Thiết kế đường dây và trạm biến áp

Nền kinh tế nước ta đã và đang có những bước phát triển vượt bậc, hội nhập với khu vực và thế giới.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp LỜI NÓI ĐẦU Nền kinh tế nước ta đã và đang có những bước phát triển vượt bậc, hội nhập với khu vực và thế giới. Chúng ta đang trong tiến trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, vì vậy các ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp Điện đóng vai trò then chốt, bởi điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện quan trọng để phát triển các đô thị, khu dân cư . Một trong những quan tâm hàng đầu khi xây dựng các nhà máy, Xí nghiệp, các đô thị . là ta phải có một hệ thống cung cấp điện để cung cấp điện năng cho các Xí nghiệp, nhà máy, nhà cao tầng . Chúng ta có thể hiểu theo nghĩa rộng, cung cấp điện bao gồm các khâu phát điện, truyền tải và phân phối điện năng. Còn theo nghĩa hẹp hơn cung cấp điện là hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, làm nhiệm vụ cung cấp điện cho 1 khu vực nhất định. Ngày nay, với sự giúp đỡ của ngành công nghiệp điện, các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ đang trên đà phát triển mạnh. Điện năng góp phần tạo ra của cải vật chất cho xã hội gấp hàng triệu lần so với thời kỳ con người chưa biết đến điện, nó góp phần tạo nên một nền văn minh công nghiệp và hậu công nghiệp. Tình hình điện lực Việt Nam tính đến tháng 1/2006 (số liệu thực tế theo www.evn.vn): Sản lượng cung cấp cho nền KTQD đạt khoảng hơn 60 tỷ kWh; trong đó công nghiệp xây dựng chiếm 47,96%; Quản lý tiêu dùng dân cư chiếm 42,16%. Điện nông thôn (số liệu đến hết tháng 12/2005) • Số huyện có điện lưới Quốc gia 529/540 (97,96%) • Số xã có điện lưới Quốc gia 8.675/9.046 (95,9%) 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp • Số hộ có điện lưới Quốc gia 12.055.000/13.335.000 (90,4%) • Số xã có điện lưới dưới 700đ/kWh: 8.588/8.675 (99%) • Số xã có điện lưới trên 700đ/ kWh: 87/8.675 (1%) Chương trình phát triển nguồn điện từ 2004 - 2010; định hướng đến 2020: • Mục tiêu phát triển của ngành điện đến năm 2010 là: • Sử dụng tốt các nguồn thủy năng, kết hợp thủy lợi, than để phát triển cân đối nguồn điện. Xây dựng các cụm phát triển Điện - đạm ở Phú Mỹ và khu vực Tây Nam. Xúc tiến xây dựng thủy điện Sơn La. Nghiên cứu phương án sử dụng năng lượng nguyên tử, đồng bộ hóa, điện hóa mạng lưới phân phối điện Quốc gia. Đa dạng hóa phương thức đầu tư và kinh doanh điện, có chính sách thích hợp về sử dụng điện ở nông thôn, miền núi. Tăng sức mạnh tranh về giá điện so với khu vực. • Chiến lược phát triển nguồn điện: + Ưu tiên phát triển thủy điện, khuyến khích phát triển các nguồn thủy điện nhỏ với nhiều hình thức để tận dụng nguồn năng lượng tái sinh này. Trong khoảng 20 năm tới sẽ xây dựng hết các nhà máy thủy điện tại những nơi có khả năng xây dựng. • Chiến lược phát triển lưới điện • Chiến lược phát triển điện nông thôn và miền núi • Chiến lược tài chính và huy động vốn. • Chiến lược phát triển khoa học và công nghệ • Chiến lược phát triển viễn thông và CNTT • Định hướng phát triển cơ khí điện. • Định hướng phát triển tư vấn xây dựng điện. Quy định về cải tạo và phát triển mạng điện Việt Nam: 2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp • Việc cải tạo và phát triển Thành phố phải nằm đáp ứng nhu cầu phụ tải, có dự phòng và phải được thực hiện đồng bộ từ cao thế hạ thế, khắc phục tình trạng lưới điện kém an toàn, chắp vá, tổn thất còn cao như hiện nay. • Quan điểm về tiêu chuẩn thiết kế sơ đồ lưới điện truyền tải và phân phối Thành phố giai đoạn 2002 - 2010: • Đường dây 220 KV: Xây dựng mới 45km, cải tạo 18km • Đường dây 110 KV: Xây dựng mới 60,1km, cải tạo 71km • Trạm biến áp 220KV: Xây dựng mới 3 trạm với tổng công suất là 1.5000MVA; cải tạo nâng công suất 2 trạm với tổng công suất tăng thêm 375MVA; • Trạm biến áp 110 KV: Xây dựng mới 10 trạm với tổng công suất 873 MVA; cải tạo nâng công suất 17 trạm với tổng công suất là 1.435 MVA; • Lưới điện phân phối trung thế: Đường dây 35 KV xây dựng mới 54,4km, đường dây 22 KV xây dựng mới 1.568 km, đường dây cải tạo nâng cấp điện áp lên 22 KV là 473 km. Đẩy nhanh tiến độ ngầm hóa lưới điện trung thế, bảo đảm tới 2010 tỷ lệ ngầm hóa đạt 60%; xây dựng mới 3.561 trạm biến áp với dung lượng máy biến áp là 1.522.143 KVA, cải tạo 2.649 trạm với tổng dung lượng máy biến áp là 1.097.854 KVA; xây dựng mới 2.250 km đường dây hạ thế. 3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp LỜI CẢM ƠN Việc làm đồ án tốt nghiệp đã giúp em có được những kiến thức tổng hợp, vì đồ án này có liên quan rất nhiều môn học mà em được học ở giảng đường. Ngoài ra còn có thêm những kiến thức thực tế, những kiến thức kinh nghiệm bổ sung cho lý thuyết đã được học ở trường. Tuy nhiên do còn hạn chế về kiến thức, hạn chế về kinh nghiệm thực tế, thời gian thực hiện . nên tập đồ án còn không thể tránh khỏi những sai sót, kính mong thầy hướng dẫn cùng các thầy cô trong bộ môn góp ý chỉ bảo thêm, để cho đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Bộ môn Thiết bị điện - Điện tử, khoa Điện, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Đặc biệt là thầy Nguyễn Đình Thiên đã giành nhiều thời gian quý báu, tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này đúng thời hạn mà bộ môn đã đề ra. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Bùi Nguyên Bản. 4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: Cơ sở lý thuyết về cung cấp điện . I. Những vấn đề chung về cung cấp điện . Chương 2: Xác định phụ tải điện . I. Các khái niệm, hệ số, đại lượng trong tính toán . II. Các đại lượng về đại số thường gặp: . III. Các phương pháp tính phụ tải tính toán . Chương 3: Tính toán cung cấp điện cho khu cấp nước của Nhà máy xi măng . I. Phụ tải tính toán . II. Xác định công suất và số lượng máy bơm nước khu xử lý nước của Nhà máy xi măng . III. Chọn vị trí và dung lượng máy biến áp cho trạm cấp nước của nhà máy . IV. Vạch sơ đồ cấp điện và lựa chọn các phần tử của hệ thống cấp điện . V. Chọn tiết diện dây dẫn từ trạm biến áp trung tâm 110/6 KV về trạm biến áp của trạm cấp nước . 5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp VI. Tính tổn thất trên đường dây và tổn thất công suất trong máy biến áp của trạm cấp nước . VII. Tính tổn thất trên đường dây và tổn thất điện năng trong máy biến áp . Chương 4. Tính cơ khí đường dây . I. Tính toán dây dẫn II. Tính toán lựa chọn cột III. Tính toán kiểm tra móng cột Chương 5: Tính toán lựa chọn thiết bị cho trạm biến áp . I. Đặt vấn đề . II. Lựa chọn các thiết bị cho trạm biến áp . Chương 6: Tính toán ngắn mạch . I. Đặt vấn đề II. Tính toán ngắn mạch và kiểm tra lại các thiết bị đã lựa chọn Chương 7: Nối đất và chống sét đảm bảo an toàn cho đường dây I. Đặt vấn đề II. Tính toán nối đất 6 KV cấp điện cho trạm biến áp của trạm cấp nước III. Tính toán nối đất cho trạm biến áp của trạm cấp nước IV. Sét và thiết bị chống sét KẾT LUẬN 6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CUNG CẤP ĐIỆN I. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN 1. Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng: Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển thành các năng lượng khác, dễ truyền tải và phân phối . Vì vậy nó là ngành năng lượng chính trong công nghiệp cũng như trong cuộc sống sinh hoạt của con người. Điện năng không tích trữ được, trừ pin, ắc quy có công suất nhỏ. Vì vậy giữa sản xuất và tiêu thụ điện phải luôn đảm bảo cân bằng. Quá trình sản xuất điện năng là quá trình điện từ. Quá trình xảy ra rất nhanh. Vì vậy để đảm bảo quá trình sản xuất và cung cấp điện an toàn, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như: điều độ, thông tin, đo lường, bảo vệ, tự động hóa . Đo điện năng được dùng rộng rãi trong ngành công nghiệp và các đô thị cho nên khi lập kế hoạch phát triển điện năng phải đi từng bước một, nhằm thỏa mãn nhu cầu điện trong tương lai. Trong quá trìnhq nghiên cứu thiết kế, xây dựng, vận hành khai thác sản xuất, phân phối và tiêu thụ điện năng thì những đặc điểm trên là rất quan trọng. 2. Nguồn điện Hiện nay có nhiều dạng nguồn điện. Do có nhiều phương pháp biến đổi các dạng lượng khác như nhiệt năng, thủy năng, năng lượng hạt nhân . a) Nhà máy nhiệt điện: Đây là dạng Nguồn điện kinh điển: Nó giữ tỷ lệ khá quan trọng trong tổng công suất của hệ thống điện. Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện xảy ra như sau: 7 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp Nhiệt năng (của than) -> cơ năng (tuabin) -> điện năng (máy phát điện) => Nhà máy nhiệt điện chạy than. Nhiệt năng (của khí gas) -> cơ năng (tuabin khí) -> điện năng (máy phát điện) => Nhà máy nhiệt điện chạy khí. Nhiệt năng (của dầu) -> cơ năng (động cơ diezel) -> điện năng (máy phát điện) => Nhà máy nhiệt điện chạy diezel. Miền Bắc có nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1 (400 MW), Phả Lại 2 (600 MW), Uông Bí (300 MW) . Miền Nam có nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1 (900 MW), Phú Mỹ 2 (600 MW) b) Nhà máy thủy điện: Quá trình biển đổi năng lượng trong nhà máy thủy điện: Thủy năng (của cột nước) -> cơ năng (tua bin nước) -> điện năng (máy phát điện) => nhà máy thủy điện. Nhà máy thủy điện được phân bố đều trên cả nước ta. Miền Bắc có nhà máy thủy điện Hòa Bình (1920 MW), nhà máy thủy điện Thác Bà (108 MW) Miền Trung có nhà máy thủy điện Yaly (700 MW) Miền Nam có nhà máy thủy điện Trị An (400 MW) Công trình thủy điện bao giờ cũng kết hợp với: tưới tiêu, chống lũ, giao thông, nuôi cá nên đưa lại nhiều lợi ích. Bên cạnh đó nước ta lại có nguồn thủy năng dồi dào nên chúng ta cần ưu tiên phát triển thủy điện. Tuy nhiên khi lập sơ đồ phát triển hệ thống điện quốc gia thì cần có tỷ lệ hợp lý giữa thủy điện và nhiệt điện để đảm bảo vận hành an toàn và kinh tế. c) Nhà máy điện nguyên tử: 8 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp Do lo ngại vấn đề an toàn và ô nhiễm phóng xạ nên việc xây dựng các nhà máy điện nguyên tử chỉ được xem xét đến khi các nguồn điện khác đã được khai thác hết. • Bên cạnh việc nắm vững đặc điểm và nguồn điện trong cung cấp điện thì nhiệm vụ đặt ra với người kỹ sư khi nghiên cứu, thiết kế cấp điện cần phải thỏa mãn các yêu cầu về: độ tin cậy cấp điện, chất lượng điện, an toàn và cuối cùng là vấn đề kinh tế. 3. Đặc điểm của hộ tiêu thụ: Hộ tiêu thụ là bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện. Hộ tiêu thụ được phân thành 3 loại tùy theo mức độ quan trọng: 1. Hộ loại 1: là hộ tiêu thụ mà bị ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến nguy hiểm đối với tính mạng con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế (hư hỏng máy móc, thiết bị, gây ra hàng loạt phế phẩm), ảnh hưởng lớn đến chính trị, quốc phòng . Ví dụ về hộ loại 1: Văn phòng Chính Phủ, Quốc hội, nhà máy hóa chất, sân bay, bến cảng, phòng mổ, lò luyện thép, hệ thống ra đa quân sự, trung tâm máy tính . 2. Hộ loại 2: là hộ tiêu thụ mà bị ngừng cung cấp điện sẽ gây ra thiệt hại lớn về kinh tế như hư hỏng một bộ phận máy móc thiết bị, gây ra phế phẩm, ngừng trệ sản xuất. Ví dụ về hộ loại 2: Nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, khách sạn lớn Cung cấp điện cho hộ loại 2 thường có thêm nguồn dự phòng. Vấn đề ở đây là phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế đưa lại do bị ngừng cung cấp điện. 3. Hộ loại 3: là những hộ tiêu thụ điện còn lại như khu dân cư, trường học, phân xưởng phụ, nhà kho của các nhà máy . Đối với hộ tiêu thụ loại 3 cho phép mất điện trong thời gian ngắn để sửa chữa khắc phục các sự cố. 9 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp Thông thường, hộ loại 3 được cung cấp điện từ 1 nguồn. Trong thực tế, việc phân loại hộ tiêu thụ không hoàn toàn cứng nhắc mà còn tùy thuộc vào tầm quan trọng của hộ tiêu thụ còn lại. Mặt khác trong một nhà máy, một cơ sở sản xuất dịch vụ, khu dân cư có nhiều loại hộ tiêu thụ xen kẽ nhau. Vì vậy hệ thống cung cấp điện phải được nghiên cứu kỹ lưỡng, đảm bảo cung cấp điện an toàn, tin cậy và linh hoạt. 4. Yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện: Mục tiêu cơ bản của nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ có đủ lượng điện năng yêu cầu với chất lượng điện tốt. a. Độ tin cậy cung cấp điện: Độ tin cậy cung cấp điện tùy thuộc hộ tiêu thụ loại nào. Trong điều kiện cho phép người ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng cao càng tốt. b. Chất lượng điện: Chất lượng điện được đánh giá bằng 2 chỉ tiêu là tần số và điện áp. Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện điều chỉnh. Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn (từ hàng chục MW) trở lên mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện. Vì vậy, người thiết kế cung cấp điện thường chỉ quan tâm đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng. Điện áp ở lưới chung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị ± 5% điện áp định mức. Đối với những phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp như nhà máy hóa chất, điện tử, cơ khí chính xác . điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng ± 2,5%. c. An toàn cung cấp điện: 10 [...]... nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp Chọn vị trí đặt trạm biến áp: Vị trí đặt trạm biến áp không vượt quá 100m và cách nguồn cấp chính 1900m, được lấy từ trạm biến áp trung tâm 110/6KV, trạm biến áp được đặt trong địa phận của nhà máy Chọn trạm biến áp kiểu kín (xây, trong nhà) (H5 16 - TL2) đặt hai trạm biến áp Trạm được bố trí thành bốn phòng: hai phòng đặt máy biến áp, một phòng cao áp đặt thiết. .. tiết diện đường dây cao áp là 35mm2, chọn AC-35 Không phải kiểm tra lại điều kiện ∆Ucp 28 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp Chọn dây dẫn là một khâu quan trọng trong việc thiết kế cung cấp điện Chọn dây dẫn căn cứ vào các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật Đường dây dẫn điện từ trạm biến áp trung tâm về trạm biến áp của trạm cấp nước dài 1900m, trong đó có 10cm cáp ngầm 1800m đường dây trên... cung cấp điện cho trạm cấp nước của nhà máy xi măng, ta đặt một trạm biến áp hạ áp nhận điện từ trạm biến áp trung gian 110/6 KV, cách trạm biến áp của trạm cấp nước 1900m, bằng 100m cáp ngầm và 1800m cáp đường dây trên không Trạm đặt hai máy biến áp, phía cao áp đặt máy cắt phụ tải, chống sét van, phía hạ áp đặt tủ phân phối trong tủ đặt hai áptomát nhánh cấp điện cho 8 động cơ và một áptomát cấp điện... trở dây dẫn (Ω) Uđd: điện áp định mức của đường dây (kV) S: công suất trên đường dây Tổn thất công suất phản kháng trên đường dây (công thức 4.2 - TL1) : S2 THIẾT BỊ ĐIỆN ĐÀO TẠO: ∆QĐD = 2 X 10-3 ¦ Qdm Trong đó: X: điện kháng của dây dẫn (Ω) Uđd: điện áp định mức của đường dây (KV) S: công suất trên đường dây Đường dây điện từ trạm biến áp trung tâm 110/6 kV về trạm biên áp của trạm cấp nước, với đường. .. Trong một trạm biến áp không nên đặt quá hai máy biến áp để giảm diện tích xây dựng trạm Nếu một trạm biến áp dùng hai máy biến áp thì công suất của mỗi máy không vượt quá 1000 KVA, ngoài ra trên đường dây dài còn phải đảm bảo về tiêu chuẩn kinh tế và kỹ thuật, ứng với điện áp 0.4kV lớn nhất chỉ bằng 200m CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP THEO ĐIỀU KIỆN • Trạm 1 máy biến áp: SđmB ≥ Stt • Trạm n máy biến áp: nSđmB... nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp Bảng 3 -5: Cáp đồng 3 lõi 6-10 KV cách điện XLPE Fđm (1 lõi) mm2 16 Hình dạng Vặn xoắn Icp 105 r0 1,47 X0 0,17 Do cáp đồng chọn quá cấp nên không cần kiểm tra lại ∆U và Icp VI TÍNH TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRÊN ĐƯỜNG DÂY VÀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRONG MÁY BIẾN ÁP CỦA TRẠM CẤP NƯỚC: 1 Tổn thất công suất trên đường dây a- Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây xác... Trong đó: SđmB - Công suất máy biến áp đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường (kVA) Stt - Công suất tính toán mà trạm cần truyền (kVA) Điều kiện kiểm tra: 25 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp • Trường hợp sự số một máy biến áp trong trạm nhiều máy biến áp: (n-1) kqt.SđmB ≥ Ssc • Scs: Phụ tải mà trạm cần truyền khi có sự cố (kVA) • kqt: Hệ số quá tải máy biến áp cần truyền khi có sự cố... chiếu sáng Sơ đồ b nguyên lý trạm biến áp của trạm cấp nước (hình 3 -1) 2 Lựa chọn các phần tử của hệ thống điện: Dùng máy cắt để làm thiết bị đóng cắt cho phía cao áp của trạm biến áp Ưu điểm: Máy cắt có thể cắt được dòng phụ tải, do đó an toàn cho người vận hành 26 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp Nhược điểm: Vốn đầu tư cho máy cắt khá cao, với một trạm nhỏ (vài trăm kVA) thì người... cáp ngầm 1800m đường dây trên không, 29 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp dây nhômlõi thép lọ đơn Vì đường dây 6 KV cấp điện cho trạm biến áp của trạm cấp nước ngắn nên chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế Ta chọn thời gian sử dụng Tmax = 6000h 1 Mạng cao áp tải điện trên không dài 1800m: Với giá trị Tmax = 6000h dây nhôm lõi thép AC Tra bảng 2.10 - TL2 ta có giá trị... án tốt nghiệp Thiết kế đường dây và trạm biến áp • Thép từ Silic và đồng Cu Tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp: S ∆PB = ∆P0 + ∆PN ( S pt )2 ∂m (KW) Trong đó: ∆P0: Tổn thất công suất tác dụng của máy biến áp (KV) ∆PN: Tổn thất công suất phản kháng của máy biến áp (KV) Spt: Phụ tải toàn phần (thường lấy bằng phụ tải tính toán Stt) (KVA) Sđm: Dung lượng định mức của máy biến áp (KVA) Tổn thất . Đồ n t t nghi p Thi t k đư ng d y v tr m bi n p VI. T nh t n th t tr n đư ng d y v t n th t c ng su t trong m y bi n p của tr m c p n ớc. 71km • Tr m bi n p 220KV: X y d ng m i 3 tr m v i t ng c ng su t là 1.5000MVA; cải t o n ng c ng su t 2 tr m v i t ng c ng su t t ng th m 375MVA; • Tr m