đố án môn học lưới điện

2.1 Bảng số liệu phụ tảiĐiện áp danh định lưới điện thứ 2.2 Cân bằng công suất tác dụng Một đặc điểm quan trọng của hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ nguồn điện đến các h

LỜI NÓI ĐẦUNước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá xây dựng CNXH Đặc biệt quá trình mở cửa ngày cang sâu rộng, ra nhâp WTO… càng làm kinh tế nước ta phát triển ngày càng mạnh mẽ hơn, rất nhiều các nhà máy, khu công nghiệp mới được xây dựng.

Năng lượng nói chung và điện năng nói riêng luôn phải đảm bảo đi trước một bước nhằm chuẩn bị cho xây dựng các nhà máy sản xuất công nghiệp Điều

đó đòi hỏi chúng ta phải xây dựng các nhà máy điện, mạng lưới điện để sản xuất, truyền tải điện năng cho các phụ tải này Việc thiết kế các mạng lưới điện khu vực cung cấp cho các nhà máy công nghiệp là một là môt nhiêm vụ rất quan trọng đối vơi các kĩ sư hệ thống điện

Đồ án môn học “ thiết kế mạng lưới điện khu vực” giúp chúng ta vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế công việc, nó giúp chúng ta có những

kĩ năng cơ bản phục vụ cho làm đồ án cũng như thực tế công việc sau này

Qúa trình làm đồ án sẽ không thể tránh khỏi khiếm khuyết do kiến thức bản thân còn hạn chế, vì vậy em kính mong các thầy cô chỉ bảo giúp đỡ tận tình

để bản đồ án hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

6

5

1 0

3 5 7 9 11 13 15

Điện áp danh định lưới điện thứ

CHƯƠNG II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

VÀ PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG

2.1 Bảng số liệu phụ tải

Điện áp danh định lưới điện thứ

2.2 Cân bằng công suất tác dụng

Một đặc điểm quan trọng của hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ nguồn điện đến các hộ tiêu thụ mà không thể tích luỹ được Tính chất này thể hiện sự đồng bộ trong quá trình sản xuất điện năng

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy phát điện trong hệ thống phải phát công suất điện đúng bằng công suất tiêu thụ của các phụ tải trong hệ thống đồng thời cộng thêm các tổn thất phát sinh trong quá trình truyền tải

Ngoài ra để đảm bào hệ thông vận hành ổn định trong các điều kiện khác nhau,

hệ thống phát điện của nhà máy phải có dự trữ công suất tác dụng nhất định Mức dự trữ công suất tuỳ thuộc vào yêu cầu của hệ thống và mức độ phát triển sau này

∑PF =∑PYC = m∑Ppt +∑∆P +∑Ptd+∑Pdt (1.21)

Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống:

Trong đó : ∑PF:Tổng công suất tác dụng phát ra từ nguồn phát

∑Ppt:Tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ phụ tải

∑∆P :Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện, khi tính sơ

bộ có thể lấy ∑∆P = 5%.∑∆Pmax

∑P :Tổng công suất tự dùng của nhà máy điện

Một cách gần đúng ta có thể thay bằng công thức:

∑PF = ∑Ppt + 15%∑Ppt. (1.2.2) Theo bảng số liều vê phụ tải đã cho ở trên ta có :

∑PF =∑Pyc = 1,15.(38+28+38+29+18+29) = 178,5 (MW)

Việc cân bằng công suất tác dụng giúp cho tần số của lưới điện luôn được giữ ổn định

2.3 Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống.

Cân bằng công suất phản kháng có quan hệ tới điện áp.Hệ thống không cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn tới thay đổi điện áp trong hệ thống điện Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong

hệ thống sẽ tăng, ngược lại nếu công suất phản kháng phát ra nhỏ hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì sẽ dẫn tới sự sut áp Vì vậy để đảm bảo chất lượng của

hệ thống điện ta cần phải cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống:

∑QF = ∑Qyc =m∑Qpt +∑∆Qb +∑QL -∑Qc +∑Qtd +∑Qdt (1.3.1)

Trong đó:

∑QF :Tổng công suất phản kháng do nguồn điện phát ra

∑Qyc: Tổng công suất yêu cầu của hệ thống

∑Qpt :Tổng công suất phản kháng của các phụ tải ở chế độ cực đại

∑QL :Tổng công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong mạng điện

∑Qc : tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra,khi tính sơ bộ lấy : ∑Qc = ∑QL

∑∆Qb : tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp ,khi tính sơ bộ có thể lấy ∑∆Qb = 15%∑∆Qmax

∑Qtd: tổng công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện

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

m :hệ số đồng thờiTrong tính toán sơ bộ ta có thể tính tổng công suất phản kháng yêu cầu trong

∑Qyc = ∑Qpt + 15%∑Qpt (1.3.2)Công suất phản kháng của các phụ tải được tính theo công thức sau

Sau khi tính toán ta có số liệu của các phụ tải được cho trong bảng 1.3.2

Bảng 2 2 Số liệu tính toán của các hộ phụ tải

Từ sơ đồ mặt bằng nguồn điện và các phụ tải đã cho ta có thể đưa ra các phương án nối dây cho mạng lưới điện trên Sau đây là 5 phương án và tính toán đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật của các phương án này.

3.2 Dự kiến các phương án

3.2.1 Phương án I

1 0

3 5 7 9 11 13 15

2

3 4

6

5

Hình 3.1:Sơ đồ nối dây phương án I

5

5

Hình 3.5 : Sơ đồ nối dây phương án V

3.3

Phương án nối dây 1

3.3.1 Sơ đồ nối dây

1 0

3 5 7 9 11 13 15

2

3 4

6

5

Hình 3.6 : Sơ đồ nối dây phương án I

3.3.2 Tính điện áp vận hành của mạng điện

Điện áp vận hành ảnh hưởng đến các đặc trưng kĩ thuật, các chỉ tiêu kĩ thuật của mạng lưới điện

Điện áp định mức của mạng lưới điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của phụ tải, khoảng cách từ nguồn đến các phụ tải, vị trí tương đối giữa các phụ tải trong mạng lưới…

Điện áp định mức có thể 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 công suất trên mỗi đoạn đường dây điện

Điện áp định mức trên của đường dây có thể được tính theo công thức kinh nghiêm sau:

Dựa vào sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải ta có điện áp vận hành trên các đoạn đường dây như sau:

Đoạn đường

dây

Cống suất truyền tải ,MVA

Chiều dài đoạn đường dây, km

Điện áp vận hành, kV

Điện áp định mức của cả mạng điện, kV

Imax : dòng điện chạy trên đường dây ở chế độ phụ tải cực đại(A);

Jkt : mật độ kinh tế của dòng điện,A/mm2

Với dây AC và Tmax = 5500h ta tra bảng có được :

Jkt = 1,1A/mm2

Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được

tính bằng công thức :

3 max

S I

nU

Trong đó :

Uđm: điện áp định mức của mạng điện , kV

Smax : công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại,MVA

Đối với các đường dây trên không , để không xuất hiện vầng quang

các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F≥70 mm2

Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong phương án 1

Đoạn N-1

S∗ = 38 + j18,404 MVA

3 max

Ta chọn theo tiết diện tiêu chuẩn gần nhất : AC- 120

Isc = 2.Imax = 2.110,80 = 221,61A < Icp = 380 A (thỏa mãn điều kiện phát nóng)

Tính toán tương tự cho các đoạn còn lại ta được kết quả cho ở bảng 3.2

3.3.4 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện trong các trường hợp vận hành bình thường và chế độ sự cố

Tổn thất điện áp trên mỗi đoạn đường dây trong chế dộ vận hành bình thường được tính bằng công thức

.100(%)

+

∆ = ∑ i i ∑ i i ibt

∆Uibt : tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i,%

Pi, Qi : Công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy trên đoạn đường dây thứ i

Ri, Xi : điện trở và điện kháng của đoạn đường dây thứ i

Trong chế độ sự cố , đối với mạng điện đường dây 2 mạch tổn thất điện

áp trong chế độ sự cố (đứt một đoạn đường dây ) được tính theo công thức :

Trong trường hợp ngừng một mạch trên đoạn đường dây N-1 ,ta có:

Bảng 3 3 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện

Từ các kết quả trên nhận thấy rằng ,tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường là:

∆Umax bt = 7,604 %Tổn thất điện áp trong chế độ sự cố bằng :

∆Umax sc= 15,209 %

Bảng 3.2 Thông số của các đường dây trong mạng điện phương án I

3.4 Phương án nối dây 2.

3.4.1 Sơ đồ nối dây

1 0

3 5 7 9 11 13 15

2

3 4

Smax MVA

Imax (A)

Ftt Ftc Isc

(A)

Icp (A)

Ro Ω/km

Xo Ω/km

Bo /km

R (Ω)

Chiều dài đoạn đường dây, km

Điện áp vận hành, kV

Điện áp định mức của cả mạng điện, kV

3.4.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Tính toán tương tự như đối với phương án 1, ta có thông số các đường dây trong mạng điện phương án II được cho trong bảng 3.5:

3.4.3 Tính tổn thất điện áp của các đoạn đường dây trong mạng điện

Tính toán tương tự như đối với phương án I ta có bảng số liệu sau:

Bảng 3.6.Tổn thất điện áp trên các đường dây

Tổn thất điện áp trên đường dây N-1-2:

Bảng 3.5.Thông số của các đường dây trong mạng điện phương án II

Smax MVA

Imax (A)

Ftt Ftc Isc

(A)

Icp (A)

Ro Ω/km

Xo Ω/km

Bo /km

R (Ω)

X (Ω)

3.5 Phương án nối dây 3

Sơ đồ mạng điện phương án III cho trên hình 3.8

1 0

3 5 7 9 11 13 15

2 4 6 8 10 12 14 16

2

34

Chiều dài đoạn đường dây, km

Điện áp vận hành, kV

Điện áp định mức của cả mạng điện, kV

Bảng 3.5.Thông số của các đường dây trong mạng điện phương án III

3.6 Phương án nối dây 4

Sơ đồ mạng điện phương án IV cho trên hình 3.8

1 0

3 5 7 9 11 13 15

2

3 4

Smax MVA

Imax (A)

Ftt Ftc Isc

(A)

Icp (A)

Ro Ω/km

Xo Ω/km

Bo /km

R (Ω)

Đoạn đường

dây

Cống suất truyền tải ,MVA

Chiều dài đoạn đường dây, km

Điện áp vận hành, kV

Điện áp định mức của cả mạng điện, kV

Bảng 3.12.Thông số của các đường dây trong mạng điện phương án IV

Smax MVA

Imax (A)

Ftt Ftc Isc

(A)

Icp (A)

Ro Ω/km

Xo Ω/km

Bo /km

R (Ω)

X (Ω)

3.7.Phương án nối dây 5

3.7.1.Sơ đồ nối dây

1 0

3 5 7 9 11 13 15

2 4 6 8 10 12 14 16

2

34

6

5

Hình 3.10.Sơ đồ nối dây phương án V

3.7.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện phát nóng

Do trong sơ đồ nối dây có mạch vòng nên ta phải tính dòng công suất chạy trong các đường dây trong mạch vòng N-4-5-N Giả thiết mạng điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện

Gọi khoảng cách N-4 là l 1 , khoảng cách N-5 là l 2, khoảng cách 4-5 là l ,

1 = 171,86 mm2

=> Chọn dây AC-185 có Icp = 510 A

Imax4-5= 0,522 3

.10 3.110 = 2,74 A ; Fkt(4-5) = 2,74

=> Chọn dây AC-95 có Icp = 330 A

Kiểm tra sự cố : dòng điện chạy trên đoạn 4-5 lớn nhất khi có sự cố đứt N-4:

3

32, 222

.10 169,122 3.110

sc

Khi đó, Isc(N-5) = 52, 222 3

.10 274,095 3.110 = A.

Khi sự cố đứt N-5 dòng điện chạy trên đoạn N-4 có giá trị :

Các tiết diện dây dẫn được chọn đều thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố

 Tính tổn thất điện áp trong mạch vòng đã xét

Bởi trong mạch vòng đã xét chỉ có một điểm phân chia công suất là nút 5

Do đó tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện trong chế độ vận hành bình thường là:

Khi ngừng đoạn đường dây N-6

- Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-5 là

Ta 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 ÷ 15% trong chế độ làm việc bình thường, còn trong chế độ sau sự cố các tổn thất điện áp lớn nhất không vượt quá 15 ÷ 20% Ở đây ta xét với trường hợp:

Z:hàm chi phí tính toán hàng năm

atc:hệ số hiệu quả của vốn đầu tư atc=0,125

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

avh=0,04 (Dùng cột bêtông cốt thép)

∆A:Tổng tổn thất điện năng hàng năm

C : giá 1kWh điện năng tổn thất :c = 1000 đ/kW.h)

K : tổng các vốn đầu tư về đường dây-Tính K

Đối với các đường dây trên không 2 mạch đặt trên cùng một cột,tổng vốn đầu tư để xây dựng các đường dây có thể xác định theo công thức sau:

K= ∑1,6.k0i.li

Trong đó :

k0i : giá thành 1 km đường dây thứ i , đ/km

li : chiều dài đoạn đường dây thứ i ,kmVới đường dây 1 mạch :K= k0i.li

-Tổn thất điện năng trong mạng điện được tính theo công thức :

∆A = ∑∆Pimax τ Trong đó :

τ : thời gian tổn thất công suất lớn nhất ,h

i dm

i i

U

Q P

2 max

2 max max

Ri: điện trở tác dụng của đoạn đưòng dây thứ i

Udm: điện áp định mức của mạng điện

- Thời gian tổn thất công suất lớn nhất có thể được tính theo công thức:

τ= (0,124+ Tmax .10-4)2 .8760 Trong đó :

Tmax là thời gian sử dụng phụ tải cực đại trong năm

Với Tmax = 5500 h ta có τ = 3979,458 h

Sau đây ta sẽ tính toán hàm chi phí tính toán hàng năm đối với từng phương án

4.2 Tính toán các phưong án

4.2.1 Phương án 1

Tính K cho mỗi đoạn đường dây

Đoạn đường dây N-1(AC-120)

Tính toán tương tự ta có bảng sau:

Loại dây Giá tiền

VNĐ/km

Thành tiềnVNĐ

∆P(MW)

Tính toán tương tự như trên ta có bảng sau:

Loại dây

Giá tiềnVNĐ/km

Thành tiềnVNĐ

∆P(MW)

Loại dây

Giá tiềnVNĐ/km

Thành tiềnVNĐ

∆P(MW)

Z=(0,125+0,04).187956,425 + 24,642 .1000

Phương án Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4

Từ kết quả trên ta nhận thấy phương án 2 là phương án tối ưu

Như vậy sau khi đưa ra các phưong án thoả mãn về mặt kỹ thuật ,chúng ta đã tiến hành so sánh về mặt kinh tế các phương án và lựa chọn phương án 2 là phương án tối

ưu Từ chương sau trở đi ta chỉ tiến hành tính toán cho phưong án này

CHƯƠNG V

LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHI TIẾT 5.1 Chọn số lượng và công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp.

Trong hệ thống điện có 6 phụ tải loại I,vì vậy để đảm bảo cung cấp điện cho các

hộ phụ tải này cần đặt hai máy biến áp làm việc song song trong mỗi trạm Khi chọn công suất của máy biến áp cần phải xét đến khả năng quá tải của máy biến áp còn lại 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 làm việc trong trạm có n máy biến áp được xác định theo công thức :

max

( 1)

dm

S S

k n

≥

−

Trong đó: Smax :phụ tải cực đại của trạm

k: hệ số quá tải của máy biến áp trong chế độ sau sự cố , k=1,4

n : số máy biến áp trong trạmĐối với trạm có hai máy biến áp ,công suất của mỗi máy biến áp bằng:

Sau đây chúng ta tiến hành lựa chọn máy biến áp cho các hộ phụ tải

Ở phần trên chúng ta đã lựa chọn điện áp vận hành của mạng điện là 110kV,do đó chúng ta lựa chọn máy biến áp có Uđm= 110 kV

Từ các công thức trên ta tính chọn được các MBA trong bảng sau:

Do trong mạng điện có 6 phụ tải loại I nên để đảm bảo cung cấp điện an toàn

và liên tục ta sử dụng sơ đồ hai thanh góp có máy cắt liên lạc Khi vận hành một hệ thống thanh góp vận hành còn một hệ thống thanh góp dự trữ

5.2.2 Trạm trung gian

Để đảm bảo tin cậy ta cũng sử dụng sơ đồ 2 hệ thống thanh góp:

5.2.3 Trạm cuối

Ở trạm cuối có các trường hợp xảy ra như sau:

− Nếu đường dây dài (l ≥ 70 km) và trên đường dây hay xảy ra sự cố Khi đó các máy cắt đặt ở cuối đường dây (sơ đồ cầu trong):

- Nếu đường dây ngắn (l < 70 km) và ít xảy ra sự cố thì máy cắt đặt phía máy biến

áp Mục đích để thao tác đóng cắt máy biến áp theo chế độ công suất của trạm (phụ tải cực đại, phụ tải cực tiểu của trạm) Khi đó ta sử dụng sơ đồ cầu ngoài :

L<70km

CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA LƯỚI ĐIỆN

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 chế độ 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 tất cả các nút trong mạng điện bằng điện áp định mức Ui = Udm= 110 kV

Để tính tổn thất công suất chạy trên một đoạn đường dây ta sử dụng công thức:

MVA jX

R U

Q P Q j P

2 2

+

+

=

∆+

S :công suất của phụ tải

Sdm:công suất định mức của máy biến áp

m:số máy biến áp vận hành trong trạm

Tổn thất điện áp trong máy biến áp:

Sơ đồ nối dây của đoạn N-3

Sơ đồ thay thế của mạng điện :

Ta có các thông số của sơ đồ thay thế:

+ Đối với đường dây N-3: z•

N3 = 13,77+j21,57 (Ω);

BN3 / 2 = 2,743.10-4 (S) + Đối với MBA trạm 3:

- Công suất phản kháng do điện dung ở đầu đoạn N-3 sinh ra là:

-jQcd3 = -jQcc3 =-j3,32 MVAr

- Dòng công suất chạy vào đoạn N-3 là:

S•N3 = S•

3’ –jQcd3 = 40,27 +j21,998 – j3,32 = 40,27 + j18,678 MVA

6.1.2 Xét đoạn đường dây N-1-2

Sơ đồ nối dây của đoạn N-1-2: