thiết kế mạng điện 110kv

Nội dung: Trong hệ thống điện cần phải có sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng.. Cân bằng công suất là một trong những bài toán quan trọng nhằm đánh giá khả năng cung cấp của các

Trang 1

CHƯƠNG 1 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 Nội dung:

Trong hệ thống điện cần phải có sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng Cân bằng công suất là một trong những bài toán quan trọng nhằm đánh giá khả năng cung cấp của các nguồn cho phụ tải, từ đó lập phương án nối dây thích hợp và xác định dung lượng bù hợp lý

Tại mỗi thời điểm luôn phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất và tiêu thụ Mỗi mức cân bằng công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q để xác định một giá trị tần số và điện áp

Để đơn giản bài toán, ta coi sự thay đổi công suất tác dụng P ảnh hưởng chủ yếu đến tần số, còn sự cân bằng công suất phản kháng Q ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp Cụ thể là khi nguồn phát không đủ công suất P cho phụ tải thì tần số bị giảm đi và ngược lại Khi thiếu công suất Q thì điện áp bị giảm và ngược lại

Trong mạng điện, tổn thất công suất phản kháng lớn hơn công suất tác dụng, nên khi các máy phát điện được lựa chọn theo sự cân bằng công suất tác dụng thì trong mạng điện thiếu công suất phản kháng Điều này dẫn đến xấu các tình trạng làm việc của các hộ dùng điện, thậm chí làm ngừng sự truyền động của các máy công cụ trong xí nghiệp, gây thiệt hại rất lớn, đồng thời làm hạ thấp điện áp của mạng và làm xấu tình trạng làm việc của mạng cho nên việc bù công suất phản kháng là vô cùng cần thiết

1.2 Cân bằng công suất tác dụng:

Cân bằng công suất tác dụng để giữ tần số ổn định trong hệ thống.và được biểu diễn bằng biểu thức tổng quát:

∑PF = m∑Ppt + ∑∆Pmd +∑Ptd + ∑Pdt

∑PF : Tổng công suất tác dụng phát ra do các nhà máy phát điện của các nhà máy

trong hệ thống

∑Ppt: Tổng phụ tải tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ

∑∆Pmd: Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp

m: Hệ số đồng thời (giả thiết chọn 0,8 )

∑Ptd: Tổng công suất tự dùng các nhà máy điện

∑Pdt: Tổng công suất dự trữ của hệ thống

Trang 2

ĐỒ ÁN 1_THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110kV Trang 2/121

Trong thiết kế môn học giả thiết nguồn điện đủ cung cấp hoàn toàn cho nhu cầu công suất tác dụng và chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng của nhà máy điện nên tính cân bằng công suất tác dụng theo biểu thức sau:

∑PF = m∑ Ppt + ∑∆Pmd

∑P F = 0,8 x 111 + 8,88 = 97,68 (MW)

1.3 Cân bằng công suất phản kháng:

Cân bằng công suất phản kháng để giữ điện áp bình thường trong hệ thống và được biểu diễn bằng biểu thức tổng quát:

∑QF + Qbù∑ = m∑Qpt + ∑∆QB + ∑∆QL - ∑QC + ∑Qtd + ∑Qdt

∑QF: Tổng công suất phản kháng cung cấp từ thanh cái cao áp ngoài hệ thống

Qbù ∑ : Dung lượng công suất phản kháng cần bù cho hệ thống

m∑Qpt: Tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời

∑∆QB: Tổng tổn thất công suất phản kháng trên máy biến áp khoảng (8÷12%)∑Spt

∑∆QL : Tổng tổn thất công suất kháng trên cảm kháng đường dây

∑QC : Tổng tổn thất công suất kháng do điện dung đường dây

∑Qtd : Tổng công suất tự dùng các nhà máy điện trong hệ thống

∑Qdt : Tổng công suất phản kháng dự trữ của hệ thống

Tổng công suất phát ra của máy phát điện:

0 x P pt Q pt

Trang 3

Trong thiết kế môn học này chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của nhà máy điện nên

Do Qbù ∑ > 0 nên hệ thống cần đặt thêm thiết bị bù để cân bằng công suất kháng

1.4 Tính toán bù sơ bộ công suất kháng:

Tính toán bù sơ bộ công suất phản kháng theo nguyên tắc: bù ưu tiên cho các phụ tải ở xa, cosφ thấp Công suất bù cho 6 phụ tải bằng tổng công suất Qbù ∑ đãtính ở trên

Qbi = Pi ( tgφi – tgφi ' ) sao cho ∑Qbi = Qbù ∑

Sau đó tính công suất phụ tải Si' & cosφ’ sau khi bù với:

(Si')2 = Pi2 + (Qi –Qbi)2 ; cosφ’ = Pi / Si'

Vì vậy, ta lập được bảng số liệu phụ tải trước và sau khi bù sô bộ như sau :

Phụ

tải

P (MW)

Trang 4

CHƯƠNG 2

DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT

2.1 Lựa chọn điện áp tải điện:

Cấp điện áp tại điện phụ thuộc vào công suất và khoảng cách truyền tải

Dựa vào công thức Still để tìm điệnb áp tải điện U(kV):

Trong đó:

P: Công suất truyền tải (kW)

l : Khoảng cách truyền tải (km)Tính cho các phụ tải, ta được:

Từ số liệu trên, ta chọn cấp điện áp 110kV: U dm = 110 kV

2.2 Chọn sơ đồ nối dây của mạng điện:

Sơ đồ nối dây mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: số lượng, vị trí phụ tải, mức độ cung cấp điện liên tục của phụ tải, công tác vạch tuyến, sự phát triển của mạch điện

Theo vị trí nguồn và phụ tải, ta chia phụ tải thành 3 khu vực như sau:

Đối với phụ tải khu vực I : phụ tải 5 và 6 yêu cầu cung cấp điện liên tục, sử dụng

Trang 5

Đối với phụ tải khu vực III : phụ tải 1 và 2 yêu cầu cung cấp điện liên tục, sử dụng 3 phương án

Do đó, ta phải lập phương án đi dây cho khu vực III, có 03 phương án đi dây như sau:

Phương án a: Tải 1 và 2 mắc liên thông lộ kép

Phương án b: Tải 1 và 2 mắc hình tia lộ kép

Phương án c: Tải 1 và 2 mắc thành vòng kín

Trang 6

Khu vực 2: tải 3 và 4 mắc liên thông lộ đơn

Khu vực 3: tải 5 và 6 mắc thành vòng kính:

Trang 7

Ở điện áp 110kV, Tmax = 5000 giờ (đề đã cho).

Tra bảng 2.3 ta được mật độ dòng kinh tế jkt: j kt = 1,1 A/mm 2

Đối với mạng truyền tải cao áp, chọn dây theo mật độ dòng kinh tế

Có rất nhiều phương pháp để chọn lựa dây dẫn, chẵn hạn như:

- Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

- Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép, đồng thời thỏa mãn điều kiện phí tổn kim loại ít nhất

- Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép, đồng thời thỏa mãn điều kiện phí tổn thất công suất ít nhất

- Chọn theo điều kiện phát nóng cho phép

- Chọn theo điều kiện kinh tế

Mật độ kinh tế Jkt là số amper lớn nhất chạy trong 1 đơn vị tiết điện kinh tế của dây dẫn Dây dẫn được chọn theo Jkt thì mạng điện vận hành kinh tế nhất

kt

tc vh kt

F

I a a b

3

) (

=

+

=

τρβ

- Mật độ dòng kinh tế không phụ thuộc vào điện áp mạng điện

- Jkt tỷ lệ nghịch với điện trở suất Nếu dây dẫn có điện trở suất bé thì Jkt lớn

và ngược lại

Quy tắc Kelvin: khi dây dẫn có tiết diện tối ưu, phần giá cả phụ thuộc tiết điện dây

dẫn bằng chi phí hiện thời hóa do tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong thời gian sống của đường dây

Điều kiện thỏa hiệp tối ưu:

f

C f

V f

Lấy đạo hàm ∂∂Vt f theo Vt = V + Cp = A + BU + CLf + 3 ρImax2f LR

, ta được điều kiện tối ưu quy tắc Kelvin:

K”.fop = 3 ρImax2f LRLúc này chọn dây dẫn thì sẽ thỏa mãn chi phi tính toán hàng năm là thấp nhất

Trang 8

2.3 Chọn tiết diện dây cho các phương án:

b Tiết diện kinh tế của mỗi đoạn và chọn dây:

Với Tmax = 5000 (giờ/năm) và mật độ dòng kinh tế jkt = 1,1 (A/mm2)

- Đoạn N-1:

2 2

I

j

−

Chọn tiết diện tiêu chuẩn, với nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế là 40oC

và hệ số hiệu chỉnh k = 0,81

S1=20+j14,19 S2=17+j12,75

N

1 2

Trang 9

Bảng dòng cho phép

Đoạn Mã hiệu dây Dòng cho phép: I cp (A) Ghi chú

Chiều dài l (km)

R=r o l (Ω)

X=x o l (Ω)

Y=b o l (1/Ω)

NN

S2 = 19 + j14,25

Trang 10

- Đoạn N-1:

2 2

I

j

−

Chọn tiết diệnn tiêu chuẩn, với nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế là 40oC

c Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự cố:

Khi đứt 01 dây trên đường dây lộ kép, dây còn lại phải tải toàn bộ dòng điện phụ tải còn lại gọi là dòng điện cưỡng bức (Icb)

Khi đó:

R=r o l (Ω)

X=x o l (Ω)

Y=b o l (1/Ω)

Trang 11

b Tiết diện kinh tế mỗi đoạn:

- Đoạn N-1:

1 1

Trang 12

- Đoạn N-2:

2 2

Trường hợp nặng nề nhất là đứt đoạn N-2, mạng trở thành mạng hở và dòng cưởng bức trên các đoạn còn lại là:

R=r o l (Ω)

X=x o l (Ω)

Y=b o l (1/Ω)

10 -6

Trang 13

2.3.4 Phương án cho khu vực 2:

a Dòng điện trên mỗi dây dẫn của từng đoạn dây:

- Đoạn N-3:

) ( 22 , 168 1

, 1

04 ,

kt

N kt

- Đoạn 3-4:

) ( 05 , 101 1

, 1

16 ,

5 3 5

j

I F

kt

3

4N

N

Trang 14

R=r o l (Ω)

X=x o l (Ω)

Y=b o l (1/Ω)

10 -6

Ghi chú: ro: tra PL 2.1; xo: tra PL 2.3; bo: tra PL 2.4

2.3.5 Phương án cho khu vực 3:

a Phân bố công suất sơ bộ theo chiều dài:

6

S5 = 17 + j12,75 S6 = 21 + j12,52

NN

Trang 15

b Tiết diện kinh tế mỗi đoạn:

- Đoạn N-5:

5 5

Trường hợp nặng nề nhất là đứt đoạn N-6, mạng trở thành mạng hở và dòng cưởng bức trên các đoạn còn lại là:

Trang 16

R=r o l (Ω)

X=x o l (Ω)

Y=b o l (1/Ω)

10 -6

Ghi chú: ro: tra PL 2.1; xo: tra PL 2.3; bo: tra PL 2.4

BẢNG SỐ LIỆU TỔNG TRỞ CÁC ĐƯỜNG DÂY Phương án Đường dây R=r (Ω) o .l X=x (Ω) o .l (1/Ω) 10 Y=b o .l -6

Trang 17

2.4 Tính toán tổn thất công suất:

2.4.1 Phương án a, khu vực 1:

Sơ đồ thay thế hình tia liên thông:

• Công suất cuối tổng trở của đoạn 1-2:

dm

R U

dm

X U

1-2 + (ΔP1-2 + jΔQ1-2) = (19 + j12,97) + (0,41 + j0,39)

S ’ 1-2 = 19,41 + j13,36(MVA)

• Công suất ở đầu đoạn 1-2:

2

1 −

Y j

2

Y

Trang 18

• Công suất ở cuối tổng trở của đoạn N-1:

U U

N dm

R U

N dm

X U

N-1 + (ΔPN-1 + jΔQN-1) = (39,41 + j25,24) + (0,77 + j1,2)

S ’ N-1 = 40,18 + j26,44 (MVA)

• Công suất ở đầu đoạn N-1 cũng là công suất của nguồn cung cấp cho toàn đường dây:

169,8 10

2

x j

−

S N-1 = 40,18 + j25,41 (MVA)

• Sụt áp trên toàn đường dây:

Trang 19

• Công suất cuối tổng trở của đoạn N-1:

U U

N dm

R U

N dm

X U

Trang 20

• Tổn thất điện áp trên đoạn N-2:

U U

N dm

R U

N dm

X U

• Công suất ở đầu đoạn N-2:

Trang 21

• Sơ đồ phụ tải tính toán:

• Công suất do phân nữa điện dung của đường dây sinh ra:

) (

49 , 0 110 10

11 , 81 2

1 2

1

) (

51 , 0 110 10

90 , 84 2

1 2

1

) (

47 , 0 110 10

35 , 77 2

1 2

1

2 6 2

4 2 4 2

2 6 2

4 4

2 6 2

2 2

MVAr U

Y Q

MVAr U

Y Q

MVAr U

Y Q

dm C

dm N C

) ( 21 82 , 14

) 98 , 13 55 , 14 74 , 11 94 , 5 38 , 13 45 , 8 (

) 98 , 13 55 , 14 38 , 13 45 , 8 ( ) 79 , 14 21 ( ) 38 , 13 45 , 8 ( ) 75 , 11 17 (

) (

2

* 2

4 2 2 4

4 2 4

' 2 4

' 4

* 2

*

MVA j

S

MVA j

S

j J

j

j j

j S

Z Z Z

Z Z S Z S S

N N N N

+ + +

+ +

+

×

− + +

×

−

=

+ +

* 2 2

S ’ 2

Trang 22

S2-1 = SN-2 - S’2 = 19 +j14,25 – (15,82 + j10,24) = 3,18 + j4,01 (MVA)

=> công suất theo chiều 2 → 1

• Điểm phân công suất tại nút số 1:

• Tính tổn thất công suất ở hai đoạn: N-1 và N-2-1:

U U

N dm

R U

N dm

X U

• Công suất ở đầu đoạn N-1 :

Trang 23

R U

dm

X U

U U

N dm

R U

Trang 24

N dm

X U

2.4.4 Phương án khu vực 2:

Sơ đồ thay thế hình tia liên thông:

• Công suất cuối tổng trở của đoạn 3-4:

4 3

2

4

5 −

Y j

Trang 25

X U

3-4 + (ΔP3-4 + jΔQ3-4) = (16 + j11,64) + (0,23 + j0,3)

S ’ 3-4 = 16,23 + j11,94 (MVA)

U U

N dm

R U

N dm

X U

N-3 + (ΔPN-3 + jΔQN-3) = (34,23 + j23,18) + (0,59 + j1,78)

S ’ N-3 = 34,82 + j24,96 (MVA)

Trang 26

2.4.5 Phương án khu vực 3:

• Sơ đồ phụ tải tính toán:

• Công suất do phân nữa điện dung của đường dây sinh ra:

Trang 27

• Áp dụng phân bố công suất gần đúng theo tổng trở để tính dòng công suất trên đường dây nối với nguồn:

* 5 5

* 6 6

• Điểm phân công suất tại nút số 6:

• Tính tổn thất công suất ở hai đoạn: N-6 và N-5-6:

S ’ 5

S ’ 6

Trang 28

• Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn N-6:

N dm

R U

N dm

X U

dm

R U

dm

X U

Trang 29

U U

N dm

R U

13,38 110

N dm

X U

Trang 30

2.5 Các bảng số liệu tính toán:

2.5.1 Khu vực 1:

• Bảng tổn thất công suất tác dụng và phần trăm sụt áp của phương án a:

STT Đường dây Tổn thất công suất tác dụng

• Bảng tổn thất công suất tác dụng và phần trăm sụt áp của phương án b:

• Bảng tổn thất công suất tác dụng và phần trăm sụt áp của phương án c:

• Bảng tổn thất công suất tác dụng và phần trăm sụt áp của khu vực 2:

Trang 31

2.5.3 Khu vực 3:

• Bảng tổn thất công suất tác dụng và phần trăm sụt áp của khu vực 3:

E e

21 , 0 8

1 )

/ (

E chuoisu

η

n : số bát trong chuỗi sứ

2.8 Chỉ tiêu về công suất kháng điện do điện dung đường dây:

- Điện trở đặc tính hay điện trở xung của đường dây:

L = (Ω)

- Công suất tự nhiên hay phụ tải điện trở xung SIL:

Trang 32

- Công suất kháng do điện dung đường dây phát lên:

Trang 33

Bảng tính toán cho 05 phương án như sau:

R C

Ω

Y C =b 0 l 1/Ω

3-5 1 AC-120 22,36 0,423 2,69 0,397 60,15 3,255 3,809 KV3

N-1 1 AC-120 31,62 0,423 2,685 0,397 84,90 3,249 3,809 N-6 1 AC-150 31,62 0,415 2,735 0,389 86,48 2,874 3,888 1-6 1 AC-70 28,28 0,442 2,565 0,415 72,54 3,104 3,664

Vậy các đường dây đã chọn trên đạt yêu cầu.

2.9 Tổn hao vầng quang:

- Vầng quang điện xảy ra khi điện trường quanh bề mặt dây dẫn vượt quá sức bền về điện của không khí khoảng 21kV (hiệu dụng)/cm Ở điện trường này không khí bị ion hoá mạnh và độ bền về điện của nó ở vùng quanh dây dẫn xem như bị triệt tiêu, vùng không khí đó coi như dẫn điện, điều này làm dây dẫn trở nên có điện trở lớn

Do đó, tổn hao đường dây bị tăng lên

- Vầng quang điện xuất hiện thành các vầng sáng xanh quanh dây dẫn, nhất là ở chỗ

bề mặt dây dẫn bị sù sì và đồng thời có tiếng ồn và tạo ra khí ozone, và nếu không khí bị ẩm thì phát sinh khí axit nitơ ; ozon và axit nitơ ăn mòn kim loại và vật liệu cách điện

- Điện áp tới hạn phát sinh vầng quang:

U0 =21,1.m0.δ.r.2,303.log D r , kV hiệu dụng pha đến trung tính

Trang 34

Bảng tính toán cho 05 phương án như sau :

Điện áp vận hành U < điện áp tới hạn U 0 do đó không có tổn thất vầng quang

Trang 35

 Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kinh tế là phí tổn tính toán hằng năm

là ít nhất

 Khi phân chia mạng điện thành nhiều khu vực riêng biệt, tiến hành so sánh phương

án cho từng khu vực Cuối cùng ghép các phương án tối ưu của mỗi khu vực để có phương án tổng thể của toàn mạng điện

K : Vốn đầu tư của mạng điện

avh : Hệ số vận hành, sửa chữa, phục vụ mạng điện

10 124 0

2 4 max  × =

• Bảng chi phí đầu tư của phưong án a, khu vực 1

Đường

dây

Số lộ

Mã hiệu dây

Chiều dài (km)

Tiền đầu tư 1

km đường dây (10 3 $)

Tiền đầu tư toàn đường dây(10 3 $)

Trang 36

• Phí tổn tính toán hàng năm cho phương án a, khu vực 1:

Mã hiệu dây

Khối lượng (kg/km/pha)

Khối lượng 3 pha

Mã hiệu dây

(tấn))

• Bảng chi phí đầu tư của phưong án c, khu vực 1:

Đường Số hiệu Mã Chiều dài Tiền đầu tư 1 km đường Tiền đầu tư toàn đường

Trang 37

• Tổng chi phí đầu tư đường dây: K c = 2081,263 x 10 3 $

Mã hiệu dây

(tấn))

Trang 38

• Bảng chi phí đầu tư của phưong án khu vực 3:

Đường

dây

Số lộ

Mã hiệu dây

- Giá tiền đầu tư 1 km đường dây cho 4 phương án tra trong PL3.1

- Khối lượng kim loại màu tra trong PL2.1

3.3 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế của 03 khu vực:

Trang 39

Căn cứ vào số liệu tính toán ta chọn phương án a

Trang 40

CHƯƠNG 4

SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHI TIẾT CHO MẠNG ĐIỆN

VÀ TRẠM BIẾN ÁP

4.1 Nội dung:

- Kiểu máy biến áp: Chọn loại máy biến áp ba pha hai dây quấn

- Số lượng máy biến áp: Phụ tải 1,2, 5, 6 yêu cầu cung cấp điện liên tục vì vậy chọn trạm có hai máy biến áp Phụ tải 3, 4 không yêu cầu cung cấp liên tục chọn trạm có một máy biến áp

- Công suất máy biến áp:

* Đối với trạm có một máy biến áp, chọn sơ bộ công suất của máy biến áp theo điều kiện: SđmB≥ Sphụ tải max

* Đối với trạm có hai máy biến áp: Cho phép một máy biến áp quá tải sự cố 1,4 lần khi sự cố một máy biến áp (thời gian không quá 5 giờ trong một ngày đêm và trong

5 ngày liên tiếp):

4

sc dmB

S

S ≥

Ssc : công suất phải cung cấp khi sự cố một máy biến áp, nếu không cắt bớt phụ tải thì Ssc

= Sphụ tải max

4.2 Chọn số lượng và công suất của máy biến áp trong trạm giảm áp:

4.2.1 Phụ tải 1: Yêu cầu cung cấp điện liên tục nên chọn trạm có 02 máy biến áp.

Công suất của máy biến áp:

max 24,5

pt sc dmB

S S

Tra PL4.1, chọn SđmB = 20.000 (kVA), kiểu T II-20.000/35

4.2.2 Phụ tải 2: Yêu cầu cung cấp điện liên tục nên chọn trạm có 02 máy biến áp.

max 24

pt sc dmB

S S

SđmB = 18,75 (MVA) = 18750 (KVA)

Tra PL4.1, chọn SđmB = 20.000 (kVA), kiểu T II-20.000/35

4.2.3 Phụ tải 3: Yêu cầu không cung cấp điện liên tục nên chọn trạm có 01 máy biến áp.

max

pt dmB S

Định dạng
Số trang	121
Dung lượng	808,23 KB

thiết kế mạng điện 110kv

Tính toán giá thành tải điện