Đồ án tốt nghiệp ngành hệ thống điện Bùi minh đức

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà SVTH: Bùi Minh Đức 1 LỜI MỞ ĐẦU Điện năng là một nguồn năng lượng quan trọng của hệ thống năng lượng quốc gia, nó được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực như: sản xuất kinh tế, đời sống xã hội, nghiên cứu khoa học… Đối với mỗi đất nước, sự phát triển của ngành điện là tiền đề cho các lĩnh vực khác phát triển. Hiện nay nước ta đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nên nhu cầu về điện năng đòi hỏi ngày càng cao về số lượng cũng như chất lượng. Để đáp ứng được về số lượng thì ngành điện nói chung phải có kế hoạch tìm và khai thác tốt các nguồn năng lượng có thể biến đổi chúng thành điện năng. Mặt khác để đảm bảo về chất lượng có điện năng cần phải xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối điện năng hiện đại, có phương thức vận hành tối ưu nhất đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cũng như kinh tế. Xuất phát từ yêu cầu thực tế, em được nhà trường và khoa Hệ Thống Điện giao cho thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế lưới điện khu vực và tính ổn định động cho mạng điện”. Đồ án tốt nghiệp gồm 2 phần: Phần I: Thiết kế lưới điện khu vực. Phần II: Tính ổn định động cho mạng điện. Em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc đến các thầy cô giáo trong trường Đại học Điện lực nói chung và các thầy cô giáo trong khoa hệ thống điện bộ môn mạng và hệ thống điện nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô giáo: Th.S Hoàng Thu Hà, cô đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Mặc dù đã rất cố gắng, song do hạn chế về kiến thức nên bản đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự nhận xét góp ý của các thầy cô để bản thiết kế của em thêm hoàn thiện và giúp em rút ra được những kinh nghiệm cho bản thân. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 09 tháng 01 năm 2014 Sinh viên thực hiện Bùi Minh Đức ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà SVTH: Bùi Minh Đức 2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà SVTH: Bùi Minh Đức 3 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà SVTH: Bùi Minh Đức 4 MỤC LỤC PHẦN I: THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC 9 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 10 1.1 Phân tích đặc điểm của các nguồn cung cấp và phụ tải: 10 1.1.1 Nguồn cung cấp điện: 10 1.1.2 Phụ tải: 13 1.2 Cân bằng công suất trong hệ thống điện: 15 1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng: 15 1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng: 16 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 18 2.1 Cơ sở đề xuất các phương án nối dây: 18 2.1.1 Một số yêu cầu thiết kế mạng điện: 18 2.1.2 Yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện: 18 2.1.3 Vị trí địa lý: 19 2.2 Một số loại sơ đồ nối điện cơ bản: 19 2.2.1 Sơ đồ hình tia: 19 2.2.2 Sơ đồ liên thông: 20 2.2.3 Sơ đồ kiểu mạch vòng: 20 2.2.4 So sánh các sơ đồ nối điện cơ bản 21 2.3 Các phương án thiết kế mạng điện: 21 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT 26 3.1 Cơ sở lý thuyết tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật: 26 3.1.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện: 26 3.1.2 Chọn tiết diện dây dẫn: 27 3.1.3 Kiểm tra tổn thất điện áp lúc bình thường và lúc sự cố: 28 3.2 Tính toán: 29 3.2.1 Nhóm I: 29 3.2.2 Nhóm II: 34 3.2.3 Nhóm III: 36 3.2.4. Nhóm IV: 43 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà SVTH: Bùi Minh Đức 5 3.2.5 Đường dây liên lạc HT-6-NĐ: 52 CHƯƠNG 4: SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN 56 4.1 Cơ sở lý thuyết tính các chỉ tiêu kinh tế: 56 4.1.1 Tổn thất công suất: 56 4.1.2 Tổn thất điện năng: 56 4.1.3 Vốn đầu tư xây dựng mạng điện: 57 4.1.4 Chi phí tính toán hàng năm: 57 4.2 Tính toán: 57 4.2.1 Nhóm I: 57 4.2.2 Nhóm II: 59 4.2.3 Nhóm III 60 4.2.4 Nhóm IV: 61 4.2.4 Đường dây liên lạc 63 4.3 So sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án: 63 CHƯƠNG 5: CHỌN SỐ LƯỢNG, CÔNG SUẤT CÁC MÁY BIẾN ÁP TRONG CÁC TRẠM, SƠ ĐỒ CÁC TRẠM VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN 65 5.1 Chọn số lượng, công suất các máy biến áp trong các trạm tăng áp…….… 68 5.2 Chọn số lượng và công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp 65 5.3 Chọn sơ đồ trạm và sơ đồ hệ thống điện: 67 5.3.1 Sơ đồ nối cho các trạm tăng áp: 67 5.3.2 Sơ đồ nối cho các trạm hạ áp: 68 5.3.3 Sơ đồ cho trạm trung gian: 70 CHƯƠNG 6: TÍNH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA MẠNG ĐIỆN 71 6.1 Chế độ phụ tải cực đại: 71 6.1.1 Đường dây HT – 1 71 6.1.2 Các đường dây HT-2, HT-3: 72 6.1.3 Đường dây HT-4-NĐ: 74 6.1.3 Đường dây NĐ– 6- 5: 76 6.1.4 Các đường dây NĐ-6, 6-5, NĐ-7, NĐ-8, NĐ-9 80 6.1.5 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống 80 6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu: 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà SVTH: Bùi Minh Đức 6 6.2.1 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống: 84 6.3 Chế độ sự cố: 84 6.3.1 Chế độ sau sự cố hỏng một tổ máy phát có công suất lớn nhất: 84 6.3.2 Chế độ sau sự cố đứt một mạch đường dây: 88 6.3.3 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống: 90 CHƯƠNG 7 : TÍNH ĐIỆN ÁP TẠI NÚT PHỤ TẢI VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 91 7.1. Tính điện áp tại các nút trong mạng điện: 91 7.1.1. Chế độ phụ tải cực đại (U cs = 121 kV) 91 7.1.2. Chế độ phụ tải cực tiểu (U cs = 115 kV) 94 7.1.3. Chế độ sau sự cố (U cs = 121 kV) 98 7.2. Lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp: 99 7.2.1.Chọn đầu điều chỉnh trong MBA trạm 1: 102 7.2.2.Chọn đầu điều chỉnh trong MBA trạm 3: 104 CHƯƠNG 8: TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 108 8.1 Vốn đầu tư xây dựng mạng điện: 108 8.2 Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện: 109 8.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện: 109 8.4 Tính chi phí và giá thành: 110 8.4.1 Chi phí vận hành hàng năm: 110 8.4.2 Chi phí tính toán hàng năm: 110 8.4.3 Giá thành truyền tải điện năng 110 8.4.4 Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại 110 PHẦN II: TÍNH ỔN ĐỊNH ĐỘNG CHO MẠNG ĐIỆN 112 CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Các chế độ làm việc của hệ thống điện: 113 1.1.1 Hệ thống điện: 113 1.1.2 Chế độ của hệ thống điện 113 1.1.3 Điều kiện tồn tại chế độ xác lập. Định nghĩa ổn định của hệ thống điện 114 1.2 Mục tiêu và phương pháp khảo sát ổn định động: 117 1.2.1 Mục tiêu của khảo sát ổn định động: 117 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà SVTH: Bùi Minh Đức 7 1.2.2 Các phương pháp khảo sát ổn định động 117 CHƯƠNG 2: LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ. TÍNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC BAN ĐẦU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 122 2.1 Lập sơ đồ thay thế: 122 2.1.1 Sơ đồ hệ thống điện và thông số các phần tử: 122 2.1.2 Tính toán quy đổi các thông số: 124 2.2 Tính toán chế độ làm việc ban đầu 126 2.2.1 Sơ đồ tính toán chế độ xác lập: 127 2.2.2 Tính toán chế độ xác lập trước khi ngắn mạch: 127 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH BA PHA Ở ĐẦU ĐƯỜNG DÂY LIÊN LẠC 128 3.1 Tính đặc tính công suất khi ngắn mạch: 128 3.1.1 Tính tổng trở phụ tải: 128 3.1.2 Tính đặc tính công suất khi ngắn mạch: 128 3.2 Đặc tính công suất sau ngắn mạch: 131 3.3 Tính góc cắt và thời gian cắt: 133 3.3.1 Tính góc cắt: 133 3.3.2 Tính thời gian cắt: 134 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà SVTH: Bùi Minh Đức 8 KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT HT Hệ thống điện NĐ Nhà máy nhiệt điện MF Máy phát điện MBA Máy biến áp TBA Trạm biến áp PA Phương án ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà SVTH: Bùi Minh Đức 9 PHẦN I: THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC Chương 1: Phân tích nguồn và phụ tải. Tính toán cân bằng công suất. Chương 2: Xây dựng phương án nối dây. Chương 3: Tính toán các chỉ tiêu kĩ thuật. Chương 4: So sánh kinh tế-kĩ thuật các phương án. Chương 5: Chọn số lượng, công suất các máy biến áp trong trạm, sơ đồ các trạm và sơ đồ hệ thống điện. Chương 6: Tính các chế độ vận hành của mạng điện. Chương 7: Tính điện áp tại nút phụ tải và lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp. Chương 8: Tính các chỉ tiêu kinh tế-kĩ thuật của mạng điện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà SVTH: Bùi Minh Đức 10 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Để chọn được phương án tối ưu, cần tiến hành phân tích những đặc điểm của các nguồn cung cấp điện và các phụ tải. Trên cơ sở đó xác định công suất phát của các nguồn cung cấp và dự kiến các sơ đồ nối điện sao cho đạt được hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất. 1.1 Phân tích đặc điểm của các nguồn cung cấp và phụ tải: 1.1.1 Nguồn cung cấp điện: Trong hệ thống điện thiết kế có hai nguồn cung cấp, đó là hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện. 1. Hệ thống điện: Công suất vô cùng lớn. Hệ số công suất : cos 0,9  . 2 2 HT HT HT 1 cos 1 0,9 tg 0,484 cos 0,9         Điện áp định mức thanh cái : đm U 110kV  . HTĐ có công suất vô cùng lớn, 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 thường 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 được lấy từ HT. 2. Nhà máy nhiệt điện: Công suất đặt : NĐ P 4 50 200MW    . Hệ số công suất : cos 0,85   . 2 2 F F F 1 cos 1 0,85 tg 0,62 cos 0,85         [...]... phương án sẽ được tiến hành đối với mỗi nhóm Hình 2.2: Sơ đồ địa lý mạng điện SVTH: Bùi Minh Đức 22 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà Các phương án đi dây của từng nhóm: Nhóm I: A, B, Hình 2.3: Phương án đi dây của nhóm I Nhóm II: Hình 2.4: Phương án đi dây của nhóm II SVTH: Bùi Minh Đức 23 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà Nhóm III: A, B, C, Hình 2.5: Phương án đi dây của nhóm III SVTH: Bùi. .. án đi dây của nhóm III SVTH: Bùi Minh Đức 24 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà Nhóm IV: A, B, C, Hình 2.6: Phương án đi dây của nhóm IV SVTH: Bùi Minh Đức 25 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT 3.1 Cơ sở lý thuyết tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật: 3.1.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện: Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ... điểm: - Tính toán và vận hành phức tạp - Thiết kế và chỉnh định rơle phức tạp - Khi gặp sự cố trên đường dây, tổn thất thường rất lớn, rất khó đảm bảo chất lượng điện năng SVTH: Bùi Minh Đức 20 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà 2.2.4 So sánh các sơ đồ nối điện cơ bản: (a) (b) (c) Hình 2.1: Một số sơ đồ nối điện cơ bản a, Sơ đồ hình tia b, Sơ đồ liên thông c, Sơ đồ mạch vòng - Sơ đồ hình tia đối... Tổng công suất phản kháng do hệ thống và nhà máy nhiệt điện phát ra bằng: QNĐ + QHT = 124 + 51,4 = 175,4 MVAr Có công suất phản kháng do nguồn cung cấp lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ Vì vậy không cần bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế SVTH: Bùi Minh Đức 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY Khi thiết kế một mạng điện phải đảm bảo các yêu... bốn nhóm: - Nhóm I: gồm các phụ tải 1, 3 và hệ thống điện - Nhóm II: gồm phụ tải 2 và hệ thống điện SVTH: Bùi Minh Đức 21 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà - Nhóm III: gồm phụ tải 7, 9 và nhà máy nhiệt điện - Nhóm IV: gồm phụ tải 5, 6, 8 và nhà máy nhiệt điện Ưu nhược điểm của phương pháp chia nhóm : - Ưu điểm: phương pháp này giúp ta chọn được sơ đồ tối ưu nhất mà các phương pháp khác chưa... các đường dây còn lại, kết quả tính điện áp định mức được cho trong bảng: Bảng 3.1: Điện áp tính toán của phương án A, nhóm I Đoạn l, km n  S ,MVA Điện áp tính toán, kV HT - 1 53,67 2 28+13,561j 72,319 HT - 3 56,57 1 21+10,17j Điện áp định mức, kV 85,99 110 kV Từ kết quả trên, ta chọn điện áp định mức của mạng điện Uđm = 110 kV SVTH: Bùi Minh Đức 29 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà b) Chọn... 3.13: Điện áp định mức của phương án A, nhóm II Đoạn l, km n  S ,MVA Điện áp tính toán, kV Điện áp định mức, kV HT - 2 58,24 2 25+12,108j 69,743 110 Vậy ta chọn điện áp định mức của mạng điện Uđm = 110 kV SVTH: Bùi Minh Đức 34 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà b) Chọn tiết diện dây dẫn Kết quả chọn tiết diện dây dẫn được ghi trong bảng 3.14 Bảng 3.14: Chọn dây dẫn cho mạng điện phương án A,... 100 U2 đm trong đó: ΔU – tổn thất điện áp; P – công suất tác dụng chạy trên đường dây, MW; Q – công suất phản kháng chạy trên đường dây, MVAr; R, X – điện trở và điện kháng của đường dây, Ω; SVTH: Bùi Minh Đức 28 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà Uđm - điện áp định mức cảu mạng điện, kV Trong chế độ sự cố, nếu đứt một đường dây trong đường dây kép, thì tổn thất điện áp được xác định theo công... tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp, trong tính toán sơ bộ lấy ΣΔQb = 15%ΣQmax; Qtd– tổng công suất phản kháng tự dùng của nhà máy điện; Qdt– công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống, có hệ thống có công suất vô cùng lớn nên Qdt = 0 Có tổng công suất phản kháng do nhà máy nhiệt điện phát ra bằng: QF  PF tgF  200.0,62  124 MVAr Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp bằng: QHT... lại nếu thiếu công suất phản kháng thì điện áp trong mạng sẽ giảm Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và HT, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện có dạng: Qtt = QNĐ + QHT = mΣQmax + ΣΔQL - ΣQc + ΣΔQb + Qtd + Qdt Trong đó: SVTH: Bùi Minh Đức 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà . CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Các chế độ làm việc của hệ thống điện: 113 1.1.1 Hệ thống điện: 113 1.1.2 Chế độ của hệ thống điện 113 1.1.3 Điều kiện tồn tại chế độ xác lập. Định nghĩa ổn định của hệ. thời gian cắt: 134 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.s Hoàng Thu Hà SVTH: Bùi Minh Đức 8 KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT HT Hệ thống điện NĐ Nhà máy nhiệt điện MF Máy phát điện MBA Máy biến. 1.1.1 Nguồn cung cấp điện: Trong hệ thống điện thiết kế có hai nguồn cung cấp, đó là hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện. 1. Hệ thống điện: Công suất vô cùng lớn. Hệ số công suất : cos