Đồ án Tốt nghiệp về Mạng lưới điện Thiết kế mạng lưới điện

LỜI NểI ĐẦU Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các lĩnh vực hoạt động kinh tế và đời sống của con người. Nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao, chính vì vậy chúng ta cần xây dựng thêm các hệ thống điện nhằm đảm bảo cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ. Cùng với sự phát triển công nghiệp hóa , hiện đại hóa của đất nước . Công nghiệp điện lực giữ vai trò đặc biệt quan trọng do điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong các nghành kinh tế quốc dân. Ngày nay nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ , đời sống không ngừng nâng cao, các khu đô thị , dân cư cũng như các khu công nghiệp xuất hiện ngày càng nhiều , do đã nhu cầu về điện năng tăng trưởng không ngừng . Để đáp ứng được nhu cầu cung cấp điện ngày càng nhiều của đất nước thì công tác quy hoạch và thiết kế mạng lưới điện đang là vấn đề cần quan tâm của ngành điện nói riêng và cả nước nói chung. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạng lưới điện gióp sinh viên áp dụng được những kiến thức đã học để thực hiện được những công việc đó. Tuy là trên lý thuyết nhưng phần nào gióp cho sinh viên hiểu được hơn thực tế đồng thời có những khái niệm cơ bản trong công việc quy hoạch và thiết kế mạng lưới điện và cũng là bước đầu tiên tập duợt đÓ có những kinh nghiệm cho công việc sau này. Việc thiết kế mạng lưới điện phải đạt được những yêu cầu về kỹ thuật đồng thời giảm tối đa được vốn đầu tư trong phạm vi cho phÐp là vô cùng quan trọng đối với nền kinh tế của nước ta hiện nay. Đồ án này bao gồm hai phần: Phần thứ nhất có nhiệm vụ thiết kế mạng điện khu vực gồm hai nguồn cung cấp và 9 phụ tải; Phần thứ hai có nhiệm vụ tính toán thiết kế một đường dây trung áp và mét trạm biến áp treo có công suất và cấp điện áp cho trước. Qua đây em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện, đặc biệt là thầy giáo TS. Nguyễn Văn Đạm đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Tuy đã nỗ lực rất nhiều nhưng do thiếu kinh nghiệm thực tế và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được các ý kiến đánh giá, chỉ bảo của các thầy cô giáo. Hà Nội, ngày 26 tháng 5 năm 2009. Sinh viên thực hiện Mẫn Tiến Kú PHẦN I: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN KHU VỰC CHƯƠNG I: PHÂN TÝCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN CUNG CẤP VÀ CÁC PHỤ TẢI Để chọn được phương án tối ưu cần tiến hành phân tích những đặc điểm của nguồn cung cấp điện và các phụ tải. Trên cơ sở đó xác định công suất phát của các nguồn cung cấp dự kiến các sơ đồ nối điện sao cho đạt được hiệu quả kinh tế – kĩ thuật cao nhất. 1.1. NGUỒN CUNG CẤP ĐIỆN Trong hệ thống điện thiết kế có 2 nguồn cung cấp, đó là hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện. 1. Hệ thống điện Hệ thống điện(HT) có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên thanh góp 110 kV của HT bằng 0,85. Vì vậy, cần phải có sự liên hệ giữa HT và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa 2 nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thường trong các chế độ vận hành. Mặt khác, vì hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên chọn HT là nót cân bằng công suất và nót cơ sở về điện áp. Ngoài ra, do hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy nhiệt điện, nói cách khác công suất tác dụng và phản kháng dự trữ sẽ được lấy từ hệ thống điện. 2. Nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện (NĐ) có 3 tổ máy phát. Mỗi máy phát có công suất định mức P đm = 100 MW, cos = 0,85; U đm = 10,5 kV. Như vậy tổng công suất định mức của NĐ bằng 3 100 = 300 MW. Nhiên liệu của NĐ có thể là than đá, dầu và khí đốt. Hiệu suất cảu các nhà máy nhiệt điện tương đối thấp (khoảng 30-40%). Đồng thời công suất tự dùng của NĐ thường chiếm khoảng 6 đến 15% tùy theo loại nhà máy nhiệt điện. Đối với nhà máy nhiệt điện, các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải P 70% P đm ; khi phụ tải P < 30% P đm , các máy phát ngừng làm việc. Công suất phát kinh tế của các máy phát NĐ thường bằng (80-90%) P đm . Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 80% P đm , nghĩa là : P kt = 80% P đm . Do đó khi phụ tải cực đại cả 3 máy phát đều vận hành và tổng công suất tác dụng phát ra của NĐ bằng: P kt = 3 100 = 240 MW Trong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến ngừng 1 máy phát để bảo dưỡng, 2 máy phát còn lại sẽ phát 80% P đm , nghĩa là tổng công suất phát của NĐ bằng: P kt = 2 100 = 160 MW Khi có sự cố ngừng 1 máy phát, 2 máy phát còn lại sẽ phát 100%P đm , như vậy : P F = 2 100 = 200 MW Phần công suất thiếu trong các chế độ vận hành sẽ được cung cấp từ hệ thống điện. 1.2. CÁC PHỤ TẢI ĐIỆN Trong hệ thống điện thiết kế có 9 phụ tải. Tất cả các phụ tải đều là hộ loại I và có hệ số cos = 0,90. Thời gian sử dụng phụ tải cực đại T max = 5000h. 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 áp bằng 10 kV. Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại. Kết quả tính giá trị công suất của các phụ tải trong các chế độ cực đại và cực tiểu cho trong bảng 1.2. Bảng 1.2. Thông số của các phụ tải Hộ tiêu thụ S max = P max + j Q max MVA S max MVA S min = P min + j Q min MVA S min MVA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 36 + j 17,43 38 + j 18,40 48 + j 23,24 38 + j 18,40 50 + j 24,21 40 + j 19,37 38 + j 18,40 30 + j 14,53 38 + j 18,40 40,00 42,22 53,33 42,22 55,55 44,44 42,22 33,33 42,22 25,2 + j 12,20 26,6 + j 12,88 33,6 + j 16,27 26,6 + j 12,88 35 + j 16,95 28 + j 13,56 26,6 + j 12,88 21 + j 10,17 26,6 + j 12,88 28 29,55 37,33 29,55 38,89 31,11 29,55 23,33 29,55 Tổng 356 + j 172,38 CHƯƠNG II: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 CÂN BẰNG 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 công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong các mạng điện, nghĩa là cần phải thực hiện đúng sự cân bằng 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 điện 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 : P NĐ + P HT = P tt = m.∑P max + ∑∆P + P td + P dt (1.1) Trong đó : P NĐ - tổng công suất do nhà máy điện phát ra P NĐ = P kt = 240 MW P HT - công suất tác dụng lấy từ hệ thống. m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại (m=1) ∑P max - tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại. Từ bảng 1.2 ta có: ∑P max = 356 MW ∑∆P - tổng tổn thất trong mạng điện . Khi tính sơ bộ có thể lấy ∑∆P = 5%∑P max = 0,05 356 =17,8 MW P td - công suất tự dùng trong nhà máy điện, có thể lấy bằng 10% tổng công suất đặt của nhà máy: P td = 10% P đm = 0,1 300 = 30 MW P dt - công suất dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng sơ bộ có thể lấy P dt = 10%∑P max , đồng thời công suất dự trữ cần phải bằng với công suất định mức của tổ máy phát lớn nhất đối với hệ thống điện không lớn. Bởi vì hệ thống điện có công suất vô cùng lớn nên công suất dự trữ lấy ở hệ thống, nghĩa là P dt = 0 . P tt - công suất tiêu thụ trong mạng điện. Theo công thức (1.1) ta tính được công suất tiêu thụ trong mạng điện: P P tt = 356 + 17,8 + 30 = 403,8 MW Như vậy, trong chế độ phụ tải cực đại hệ thống cần cung cấp công suất cho các phụ tải bằng: P HT = P tt - P NĐ = 403,8 - 240 = 163,8 MW Nếu trong mạng thiết kế có 2 nhà máy điện, khi đó cần chọn một nhà máy điện làm nhiệm vụ cân bằng công suất trong HT, nhà máy điện còn lại sẽ phát công suất theo dự kiến. Trong thực tế thường chọn các nhà máy điện có công suất lớn và có khả năng điều chỉnh nhanh chóng công suất tác dụng là nót cân bằng công suất, ví dụ các nhà máy thủy điện, các nhà máy nhiệt điện tuabin khí, … Để thuận tiện khi tính, nót cơ sở về điện áp thường được chọn trùng với nót cân bằng công suất. 2.2. CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi có sự cân bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm. Sự cân bằng đòi hỏi không những chỉ đối với công suất tác dụng, mà cả đối với công suất phản kháng. Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp. Phá hoại sự cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn đến sự thay đổi điện áp trong mạng điện. 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 thì 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. Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế có dạng: Q Q F + Q HT = Q tt = m∑Q max + ∑∆Q L - ∑Q c + ∑∆Q b + Q td + Q dt (1.2) Trong đó: m = 1 Q F - tổng công suất phản kháng do NĐ phát ra. Q HT - công suất phản kháng do HT cung cấp. Q tt - tổng công suất phản kháng tiêu thụ. ∑∆Q L - tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong mạng điện. ∑Q c - tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra, khi tính toán sơ bộ lấy ∑Q L = ∑Q c . ∑∆Q b - tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp, trong tính toán sơ bộ lấy ∑∆Q b = 15%∑Q max . Q td - công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện. Q dt - công suất phản kháng dự trữ trong HT, khi cân bằng sơ bộ có thể lấy bằng 15% tổng công suất phản kháng bên phải phương trình (1.2). Đối với mạng thiết kế, công suất P dt sẽ lấy ở hệ thống, nghĩa là Q dt = 0. Nh vậy, tổng công suất phản kháng do NĐ phát ra bằng: Q F = P F .tg = 240 0,62 = 148,8 MVAr Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp là: Q HT = P HT tg = 163,8 0,62 = 101,56 MVAr Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác định theo bảng 1.2 bằng: ∑Q max = 172,38 MVAr Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các MBA hạ áp bằng: ∑∆Q b = 0,15 172,38 = 25,86 MVAr Tổng công suất phản kháng tự dùng trong các nhà máy điện có giá trị bằng: Q td = P td tg Đối với cos = 0,75 thì tg = 0,88. Do đó: Q td = 30 0,88 = 26,40 MVAr Nh vậy tổng công suất tiêu thụ trong mạng điện: Q tt = 172,38 + 25,86 + 26,40 = 224,64 MVAr Tổng công suất phản kháng do HT và NĐ có thể phát ra bằng: Q F + Q HT = 148,8 + 101,56 = 250,36 MVAr Từ các kết quả tính toán trên nhận thấy rằng, công suất phản kháng do các nguồn phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ. Vì vậy không cần bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế. [...]... của mạng điện Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và các nguồn cung cấp điện, vị trí tương đối giữa các phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện Điện áp định mức của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị của công suất trên mỗi đường dây trong mạng. .. kinh tế - kỹ thuật của mạng điện, trước hết cần chọn điện áp định mức của mạng điện, chọn tiết diện các dây dẫn, tính các chỉ tiêu chất lượng của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ của các phương án so sánh a PHƯƠNG ÁN I Sơ đồ mạng điện của phương án I cho trên hình vẽ 1.1 8 7 9 6 HT NĐ 5 4 3 1 2 PH¦¥NG ¸N I 1 Chọn điện áp định mức của mạng điện Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu... Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sau sự cố bằng: ∆Umax sc % = ∆UN-4 sc % + ∆U4-3 bt % = 12,20 % + 3,88 % = 16,08 % d PHƯƠNG ÁN IV Hình 1.4 là sơ đồ mạng điện của phương án IV 8 7 9 6 HT NĐ 5 4 3 1 2 PH¦¥NG ¸N IV 4 Kết quả tính toán của phương án IV cho trong các bảng 1.12, 1.13, 1.14 Bảng 1.12 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Đường dây Công suất Chiều dài Điện áp tính Điện áp... thất điện áp trong mạng điện Điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ được đặc trưng bằng tần số của dòng điện và độ lệch điện áp so với điện áp định mức trên các cực của thiết bị dùng điện Khi thiết kế các mạng điện thường giả thiết rằng hệ thống hoặc các nguồn cung cấp có đủ công suất tác dụng để cung cấp cho các phụ tải Do đó không xét đến những vấn đề duy trì tần số Vì vậy chỉ tiêu chất lượng của điện. .. là giá trị của độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ so với điện áp định mức ở mạng điện thứ cấp Khi chọn sơ bộ các phương án cung cấp điện có thể đánh giá chất lượng điện năng theo các giá trị của tổn thất điện áp Khi tính sơ bộ các mức điện áp trong các trạm hạ áp, có thể chấp nhận là phù hợp nếu trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện một cấp điện áp không vượt quá 10... trong phương án I có giá trị: ∆Umax bt % = 5,96% Tổn thất điện áp lớn nhất khi sự cố băng: ∆Umax sc % = 11,92% Tính toán đối với các phương án còn lại được tiến hành tương tù nh phương án I Để thuận tiện mỗi phương án còn lại chỉ trình bày phương pháp xác định các thông số chế độ đối với những trường hợp đặc biệt có trong sơ đồ mạng điện b PHƯƠNG ÁN II Hình 1.2 là sơ đồ mạng điện của phương án II 8 7... đường dây trong mạng điện Các phương án của mạng điện thiết kế hay là các đoạn đường dây riêng biệt của mạng điện có thể có điện áp định mức khác nhau Trong khi tính toán, thông thường, trước hết chọn điện áp định mức của các đoạn đường dây có công suất truyền tải lớn Các đoạn đường dây trong mạng kín, theo thường lệ, cần được thực hiện với một cấp điện áp định mức Có thể tính điện áp định mức của... 16,71 16,08 16,46 21,29 1.2 SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN Từ các kết quả tính toán ở bảng 1.18, chọn 3 phương án I, III và 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 hàng năm, được xác định theo... Chọn điện áp định mức của mạng điện Dòng công suất chạy trên đoạn đường dây HT-2 có giá trị: SH-2 = S1 + S2 = (36 + j 17,43) + (38 + j 18,40) = 74 + j 35,83 MVA Dòng công suất chạy trên đoạn đường dây 2-1 bằng: S1-2 = S2 = 38 + j 18,40 MVA Kết quả tính điện áp trên các đoạn đường dây và chọn điện áp định mức của mạng điện cho ở bảng 1.6 Bảng 1.6 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Đường... là sơ đồ mạng điện của phương án III 8 7 9 6 HT NĐ 5 4 1 3 2 PH¦¥NG ¸N III Kết quả tính toán của phương án III cho trong các bảng 1.9, 1.10, 1.11 Bảng 1.9 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Đường dây Công suất Chiều dài Điện áp tính Điện áp định truyền tải, đường dây, km toán, kV mức của MVA mạng, kV HT-1 36 + j 17,43 58,31 109,31 HT-2 38 + j 18,40 60,83 112,24 HT-9 68 + j 32,93 58,31 . giữa các phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện. Điện áp định mức của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện. Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá. công tác quy hoạch và thiết kế mạng lưới điện đang là vấn đề cần quan tâm của ngành điện nói riêng và cả nước nói chung. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạng lưới điện gióp sinh viên áp dụng được. trong mạng điện. Các phương án của mạng điện thiết kế hay là các đoạn đường dây riêng biệt của mạng điện có thể có điện áp định mức khác nhau. Trong khi tính toán, thông thường, trước hết chọn điện