thiết kế lưới điện khu vực

thiết kế lưới điện khu vực

Thiết kế mạng lưới điện khu vực Lời nói đầu Quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá ở nước ta hiện nay đang diễn ra hết sức mạnh mẽ.Trên khắp cả nước các khu trung tâm công nghiệp mới mọc lên ngày càng nhiều. Điều này đỏi hỏi chúng ta phải xây dựng các mạng lưới điện mới để truyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ này.Thiết kế các mạng và hệ thống điện là một nhiệm vụ quan trọng của các kỹ sư nói chung và đặc biệt là các kỹ 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. Tuy đây mới chỉ là đồ án môn học nhưng nó đã trang bị những kỹ năng bổ ích cho đồ án tốt nghiệp đồng thời nó cũng cho chúng ta hình dung ra một phần công việc thực tế sau này Trong quá trình làm đồ án , em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn và các thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy trên lớp.Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lã Minh Khánh đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này Sinh viên 1 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Mục lục Chương 1:Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống. Chương 2:Dự kiến các phương án nối dây và so sánh các phương án về mặt kỹ thuật. Chương 3:So sánh kinh tế các phương án Chương 4: Lựa chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây chi tiết của mạng điện Chương 5:Tính phân bố công suất của mạng điện và tính chính xác điện áp tại các nút trong mạng điện. Chương 6:Lựa chọn phương thức điều c hỉnh điện áp trong mạng điện. Chương 7:Tính toán các chỉ tiêu kinh tế của mạng điện. 2 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Chương 1 Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống 1.1 Phân tích nguồn và phụ tải Bảng số liệu phụ tải Các số liệu Các hộ tiêu thụ 1 2 3 4 5 6 Phụ tải cực đại(MW) 3 6 3 0 3 5 2 0 2 7 4 0 Hệ số công suất cosφ 0.85 Mức đảm bảo cung cấp điện I Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT Điện áp danh định của lưới điện thứ cấp 10 KV 1.2 Cân bằng công suất tác dụng Một đặc điểm quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ các nguồn điện đến các hộ tiêu thụ và không thẻ tích luỹ điện năng thành số lượng nhìn thấy được.Tính chất này xác định sự đồng bộ 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 của hệ thống cần phải phát công suất bằng công suất của các hộ tiêu thụ,kể cả tổn thất công suất trong các mạng điện,nghĩa là cần thực hiện đúng sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ. Ngoải ra để hệ thống vận hành bình thường ,cần phải có sự dự trữ nhất định của công suất tác dụng trong hệ thống Dự trữ trong hệ thống điện là một vấn đề quan trọng ,liên quan đến vận hành cũng như phát triển của hệ thống điện. Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống: ∑P F =∑P YC = m∑P pt +∑∆P +∑P td +∑P dt (1.2.1) Trong đó : ∑P F :Tổng công suất tác dụng phát ra từ nguồn phát. ∑P pt :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 ∑P td :Tổng công suất tự dùng của nhà máy điện 3 Thiết kế mạng lưới điện khu vực ∑Pdt :Tổng công suất dự trữ trong mạng điện m :hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại Một cách gần đúng ta có thể thay bằng công thức: ∑P F = ∑P pt +15%∑P pt. (1.2.2) Theo bảng số liều vê phụ tải đã cho ở trên ta có : ∑P F =∑P yc = 1.15*(36+30+35+20+27+40)=216.2(MW) Việc cân bằng công suất tác dụng giúp cho tần số của lưới điện luôn được giữ ổn định. 1.3 Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm.Sự cân bằng đòi hỏi không những chỉ đối với công suất tác dụng ,mà còn đối với cả 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. Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống: ∑Q F = ∑Q yc =m∑Q pt +∑∆Q b +∑Q L -∑Q c +∑Q td +∑Q dt (1.3.1) Trong đó: ∑Q F :Tổng công suất phản kháng do nguồn điện phát ra ∑Q yc : Tổng công suất yêu cầu của hệ thống ∑Q pt :Tổng công suất phản kháng của các phụ tải ở chế độ cực đại ∑Q L :Tổng công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong mạng điện. ∑Q c : tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra ∑∆Q b : tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp ∑Q td : tổng công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện. ∑Q dt : Tổng công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống. m :hệ số đồng thời Trong tính toán sơ bộ ta có thể tính tổng công suất phản kháng yêu cầu trong hệ thống bằng công thức sau đây: ∑Q yc = ∑Q pt + 15%∑Qpt (1.3.2) Công suất phản kháng của các phụ tải được tính theo công thức sau Q =P* tgφ (1.3.3) Từ cosφ= 0.85 ta suy ra tgφ= 0.62 Ta có bảng số liệu sau: bảng 1.3.1:công suất phản kháng của các phụ tải 4 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Các hộ phụ tải 1 2 3 4 5 6 Q(MVAr) 22.31 1 18.59 2 21.69 1 12.39 5 16.73 3 24.7 9 Áp dụng công thức 1.3.2 ta có ∑Q yc = 1.15*(22.311+18.592+21.691+12.395+16.733+24.79)=133.988 MVAr Ta lại có :∑Q F = ∑P F *tgφ = 216.2 *0.62=133.988 MVAr Từ các kết quả tính toán trên ta nhận thấy tổng công suất phản kháng do nguồn phát ra vừa dúng bằng lượng công suất phản kháng yêu cầu của hệ thống.Vây ta không phải tiến hành bù công suất phản kháng. KẾT LUẬN Sau khi tính toán ta có số liệu của các phụ tải được cho trong bảng 1.3.2 Các hộ tiêu thụ 1 2 3 4 5 6 P(MW) 36 30 35 20 27 40 Q(MVAr) 22.311 18.592 21.691 12.359 16.733 24.79 S(MVA) 42.35 35.29 41.18 23.53 31.76 47.06 cosφ 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 Bảng 1.3.2 Số liệu tính toán của các hộ phụ tải 5 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Chương 2 Dự kiến các phương án nối dây của mạng điện và so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật 2.1 Mở đầu Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng diện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của nó .Vì vậy các sơ đồ mạng điện cần phải có các chi phí nhỏ nhất , đảm bảo độ tin cậy cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ, thuận tiện và an toàn trong vận hành ,khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới. Từ sơ đồ mặt bằng của nguồn điện và các phụ tải đã cho chúng ta có thể đưa ra các phương án nối dây cho mạng điện trên.Qua tiến hành đánh giá sơ bộ chúng ta có thể giữ lại 4 phương án sau và tiến hành tính toán các thông số cơ bản của các phương án này 2.2 Phương án nối dây 1 2.2.1 Sơ đồ nối dây N 1 6 2 5 3 6 Thiết kế mạng lưới điện khu vực 4 Hình 2.2.1 :sơ đồ mạng điện phương án 1 2.2.2 Tính điện áp vận hành của mạng điện Điện áp vận hành của cả mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật ,cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng điện. Điện áp định mức của cả mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố :công suất của phụ tải ,khoảng cách giữa các phụ tải và các nguồn cung cấp điện,vị trí tương đối giữa các phụ tải với nhau,sơ đồ mạng điện Điện áp định mức của mạng điện 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 đoạn đường dây trong mạng điện. Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm sau: U vhi = 4.34* Pili *16 + (2.1) Trong đó : l i : khoảng cách truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (km) P i :Công suất truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (MW) 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 diện ,kv N-1 36+j 22.31 70.71 110.4 N-2 30+j 18.592 78.1 102.53 N-3 35+j 21.691 85.44 110.26 N-4 20+j 12.395 121.66 91.2 N-5 27+j 16.733 80.62 98.26 N-6 40+j 24.79 60.83 114.89 Bảng 2.1 Điện áp vận hành trên các đoạn đường dây và điện áp vận hành của cả mạng điện Điện áp vận hành tính trong phương án này có thể dùng làm điện áp vận hành chung cho các phương án tiếp theo. 2.2.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn trên mỗi đoạn đường dây của phương án đã chọn Các mạng điện 110kv được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không.Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC). Đối với mạng 7 Thiết kế mạng lưới điện khu vực điện khu vực ,các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện nghĩa là : kt kt J I F max = (2.2) Trong đó : I max : dòng điện chạy trên đường dây ở chế độ phụ tải cực đại,A; J kt : mật độ kinh tế của dòng điện,A/mm 2 Với dây AC và Tmax =5000h ta tra bảng có được : J kt = 1.1A/mm 2 Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được tính bằng công thức : 3 max max 10* 3* dm Un S I = A (2.3) Trong đó : n: số mạch của đường dây Uđm : điện áp định mức của mạng điện,kv S max : 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 mm 2 Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong phương án 1 Đoạn N-1 ∗ S =(36+ j22.31)+(30+j18.592)=66+j40.902 MVA Aax 77.20310* 110*32 902.4066 Im 3 22 = + = 2 185 1.1 77.203 mmF kt == Ta chọn F tc= 185 mm 2 Đoạn 1-2 MVAjS 592.1830 += ∗ Aax 62.9210* 110*3*2 592.1830 Im 3 22 = + = 2 02.84 1.1 62.92 mmF kt == Chọn Ftc=95 mm 2 Đoạn N-3 8 Thiết kế mạng lưới điện khu vực MVAjjjS 09.3455)395.1220()691.2135( +=+++= ∗ AI 8.16910* 110*3*2 09.3455 3 22 max = + = 2 kt 4.154 1.1 8.169 F mm== Chọn F tc = 150 mm 2 Đoạn 3-4 AI 75.6110* 2*3*110 395.1220 3 22 max = + = 2 13.56 1.1 75.61 mmF kt == Chọn F tc = 70mm 2 Đoạn N-6 MVAjjjS 523.4167)79.2440()733.1627( +=+++= ∗ AI 86.20610* 110*3*2 523.4167 3 22 max = + = 2 05.188 1.1 86.206 mmF kt == Chọn F tc =185 mm 2 Đoạn 5-6 AI 36.8310* 110*3*2 733.1627 3 22 max = + = AF kt 78.75 1.1 36.83 == Chọn F tc =70 mm 2 Từ tiết diện tiêu chuẩn của các đoạn đường dây đã chọn ,tra bảng 33 trong sách mạng lưới điện 1 ta có dòng điện lâu dài cho phép chạy trên các đoạn đường dây và tra bảng 6 cho ta điện trở và điện kháng đơn vị tương ứng với mỗi đoạn đường dây đã chọn 9 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Đoạn đường dây Kiểu dây dẫn I cp (A) ∗ S MVA R 0 (Ω/m) X 0 (Ω/m) N-1 AC-185 510 66+j40.902 0.17 0.409 1-2 AC-95 330 30+j18.592 0.33 0.429 N-3 AC-150 445 55+j34.09 0.21 0.416 3-4 AC-70 265 20+j12.395 0.45 0.44 N-6 AC-185 510 67+j41.523 0.17 0.409 6-5 AC-70 265 27+j16.733 0.45 0.44 Bảng2.2 Dòng điện cho phép lâu dài chạy trên mỗi đoạn đường dây và điện trở và điện kháng đơn vị tương ứng với mỗi đoạn đường dây. 2.2.4 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện trong trường hợp vận hành bình thường và trong 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* ** 2 dmU xQrP U iiii ibt ∑ ∑ + =∆ (2.4) Trong đó ∆U ibt : 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 r i , x i : điện trở và điện kháng đơn vị của đoạn đường dây thứ i Trong chế độ sự cố , đối với mạng điện trong phương án này đều đường dây 2 mạch nên tổn thất điện áp trong chế độ sự cố (đứt một đoạn đường dây ) được tính theo công thức : ∆Uisc =2*∆U ibt (2.5) Đối với đoạn đường dây N-1 %2.8100* 110*2 71.70*409.0*902.4071.70*17.0*66 2 1 = + =∆ − btN U Trong trường hợp ngừng một mạch trên đoạn đường dây N-1 ,ta có: ∆U N-1sc = 2*8.2=16.4% Tính toán tương tự đối với các đoạn đường dây còn lại ta có bảng số liệu sau: Đường dây ∆U bt (%) ∆U sc (%) Đường dây ∆U bt (%) ∆U sc (%) N-1 8.2 16.4 3-4 2.5 5 1-2 3 6 N-6 7.1 14.2 N-3 6.6 13.2 6-5 5.1 10.2 Bảng 2.3 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện Từ bảng số liệu trên ta có: 10 [...]... trong mạng điện và tính 27 Thiết kế mạng lưới điện khu vực chính xác điện áp tại các nút trong mạng 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... của đoạn N-3-4 28 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Sơ đồ thay thế của mạng điện Z3 Z4 a N b Sb4 -jQc3d -jQc3c -jQc4d ∆S03 -jQc4c Zb4 ∆S04 S4 =20+j12.395 MVA S3=35+j 21.69 MVA Zb3 Theo giả thiết ở trên để tính các dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây ta chọn Ui=Udm=110 kv Ta có S4 = 20 +j12.395 MVA Tổng tổn thất công suất trong máy biến áp là: 29 Thiết kế mạng lưới điện khu vực ∆S b 4 120 23.53... 12.26+5.7=17.96% ∆Uscmax = 24.52+5.7=30.22% Phương án này không thoả mãn yêu cầu 2.5 Phương án nối dây thứ 4 2.5.1 Sơ đồ nối dây của phương án 15 Thiết kế mạng lưới điện khu vực N 6 1 2 5 3 4 2.5.2 Các thông số tính toán của phương án 16 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Đoạn đường dây N-1 N-2 N-3 3-4 N-5 N-6 Công suất tải(MVA) 36+ j 22.31 30+ j 18.592 55+j 34.09 20+ j 12.395 27+ j 16.733 40+ j 24.79 truyền... 0.423 5.4 10.8 Bảng 2.7 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây của mạng điện Từ bảng số liệu trên ta có tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây như sau Đoạn đường dây N-1-2 ∆Ubt = 8.2+3.05=11.25 % ∆Usc= 16.4+3.05=19.45 % Đoạn đường dây N-3-4 ∆Ubt = 9.08+2.46=11.54 % 13 Thiết kế mạng lưới điện khu vực ∆Usc= 18.16+2.46=20.62 % Từ kết quả tính toán trên ta nhận thấy Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ... 7.55(kV ) 121 Điện áp tại nút a là: Ua = UN - ∆U2 = 121 – 7.55=113.45 kV Tổn thất điện áp trong máy biến áp 2 là: ∆U b 2 = Pb 2 * Rb 2 + Qb 2 * X b 2 30.088 * 0.935 + 20.636 * 21.75 = = 4.2kV Ua 113.45 Vậy ta có điện áp tại nút phụ tải thứ 2 là: U2 = Ua - ∆Ub2 = 113.45 – 4.2=109.25 kV 5.1.4 Đoạn đường dây N-5 Sơ đồ nối dây của mạng điện Sơ đồ thay thế của mạng điện 35 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Tính... suất phản kháng do điện dung ở đầu đường dây 3 sinh ra là: 30 Thiết kế mạng lưới điện khu vực -jQc3d = -2.833 MVAr Vậy ta có dòng công suất do nguồn cung cấp cho mạch đường dây N-3-4 là: SN-3-4=S3’ – jQc3d = 60.89+j40.177 –j2.833=60.89 +j37.344 MVA Sau khi tính toán được dòng công suất chạy vào đầu đoạn đường dây ta tiến hành tính chính xác điện áp tại các nút của mạng điện Tổn thất điện áp trên tổng... = Ua - ∆U4 = 110.59- 2.8=107.79 kV Tổn thất điện áp trong máy biến áp 4 là: ∆U b 4 = Pb 4 * Rb 4 + Qb 4 * X b 4 20.053 * 1.27 + 13.558 * 27.95 = = 3.75kV Ub 107.79 Vậy điện áp tại nút phụ tải thứ 4 là: U4= Ub - ∆U4 = 107.79 – 3.75= 104.04 kV 5.1.2 Xét đoạn đường dây N-1 Sơ đồ nối dây của mạng điện 31 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Sơ đồ thay thế của mạng điện Tính toán tương tự như đối với đoạn đường... 15.1673 = 6.9(kV ) 121 Điện áp tại nút a là: Ua = UN - ∆U3 = 121 – 6.9=114.1 kV Tổn thất điện áp trong máy biến áp 1 là: ∆U b1 = Pb1 * Rb1 + Qb1 * X b1 36.127 * 0.935 + 25.252 * 21.75 = = 5.11kV Ua 114.1 Vậy ta có điện áp tại nút phụ tải thứ 1 là: U1 = Ua - ∆Ub1 = 114.1 – 5.11=108.99 kV 5.1.3 Đoạn đường dây N-2 Sơ đồ nối dây 33 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Sơ đồ thay thế của mạng điện S2= 30+j 18.592... 2.46 6.5 6 Từ bảng số liệu trên ta có : Tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện trong chế độ vận hành bình thường là ∆UN-3-4bt=9.08 + 2.46=11.54 % Tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện ở chế độ sự cố là : ∆UN-3-4= 18.16 + 2.46=20.62 % 2.6 Phương án nối dây 5 2.6.1 Sơ đồ nối dây của mạng điện 17 Thiết kế mạng lưới điện khu vực N 6 1 2 5 3 4 2.6.2 Tính toán phương án  Tính các dòng công suất chạy... chọn là phù hợp 19 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Xét sự cố đứt đoạn đường dây N-5 Dòng điện chạy trên đoạn đường dây 5-6 là: I 5−6 sc = 27 2 + 16.733 2 3 * 110 * 10 3 = 167 A < Icp = 265 A vậy tiết diện đã cho là phù hợp Dòng điện sự cố chạy trên đoạn đường dây N-6 I N −6 sc = 67 2 + 41.523 2 3 * 110 * 10 3 = 413.7 A < Icp = 510 A Vậy tiết diện đã cho là phù hợp  Tính tổn thất điện áp trong mạch . 4 2.5.1 Sơ đồ nối dây của phương án 15 Thiết kế mạng lưới điện khu vực 2.5.2 Các thông số tính toán của phương án 16 N 1 2 3 4 5 6 Thiết kế mạng lưới điện khu vực Đoạn đường dây Công suất truyền. N 1 6 2 5 3 6 Thiết kế mạng lưới điện khu vực 4 Hình 2.2.1 :sơ đồ mạng điện phương án 1 2.2.2 Tính điện áp vận hành của mạng điện Điện áp vận hành của cả mạng điện ảnh hưởng chủ yếu. chọn Các mạng điện 110kv được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không.Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC). Đối với mạng 7 Thiết kế mạng lưới điện khu vực điện khu vực ,các