trì các chế độ làm việc cần thiết. Do số lượng các hộ dùng điện là vô cùng lớn, vì vậy việc lựa chọn sơ đồ không cần phải xét chi tiết đến các đặc tính của các hộ dùng điện độc lập, mà độ tin cậy yêu cầu được tính đến phụ thuộc vào tổng công suất tính toán. Độ tin cậy của sơ dồ được tính toán có xét đến sự tăng trưởng không ngừng của phụ tải theo thời gian. Có thể có nhiều dạng sơ đồ mạng điện khác nhau tùy thuộc vào quy mô và diện tích của thành phố. Nhìn chung có thể phân biệt ba dạng sơ đồ chính như sau: 7.2.1. Sơ đồ cung cấp điện cho thành phố nhỏ Đại diện của nhóm sơ đồ cung cấp điện cho thành phố nhỏ được thể hiện trên hình 7.1. Điện năng được cung cấp từ nhà máy điện địa phương (1) và từ hệ thống thông qua các trạm biến áp trung gian 110/(1035) kV (2). Việc phân phối điện năng đến các hộ dùng điện được thực hiện thông qua mạng phân phối trung áp 10 35 kV và mạng điện hạ áp với sự tham gia của các trạm biến áp phân phối (1035)/0,4 kV (3). Thông thường mạng điện phân phối trung áp được xây dựng theo sơ đồ mạch vòng, vận hành hở. Các trạm biến áp phân phối công suất khác nhau có nhiệm vụ cung cấp điện cho mạng hạ áp 0,38 kV, mà có thể được trang bị các cơ cấu dự phòng tương hỗ bởi các đường dây. Đối với các hộ dùng điện công nghiệp có thể cấp điện bởi các trạm biến áp riêng. Tùy theo mức độ yêu cầu, mạng điện có thể được trang bị các cơ cấu tự động đóng dự phòng. Đặc trưng của sơ đồ cung cấp điện cho thành phố nhỏ là chỉ sử dụng một cấp điện áp ở mạng điện cao áp của thành phố (trong sơ đồ hình 7.1. đó là cấp 1035kV). Mạng trung áp này có bán kính hoạt động xác định vì vậy chỉ có thể đấp ứng cung cấp điện chất lượng trong một phạm vi thích hợp. Mạng điện trung áp 10  35 kV  0,38kV 0,38kV 10  35kV 1 2 T ừ HTĐ 3 206 7.2.2. Sơ đồ cung cấp điện cho thành phố trung bình Nếu quy mô của thành phố lớn thì hệ thống cung cấp điện như đã xét ở sơ đồ trên không thể đáp ứng, do khả năng truyền tải của mạng trung áp có hạn. Việc cung cấp điện cho thành phố có quy mô trung bình được thực hiện bởi sơ đồ hình 7.2. Hình 7.1 Sơ đồ mạng điện thành phố nhỏ 1- Nhà máy điện địa phương; 2 – Trạm biến áp trung gian; 3- Trạm biến áp phân phối Mạng điện hạ áp 10  35kV  Mạng điện hạ áp Từ HTĐ 2 1 2 3 4 2 3 3 110 hoặc 220 kV Đường dây dự phòng 5 110 hoặc 220 kV 207 Ở sơ đồ này các nguồn điện chính – nhà máy điện địa phương (1) nằm trên lãnh thổ thành phố và trạm biến áp trung gian (2) có liên hệ với hệ thống quốc gia. Mạng điện cung cấp 110 220 kV được thiết kế theo kiểu mạch vòng bao trùm toàn bộ thành phố. Mạng điện này có vai trò không chỉ cung cấp điện cho thành phố mà còn duy trì sự liên hệ giữa mạng điện thành phố với hệ thống quốc gia, nói cách khác nó chính là một phần tử của hệ thống quốc gia. Các tham số chế độ của mạng điện này được xác định theo các điều kiện tương đồng, tức là một mặt, theo công suất trao đổi giữa các trạm biến áp thành phố với hệ thống quốc gia và, mặt khác, theo các điều kiện cung cấp cho các trạm biến áp 110220 kV. Tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể, sơ đồ mạng điện 110220kV cũng có thể có các cấu trúc khác. Các trạm biến áp phân phối (3) 1035/0,4 kV, được cấp điện từ các trạm biến áp trung gian, đóng vai trò lag nguồn cung cấp cho các hộ dùng điện thông qua mạng điện hạ áp 0,38 kV. Tùy trường hợp cụ thể, các trạm biến áp này có thể được trang bị đường dây dự phòng, dẫn điện từ thanh cái phía thứ cấp của trạm biến áp trung gian lân cận trong trường hợp xẩy ra sự cố (đường chấm chấm trên hình 7.2). Trong trường hợp cần cung cấp điện cho các cụm công nghiệp, mạng điện phân phối có thể được trang bị các trạm phân phối (4) với công suất quá cảnh trong khoảng 310 MVA. Đôi khi các trạm phân phối là các trạm nội bộ của các xí nghiệp công nghiệp (5). Từ trạm phân phối (5) điện năng được phân bổ đến các trạm biến áp phân xưởng để qua đó cung cấp cho các hộ dùng điện công nghiệp. Sơ đồ cung cấp điện cho thành phố trung bình đặc trưng bởi hai cấp điện áp cao áp. 7.2.3. Sơ đồ cung cấp điện cho thành phố lớn Hình 7.2 Sơ đồ mạng điện thành phố trung bình 1 – Nhà máy điện địa phương; 2 – Trạm biến áp trung gian; 3 – Trạm biến áp phân phối; 4 – Trạm phân phối; 5 – Trạm phân phối nội bộ xí nghiệp 208 Điểm khác biệt của sơ đồ cung cấp điện cho các thành phố lớn (hình 7.3) là số lượng và công suất của nguồn cung cấp lớn hơn so với sơ đồ cung cấp điện cho thành phố trung bình. Mạng điện phân phối, chủ yếu dùng cấp điện áp 1035 kV, nhìn chung được xây dựng theo sơ đồ hình tia. Các phần tử của mạng điện cũng tương tự như sơ đồ đã xét ở trên. Mạng điện cung cấp 110 hoặc 220 kV được xây dựng theo sơ đồ mạch vòng, nó liên hệ tất cả các nguồn điện với nhau. Sơ đồ mạch vòng xác định phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể, nhìn chung khá phức tạp. Mạng điện phân phối thường được xây theo sơ đồ dẫn sâu (tiếp cận mạng cao áp đến các trung tâm tải với số cấp điện áp tối thiểu). Mạng điện dẫn sâu nhìn chung được xây dựng theo sơ đồ tối giản dạng hai dự phòng tương hỗ cho nhau. Hình 7.3 Sơ đồ mạng điện thành phố lớn  22 kV 0,4kV 35kV 35kV 0,4kV 22 kV 22 kV Từ HTĐ Từ HTĐ 110 hoặc 220 kV 110 hoặc 220 kV 209 Như đã phân tích, mạng điện phân phối của thành phố bao gồm tập hợp các phần tử: các đường dây phân phối trung áp, các trạm biến áp phân phối và các đường dây hạ áp, đối với các khu vực với các điểm tải lớn, ngoài các phần tử kể trên còn có thêm các trạm phân phối quá cảnh. Sơ đồ tổng hợp của hệ thống cung cấp điện thành phố được thể hiện trên hình 7.4. Ở sơ đồ này mạng điện được phân cấp phả hệ: mạng truyền tải, mạng cung cấp và mạng phân phối. Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, mạng điện thành phố được xây dựng với các mạch vòng của mạng cung cấp và mạng phân phối, có thể hỗ trợ cho nhau trong các trường hợp xẩy ra sự cố. Một trong những yêu cầu quan trọng trong việc xây dựng sơ đồ cung cấp điện thành phố là công suất ngắn mạch phải được đảm bảo trong giới hạn cho phép đối với các thiết bị áp dụng trong sơ đồ. Điều đó có thể thực hiện bằng cách phân chia Hình 7.4. Sơ đồ hệ thống cung cấp điện thành phố AT – Máy biến áp tự ngẫu; CA – Cao áp; TA –Trung áp; HA – Hạ áp. Truy ền tải Cung c ấp Phân ph ối CA/TA TA/HA 210 hệ thống thành từng phần nhỏ, lắp đặt các cuộn kháng điện tại các vị trí cần thiết v.v. 7.2.4. Trạm biến áp phân phối Hầu hết các trạm biến áp phân phối được bảo vệ bằng cầu chảy. Phía hạ áp được lắp đặt trong tủ phân phối với các lộ ra được bảo vệ bằng aptomat (hình 7.5a). Trạm biến áp phân phối của mạng điện thành phố có thể được xây dựng dưới dạng hợp bộ, trạm treo, hoặc trạm biến áp ngầm dưới lòng đất (hình 7.5). Hộp nối dây n ối đ ất kẹp nối đất máy bi ến áp máy bơm bulông kéo cáp cao áp cap h ạ áp thang đèn cáp gi ữ d) Hình 7.5. Sơ đồ trạm biến áp phân phối: a) Sơ đồ nguyên lý; b) Trạm biến áp hợp bộ; c) Trạm biến áp treo; d) Trạm biến áp ngầm b) c) a) CC CSC BI ApT Ap CSH DCL – dao cách ly; CC – cầu chảy cao áp; CSC – chống sét cao áp; CSH – chống sét hạ áp; ApT – aptomat tổng; Ap – aptomat lộ ra DCL kWh A kWh A 211 Vị trí xây dựng trạm biến áp phân phối được xác định theo các phương pháp đã trình bày ở chương 3. Tuy nhiên đối với mạng điện thành phố đôi khi ta không có nhiều phương án lựa chọn vị trí trạm biến áp. Gần đây phương án xây dựng các trạm biến áp ngầm được áp khá phổ biến. Một trong những yêu cầu quan trọng của trạm biến áp ngầm là điều kiện thông thoáng và thoát nước. Thông thường ở trạm biến áp luôn có bố trí một cụm máy bơm dự phòng. Trong trường hợp hệ thống thoát nước làm việc kém hiệu quả thì máy bơm sẽ được huy động. Ưu điểm nổi bật của trạm biến áp ngầm là tiết kiệm diện tích và đảm bảo độ an toàn cao. Tuy nhiên yêu cầu về làm mát phải hết sức nghiêm ngặt. Để lựa chọn loại trạm biến áp cần phải giải bài toán kinh tế-kỹ thuật với việc so sánh các phương án khả thi. Việc phân tích các nguyên lý xây dựng sơ đồ cung cấp điện thành phố cho phép lựa chọn các phương án tối ưu. Bài toán lựa chọn sơ đồ cung cấp điện tối ưu cần được giải trên cơ sở phân tích kinh tế - kỹ thuật có xét đến các đặc điểm cụ thể về kinh tế, xã hội, địa lý, khí hậu, môi trường, nhân chủng v.v. 7.3. Đặc tính kinh tế - kỹ thuật của các phần tử mạng điện 7.3.1. Tiết diện kinh tế của đường dây cáp 212 Cũng như đường dây trên không, chi phí quy dẫn của đường dây cáp gồm hai thành phần (xem chương 3): Thành phần phụ thuộc vào vốn đầu tư (p d V) và thành phần phụ thuộc vào chi phí tổn thất: Z d = p d V d +3I 2 Rc  10 -3 ; (7.6) Trong đó: V d – vốn đầu tư đường dây, đồng; p d – hệ số khấu hao và sử dụng hiệu quả vốn đầu tư; I – dòng điện truyền tải trên đường dây, A; R – điện trở của đường dây, ;  – thời gian tổn thất cực đại, h; c  – giá thành tổn thất điện năng, đồng/kWh. Thay V d = a d +b d F và F l R .   ta có: Akdddd ZZc F l IlFbapZ     32 10. . 3)(   (7.7) a d , b d – các hệ số kinh tế cố định và thay đổi của đường dây, đ/km và đ/(km.mm 2 );  - điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn, .mm 2 /km; l – chiều dài đường dây, km; F – tiết diện dây dẫn, mm 2 . Mật độ dòng điện ứng với giá trị cực tiểu của hàm Z d được gọi là mật độ dòng điện kinh tế, được xác định theo biểu thức (3.17):   c bp j dd kt  3 10 3 Nếu đã biết mật độ dòng điện kinh tế j kt , thì tiết diện kinh tế của dây dẫn có thể được xác định dễ dàng theo biểu thức: kt kt j I F  , mm 2 (7.8) Trong trường hợp có xét đến sự phát triển của phụ tải theo thời gian với suất tăng trung bình hàng năm của phụ tải a p , thì tiết diện kinh tế của đường dây được xác định theo biểu thức: 2 . ,mm j I aF kt cM pkt  (7.9) [...]... đường: b=10 m, a= 0,8m, H=10m; H độ sáng trung bình, vỉa hè rộng 3m b a Câu hỏi ôn tập chương 7 1 Hãy trình bày phương pháp xác định phụ tải điện thành phố 2 Hãy trình bày khái quát về mạng điện thành phố 3 Hãy trình bày phương pháp xác định tiết diện kinh tế của đường dây cáp mạng điện thành phố 4 Hãy trình bày phương pháp xác định hệ số mang tải tối ưu của máy biến áp 238 ... thống cung cấp điện sao cho tổng chi phí quy dẫn liên quan đến sự truyền tải và phân phối điện năng của hệ thống là nhỏ nhất Ví dụ nếu tăng công suất của trạm biến áp thì sẽ giảm được số lượng trạm biến áp, do đó giảm được chi phí cho mạng điện cung cấp Tuy nhiên, trong trường hợp này sẽ làm tăng bán kính hoạt động của mạng điện phân phối của mối trạm biến áp, điều đó dẫn đến tăng chi phí của các mạng điện. .. các tham số của mạng điện phải được chọn sao cho các chỉ tiêu tổng hợp của hệ thống cung cấp điện là tốt nhất Trên hình 7.8 biểu thị sơ đồ lý tưởng (với giả thiết phụ tải phân bố đều trên toàn bộ lãnh thổ) sự thay đổi của chiều dài đường dây phụ thuộc vào số lượng trạm biến áp thành phố l2 L1 l1 a) L2 l3 L3 b) c) l4 L4 d) 215 Hình 7.8 Sơ đồ tính toán so sánh các phương án cung cấp điện a) N1=1; L1=4;... trị) bao phủ bởi mạng điện phân phối, km;  - Hệ số phân nhánh của đường dây; ac - hệ số kinh tế cố định của đường dây cung cấp, đ/km; bd - hệ số kinh tế thay đổi của đường dây phân phối, đ/(mm2.km); m – hệ số kinh tế cố định của trạm biến áp, đ;  – thời gian hao tổn cực đại, h; c – giá thành tổn thất điện năng, đ/kWh;  - mật độ phụ tải, kW/km2; j – mật độ dòng điện kinh tế; U – điện áp định mức của... định bán kính kinh tế của mạng điện phân phối thành phố, điện áp 22 kV, biết mật độ phụ tải là  = 120 kW/km2, các hệ số phân nhánh  =3,12; mật độ dòng điện kinh tế jkt=3,2A/mm2; hệ số kinh tế thay đổi của đường dây cáp đồng 22 kV là bd=18,22.106đ/km.mm2, điện trở suất cu=18,8 .mm2/km; hệ số công suất trung bình cos = 0,88; hệ số kinh tế cố dịnh của đường dây cung cấp 110 kV là ac = 818.106đ/km;... và b) là 2,0 còn ở các sơ đồ c) và d) là 1,33 7.3.4 Xác định bán kính tối ưu của lưới phân phối Bài toán xây dựng sơ đồ cung cấp điện với cấp điện áp xác định sẽ phải đụng chạm đến vấn đề bán kính tối ưu của mạng điện, tức chiều dài tối 216 ưu của đường dây phân phối từ trạm biến áp thành phố đến các trạm biến áp phân phối Chiều dài tối ưu của đường dây phụ thuộc vào công suất truyền tải trên đường dây... của lưới điện phân phối là bán kính hoạt động của lưới điện mà có chi phí nhỏ nhất Từ mô hình toán học của hệ thống điện chúng ta chỉ xét các thành phần của chi phí tính toán có liên quan đến bán kính r của lưới phân phối Z pm 3 rJ   c pc ac  b 2 b  pd bd  r  4r 4U cos  103 2r 4 3JU cos ; (7.19) Trong đó: pc, pd, pb – hệ số khấu hao và sử dụng hiệu quả vốn đầu tư đường dây cung cấp, đường... N4=8; L4=23; l4=8; O - Trạm biến áp phân phối;  - Trạm biến áp thành phố Giả sử các đường dây cung cấp được thực hiện bằng mạch kép, còn các đường dây phân phối là mạch đơn, nếu coi khoảng cánh giữa các trạm biến áp phân phối là một đơn vị, thì với phương án một trạm biến áp thành phố N1=1 (hình 7.8a), chiều dài tương đối của đường dây cung cấp sẽ là L1=4 và tổng chiều dài đường dây phân phối l1=32; Với... vào của con đường nhánh v.v 7.4.2 Phân cấp chiếu sáng đường phố Việc phân cấp chiếu sáng cho phép áp dụng các chỉ tiêu thích hợp trong thiết kế đảm bảo chất lượng tốt nhất Tiêu chuẩn CIE xác định các cấp chiếu sáng biểu thị các giá trị tối thiểu phải thoả mãn với chất lượng phục vụ (bảng 7.2) Bảng 7.2 Tiêu chuẩn chiếu sáng ứng với các cấp khác nhau (theo CIE) Cấp Loại đường Vỉa Ltb ko=Lmin/Ltb k1=Lmin/Lmax... tiết diện dây dẫn theo biểu thức: F M qd C.U cp , mm 2 (7.36) Trong đó: F – tiết diện dây dẫn, mm2; Ucp – hao tổn điện áp cho phép, %; C = U2n.10-5 - hệ số phụ thuộc vào cấu trúc mạng điện, được cho trong bảng 26.pl;  - điện dẫn của vật liệu dây dẫn; Un - điện áp định mức của mạng điện; Mqd - tổng mômen quy đổi của tất cả các nhánh, được xác định như sau: Mqd = Mi + iMj ; (7.37) Mi - mômen tải . 203 Chương 7 Cung cấp điện thành phố 7. 1. Phụ tải điện thành phố Đặc điểm quan trong của hệ thống cung cấp điện thành phố là: mật độ phụ tải rất cao, địa. đồ cung cấp điện cho các thành phố lớn (hình 7. 3) là số lượng và công suất của nguồn cung cấp lớn hơn so với sơ đồ cung cấp điện cho thành phố trung bình. Mạng điện phân phối, chủ yếu dùng cấp. thống cung cấp điện thành phố được thể hiện trên hình 7. 4. Ở sơ đồ này mạng điện được phân cấp phả hệ: mạng truyền tải, mạng cung cấp và mạng phân phối. Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện,