ĐỒ ÁN MÔN LƯỚI ĐIỆN

Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc phát triển điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như

Giá 1kWh tổn thất điện năng: 700đ/kWh

Giá 1kVAR thiết bị bù: 150 103 đ/kVAR

Hệ số đồng thời m=1

Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax=5000h, Jkt=1,1A/mm2

Điện áp trên thanh cái nguồn khi phụ tải cực tiểu UA=1,05Udm

Khi có sự cố nặng nề UA=1,1Udm

MỞ ĐẦU

Trong kỷ nguyên của khoa học kĩ thuât , năng lượng nói chung và điện năngnói riêng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống năng lượng của một quốc gia Trong điều kiện nước ta hiện nay đang trong thời kì công nghiệp hoá

và hiện đại hoá thì điện năng lại đóng vai trò vô cùng quan trọng Điện năng là điều kiện tiên quyết cho việc phát triển nền nông nghiệp cũng như các ngành sản xuất khác Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc phát triển điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như điện phân phối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kĩ lưỡng để vừa đảm bảo về kĩ thuật cũng như hợp lý về kinh tế

Đồ án môn học này em xin đưa ra phương án có khả năng thực thi nhất trong việc thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm các hộ tiêu thụ điện loại I và loại II Nhìn chung, phương án đưa ra đã đáp ứng được những yêu cầu

cơ bản của một mạng điện

Dù đã cố gắng song đồ án vẫn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy, để em có thể

tự hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong các lần thiết kế đồ án sau này.Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo, đặc biệt cám ơn thầy giáo Phạm Văn Hòa đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Sinh viên

Đinh Thị Phương Thảo

Chương 1: Tính toán cân bằng công suất , xây dựng phương án:

1.1 Phân tích nguồn và phụ tải:

A, Nguồn cung cấp:

Trong hệ thống có một nguồn cung cấp N Nguồn cung cấp cho hệ thống lànguồn có công suất vô cùng lớn Nguốn có công suất lớn hơn rất nhiều sovới nhu cầu của phụ tải Điện áp trên thanh góp của nguồn không thay đổitrong mọi trường hợp làm việc của phụ tải, có đủ khả năng đáp ứng chophụ tải

B, Phụ tải:

Mạng điện khu vực thiết kế gồm có một nguồn và 6 phụ tải 1,2,3,4,5 và 6.Trong đó các phụ tải 1,2,3,4,6 là các hộ tiêu thụ loại I nên sẽ được cung cấpbằng đường dây kép hoặc mạch vòng để đảm bảo cung cấp điện liên tục Phụtải 5 là hộ tiêu thụ loai II nên sẽ được cung cấp điện bằng đường dây đơn

Bảng 1.1 Số liệu về các phụ tải của lưới điện:

Phụ tải I II III IV V VI

Pmax,MW 35 20 25 40 45 30

Pmin.MW 24,5 14 17,5 28 31,5 21Cos 0,85

1.2 Tính toán cân bằng công suất:

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng:

Một đặc điểm quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điệnnăng từ các nguồn điện đến các hộ tiêu thụ và không thể tích luỹ điện năngthành số lượng nhìn thấy được.Tính chất này xác định sự đồng bộ của quá trìnhsản xuất và tiêu thụ điện năng

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệthống cần phải phát công suất bằng công suất tiêu thụ của các hộ tiêu thụ điện,

kể cả tổn thất công suất trong mạng điện, nghĩa là cần thực hiện đúng sự cânbằng công suất giữa công suất phát và công suất tiêu thụ

Ngoài ra để hệ thống vận hành bình thường cần phải có sự dự trữ nhất địnhcủa 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 cuả hệ thống điện.Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tải cựcđại của hệ thống

Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống :

6 1

∑

: là tổng công suất tác dụng phát ra từ nguồn về các phụ tải

ycP

∑

: là tổng công suất tự dùng trong nhà máy điện

dtP

∑

: là tổng công suất dự trữ trong mạng điện

Trong tính toán sơ bộ ta lấy

Việc cân bằng công suất giúp cho tần số của lưới điện luôn được giữ ổn định.

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng:

Trong hệ thống, chế độ vận hành ổn định chỉ tồn tại khi có sự cân bằngcông suất phản kháng và tác dụng

Cân bằng công suất tác dụng, trước tiên để giữ được tần số bình thườngtrong hệ thống, còn để giữ được điện áp bình thường thì cần phải có sự cânbằng công suất phản kháng ở hệ thống nói chung và từng khu vực nói riêng Sựthiếu hụt công suất phản kháng sẽ làm cho điện kháng giảm.Mặt khác sự thayđổi điện áp ảnh hưởng tới tần số và ngược lại Như vậy giảm điện áp sẽ làmtăng tần số trong hệ thống và giảm tần số sẽ làm tăng điện áp.Vì vậy để đảmbảo 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

Sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống được biểu diễn bằng biểuthức sau:

6 1

: Tổng công suất dự trữ trong hệ thống.

Trong tính toán sơ bộ ta có thể tính công suất phản kháng yêu cầu trong hệthống bằng công thức sau:

Ta dự kiến bự sơ bộ trờn nguyờn tắc là bự ưu tiờn cho cỏc hộ ở xa, cú Cosφ thấp trước và chỉ bự đến Cosφ = 0,90 – 0,95 ( khụng bự cao hơn nữa vỡ sẽ khụng kinh tế và ảnh hưởng tới tớnh ổn định của hệ thống điện ) Cũn thừa thỡ ta bự cỏc phụ tải ở gần cú Cosφ cao hơn và bự chođến khi cú Cosφ = 0,85 – 0,90.

Công suất bù sơ bộ cho hộ tiêu thụ thứ i tính nh sau:

' ' i i. i

i i

b Q Q Q P tg

Q

i = − = − ϕ

(1-7)trong đó: Pi, Qi: là công suất của hộ tiêu thụ trớc khi bù

→ cosϕ’ = 0,943

Kết quả bù sơ bộ như sau :

Pmax (MW) 35 20 25 40 45 30Qmax (MVAr) 21,7 12,4 15,5 24,8 27,9 18,6Cosφ 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85Q’max 21,7 12,4 15,5 24,8 15,81 18,6Cosφ’ 0,85 0,85 0,85 0,85 0,943 0.85

Ta có số liệu phụ tải sau bù là

Các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ

nối điện của nó vì vậy các sơ đồ mạng điện phải có chi phí nhỏ nhất, đảm bảo

độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộtiêu thụ, thuận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tươnglai và tiếp nhận các phụ tải mới Các hộ phụ tải loại I được cấp điện bằngđường dây hai mạch, các hộ phụ tải loại II được cấp đện bằng đường dây mộtmạch

Các yêu cầu chính đối với mạng điện:

- Cung cấp điện liên tục

- Đảm bảo chất lượng điện

- Đảm bảo tính linh hoạt cao

3 Phương án 2.

4 Phương án 3.

5 Phương án 4

Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố : công suấtcủa phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và nguồn cung cấp điện, vị trí tươngđối giữa các phụ tải với nhau và sơ đồ mạng điện.

Điện áp định mức của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồcung cấp điện Điện áp đinh mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giátrị của công suất trên mỗi đường dây trong mạng điện

là công suất truyền tải trên đoạn dây thứ i (MW)

Để đơn giản ta chỉ chọn cho phương án hình tia

Như vậy ta có bảng sau:

Lộ Smax Pmax Li(km) U(kV) Uđm(kV)

Vậy ta chọn U đm= 110 kV

2.2 Tính toán chọn tiết diện dây dẫn và tổn thất điện áp trong mạng điện.

Cách thức chọn tiết diện dây dẫn.

Các mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên

không Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC), Đồng thời cácdây dẫn thường được đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tuỳ theo địahình đường dây chạy qua Đối với các đường dây 110 kV, khoảng cách trungbình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (Dtb = 5m=5000mm)

Đối với mạng điện cao áp do công suất lớn, chiều dài đường dây lớn dẫnđến tiết diện đường dây lớn từ đó chi phí cũng lớn theo Mắt khác mạng điệncao áp có khả năng điều chỉnh điện áp , phạm vi điều chỉnh rộng do đó điềukiện về tổn thất điện áp không quan trọng bằng điều kiện kinh tế

Vì vậy khi chọn tiết diện dây dẫn ta chọn theo mật độ kinh tế của dòngđiện (Jkt)

ax

m kt

I F J

=

Trong đó:

Imax là dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A

Jkt là mật độ kinh tế của dòng điện, A /

2

mm

Với dây AC và Tmax = 5000 h thì Jkt = 1,1A /

2

mm

Dòng điện chạy trên đường dây trong các chế độ phụ tải cực đại được xácđịnh theo công thức :

3 ax

3

m m

dm

S I

n U

=

, A

Trong đó :n là số mạch của đường dây (đường dây một mạch n=1 ; đường dâyhai mạch n=2) ;

Udm: là điện áp định mức của mạng điện, kV ;

Smax: là công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính được theo công thức trên, ta tiến hành chọntiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầngquang,độ bền cơ của đường dây và phát nóng trong các chế độ sau sự cố

-Đối với đường dây 110 kV, để không xuất hiện vầng quang các dây nhômlõi thép cần phải có tiết diện

2

70

F ≥ mm

-Độ bền cơ học của đường dây trên khôngt thường được phối khợp với cácđiều kiện về vầng quang nên không cần phải kiểm tra điều kiện này

-Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự

cố cần phải có điều kiện sau :

I = k I

trong đó : Isc là dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố ;

Icp là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn ;

k là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ ; k = 0,8 ;

Số liệu về các dòng công suất được ở bảng 1.1

Sau đây ta tính cho từng phương án :

Cách thức tính tổn thất điện áp.

Điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ được đặc trưng bằng tần số củadòng điện và độ lệch điện áp so với điện áp định mức trên các cực của thiết bịdùng điện Khi thiết kế các mạng điện thường giả thiết rằng hệ thống hoặc các

không xét đến những vấn đề duy trì tần số Vì vậy chỉ tiêu chất lượng điệnnăng là giá trị của độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ so với điện áp định mức ởmạng điện thứ cấp.

Khi chọn sơ bộ các phương án cung cấp điện có thể đánh giá chất lượngđiện năng theo các giá trị của tổn thất điện áp

Khi tính toán sơ bộ các mức điện áp trong các trạm hạ áp có thể chấpnhận là phù hợp nếu trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhấtcủa mạng điện một cấp điện áp không vượt quá (15 - 20)% trong chế độ làmviệc bình thường, còn trong các chế độ sau sự cố các tổn thất điện áp lớn nhấtkhông vượt quá (20 - 25)% :

max max

% (15 20)%

% (20 25)%

bt sc

U U

dm

P R Q X

U U U

Ri, Xi là điện trở và điện kháng của đường dây thứ i.(Theo bảngthông số đường dây của các phương án)

Đối với đường dây có hai mạch, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áptrên đường dây bằng :

∆Ui sc % = 2 ∆Ui bt %

Sau đây ta sẽ tính cụ thể cho từng phương án:

1 Phương án 1.

CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN.

a.chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây N1

N N

KT

I F

95

tc

Chọn dây dẫn AC-95 có Icp = 330A ở nhiệt độ ngoài trời

Khi sự cố nặng nề nhất là đứt một dây, dây còn lại phải chịu một dòng điệnlà:

1 2 1 ax 2.108,02 216,04

N N

Như vậy ta chọn dây dẫn AC-70 cho lộ N2

c Chọn tiết diện dây dẫn cho đường dây N3.

3 ax

.10 10 77,15( ) 3 2 3.110

N m N

Như vậy ta chọn dây dẫn loại AC-70 cho lộ N3.

d Chọn tiết diện dây dẫn cho đường dây dẫn N4.

4 ax

.10 10 123, 44( ) 3 2 3.110

N m N

Như vây ta chọ dây dẫn AC-95 cho đường dây N4

e Đường dây dân N5.

5 ax

.10 10 250,36( ) 3 1 3.110

N m N

3 3

6 ax

.10 10 92,58( ) 3 2 3.110

N m N

N1 AC-95 50.99 0.33 0.429 2.65 8.41 10.94 270.25

N2 AC-70 53.85 0.46 0.44 2.58 12.39 11.85 277.87

*.Tổn thất điện áp trên đường dây N1.

Tổn thất điện áp ở chế độ làm việc bình thường :

1

1 1

P 35.8,41 21,7.10,94

4,83( )110

* Tương tự đối với các đường dây N2, N3, N4, N5, N6

Ta có bảng tính toán tổn thất điện áp của phương án 1 như sau :

Lộ N1 N2 N3 N4 N5 N6

Chọn tiết diện dây dẫn cho lộ N3, N6, tương tự như phương án 1.

Tiết diện dây dẫn của lộ 1-2 và 4-5 tương tự như lộ N2 và N5 của phương án1

Chọn điện áp định mức và tiết diện dây dẫn cho lộ N1và N4.

Chiều dài đoạn 4-5 và 1-2 lần lượt là:

4 5

1 2

31,6230

Điện áp định mức của mạng điện:

Công suất trên đoạn N1 và N4:

154,39( )1,1

N N

Chọn dây dẫn loại AC-185 có

N N

dm

N m N

1-2 AC-70 30 0,33 0,429 2,65 4,95 6,44 159

N3 AC-70 56,56 0,33 0,429 2,65 9,33 12,13 299

N4 AC-300 53,85 0,108 0,392 2,91 2,91 10,55 313

4-5 AC-120 31,62 0,27 0,123 2,69 8,54 3,89 83N6 AC-95 36,06 0,33 0,429 2,65 5,95 7,73 191,12

TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN ÁP

Tính tổn thất điện áp trên đường dây N3 và N6 tương tự có kết quả như tổnthất trên đường dây N3 và N6 của phương án 1/

Tính tổn thất điện áp cho đường dây N-1-2 :

Tổng tổn thất trên đường dây N-1-2 là :

*Tính tổn thất điện áp cho đường dây N-4-5 :

Tương thự áp dụng công thức trên ta có :

Chọn tiết diện dây dẫn cho lộ N3, N4, N6 như phương án 1 và phương án 2.

Chọn điện áp định mức cho đoạn 4-5 tương tự như phương án 2

Xác định dòng công xuất chạy trên các đoạn đường dây dẫn trong mạng điện kín N-1-2-N:

Để xác đinh dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây trong mạch vòngN-1-2-N ta cần giả thiết rằng mạng điện là đồng nhất và tất cả các đoạn đườngdây đều có cùng một tiết diện

Dòng công suất chạy trên đoạn N-1 bằng:

Như vậy trong mạng điện kín N-1-2-N nút 1 là nút phân công suất

* Tính dòng điện và chọn tiết diện dây dẫn cho mang điện kín N-1-2-N:

Chọn tiết diện cho đoạn N1.

1max 1max

2

1 ax 1

N N

dm

N m N

ở nhiệt độ ngoài trời

Chọn tiết diện cho đoạn N2.

N N

dm

N m N

ở nhiệt độ ngoài trời

Chọn tiết diện dây dẫn cho đoạn 1-2:

29, 48( )1,1

dm m

Chọn dây dẫn loại AC-70 có

265( )

cp

Kiểm tra dây dẫn khi có sự cố:

Đối với mạch vòng đã cho, dòng điện chạy trên đoạn 1-2 sẽ có sự cố lớnnhất khi ngừng đương dây N1 Khi đó: 1 2 1 2 2 1 2

1 2

3

1 2

.10 3

41,18

.10 216,145( ) 212( )3.110

sc

dm

S I

Từ đó ta chọn dây dẫn loại AC-95 cho đoạn 1-2

- Dòng điện chạy trên đoạn N2 bằng:

3 3

41,18 23,52

.10 339,58( ) 0,8* 445 356( )3.110

N N

Từ đó ta chọn dây dẫn loại AC-150 cho đoạn N2

Cũng tương tự như trên ta chon dây dẫn loại AC-150 cho đoạn N1

Từ những tính toán trên ta có bảng thông số đường dây cho phương án 3 như

Tính tổn thất điện áp cho mạng điện kín N-1-2-N như sau :

Tổn thất điện áp trong chế độ làm việc bình thường:

Do tính toán trên ta có điểm 1 là điểm phân công suất,do đó nút nay có điện

áp thấp nhất trong mạch vòng, nghĩa là tổn thất điện áp lớn nhất trong mạch vòng và bằng:

Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N2:

2 25,25.11,3 15,66.22,42

110

bt N

Tổn thất điện áp trong chế độ sau sự cố:

- Khi ngừng đoạn N1, tổn thất điện áp trên đoạn N2 sẽ bằng:

Tổn thất điện áp trên đường dây N1 là:

Từ kết quả trên ta nhận thấy với mạch vòng đã cho thì sự cố trên đoạn N1

và N2 gần tương đương nhau:

Trong trường hợp này thì sự cố lớn nhất là khi ngừng đoạn N1 và bằng:

ax% 11,45% 5,09%

16,54%

sc m

Phương án 1 có tổn thất điện áp lúc bình thường cũng như lúc sự cố là nhỏ

nhất.Phương án 3 có tổn thất điện áp lúc sự cố lớn nhất Bên cạnh đó trong sơ

đồ lưới điện có mạng điện kín nên vận hành phức tạp hơn.Phương án 2 sơ đồ

nối điện của phương án 2 đơn giản hơn

Từ những phân tích trên ta giữ lại phương án 1 và phương án 2 để so sánh

về mắt kinh tế

2.3 Tính toán so sánh các phương án về mặt kinh tế Lựa chọn phương án tối ưu.

Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định mức, do đó

để đơn giản ta không cần tính vốn đầu tư vào các trạm hạ áp

Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng để so sánh các phương án là các chi phí tínhtoán hàng năm, được xác định theo công thức:

C : giá 1Kwh điện năng tổn thất : c=700 đ

K : tổng các vốn đầu tư về đường dây

Tổng vốn đầu tư về đường dây K được xác định như sau:

: giá thành 1 km đường dây thứ i , đ/km

Đối với đường dây trên không hai mạch đặt trên cùng một cột thì:

: điện áp định mức của mạng điện

Thời gian tổn thất công suất lớn nhất có thể được tính theo công thức:

4 2 ax

a Tính tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây.

- Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây N1: