Đồ án môn học Lưới điện

án thi t k l i i n khu v cĐồ ế ế ướ đệ ự Trường Đại Học Điện Lực Khoa Hệ Thống Điện Đồ án môn học Lưới Điện Họ tên sinh viên : Nguyễn Mạnh Trung Lớp : D4H2 Chuyên ngành: Hệ thống điện Hệ đào tạo: Đại học chính quy Người hướng dẫn: TS Trần Thanh Sơn Đề số: 80 Yêu cầu thiết kế lưới điện cho khu vực gồm 1 nguồn và 7 phụ tải được phân bố như sau : (1 ô 10x10 km) 1 2 3 4 5 6 7 TGHT SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 1 án thi t k l i i n khu v cĐồ ế ế ướ đệ ự Số liệu phụ tải: Thông số Phụ tải 1 2 3 4 5 6 7 P max (MW) 20 25 30 36 18 24 32 P min (MW) 50% cosφ đm 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 U đm (kV) 22 Y/C đ/c U thường khác thường thường khác thường khác thường khác thường thường Loại 1 3 3 1 1 1 1 T max (h) 4000 4000 4000 4500 4500 4000 4000 Giá 1 kWh tổn thất điện năng là 1000 đồng SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 2 án thi t k l i i n khu v cĐồ ế ế ướ đệ ự CHƯƠNG 1: CHƯƠNG 1: - PHÂN TÍCH NGUỒN ĐIỆN VÀ PHỤ TẢI Nhiệm vụ thiết kế mạng lưới điện và hệ thống điện là nghiên cứu và phân tích các giải pháp, phương án để đảm bảo cũng cấp điện cho các phụ tải với chi phí nhỏ nhất nhưng không làm hạn chế độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng. Để chọn được phương án tối ưu cần tiến hành phân tích những đặc điểm của các nguồn cung cấp điện và dự kiến sơ đồ nối điện sao cho đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao. 1.1: Phân tích nguồn Nguồn cung cấp là một trong những điều kiện chủ yếu của việc lựa chọn kết cấu sơ đồ mang điện, nó cung cấp cho các phụ tải và đương dây liên lạc. Theo đầu bài cho nguồn công suất vô cùng lớn, có nghĩa khi phát ra bao nhiêu thì tải bấy nhiêu. 1.2: Phụ tải Tổng công suất của các hộ tiêu thụ ở chế độ phụ tải cực đại là 185 MW. Phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại. Trong 7 hộ phụ tải thì có 5 hộ phụ tải yêu cầu có mức đảm bảo cung cấp điện ở mức cao nhất (1,4, 5, 6,7) nghĩa là không được phép mất điện trong bất cứ trường hợp nào, vì nếu mất điện thì sẽ gây hậu quả nghiêm trọng. Hai hộ phụ tải còn lại (phụ tải 2 và 3) có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện thấp hơn (hộ loại ba) – là những hộ phụ tải mà việc mất điện không gây hậu quả nghiêm trọng. Thời gian sử dụng công suất cực đại của các hộ phụ tải là Tmax = 4500h Dựa vào bảng số liệu phụ tải, ta có bảng số liệu sau: Số hiệu Loại phụ tải cos ϕ tan ϕ Max Min P, MW Q, MVAr S, MVA P, MW Q, MVAr S, MVA 1 I 0,9 0,484 20 9,68 22,222 10 4,84 11,111 2 III 0,9 0,484 25 12,1 27,778 12,5 6,05 13,889 3 III 0,9 0,484 30 14,52 33,333 15 7,26 16,667 4 I 0,9 0,484 36 17,424 40 18 8,712 20 5 I 0,9 0,484 18 8,712 20 9 4,356 10 6 I 0,9 0,484 24 11,616 26,667 12 5,808 13,333 7 I 0,9 0,484 32 15,488 35,556 16 7,744 17,778 Tổng 185 89,54 205,555 92,5 44,77 102,778 Trong đó: P min = 50%P max SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 3 án thi t k l i i n khu v cĐồ ế ế ướ đệ ự os P S c ϕ = Q= P.tanϕ với cosϕ= 0,9 ==> tanϕ= 0,484 CHƯƠNG 2: CHƯƠNG 2: Cân bằng nguồn và phụ tải. Xác định sơ bộ chế độ làm việc của nguồn - Đặc điểm quan trọng của hệ thống điện là phải truyền tải điện năng từ nguồn cung cấp tới nơi tiêu thụ một cách tức thời, mà không thể tích trữ điện nặng thành số lượng thấy được . Tính chất này đặc trưng cho sự đồng bộ hóa 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 điện của hệ thống cần phải phát ra công suất bằng với công suất tiêu thụ của các hộ thiêu thụ, kể cả tổn thất trong các mạng điện, nghĩa là cần phải thực hiện đúng sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ. 1.3: Cân bằng công suất tác dụng. Giả thiết là nguồn điện cung cấp đủ công suất tác dụng cho các phụ tải, do đó ta có công thức cân bằng công suất tác dụng là F yc P P= ∑ ∑ trong đó: ΣP F : công suất tác dụng của nguồn phát ra ΣP yc : công suất tác dụng của nguồn yêu cầu mà ax dyc ptm t dp P P P P P= + ∆ + + ∑ ∑ ∑ ∑ Trong đó :  ΣP ptmax : tổng công suất tác dụng tiêu thụ của phụ tải trong các chế độ cực đại. ΣP ptmax = 185MW  m: Hệ số đồng thời xuất hiện ở các phụ tải  Σ∆P: tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện . Lấy Σ∆P=5%ΣP ptmax Σ∆P= 5%.185=9,25MW  ΣP td : tổng công suất tác dụng tự dùng trong các nguồn phát điện, tính gần đúng bằng 10% của ΣP F .  ΣP dt : tổng công suất dự trữ trong hệ thống, lấy gần đúng bằng 10% của ΣP ptmax Ở đây do nguồn có công suất vô cùng lớn và cấp điện nội bộ nên ta coi ∑P td =∑P dt = 0. SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 4 án thi t k l i i n khu v cĐồ ế ế ướ đệ ự Vậy ∑P F = ∑P yc = 185+9,25=194,25 (MW) Do giả thiết là nguồn điện cung cấp đủ công suất tác dụng nên ta không cần cân bằng chúng. 1.4: Cân bằng 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 điện sẽ tăng ,ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽ 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. - Để đảm bảo ổn định điện áp ta cân bằng Q theo công thức sau : ∑Q F = ∑Q yc Trong đó: ΣQ F : tổng công suất phản kháng phát ra từ nguồn phát ∑Q F = tanφ F .∑P F = 0,619.194,25= 120,24 MVAr Vì cosφ F = 0,85 → tanφ F = 0,619 ∑Q yc : tổng công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải mà ∑Q yc =m∑Q ptmax + ∑∆Q BA + ∑∆Q L - ∑∆Q c + ∑Q td + Q dp Trong đó :  m: Là hệ số đồng thời. m=1.  Q b : Công suất phản kháng cần bù  ΣQ ptmax : Tổng công suất phản kháng của phụ tải trong các chế độ max ΣQ ptmax = ΣP ptmax .tanφ= 0,484.185=89,54 MVAr  Σ∆Q BA : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong mạng điện . Lấy Σ∆Q BA =15%ΣQ ptmax =15%.89,54=13,431 MVAr  ∑∆Q L , ∑∆Q C : Tổng tổn thất phản kháng trên đường dây và dung dẫn do đường dây sinh ra và chúng có giá trị tương đương nhau nên có thể tính toán cân bằng công suất là ∑∆Q L - ∑∆Q C = 0.  ΣQ td , ΣQ dt : Tổng công suất tác dụng tự dùng và tổng công suất dự trữ của nhà máy, trong trường hợp này chúng bằng 0 ==> ∑Q yc = 89,54 + 13,431= 102,971 MVAr Do ∑Q yc > ∑Q F , nên ta phải bù một lượng công suất phản kháng Q b : Q b = ∑Q yc - ∑Q F = 102,971 – 120,24= -17,269 MVAr Như vậy ΣQ b < 0 và hệ thống cần đặt thêm thiết bị bù để đảm bảo cân bằng công suất phản kháng trong mạng 1.5: Xác định sơ bộ chế độ làm việc của nguồn Ta xác định sơ bộ chế độ làm việc của các nhà máy điện ở các chế độ phụ tải max, min . Vì ở đây ta xác định sơ bộ nên chưa biết được tổn thất trong mạng điện nên bỏ qua giá trị này. SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 5 án thi t k l i i n khu v cĐồ ế ế ướ đệ ự 1.5.1. Khi phụ tải cực đại Ta có tổng công suất yêu cầu là: P yc = ∑P max + ∑ΔP =185+9,25=194,25 (MW) 1.5.2. Khi phụ tải cực tiểu Phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại nên ở chế độ này ta có công suât yêu cầu là: P yc = ∑P min + ∑ΔP = 185.0,5+9,25 =101,75 (MW) CHƯƠNG 2: CHƯƠNG 2: Đề xuất phương án nối dây và tính chỉ tiêu kĩ thuật 2.1: Đề xuất các phương án nối dây a. Dự kiến các phương án nối dây của mạng điện Các chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nối điện vì vậy các sơ đồ mạng điện cần phải có chi phí nhỏ nhất,đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầucủa các hộ tiêu thụ,thuận tiện và an toàn trong vận hành,khả năng phát triển trong tương laivà tiếp nhận các phụ tải mới.Các hộ phụ tải loại (I) được cấp điện bằng đường dây hai mạch hoặc mạch vòng,các hộ phụ tải loại (III) được cấp điện bằng đường dây một mạch. Các yêu cầu chính đối với mạng điện: - Cung cấp điện liên tục - Đảm bảo chất lượng điện năng - Đảm bảo thuận lợi cho thi công ,vận hành và tính linh hoạt cao -Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị -Đảm bảo kinh tế b, Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của nguồn điện N và các hộ phụ tải cũng như vị trí địa lý của chúng ta có thể đưa ra các phương án nối dây như sau: Nhóm I: Phụ tải 1; 2; 3 Nhóm II: Phụ tải 5; 6; 7 Nhóm III: Phụ tải 4 Như vậy ta xét các phương án nối dây của từng nhóm Nhóm I: SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 6 án thi t k l i i n khu v cĐồ ế ế ướ đệ ự ND Phuong án I.1 1 2 3 ND Phuong án I.2 1 2 3 ND Phuong án I.3 1 2 3 ND Phuong án I.4 1 2 3 Nhóm II: SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 7 án thi t k l i i n khu v cĐồ ế ế ướ đệ ự 5 6 7 ND ND Phuong án II.1 5 6 7 Phuong án II.2 5 6 7 ND ND Phuong án II.3 5 6 7 Phuong án II.4 ND 5 6 7 Phuong án II.5 SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 8 án thi t k l i i n khu v cĐồ ế ế ướ đệ ự Nhóm III: 4 ND Phuong án III.1 36+12,47j 6 3 , 2 4 k m 2.2: So sánh các phương án về mặt kỹ thuật . Đối với mỗi phương án được giữ lại để so sánh về mặt kỹ thuật ta cần phải tính toán các nội dung như sau : • Lựa chọn điện áp định mức. o Nguyên tắc chọn Điện áp định mức của mạng điện ảnh hướng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật,cũng như các dặc trưng kỹ thuật 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,các nguồn cung cấp điện và sơ đồ mạng điên. 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 điện. o Chọn điện áp vận hành Ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau để xác định điện áp định mức của đường dây : Áp dụng công thức Still : U = 4,34 . n P L 16+ (kV) Trong đó : SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 9 án thi t k l i i n khu v cĐồ ế ế ướ đệ ự P : Là công suất chuyên trở trên đường dây ( MW ). L : Là khoảng cách truyền tải (km). n: là số lộ dây song song • Tính toán lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện (J kt ). kt lv kt J I F = Trong đó : I lv : Dòng điện làm việc chạy trên đường dây (A) I lv = dm ijij Un QP maxmax 3 22 + .10 3 (A) P ijmax ,Q ijmax : Dòng công suất tác dụng và phản kháng lớn nhất chạy trên đoạn đường dây ij . n : số mạch đường dây. U đm : Điện áp định mức (kV) J kt : Mật độ kinh tế của dòng điện (A/mm 2 ) Với T max = 4000 >4500h. Tra bảng ta có J kt = 1,1 A/mm 2 Sau đó dựa vào tiết diện kinh tế đã tính được ở trên ta tiến hành chọn tiết diện theo tiêu chuẩn : F chọn ≥ F kt • Kiểm tra tiết diện dây dẫn : Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức trên, ta tiến hành chọn tiết diên tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang,độ bền cơ của đường dây và điều kiện phát nóng trong các chế độ trước ,sau sự cố. o Điều kiện vầng quang: Đối với đường dây 110 kV để không xuất vầng quang các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F≥ 70 mm 2 . o Điều kiện phát nóng: Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự cố cần phải có điều kiện sau: I cb ≤ k 1* k 2* I cp Trong đó: I cb : dòng điện chạy trên đường dây : Ở chế độ làm việc bình thường: I cb = max ilvA I − . Chế độ sự cố :I cb = I sc = 2 max ilvA I − (lộ kép), SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 10 [...]... (MW) 2.3: Tính toán cụ thể cho các phương án a, Nhóm 1 :  Phương án I.1 : SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 11 Đồ án thiết kế lưới điện khu vực 3 64 3 ,0 km 30+14,25j ND 40km 44 ,7 2 km 2 25+12,1j 1 20+9,68j Phuong án I.1 Công suất chạy trên đoạn dây từ ND đến các phụ tải 1, 2, 3 là : SND-1= 20+j9,68 (MVA) SND-2= 25+j12,1 (MVA) SNS-3= 30+j14,25 (MVA) • Tính điện áp định mức trên đường dây Điện áp định mức... D4H2 12 Đồ án thiết kế lưới điện khu vực Tính điện áp trên các đường dây còn lại, ta tiến hành tương tự như trên, kết quả tính toán được ghi lại trong bảng sau: Đường dây N l(km) S(MVA) P(MW) U(kV) ND-1 2 44,72 20+j9,68 20 62,097 ND-2 1 40 25+j12,1 25 91,037 ND-3 1 64,03 30+j14,25 30 101,228 Kết luận : Qua tính toán ta thấy mạng điện thiết kế dùng cấp điện áp 110kV để truyền tải là hợp lí • Tính toán lựa... 0,883 Tính toán tổn thất điện áp lúc vận hành bình thường ∆Ubt% với phụ tải max tính toán như các phương án khác, ta có số liệu ở bảng trên Còn tính toán ∆Usc% của các đường dây trong mạch kín ND - 5 – 6 được tính dựa vào các sự cố đứt dây: SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 28 Đồ án thiết kế lưới điện khu vực m 3k 18+8,712j ,4 42 42 ,43 km 5 ND 6 24+11,616j Đut dây ND-6 - Khi đứt đoạn N-6, tổn thất điện áp trên... 8,11+6,15=14,26 S6 →Điểm 7 là điểm phân công suất Khi đó: S6-7= SND-6 – S6= (25,1+12,49j ) – (24+11,616j) = 1,1+0,874j MVA → SND-7= S7 – S6-7= 32+16,484j – (1,1+ 0,874j) = 30,9+15,61j MVA Và : SND-5= S5= 18+ 8,712j MVA • Tính toán chọn điện áp định mức: Áp dụng công thức Still : U = 4,34 L + 16 P n (kV) Tính toán tương tự các phương án trên... Kết luận: Phương án của nhóm III.1 đạt yêu cầu về kĩ thuật CHƯƠNG 3: Tính chỉ tiêu kinh tế 3.1: Phương pháp tính chỉ tiêu kinh tế Khi tính toán, thiết kế mạng lưới điện cần phải đảm bảo yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật.Mặc dù trên thực tế hai yêu cầu kinh tế và kỹ thuật thường mâu thuẫn nhau, một lưới điện có chỉ tiêu kỹ thuật tốt, vốn đầu tư và chi phí vận hành cao Ngược lại, lưới điện có vốn đầu tư,... Σ∆P,MW 2,454 Kết luận: Phương án II.2 đạt yêu cầu về kĩ thuật  Phương án II.3: SV: Nguyễn Mạnh Trung _ D4H2 23 Đồ án thiết kế lưới điện khu vực 5 m 3k ,4 42 18+8,712j ND 6 km ,0 6 36 24+11,616j m 0k 5 7 32+15,488j Phuong án II.3 Ta có: SND-5= S5= 18+ 8,712j MVA S7-6 = S6 =24+ 11,616j MVA SND-7= S6+ S7= 24+ 11,616j +32+ 15,488j =56+ 27,104j MVA Ta cũng có các bảng sau: • Chọn điện áp định mức: Đường dây