Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điện bùi minh dương

GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 1 LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là một nguồn năng lƣợng quan trọng của hệ thống năng lƣợng quốc gia, nó đƣợc sử dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực nhƣ: sản xuất kinh tế, đời sống sinh hoạt, nghiên cức khoa học, … Hiện nay nƣớc ta đang phát triển theo hƣớng công nghiệp hóa, hiện đại hóa nên nhu cầu về điện năng đòi hỏi ngày càng cao về số lƣợng cũng nhƣ chất lƣợng. Để đáp ứng đƣợc về số lƣợng thì ngành điện nói chung phải có kế hoạch tìm và khai thác tốt các nguồn năng lƣợng có thể biến đổi chúng thành điện năng. Mặt khác để đảm bảo về chất lƣợng điện năng thì cần phải xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối điện năng hiện đại, có phƣơng thức vận hành tối ƣu nhất, đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cũng nhƣ kinh tế. Do vậy việc thiết kế, xây dựng và vẫn hành Hệ thống điện luôn luôn phải đƣợc đề cao. Trong khuôn khổ của đồ án này có rất nhiều chi tiết đã đƣợc đơn giản hóa nhƣng đây là những cơ sở quan trọng cho việc thiết kế một Hệ thống điện lớn. Với mục đích đó, đồ án tốt nghiệp của em đã đƣa hai nhiệm vụ chính sau: Phần I: Thiết kế lưới điện cao áp Phần II: Thiết kế cơ khí đường dây GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 2 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình làm đồ án với sự nỗ lực của bản thân, cũng nhƣ sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa Hệ thống điện, bản đồ này của em đã đƣợc hoàn thành. Em xin đƣợc chân thành cảm ơn: Các thầy giáo, cô giáo trong khoa Hệ thống điện đã trang bị kiến thực cho em trong quá trình làm đồ án. Đặc biệt em cảm ơn thầy giáo: Th.S Nguyễn Đức Thuận là ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn em thực hiện đồ án. Em kính mong đƣợc sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô để bản đồ án của em đƣợc hoàn thiện. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 01 năm 2014 Sinh viên thực hiện Bùi Minh Dƣơng GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 LỜI CẢM ƠN 2 MỤC LỤC Error! Bookmark not defined. PHẦN 1: THIẾT KẾ LƢỚI ĐIỆN KHU VỰC 7 CHƢƠNG 1. PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 8 1.1 NGUỒN CUNG CẤP 8 1.1.1 Hệ thống điện 8 1.1.2 Nhà máy điện 8 1.2 CÁC PHỤ TẢI ĐIỆN 9 1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng 11 1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng 12 1.3 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN 14 1.3.1 Chế độ phụ tải cực đại 14 1.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 14 1.3.3 Chế độ sự cố 15 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 16 CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƢƠNG ÁN 17 2.1 ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN 17 2.1.1 Những vấn đề cần quan tâm 17 2.1.2 Các phƣơng án 17 2.2 NGUYÊN TẮC CHUNG TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC NHÓM 20 2.2.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện 20 2.2.2 Chọn tiết diện dây dẫn 21 2.2.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện 22 2.3 Tính toán kỹ thuật cho các nhóm 23 2.3.1 Nhóm I 23 2.3.2 Nhóm II 29 GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 4 2.3.3 Nhóm III 33 2.3.4 Nhóm IV 36 2.3.5 Nhóm V 39 2.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 43 CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN KINH TẾ 44 3.1 Nhóm I 45 3.1.1 Phƣơng án 1 45 3.1.2 Phƣơng án 2 46 3.2 Nhóm II 47 3.2.1 Phƣơng án 1 47 3.2.2 Phƣơng án 2 48 3.3 Nhóm III 49 3.3.1 Phƣơng án 1 49 3.3.2 Phƣơng án 2 49 3.4 Nhóm IV 50 3.4.1 Phƣơng án 1 50 3.4.2 Phƣơng án 2 51 3.5 Nhóm V 51 3.6 Kết luận 52 3.7 KẾT LUẬN CHƢƠNG 53 CHƢƠNG 4. CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH 54 4.1 Chọn máy biến áp 54 4.1.1 Chọn máy biến áp tăng áp 54 4.1.2 Chọn máy biến áp trong các trạm hạ áp 54 4.2 Chọn sơ đồ nối dây cho trạm 56 4.2.1 Trạm trung gian 56 4.2.2 Trạm hạ áp 56 4.2.3 Trạm tăng áp 57 GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 5 CHƢƠNG 5. TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MẠNG ĐIỆN 59 5.1 Chế độ cực đại 59 5.1.1 Các đƣờng dây nối với nhà máy 61 Bảng 5.1 Thông số các phần tử trong sơ đồ thay thế các đƣờng dây 63 Bảng 5.2 Các dòng công suất và các tổn thất trong tổng trở MBA và trên đƣờng dây nối với NMĐ 65 5.1.2 Xét đoạn HT-7-NM 66 5.1.3 Đƣờng dây HT-1,HT-2,HT-6 70 5.1.4 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống 72 5.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 72 5.3 Chế độ sau sự cố 74 CHƢƠNG 6. TÍNH ĐIỆN ÁP CÁC NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN 76 6.1 Tính điện áp các nút 76 6.1.1 Chế độ cực đại 76 6.1.2 Chế độ cực tiểu 76 6.1.3 Chế độ sau sự cố 76 6.2 Chọn phƣơng thức điều áp cho trạm 9 77 6.2.1 Các tiêu chuẩn điều chỉnh điện áp với máy biến áp 77 6.2.2 Chọn các đầu điều chỉnh trong máy biến áp 79 CHƢƠNG 7. TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 83 7.1 Vốn đầu tƣ xây dựng mạng điện 83 7.2 Tổn thất công suất trong mạng điện 84 7.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện 84 7.4 Tính chi phí giá thành 85 7.4.1 Chi phí vận hành hằng năm 85 7.4.2 Chi phí tính toán hằng năm 85 GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 6 7.4.3 Giá thành truyền tải 85 7.4.4 Giá thành xây dựng 1MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại 86 7.5 Kết luận chƣơng 86 PHẦN 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ ĐƢỜNG DÂY 87 CHƢƠNG 8. THIẾT KẾ CƠ KHÍ ĐƢỜNG DÂY 88 8.1 Sơ đồ địa lý thiết kế đƣờng dây 88 8.2 Các số liệu phục vụ tính toán 88 8.3 Lựa chọn và tính toán các phần tử trên dây 91 8.3.1 Lựa chọn các phần tử 91 8.3.2 Sức kéo và độ võng của dây trong khoảng cột 93 8.3.3 Kiếm tra khoảng cách an toàn 96 8.3.4 Kiểm tra độ uốn của cột trung gian 97 8.3.5 Kiểm tra độ uốn của cột cuối 98 8.3.6 Thiết kế móng dây néo 100 8.3.7 Kiểm tra móng cột cuối 101 GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 7 PHẦN 1 THIẾT KẾ LƢỚI ĐIỆN KHU VỰC GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 8 CHƢƠNG 1. PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 1.1 NGUỒN CUNG CẤP Trong hệ thống điện thiết kế có hai nguồn cung cấp, đó là hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện. 1.1.1 Hệ thống điện Công suất vô cùng lớn. Hệ số công suất : cos 0,85 Điện áp định mức thanh cái : đm U 110kV . Vì vậy cần phải có sự liên hệ giữa hệ thống điện (HT) và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho HT thiết kế làm việc bình thƣờng trong các chế độ vận hành. Mặt khác, vì HT có công suất vô cùng lớn cho nên chọn HT là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp. Ngoài ra do HT có công suất vô cùng lớn cho nên không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy điện, nói cách khác công suất tác dụng và phản kháng dự trữ sẽ đƣợc lấy từ HT. 1.1.2 Nhà máy điện Công suất đặt : NĐ P 4 60 240MW   Hệ số công suất : cos 0,8 Điện áp định mức : đm U 10,5kV Nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện (NĐ) có thể là than đá, dầu và khí đốt.Hiệu suất của các nhà máy nhiệt điện tƣơng đối thấp (khoảng 30 40% ).Đồng thời công suất tự dùng của nhiệt điện thƣờng chiếm khoảng 6% đến 15% tùy theo loại nhà máy nhiệt điện. Đối với NĐ, các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải đm P 70%P . Còn khi đm P 30%P thì các máy phát ngừng làm việc. Công suất phát kinh tế của các máy phát NĐ thƣờng bằng đm (80 90%)P .Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng đm 85%P , nghĩa là : kt đm P 85%P Do đó khi phụ tải cực đại cả 4 nhà máy đều vận hành và tổng công suất tác dụng phát ra của NĐ là: kt P 85% 4 60 204MW    Trong chế độ phụ tải cực tiểu, bốn máy phát sẽ phát đm 70%P , nghĩa là tổng công suất phát ra của nhà máy nhiệt điện là: GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 9 kt P 70% 4 60 168MW    Khi sự cố ngừng một máy phát, ba máy phát còn lại sẽ phát đm 100%P , nhƣ vậy: F P 3 50 150MW   Phần công suất thiếu trong các chế độ vận hành sẽ đƣợc cung cấp từ hệ thống điện. 1.2 CÁC PHỤ TẢI ĐIỆN Các số liệu về phụ tải cho trong bảng sau: Các số liệu Phụ tải 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Pmax(MW) 27 30 25 29 31 35 36 27 28 24 Pmin (MW) 0,75.Pmax 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 Mức yêu cầu cấp điện I I III I I I III I I I Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT KT T KT KT KT T KT KT KT Uđm (kV) 22 Công suất tiêu thụ của các phụ tải điện đƣợc tính nhƣ sau: 22 max max max max max max max max Q P .tg ; S P jQ ; S P jQ       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 Mặt bằng bố trí nguồn và phụ tải nhƣ hình vẽ đm cos GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 10 Hình 1-1 Sơ đồ nguồn và phụ tải Bảng 1-1. Thông số của các phụ tải Hộ tiêu thụ Pmax + jQmax (MVA) Smax (MVA) Pmin + jQmin (MVA) Smin (MVA) 1 27+13,07j 30,00 18,9+9,15j 21,00 2 30+14,52j 33,33 21+10,16j 23,33 3 25+12,10j 27,77 17,5+8,47j 19,44 4 29+14,04j 32,22 20,3+9,83j 22,55 5 31+15j 34,44 21,7+10,5j 24,11 6 35+16,94j 38,88 24,5+11,86j 27,22 7 36+17,42j 39,99 25,2+12,2j 28,00 8 27+13,07j 30,00 18,9+9,15j 21,00 9 28+13,55j 31,11 19,6+9,49j 21,78 10 24+11,62j 26,66 16,8+8,13j 18,66 Tổng Smax = 292+141,33j 324,4 Smin = 204,4+98,93j 227,08 1 2 6 7 3 9 4 5 8 10 NM HT 2 2 ,4 km 3 6 ,1 km 3 6 ,1 km 2 8 ,1 km 3 6 ,1 km 2 2 ,4 km 4 1 ,2 km 3 1 ,6 km 51 km 4 4 ,7 km 2 2 ,4 k m 30 km 3 6 ,1 km 4 4 ,7 km 2 2 ,4 km [...]... kháng Sản xuất và tiêu thụ điện năng đòi hỏi sự cân bằng đối với công suất tác dụng và công suất phản kháng tại mọi thời điểm Sự cân bằng công suất tác dụng liên quan đến tần số của hệ thống điện 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 thay đổi điện áp trong mạng điện Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất tiêu thụ thì điện. .. %  2Uibt % 2.3 Tính toán kỹ thuật cho các nhóm 2.3.1 Nhóm I Nhóm I gồm phụ tải 2, 6 và hệ thống 2.3.1.1 Phương án 1 Sơ đồ phƣơng án 1 2 ,3 28 km 6 41,2 km HT Hình 2-1 Sơ đồ mạng điện phƣơng án 1 1.Chọn điện áp định mức của mạng điện * Tính điện áp định mức trên đường dây HT-2: Dòng công suất truyền tải trên đƣờng dây HT-2 là:   SH2  S2  30  j14,52MVAr Điện áp tính toán trên đoạn đƣờng dây NĐ-3... lƣợng của điện năng 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 phƣơng án cung cấp điện có thể đánh giá chất lƣợng 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... Hình 2-3 Sơ đồ phƣơng án nhóm III 2.1.2.4 Nhóm IV Nhóm IV gồm 2 phƣơng án NÐ NÐ m 1k , m 4k 22, 44 ,7 ,7 k km m 8 8 44 36 10 10 Hình 2-4 Sơ đồ phƣơng án nhóm IV 19 GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 2.1.2.5 Nhóm IV 36 ,1 km 1 HT ,1 36 km 7 m 6k 31, NÐ Hình 2-5 Sơ đồ phƣơng án nhóm V 2.2 NGUYÊN TẮC CHUNG TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC NHÓM 2.2.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện Điện áp định mức của mạng điện quyết... Hình 2-5 Sơ đồ mạng điện phƣơng án 1 33 GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận Tính toán tƣơng tự ta có kết quả Bảng 2-13 Điện áp tính toán và điện áp định mức phƣơng án 1 nhóm III Đƣờng dây NĐ-4 NĐ-5 Công suất truyền tải S (MVA) 29+14,04j 31+15j Chiều dài đƣờng dây  (km) 44,7 22,4 Số lộ Điện áp tính toán U (kV) Điện áp định mức Uđm (kV) 2 2 72,19 71,36 110 Bảng 2-14 Chọn tiết diện dây dẫn phƣơng án 1 nhóm III... tính toán lựa chọn trong các sơ đồ đƣa ra 16 GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận CHƢƠNG 2 TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƢƠNG ÁN 2.1 ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN 2.1.1 Những vấn đề cần quan tâm 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 các chi phí nhỏ nhất, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lƣợng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu... sơ đồ tối ƣu của mạng điện ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp nhiều phƣơng án Từ các vị trí đã cho của các phụ tải và các nguồn cung cầp cần dự kiến một số phƣơng án và phƣơng án tốt nhất sẽ chọn đƣợc trên cơ sở so sánh kinh tế – kỹ thuật các phƣơng án Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng là độ tin cậy và chất lƣợng cao của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ Khi dự kiến sơ đồ của mạng điện. .. đƣợc cung cấp điện bằng đƣờng dây một mạch 2.1.2 Các phƣơng án Từ sơ đồ mặt bằng nguồn và phụ tải ta thấy các phụ tải gần nhau đƣợc bố trí theo từng nhóm riêng biệt nên việc tìm phƣơng án tối ƣu của mạng điện sẽ đƣợc chuyển thành bài toán tìm phƣơng án tối ƣu cho mỗi nhóm Căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện năng của các hộ tiêu thụ, vào đặc điểm và phƣơng thức vận hành của các nhà máy điện, hệ thống công... Thuận Tính điện áp trên đƣờng dây HT-6 tƣơng tự nhƣ đối với đƣờng dây HT-2 Kết quả tính toán nhƣ sau: Bảng 1-3 Điện áp tính toán và điện áp định mức phƣơng án 1 nhóm I Đƣờng dây HT-2 HT-6 Công suất truyền tải S (MVA) 30 + j14,52 35 + j16,94 Chiều dài đƣờng dây  (km) 28,3 41,2 Số lộ 2 2 Điện áp tính toán U (kV) 71,09 77,78 Điện áp định mức Uđm (kV) 110 Từ kết quả tính toán trên ta lựa chọn điện áp định... 1,76 2,69 ∆Usc% 6,2 4,9 7,96 Theo kết quả trên thì tổn thất điện áp cực đại trong mạng điên - Chế độ bình thƣờng: 3,97% - Chế độ sự cố : 14,16% 2.3.2 Nhóm II Gồm NĐ, phụ tải 3 và phụ tải 9 2.3.2.1 Phương án 1 Sơ đồ mạng điện của phƣơng án: 3 km ,1 36 51km 9 NÐ Hình 2-3 Sơ đồ mạng điện phƣơng án 1 1 Chọn điện áp định mức của mạng điện *Tính điện áp định mức trên đường dây NĐ-3: 29 GVHD: Ths Nguyễn Đức . thất trong tổng trở MBA và trên đƣờng dây nối với NMĐ 65 5.1.2 Xét đoạn HT-7-NM 66 5.1.3 Đƣờng dây HT-1,HT-2,HT-6 70 5.1.4 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống 72 5.2 Chế độ phụ tải. sau: - Nhóm I: gồm HT và phụ tải 2, 6. - Nhóm II: gồm NĐ và phụ tải 3, 9. - Nhóm III: gồm NĐ và phụ tải 4, 5. - Nhóm IV: gồm NĐ và phụ tải 8,10 GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 18 - Nhóm. và cực tiểu cho trong bảng 1-2 Mặt bằng bố trí nguồn và phụ tải nhƣ hình vẽ đm cos GVHD: Ths Nguyễn Đức Thuận 10 Hình 1-1 Sơ đồ nguồn và phụ tải Bảng 1-1 . Thông số của các phụ tải