Tính toán thiết kế lưới điện

Phân tích nguồn và phụ tải là công việc quan trọng trong công tác thiết kế lưới điện. Tính toán thiết kế có chính xác hay không hoàn toàn phụ thuộc vào mức độ chính xác của công tác thu thập phụ tải và phân tích. Phân tích nguồn là một công việc quan trọng không thể thiếu nhằm định hướng phương thức vận hành của mạng điện. Nâng cao hiệu suất của toàn hệ thống và tiết kiệm chi phí vận hành.

1 CHƯƠNG I CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG 1.1. Phân tích nguồn điện và phụ tải Phân tích nguồn và phụ tải là công việc quan trọng trong công tác thiết kế lưới điện. Tính toán thiết kế có chính xác hay không hoàn toàn phụ thuộc vào mức độ chính xác của công tác thu thập phụ tải và phân tích. Phân tích nguồn là một công việc quan trọng không thể thiếu nhằm định hướng phương thức vận hành của mạng điện. Nâng cao hiệu suất của toàn hệ thống và tiết kiệm chi phí vận hành. 1.1.1.Nguồn điện Trạm điện khu vực điện áp 220/110/35 kV, hệ số công suất cos 0,9 ϕ = . Nguồn điện có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp cho 5 hộ tiêu thụ về công điện năng theo yêu cầu, chất lượng điện năng về tần số và giá trị điện áp. Cũng như phải đảm bảo tính liên tục trong cung cấp điện, an toàn với chi phí hợp lý. 1.1.2. Phụ tải điện Phụ tải là thông số cần thiết để quy hoạch, thiết kế các phần tử của hệ thống điện. Công thức tính toán công suất của phụ tải: cos 0,9 ϕ = → 2 2 1 cos sin 1 0,9 tg 0,48 cos cos 0,9 − ϕ ϕ − ϕ = = = = ϕ ϕ max max Q P .tg , MVAr= ϕ 2 2 max max max max P S P Q , MVA cos = + = ϕ (1.2) Trong đó: S max : công suất biểu kiến yêu cầu của phụ tải, MVA; 2 P max : công suất tác dụng yêu cầu của phụ tải, MW; Q max : công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải, MVAr; cosϕ : hệ số công suất của phụ tải. Bảng 1.1. Thông số của các phụ tải Phụ tải P max , MW Q max , MVAr S max , MVA 1 30 14,4 33,33 2 25 12 27,77 3 32 15,36 35,55 4 30 14,4 33,33 5 20 9,6 22,22 Tổng 137 65,76 152.2 1.2. Cân bằng công suất Để hệ thống làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải thì nguồn điện phải đảm bảo cung cấp đủ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q cho các hộ tiêu thụ. Kể cả tổn thất công suất trên các phần tử của hệ thống. Nếu sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng giữa nguồn cung cấp với công suất tiêu thụ bị phá vỡ thì các chỉ tiêu chất lượng điện năng bị giảm dẫn đến thiệt hại kinh tế hoặc làm tan vỡ hệ thống. Vì vậy cần phải cân bằng công suất. 1.2.1. Cân bằng công suất tác dụng Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tải cực đại của hệ thống Công suất tác dụng yêu cầu với hệ thống: max max dt P P P P , MW ∑ = + ∆ + ∑ (1.3) Trong đó: max P ∑ : tổng công suất của phụ tải trong chế độ cực đại; P ∆ : tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện; dt P : công suất dự trữ trong hệ thống điện; Khi cân bằng sơ bộ lấy: dt max P 10%. P = ∑ , max P 5%. P∆ = ∑ 3 Như vậy theo số liệu đã cho ta có: max max max P P 15%. P Σ = + ∑ ∑ = 137 + = 157,55 (MW) Hệ thống điện chỉ ổn định khi công suất tác dụng yêu cầu của phụ tải được cung cấp đủ 1.2.2. Cân bằng công suất phản kháng Hệ thống điện vận hành ổn định khi có sự cân bằng giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng Cân bằng công suất tác dụng để giữ cho tần số trong hệ thống ổn định. Còn để giữ được điện áp danh định thì cần phải có sự cân bằng công suất phản kháng ở hệ thống nói chung và từng khu vực nói riêng. Sự thiếu hụt công suất phản kháng sẽ làm cho điện áp giảm. Vì vậy để đảm bảo chất lượng 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 Cân bằng công suất phản kháng thực hiện trong chế độ phụ tải có giá trị cực đại Công thức cân bằng công suất phản kháng: N max BA C L Q Q Q Q Q , MVAr Σ ≥ + ∆ + ∆ + ∆ (1.4) Trong đó: Q N : công suất phản kháng nhận từ hệ thống điện max Q Σ : công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải BA Q∆ : tổn hao công suất phản kháng trong các máy biến áp BA pt Q 15%. S∆ = ∑ C Q ∑ : công suất phản kháng do đường dây sinh ra 4 L Q ∑ : tổn thất công suất phản kháng trên đường dây Công suất phản kháng lớn nhất mà nguồn có thể phát QN = Pmax∑.tgφN = 157,55.0,48 = 75,624 (MVAr) Công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải Qmax∑ = ∑Qmax = ∑Pmax.tgφ = 137.0,48 = 65,76 (MVAr) Công suất phản kháng do diện dung ∆Q C và tổn thất công suất phản kháng trên đường dây ∆Q L trong việc thiết kế để cho đơn giản coi như bằng nhau Tổng công suất phản kháng yêu cầu Q maxx∑ + ∆Q BA = 65,76 + = 88,59 (MVAr) > Q N Công suất phản kháng trong hệ thống thiếu hụt do đó cần phải bù công suất bằng cách điều chỉnh điện áp các đầu phân áp của các máy biến áp 5 CHƯƠNG II DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT. 2.1 Đặt vấn đề : • Theo yêu cầu là mức đảm bảo cung cấp điện cho các hộ loại 1, mà hộ loại một là những hộ tiêu thụ điện quan trọng nếu như ngừng cung cấp điện có thể gây nguy hiểm và ảnh hưởng đến sức khỏe, gây thiệt hại nhiều đến kinh tế, hư hỏng thiết bị, làm hỏng hàng loạt sản phẩm, rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp. ( Ví dụ : Các lò luyện kim loại, thông gió hầm lò ) • Khi cung cấp điện cho các phụ tải thì yêu cầu là - Độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải phải cao - Phải đảm bảo chất lượng điện năng - An toàn với người và thiết bị - Giá thành rẻ, tổn thất điện năng nhỏ - Linh hoạt trong vận hành và phải có khả năng phát triển trong tương lai • Do yêu cầu tính liên tục trong cung cấp điện. Vì vậy cần sử dụng đường dây hai mạch hay mạch vòng 2.2 Phân tích nguồn và tải 2.2.1 Nguồn điện - Trạm biến áp khu vực 220/110/35 KV, yêu cầu . Đảm bảo tính cung cấp điện liên tục và chất lượng điện năng 2.2.2 Phụ tải - Năm phụ tải Bảng 2.1: Thông số 5 phụ tải: Các số lệu Các hộ tiêu thụ 1 2 3 4 5 Phụ tải cực đại Pmax (MW) 30 25 32 30 20 Hệ số công suất 0,9 P min /P max 0,5 6 Điện áp danh định lưới điện thứ cấp T max -h 5000 • Công suất biểu kiến và công suất phản kháng S max ; P max ; l Trong đó : Đặt tọa độ X,Y tại điểm nguồn N, a (tọa độ trên trục Y), b(tọa độ trên trục X) - Công suất biểu kiến và công suất phản kháng S max1 ; P max1 ; l 1 Có: - Công suất biểu kiến và công suất phản kháng S max2 ; P max2 Có: - Công suất biểu kiến và công suất phản kháng S max3 ; P max3 Có: - Công suất biểu kiến và công suất phản kháng S max4 ; P max4 Có: - Công suất biểu kiến và công suất phản kháng S max5 ; P max5 Có: • Bảng 2.2: Bảng phân tích nguồn: 7 Phụ tải Pmax (MW) Smax (MVA) Qmax (MVAR) l(km) 1 30 33,33 14,52 58,3 2 25 27,77 12,10 44,72 3 32 35,55 15,49 44,72 4 30 33,33 14,52 41,23 5 20 22,22 9,686 50,9 2.2.3 Chọn điện áp danh định U dđ : • Nguyên tắc chọn: Điện áp danh định của mạng điện có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật của mạng điện. Điện áp danh định của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và nguồn điện, vị trí tương đối giữa các phụ tải với nhau. Điện áp danh định của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện. Điện áp danh định sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị của công suất trên mỗi đường dây trong mạng điện. Điện áp danh định của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện. Điện áp danh định sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị của công suất trên mỗi đường dây trong mạng điện. Điện áp hợp lí phụ thuộc vào công suất tiêu thụ và khoảng cách truyền tải, điện áp lợp lí được tính theo công thức kinh nghiệm sau • Điện áp U hợp lí : (kv) Trong đó: U hl : Là điện áp hợp lý của đường dây, kv l : Là chiều dài đường dây, km P max : Là công suất truyền tải trên đường dây, MW Điện áp U hl phụ tải 1: Ta có: 75 (KV)< chọn Điện áp U hl phụ tải 2: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 5 2 3 4 N 8 Ta có: 75 (KV)< chọn Điện áp U hl phụ tải 3: Ta có: 75 (KV)< chọn Điện áp U hl phụ tải 4: Ta có: 75 (KV)< chọn Điện áp U hl phụ tải 5: Ta có: 75 (KV)< chọn • Sau khi tính toán điện áp hợp lý ta tiến hành lựa chọn điện áp danh định cho mạng điện. Nếu 75 kV ≤ U hl ≤ 165 kV chọn U dđ = 110 kv Bảng 2.3: Điện áp danh định. Phụ tải Uhl (KV) Udđ(KV) 1 100,69 110 2 91,523 110 3 102,4 110 4 99,08 110 5 83,59 110 2.3 Dự kiến các phương án nối dây: 2.3.1 Phương án hình tia : 9 Hình 2.1: Phương án hình tia Tổng chiều dài đường dây D 4 phương án hình tia : = 239,97 (km) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 5 2 3 4 N 10 2.3.2 Phương án liên thông : Hình 2.2: Phương án liên thông 1 [...]... 3 - phụ lục b Kiểm tra tổn thất điện áp Để đảm bảo chất lượng điện áp ở hộ tiêu thụ điện, điện áp trên lưới điện phải đảm bảo luôn lớn hơn hoặc bằng điện áp danh định Muốn đạt được các giá trị này thì tổn thất điện áp từ đầu nguồn đến mọi điểm trên lưới điện phải nhỏ hơn hoặc bằng giá trị cho phép trong khi vận hành bình thường và chế độ sự cố Theo như yêu cầu thiết kế, các giá trị cho phép đó là:... giá trị tổn thất điện áp cho phép Tổn thất điện áp trên đường dây khi vận hành bình thường được xác định theo công thức: ∆U bt % = P.R + Q.X U 2 dñ 100 % (2.6) Trong đó: P, Q : là công suất chạy trên đường dây - MW, MVAr 18 R, X : là điện trở và điện kháng của đường dây, Ω Udđ : là điện áp danh định của mạng điện, kV Đối với đường dây có hai mạch, sự cố ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trên đường... lớn theo Mặt khác mạng điện cao áp có khả năng điều chỉnh điện áp, phạm vi điều chỉnh rộng do đó điều kiện về tổn thất điện áp không quan trọng bằng điều kiện kinh tế Vì vậy khi chọn tiết diện dây dẫn ta chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện (Jkt) F= I max ,mm 2 J kt (2.2) Trong đó: Imax : dòng điện trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A; Jkt : mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm2; Với dây AC... 5000)h thì Jkt = 1,1 A/mm2 Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại xác định theo công thức: I max = Smax n 3.U dñ 103 , A (2.3) Trong đó: n : là số mạch của đường dây (đường dây một mạch n=1, đườngdây hai mạch n=2) Udđ : là điện áp danh định của mạng điện, kV Smax : là công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA Dựa vào tiết diện dây dẫn tính được, chọn tiết diện dây dẫn... ≥ 70 mm2 Độ bền cơ học của đường dây trên không thường được kết hợp với các điều kiện về vầng quang nên không cần phải kiểm tra điều kiện này 17 Để đảm bảo cho đường dây vận hành khi chế độ sự cố cần phải thỏa mãn điều kiện phát nóng sau Isc = k.Icp , A (2.4) Trong đó : Isc : là dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố Icp : là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn, A k : là hệ số... khi đó bằng ∆Usc % = (1,5 ÷ 2).∆U bt % (2.7) Sau đây ta sẽ đi tính toán cho từng phương án 2.4.1 Phương án 1(Phườn án hình tia): 16 15 14 13 12 11 10 9 50,9 31 58, 5 ,72 44 2 44 ,72 N 3 41,2 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 19 Hình 2.4: Phương án hình tia Chọn theo điều kiện kinh tế với Jkt= 1,1(A/mm2) Dòng điện chạy trên các đoạn đường dây: Dựa vào công thức: +Đoạn từ... diện dây dẫn Các mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không Dây dẫn sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC) Đồng thời dây dẫn thường được đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tuỳ theo địa hình đường dây chạy qua Đối với các đường dây 110 kV, khoảng cách trung 16 bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (D tb=5m) hoặc cao hơn (Dtb=6m) Đối với mạng điện cao áp do công suất... Kiểm tra điều kiện phát nóng ) 21 • Khi đường dây 2 lộ song song xảy ra sự cố đứt 1 dây thì dây còn lại chịu điện áp sự cố lớn gấp đôi Dòng sự cố trên các đoạn: Đoạn từ N-1: (Thỏa mãn) Đoạn từ N-2: (Thỏa mãn) Đoạn từ N-3: (Thỏa mãn) Đoạn từ N-4: (Thỏa mãn) Đoạn từ N-5: (Thỏa mãn) • Tổn thất điện áp lúc bình thường và lúc xảy ra sự cố trên từng đoạn: Đoạn từ N-1: ( Thỏa mãn) - Đoạn từ N-2: ( Thỏa mãn)... đoạn: Đoạn từ N-1: ( Thỏa mãn) - Đoạn từ N-2: ( Thỏa mãn) - Đoạn từ N-3: 22 ( Thỏa mãn) - Đoạn từ N-4: ( Thỏa mãn) - Đoạn từ N-5: ( Thỏa mãn) - Dựa vào các thông số trên ta có bảng tổng kết sau: Bảng 2.4: Bảng tổng kết phương án 1 (Phương án hình tia): Đường Loại dây dây N đến AC 1 95 ICP (A) - R (Ω) X (Ω) 335 19,24 24,66 S (MVA) 33,33 ∆UBT % ∆USC % 7,73 15,46 23 N đến AC 2 - 70 N đến AC 3 - 95 N đến... dẫn( Kiểm tra điều kiện phát nóng ) • Khi đường dây 2 lộ song song xảy ra sự cố đứt 1 dây thì dây còn lại chịu điện áp sự cố lớn gấp đôi Dòng sự cố trên các đoạn: Đoạn từ N-5: (Thỏa mãn) Đoạn từ 5-1: (Thỏa mãn) Đoạn từ N-2: (Thỏa mãn) Đoạn từ N-3: (Thỏa mãn) Đoạn từ N-4: (Thỏa mãn) • Tổn thất điện áp lúc bình thường và lúc xảy ra sự cố trên từng đoạn: Đoạn từ N-5: ( Thỏa mãn) Đoạn từ 5-1: ( Thỏa mãn) . TRONG HỆ THỐNG 1.1. Phân tích nguồn điện và phụ tải Phân tích nguồn và phụ tải là công việc quan trọng trong công tác thiết kế lưới điện. Tính toán thiết kế có chính xác hay không hoàn toàn phụ. tải và nguồn điện, vị trí tương đối giữa các phụ tải với nhau. Điện áp danh định của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện. Điện áp danh định sơ bộ của mạng điện có thể. suất trên mỗi đường dây trong mạng điện. Điện áp danh định của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện. Điện áp danh định sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị