Thiết kế một mạng lưới điện khu vực gồm 9 phụ tải

Thiết kế một mạng lưới điện khu vực gồm 9 phụ tải

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN MỤC LỤC Lời nói đầu Trang Phần I Thiết kế mạng lưới điện khu vực Chương Phân tích đặc điểm nguồn phụ tải Chương Cân công suất hệ thống điện Chương Chọn phương án tối ưu 10 Chương Chọn số lượng, công suất máy biến áp, sơ đồ trạm hệ thống điện 57 Chương Tính chế độ vận hành mạng lưới điện 61 Chương Tính điện áp nút điều chỉnh điện áp mạng lưới điện 79 Chương Tính tiêu kinh tế kỹ thuật mạng lưới điện 87 Phần II Thiết kế trạm biến áp phân phối 250kVA, 22/0,4kV 90 Tài liệu tham khảo 107 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Trong công trình điện, việc thiết kế hạng mục khó khăn Nó yêu cầu người kỹ sư cần có kiến thức tổng hợp lưới điện chuyên ngành liên quan Với mục tiêu đào tạo trang bị cho sinh viên ngành hệ thống điện kiến thức cần thiết, môn Hệ Thống Điện trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội giao cho sinh viên thực đồ án tốt nghiệp thiết kế mạng lưới điện Được giúp đỡ giáo viên môn với kiến thức học lớp, sinh viên hoàn thành đồ án Từ rút kiến thức thực tiễn, nắm chuyên môn Đây kinh nghiệm tốt cho công việc sau sinh viên Trong đồ án này, sinh viên thực việc thiết kế mạng lưới điện khu vực gồm phụ tải Tuy đồ án đơn giản so với thiết kế thực tế phần thực tổng hợp quan trọng Các chương mục trình bày phần sau Em xin chân thành cảm ơn hai thầy giáo Lã Minh Khánh, thầy Nguyễn Hoàng Việt giao giúp đỡ em thực đồ án Tuy nhiên, đồ án hạn chế định, em mong thầy cô giáo nhận xét bảo thêm Em xin chân thành cảm ơn Ngày 30 tháng 12 năm 2008 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG I PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN VÀ PHỤ TẢI I NGUỒN CUNG CẤP ĐIỆN: Trong hệ thống điện thiết kế có hai nguồn cung cấp, Hệ thống điện nhà máy nhiệt điện Hệ thống điện: Hệ thống điện có công suất vô lớn, hệ số công suất góp 110 kV Hệ thống 0,85 Vì cần phải có liên hệ Hệ thống Nhà máy điện để trao đổi công suất hai nguồn cung cấp cần thiết, đảm bảo cho Hệ thống thiết kế làm việc bình thường chế độ vận hành Mặt khác, Hệ thống có công suất vô lớn chọn Hệ thống nút cân công suất nút sở điện áp Ngoài ra, Hệ thống có công suất vô lớn không cần phải dự trữ công suất nhà máy nhiệt điện, nói cách khác công suất tác dụng phản kháng dự trữ lấy từ Hệ thống điện Nhà máy nhiệt điện: Nhà máy nhiệt điện có bốn tổ máy Mỗi tổ máy phát có công suất định mức P đm = 53 MW, Cosϕ = 0,85, Uđm = 10,5 kV Như tổng công suất định mức Nhà máy nhiệt điện 4x53 = 212 MW Nhiên liệu Nhà máy nhiệt điện than đá, dầu khí đốt Hiệu suất Nhà máy nhiệt điện tương đối thấp (Khoảng 30 ÷ 40 %), đồng thời công suất tự dùng Nhà máy nhiệt điện thường chiếm khoảng đến 15 % tuỳ theo loại Nhà máy nhiệt điện Đối với Nhà máy nhiệt điện, máy phát làm việc ổn định phụ tải P ≥ 70 % Pđm; phụ tải P < 30 % Pđm, máy phát ngừng làm việc Công suất phát kinh tế máy phát Nhà máy nhiệt điện thường (Khoảng 80 ÷ 90 %) Pđm Khi thiết kế chọn công suất phát king tế 80 % Pđm, nghĩa là: Pkt = 85 % Pđm Do phụ tải cực đại ba máy phát vận hành tổng công suất tác dụng phát Nhà máy nhiệt điện bằng: Ρkt = 85 × × 53 = 180,2 (MW) 100 Trong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến ngừng máy máy phát để bảo dưỡng, hai máy phát lại phát 70% Pđm, Nghĩa tổng công suất phát Nhà máy nhiệt điện bằng: Ρkt = 70 × × 53 = 111,3 (MW) 100 Khi cố ngừng máy phát, hai máy phát lại phát 100 % Pđm, vậy: LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN PF = 3x53 = 159 (MW) Phần công suất thiếu chế độ vận hành cung cấp từ hệ thống điện II CÁC PHỤ TẢI: Trong Hệ thống điện thiết kế phụ tải, số liệu cho theo bảng sau Bảng 1.1: Các số liệu phụ tải Các số liệu Các hộ tiêu thụ Phụ tải cực đại (MW) Hệ số công suất Cosϕ Mức đảm bảo cung cấp điện Yêu cầu điều chỉnh điện áp Điện áp danh định lưới điện thứ cấp (kV) 34 35 33 32 30 37 0,88 0,85 0,9 0,92 0,92 0,88 I I I I I KT 10 I 31 0,9 33 0,92 32 0,92 I I I a Nhà máy nhiệt điện: Có tổ máy, tổ máy có Pđm = 53 MW Cosϕ = 0,85 85 × × 53 = 180,2 (MW) 100 +) Ở chế độ cực đại: Pkt = 85%Pđm ⇒ Ρkt = +) Ở chế độ cực tiểu: Ρkt = +) Khi cố: b Các phụ tải: *) Chế độ cực đại: +) Phụ tải 1: PF = 3x53 =159(MW) 85 × × 53 = 135,15 (MW) 100 Có P1 = 34 MW, Cosϕ1 = 0,88 ⇒ Q1 = P1.tangϕ1 = 34.0,5397 = 18,351 (MVAr) +) Phụ tải 2: Có P2 = 35 MW, Cosϕ1 = 0,85 ⇒ Q2 = P2.tangϕ2 = 35.0,6197 = 21,691 (MVAr) *) Chế độ cực tiểu: Có Ρmin = 55% × Ρmax = 55 55 × Ρmax MW Qmin = 55% × Qmax = × Qmax 100 100 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN 55 55 × Ρ1 max = × 34 = 18,7 (MW) +) Phụ tải 1: Ρ1 = 100 100 55 55 Q1 = × Q1 max = × 18,351 = 10,093 (MW) 100 100 55 55 × Ρ2 max = × 35 = 19,25 (MW) +) Phụ tải 2: Ρ2 = 100 100 55 55 Q2 = × Q2 max = × 21,691 = 11,93 (MW) 100 100 Các phụ tải tính tương tự phụ tải Bảng 1.2: Thông số phụ tải • S max Hộ tiêu S• max = Ρ + jQ S = Ρmin + jQmin max max thụ MVA MVA MVA 34 + j 18,351 38,636 18,7 + j 10,093 35 + j 21,691 41,176 19,25 + j 11,93 33 + j 15,982 36,666 18,15 + j 8,79 32 + j 13,631 34,782 17,6 + j 7,497 30 + j 12,78 32,61 16,5 + j 7,029 37 + j 19,97 42,045 20,35 + j 10,983 31 + j 15,014 34,444 17,05 + j 8,258 33 + j 14,058 35,869 18,15 + j 7,732 32 + j 13,631 34,782 17,6 + j 7,497 Tổng 297 + j 145,108 163,35 + j 79,809 S MVA 21,25 22,647 21,166 19,13 17,935 23,124 18,944 19,728 19,13 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN I CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG: Đặc điểm quan trọng Hệ thống điện truyền tức thời điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ tích trữ điện thành số lượng nhận thấy Tính chất xác định đồng trình sản xuất tiêu thụ điện Tại thời điểm chế độ xác lập Hệ thống điện, nhà máy Hệ thống cần phải phát công suất với công suất hộ tiêu thụ, kể tổn thất công suất mạng điện, nghĩa cần phải thực cân công suất phát công suất tiêu thụ Ngoài để đảm bảo cho Hệ thống vận hành bình thường, cần phải có dự trữ định công suất tác dụng Hệ thống Dự trữ Hệ thống điện vấn đề quan trọng, liên quan đến vận hành phát triển Hệ thống Vì phương trình cân công suất tác dụng chế độ phụ tải cực đại Hệ thống điện thiết kế có dạng: PNĐ + PHT = Ptt = mΣPmax + Σ∆P + Ptd + Pdt (MW) Trong đó: PNĐ - Tổng công suất nhà máy nhiệt điện phát PHT - Công suất tác dụng lấy từ Hệ thống m - Hệ số đồng thời xuất phụ tải cực đại (m = 1) ΣPmax - Tổng công suất phụ tải chế độ cực đại Σ∆P - Tổng tổn thất mạng điện, tính sơ lấy Σ∆P = 5%ΣPmax Ptd – Công suất tự dùng nhà máy điện, lấy 10% tổng công suất đặt nhà máy Pdt – Công suất dự trữ Hệ thống, cân sơ lấy P dt = 10%ΣPmax, đồng thời công suất dự trữ cần phải công suất định mức tổ máy phát lớn Hệ thống điện không lớn Bởi Hệ thống điện có công suất vô lớn, cho lên công suất dự trữ lấy Hệ thống, nghĩa Pdt = Ptt - Công suất tiêu thụ mạng điện Tổng công suất tác dụng phụ tải cực đại xác định từ bảng 1.1 bằng: ΣPmax = 297 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trọng mạng điện có giá trị: +) Tổn thất mạng điện: Σ∆P = 5%ΣPmax = × 297 = 14,85 (MW) 100 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN +) Công suất tác dụng nhà máy điện bằng: Ptd = 10%ΣPđm 0,1x212 = 21,2 MW ⇒ Ptt = 297 + 14,85 + 21,2 = 333,05 (MW) Do công suất tiêu thụ mạng điện bằng: Ptt = 297 + 14,85 + 21,2 = 333,05 (MW) Ta có: PNĐ = Pkt = 180,2 MW ⇒ PHT = Ptt - PNĐ = 333,05 - 180,2 = 152,85 (MW) Như vậy, chế độ phụ tải cực đại Hệ thống cần cung cấp công suất cho phụ tải bằng: PHT = Pkt - PNĐ = 333,05 - 180,2 = 152,85 (MW) II CÂN BĂNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG: Sản xuất tiêu thụ điện dòng điện xoay chiều đòi hỏi cân công suất điện sản xuất điện tiêu thụ thời điểm Sự cân đòi hỏi công suất tác dụng, mà công suất phản kháng Sự cân công suất phản kháng có quan hệ với điện áp, phá hoại cân công suất phản kháng dẫn đến thay đổi điện áp mạng điện Nếu công suất phản kháng phát lớn công suất phản kháng tiêu thụ điện áp mạng tăng, ngược lại thiếu công suất phản kháng điện áp mạng giảm Vì để đảm bảo chất lượng cần thiết điện áp hộ tiêu thụ mạng điện Hệ thống, cần tiến hành cân sơ công suất phản kháng Phương trình cân công suất phản kháng mạng điện thiết kế có dạng: QF + QHT = Qtt = mΣQmax + Σ∆QL - ΣQc + Σ∆Qb + Qtd + Qdt (MVAr) Trong đó: QF - Tổng công suất phản kháng Nhà máy nhiệt điện phát QHT – Công suất phản kháng Hệ thống cung cấp Qtt - Tổng công suất phản kháng tiêu thụ Σ∆QL - Tổng tổn thất công suất phản kháng cảm kháng đường dây mạng điện ΣQc - Tổng tổn thất công suất phản kháng điện dung đường dây sinh ra, tính sơ lấy Σ∆QL = ΣQc (MVAr) Σ∆Qb - Tổng tổn thất công suất phản kháng trạm biến áp, tính toán sơ lấy Σ∆Qb = 15%ΣQmax Qtd - Công suất phản kháng tự dùng nhà máy điện LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN Qdt - Công suất phản kháng dự trữ Hệ thống, cân sơ lấy 15% tổng công suất phản kháng phần bên phải phương trình Đối với mạng điện thiết kế, công suất Ptt lấy Hệ thống, nghĩa Qdt = Trong nhà máy nhiệt điện ta lấy cosϕtd = 0,75 Như vậy, tổng công suất phản kháng Nhà máy nhiệt điện phát bằng: Ta biết: QF = PFxtgϕF = 180,2x0,6197 = 111,678 (MVAr) Công suất phản kháng Hệ thống cung cấp bằng: QHT = PHTxtgϕHT = 152,85x0,6197 = 94,728 (MVAr) Tổng công suất phản kháng phụ tải chế độ cực đại xác định th eo bảng bằng: ΣQmax = 145,108(MVAr) Tổng tổn thất công suất phản kháng máy biến áp hạ áp bằng: Σ∆Qb = 0,15x145,108 = 21,766 (MVAr) Ta lấy cosϕtd nhà máy 0,75 tổng công suất phản kháng tự dùng Nhà máy điện có giá trị: Qtd = Ptdxtgϕtd = 21,2x0,8819 = 18,696 (MVAr) Như tổng công suất tiêu thụ mạng điện: Qtt = 145,108 + 21,766 + 18,696 = 185,57 (MVAr) Tổng công suất phản kháng tự Hệ thống Nhà máy điện phát bằng: Từ tính toán có: QF + QHT = 111,678 + 94,728 = 206,406 (MVAr) Như vậy: QF + QHT > Qtt không cần bù công suất phản kháng Q mạng điện thiết kế LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG III CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU A DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN: Các tiêu kinh tế - kỹ thuật mạng điện phụ thuộc nhiều vào sơ đồ Vì sơ đồ mạng điện cần phải có chi phí nhỏ đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết chất lượng điện yêu cầu hộ tiêu thụ, thuận tiện an toàn vận hành, khả phát triển tương lai tiếp nhận phụ tải Trong thiết kế nay, để chọn sơ đồ tối ưu mạng điện người ta sử dụmg phương pháp nhiều phương án Từ vị trí cho phụ tải nguồn cung cấp, cần dự kiến số phương án phương án tốt chọn sở so sánh kinh tế - kỹ thuật phương án Ta dự kiến đưa phương án hợp lý để so sánh với Vì phụ tải loại I nên để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, ta thiết kế đường dây hai mạch I PHƯƠNG ÁN I: S9 S6 S7 S8 NĐ HT S1 S2 S5 S3 S4 Hình 1: Sơ đồ mạch điện phương án I LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN II PHƯƠNG ÁN II: S9 S6 S7 S8 NĐ HT S1 S2 S5 S3 S4 Hình 2: Sơ đồ mạch điện phương án II III PHƯƠNG ÁN III: S9 S6 S7 S8 NĐ HT S1 S2 S5 S3 S4 Hình 3: Sơ đồ mạch điện phương án III 10 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp phân phối: BẢNG THỐNG KÊ THIẾT BỊ TRẠM A A A kWh kVArh 10 V 11 STT TÊN THIẾT BỊ Dây dẫn Chống sét van Cầu chì tự rơi Máy biến áp Hệ thống tiếp địa Cáp tổng Bộ đo đếm Khóa chuyển mạch Tủ hạ áp Áptômát tổng Áptômát nhánh Chống sét hạ Cáp 10 11 12 12 III CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CAO ÁP VÀ HẠ ÁP: Việc lựa chọn đắn thiết bị điện có ý nghĩa quan trọng đảm bảo cho hệ thống cung cấp điện vận hành an toàn, tin cậy kinh tế A Chọn thiết bị điện cao áp: Các thiết bị điện cao áp chọn theo điều kiện sau: + Uđmtb ≥ Uđm mạng C + Iđmtb ≥ Itt 94 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN S dmB 250 = = 6,561 A 3.U dmc 3.22 + Itt = Chọn cầu chì tự rơi: Chọn cầu chì tự rơi Liên Xô sản xuất : Uđm Iđm I cắt N I cắt N ∆P (kV) (A) (kA) 24 10 40 56 (W) 22 Khối lượng Kích thước Đường dài (mm) kính (mm) (kg) 3,8 422 69 Chọn sứ cao thế: Chọn sứ đỡ đặt trời Liên Xô chế tạo có thông số sau: Uđm Kiểu (kV) OIIIH-10-1000(IIIT-35) 35 UPĐ khô UPĐ uớt F Khối lượng (kV) 50 (kV) 34 (kg) 1000 (kg) 32,6 Chọn chống sét van: Chọn chống sét van loại PBC-20 Liên Xô chế tạo có thông số sau: Loại PBC-20 Uđmcsv UCpmax (kV) (kV) 20 25 Điện áp đánh ĐA đánh thủng thủng f=50Hz xung kích tp=2÷10s (kV) 49 80 Khối lượng (kg) 28 Chọn dẫn xuống máy biến áp: Thanh dẫn chọn theo Ilvmax độ bền học, ta chọn dẫn đồng tròn có đường kính φ = 8(mm) Loại Thanh đồng tròn Đường kính (mm) ICP (A) 235 B Chọn thiết bị hạ áp: Các thiết bị điện hạ áp chọn theo điều kiện: + UđmtbH ≥ Uđm mạngH = 0,4 kV + IđmtbH ≥ Ilvmax 95 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN + Ilvmax = S dmB 3.U dmH = 250 3.0,4 = 360,84 A Chọn cáp tổng từ sứ hạ MBA sang tủ phân phối: Lưới hạ áp ta chọn theo Icp , điều kiện là: Icp ≥ Ilvmax Chọn cáp đồng loại bốn lõi cách điện PVC LENS chế tạo: Loại 4G-150 Icp ro (A) (mΩ/m) 0,124 395 Trọng lượng (kg/km) 6605 Chọn áptômát tổng: Chọn theo dòng định mức máy biến áp + Điều kiện: IđmA ≥ Ilvmax , Ilvmax = 360,84 A Chọn áptômát tổng loại SA403-G Nhật chế tạo: Loại Uđm(kV) Iđm(A) IN (kA) Số cực SA403-G 0,6 400 22 3 Chọn áptômát nhánh: Từ hạ áp có lộ cung cấp cho hộ tiêu thụ, coi công suất lộ công suất nhánh là: S1 = S = S = S = 62,5 250 = 62,5 kVA ⇒ Ilvmax = = 90,21 A 3.0,4 + Điều kiện: IđmA ≥ Ilvmax Chọn áptômát nhánh loại EA403-G Nhật chế tạo: Loại EA403-G Uđm Iđm IN (kV) 0,6 (A) 250 (kA) 18 Số cực Chọn cáp xuất tuyến: Điều kiện: Icp ≥ Ilvmax ; Ilvmax = 90,21 A Chọn cáp đồng bốn lõi cách điện PVC LENS chế tạo 96 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN Loại 4G-50 Icp ro Trọng lượng (A) (Ω/kM) 0,387 (kg/km) 192 2276 Chọn hạ áp: Chọn đồng, có sơn màu để phân biệt pha, pha đặt tủ phân phối 0,4kV Kích thước (mm) 40x5 Tiết diện (mm2) 200 Trọnglượng Icp r0 (kg/m) (A) (mΩ/m) 1,78 700 0,1 x0 (mΩ/m) 0,17 Chọn sứ hạ áp: Kiểu Uđm UPĐ khô F Khối lượng (kV) (kV) (kg) (kg) 11 375 0,7 Oφ -1-375 Chọn biến dòng điện: Điều kiện chọn máy biến dòng: + UđmBI≥Uđm mạng= 0,4 kV + IđmBI≥ Ilvmax = 360,84 A Chọn BI Liên Xô sản xuất có thông số kĩ thuật sau: Loại TKM- 0,5 Uđm Iđm (kV) 0,5 (A) 400/5 Cấp xác 0,5 S (VA) 10 Chọn thiết bị đo đếm: Tên đồng hồ Đơn vị Loại Cấp Công suất tiêu thụ (VA) Cuộn điện Cuộn dòng xác áp điện 97 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN Am-pe-mét ∃378 A ∃378 Công tơ tác dụng Wh Д305 Công tơ phản kháng VArh Д305 Tổng công suất tiêu thụ (VA) Vôn-mét V 1,5 0,1 1,5 1,5 1,5 2 0,5 0,5 7,1 Chọn dẫn từ BI đến dụng cụ đo: Để đảm bảo độ bền học ta chọn loại dây đồng sợi bọc nhựa PVC có tiết diện ≥ 2,5 mm2 10 Chọn chống sét van hạ áp: Chọn chống sét van điện áp thấp loại PBH để bảo vệ điện áp cho cách điện thiết bị xoay chiều tần số 50Hz Loại Uđmcsv UCpmax (kV) (kV) Điện áp đánh thủng f=50Hz (kV) PBH - 0,5 Y1 0,5 0,5 2,5 Điện áp đánh thủng xung kích tp=2÷10s Khối lượng 3,5 ÷ 4,5 (kg) 11 Chọn tủ phân phối hạ áp: Chọn vỏ tủ hạ áp nhà máy thiết bị điện Đông Anh chế tạo Trên khung tủ làm sẵn lỗ gá dày đặc để lắp giá đỡ tuỳ ý theo thiết bị chọn lắp đặt Dài 1200 Kích thước Rộng 800 Số cánh cửa tủ Sâu 400 IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN ĐÃ LỰACHỌN: Ngắn mạch tình trạng cố nghiêm trọng thường xảy hệ thống cung cấp điện Các dạng ngắn mạch thường xảy là: ngắn mạch ba pha, ngắn mạch hai pha ngắn mạch pha chạm đất Trong ngắn mạch ba pha nghiêm trọng 98 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN Vì vậy, người ta thường vào dòng ngắn mạch ba pha để lựa chọn kiểm tra thiết bị điện A Tính toán ngắn mạch: Giả thiết ngắn mạch xẩy ngắn mạch ba pha đối xứng coi nguồn có công suất vô lớn, coi trạm biến áp xa nguồn nên tính toán ngắn mạch lấy IN =I" = I∞ = U 3.Z Σ Trong đó: + IN: dòng điện ngắn mạch (kA); + I": dòng ngắn mạch siêu độ (kA); + I∞: giá trị dòng điện ngắn mạch chế độ xác lập (kA); + U: điện áp đường dây (kV); + Z∑: tổng trở từ hệ thống đến điểm ngắn mạch (Ω) Các điểm ngắn mạch cần tính toán sơ đồ: CCTR N1 MBA Cáp AT N2 N3 AN + Điểm N1 : Kiểm tra cầu chì tự rơi phía cao áp + Điểm N2, N3 : Kiểm tra thiết bị hạ áp 1.Tính ngắn mạch phía cao áp (tại N1): 99 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN + Sơ đồ thay thế: N1 XHT HT + Chọn đại lượng : Utb1 = 0,4 kV ; Utb2 = 23 kV Điện kháng hệ thống bằng: U dm 22 = XHT = XΣ1 = = 1,936 Ω SN 250 Dòng ngắn mạch ba pha bằng: IN1 = U 3.X HT = 23 = 11,88 kA 3.0,40 Trị số dòng ngắn mạch xung kích bằng: ixk1 = k xk I N = 1,8 11,88 = 30,241 kA Tính ngắn mạch phía hạ áp: Khi tính toán ngắn mạch phía hạ áp coi máy biến áp hạ áp nguồn Vì điện áp phía hạ áp không thay đổi ngắn mạch Ta có: IN = I" = I∞ Mặt khác phải xét đến điện trở, điện kháng tất phần tử mạng : máy biến áp, dây dẫn, cuộn dòng điện áptômát, a Tính ngắn mạch điểm N2: + Sơ đồ thay thế: ZB ZC ZAT N2 + Tổng trở máy biến áp: ΔPN U dm U N %.U dm 10 + j 10 ZBA = S dm S dm = 4,1.0,4 4,5.0,4 10 + j 10 = 10,49 + j 28,80 mΩ 250 250 + Cáp từ máy biến áp sang tủ phân phối 4G-150 nên tra bảng PL4.29 sách "Cung cấp điện" được: r0 = 0,124 (mΩ/m), x0 lấy gần x0 = 0,07 (mΩ/m) 100 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN Giả sử cáp nối từ máy biến áp tới tủ phân phối dài m Khi tổng trở đường dây cáp bằng: ZC = lc.Zoc = 5.(0,124+j 0,07) = 0,62 +j 0,35 mΩ + Tổng trở cuộn dây bảo vệ dòng điện áptômát tổng tra bảng PL3.12 sách "Cung cấp điện" được: ZAT = 0,135 +j 0,097 mΩ + Tổng trở điểm ngắn mạch N2 bằng: ZΣ2 = ( 10,49 + 0,62 + 0,135 )2 + ( 28,80 + 0,35 + 0,097 ) = 31,334 mΩ + Dòng điện ngắn mạch pha bằng: IN2 = U dm 3.Z ∑ = 0,4 10 = 7,370 kA 3.31,334 + Dòng điện xung kích bằng: ixk2 = k xk I N2 = 1,8 7,370 = 18,761 kA b Tính ngắn mạch điểm N3: + Sơ đồ thay thế: ZC ZB ZTC ZAT ZAN N3 MN + Tổng trở tra sổ tay được: ZTC=l.(r0TC + x0TC) =1,2.(0,1 +j 0,17) = 0,12 +j 0,204 mΩ + Tổng trở cuộn dây bảo vệ dòng điện áptômát nhánh tra bảng PL3.12 sách "Cung cấp điện" được: ZAN = 0,235 + j 0,307 mΩ + Tổng trở điểm ngắn mạch N3 bằng: ZΣ3= ( 10,49 + 0,62 + 0,135 + 0,12 + 0,235 )2 + ( 28,80 + 0,35 + 0,097 + 0,204 + 0,307 )2 = 31,939 mΩ + Dòng điện ngắn mạch pha bằng: IN3 = U dm 3.Z ∑ = 0,4 10 = 7,231 kA 3.31,939 101 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN + Dòng điện xung kích bằng: ixk3 = k xk I N3 = 1,8 7,231 = 18,406 kA B Kiểm tra thiết bị chọn: Kiểm tra cầu chì tự rơi: + Điều kiện kiểm tra: Sđm cắt ≥ SN1 ; Iđmcắt ≥ IN1 + Cầu chì tự rơi chọn có: Iđmcắt= 31,5 kA ≥ IN1= 11,88 kA Sđmcắt = Uđm.Iđmcắt = 22.40 = 1524,205 kA SN1 = Uđm.IN1 = 22 6,561 = 250,007 kA Vậy: SđmCắt ≥ SN1 , cầu chì tự rơi chọn đạt yêu cầu Kiểm tra cáp hạ áp: + Điều kiện ổn định nhiệt: Fô.đ.n ≥ α.IN t qd Trong đó: + α = hệ số nhiệt độ cáp đồng + tqđ thời gian qui đổi, lấy thời gian tồn ngắn mạch Vì coi ngắn mạch hệ thống cung cấplà ngắn mạch xa nguồn nên tqđ = 0,5 (s) + IN = IN2= 7,370 kA + Fô.đ.n = α.IN t qd = 7,370 0,5 = 31,268 mm2 < F = 50 mm2 Vậy cáp chọn thoả mãn yêu cầu Kiểm tra áptômát: + Áptômát tổng: IcđmA ≥ IN2 IcđmA = 22 kA ≥ IN2 = 7,370 kA Vậy áptômát tổng chọn đạt yêu cầu 102 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN + Áptômát nhánh: IcđmAN ≥ IN3 IcđmAN =18 kA ≥ IN3 = 7,231 kA Vậy áptômát nhánh chọn đạt yêu cầu Kiểm tra sứ đỡ hạ áp: b h F1 H Sứ đỡ Fcp H’ Điều kiện kiểm tra: Fcp ≥ Ftt Với Fcp lực tác dụng lên đầu sứ Fcp = 0,6.Fph = 0,6.2000 =1200 kG Ftt = F1 h h l H+ -2 = 1,76.10 i xk1 a H H H+ Với l = 60 cm , a = 10 cm, h = cm, H = cm 60 7+ ⇒Ftt = 1,76.10 18,406 = 45,996 kG 10 -2 Vậy: Fcp =1200 kG ≥ Ftt = 45,996 kG Do sứ hạ áp chọn đạt yêu cầu 5.Kiểm tra hạ áp: Kiểm tra theo điều kiện ổn định động b δtt =M/W =δcp Trong : + M mô men uốn tính toán (kg.cm) h 103 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN + W mômen chống uốn dẫn (cm3) - Lực tác dụng lên dẫn pha chiều dài khoảng vượt Ftt = 1,76.10-2 l i xk a Trong đó: + Dòng xung kích ngắn mạch ba pha: ixk = ixk2 = 18,761 kA; + Khoảng cách trung bình pha a = 10 cm; + Khoảng cách hai sứ đỡ gần l = 60 cm Vậy Ftt = 1,76.10-2 60 18,7612 = 37,168 kG 10 - Mô men uốn: M= Ftt l 37,168.60 = = 223,011Kg.cm 10 10 - Ứng xuất tính toán: δ tt = M W W mô men chống uốn dẫn , đặt nằm ngang nên: b.h 0,4.32 W= = = 0,6cm 6 Vậy: δtt = 223,011 = 371,685kg/cm 0,6 - Ứng suất cho phép với đồng: δcp = 1400 > δtt = 371,685 kg/ cm3 Do dẫn chọn bảo đảm điều kiện ổn định động đạt yêu cầu Kiểm tra máy biến dòng: - Kiểm tra dòng sơ cấp định mức : I1đmBI ≥ Icb I1đmBI = 400A > Icb = Ilvmax = 360,84 A - Công suất cuộn thứ cấp: S2đmBI ≥ Sdụngcụđo S2đmBI = 10 VA > Sdụngcụđo = 7,1 VA Vậy máy biến dòng chọn đạt yêu cầu 104 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN V.TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP: Tác dụng nối đất để tản dòng điện, giữ mức điện thấp vật nối đất, đảm bảo làm việc bình thường thiết bị Ngoài việc nối đất phần không mang điện (tủ điện ,vỏ máy ) để đảm bảo an toàn cho người vận hành Dự kiến hệ thống nối đất bao gồm thép góc L60×60×6 dài 2,5m nối với thép tròn φ12, tạo thành mạch vòng nối đất bao quanh trạm biến áp Các thép góc đóng sâu mặt đất 0,7 m, thép tròn hàn chặt với cọc độ sâu 0,8m + Điện trở nối đất yêu cầu trạm biến áp Rnđyc≤ 4Ω + Điện trở suất đất ρ = 0,4.104 Ω/cm + Hệ số hiệu chỉnh theo mùa điện trở cọc là: Ktm = 1,6 Kcm = 1,4 Sơ đồ mặt mặt cắt hệ thống nối đất trạm biến áp 1- Cọc ; 2- Thanh 0,7m 0,8m TBA 2,5m a=2,5m Điện trở nối đất thanh: ρ K.L2 Rt = ln 2π L d.h + ρ = ρđ0.Ktm = 0,4.104.10-2.1,6 = 64 Ωm (là điện trở suất đất tính theo mùa an toàn) + L : tổng chiều dài lấy chu vi, L = (10 + 5).2 = 30 m + h : độ chôn sâu, h = 0,8 m 105 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN + d : đường kính thép tròn: d = 0,012 m + K : hệ số phụ thuộc vào hình dạng hệ thống nối đất, K = f(l1/ l2) Theo thiết kế mạch vòng ta có: l1/l2 = 10/5 = Tra bảng 2-6 sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA K = 6,42 64 6,42.30 ln Rt = = 4,52 Ω 2.3,14.30 0,012.0,8 Điện trở nối đất cọc: - Giả thiết: + Số cọc cần phải đóng n + Khoảng cách cọc a = l/n + Chiều dài cọc l = 2,5m Nếu lấy tỷ số a/l = a = 2.2,5 = m Vậy số cọc phải đóng là: n = L 30 = = cọc a Tra tài liệu KTĐCA ta có hệ số sử dụng cọc ηt = 0,48 ;ηcọc = 0,75 - Điện trở nối đất cọc tính theo công thức: Rc = ρ 2.l 4t + l + ln [ ln ] d 4t − l 2π l Trong đó: + ρ : điện trở suất hiệu chỉnh theo mùa; ρ = ρđ0.kcm = 0,4.104.10-2.1,4 = 56 Ωm; + l : chiều dài cọc, l = 2,5 m; + d : đường kính cọc thép góc (L60x60x6) mm; d = 0,95.b => d = 0,95.60.10-3 = 0,057 m + t = l/2 + h = 2,5/2 + 0,7 = 1,95 m Thay vào công thức ta có: Rc = 56 2.2,5 4.1,95 + 2,5 + ln [ ln ] =17,14 Ω 0,057 4.1,95 − 2,5 2.3,14.2,5 Điện trở nối đất hệ thống cọc thanh: 106 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN RHT = R c .R t 17,14.4,52 = = 2,82 Ω 17,14.0,48 + 6.4,52.0,75 R c η t + n.R t η c So sánh điện trở nối đất yêu cầu trạm điện trở tính toán hệ thống: RHT = 2,16 Ω < Ryc = Ω Kết luận: Hệ thống nối đất dùng cọc thép góc L60×60×6 dài 2,5m nối với thép tròn φ12, tạo thành mạch vòng nối đất bao quanh trạm biến áp Các thép góc đóng sâu mặt đất 0,7m, thép tròn hàn chặt với cọc độ sâu 0,8m hình vẽ đảm bảo yêu cầu kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO • Nguyễn Văn Đạm: 107 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN Thiết kế mạng hệ thống điện NXB ĐHTC Bách Khoa Hà Nội Mạng lưới điện NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội • Trần Bách: Giáo trình lưới điện NXB Giáo dục, Hà Nội • Lã Văn Út: Ngắn mạch Hệ thống điện NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội • Ngô Hồng Quang: Sổ tay Lựa chọn tra cứu Thiết bị điện từ 0,4 ÷ 500 kV NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội • Nguyễn Hữu Khái: Thiết kế Nhà máy điện Trạm biến áp NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 108 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG [...]... với đường dây NĐ-2 Kết quả tính các thông số của tất cả các đường trong mạng điện cho ở bảng 3.2 17 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG 49, 2 29 108,07 96 ,224 91 ,807 85,575 110,34 90 , 393 52,218 94 ,133 91 ,807 35 + j 21,7 33 + j 15 ,98 2 32 + j 13,632 30 + j 12,78 37 + j 19, 97 31 + j 15,014 17,8-+j 8, 893 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG 33 + j 14,058 32 + j 13,632 82 ,98 2 85,575 47,471... 30 32 + j 13,632 HT -9 91,807 33 + j 14,058 HT-8 94 ,133 16,05 + j 5,6 59 HT-1 44,662 31 + j 15,014 NĐ-7 90 , 393 37 + j 19, 97 NĐ-6 110,34 30 + j 12,78 HT-5 85,575 32 + j 13,632 HT-4 91 ,807 33 + j 15 ,98 2 NĐ-3 96 ,224 17 ,95 + j 12, 692 2-1 57, 692 52 ,95 + j 34,383 NĐ-2 Đường dây S, MVA 165,68 Ibt, A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN 3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện: *) Tính tổn thất điện áp trên các đường... Bảng 3.10 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Đường dây Công suất truyền • tải S MVA Chiều dai đường dây l , km Điện áp tính toán U, kV Điện áp định mức của mạng Uđm, kV NĐ-2 52 ,95 + j 34,383 42,426 1 29, 447 2-1 17 ,95 + 12, 692 50 ,99 79, 812 NĐ-3 33 + j 15 ,98 2 70,711 106, 193 HT-4 62 + j 26,412 67,082 141,2 39 4-5 30 + j 12,78 44,721 99 ,415 110,0 NĐ-6 68 + j 34 ,98 4 67,082 147,501 6-7 31 + j... F = 95 mm2 và dòng điện Icp = 330 A Sau khi chọn tiết diện khi ngừng một mạch trên đường dây thì dòng điện chạy trên mạch còn lại bằng: I8 -9 sc = 2xI8 -9 = 2x91,281 = 182,562 A Như vậy: I8 -9 sc < Icp 24 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG 44,753 185,47 87,476 160,77 77, 796 182,44 82,175 47,471 168,55 82 ,98 2 49, 2 29 204,02 96 ,224 176,85 85,575 200,68 90 , 393 52,218 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN... thất điện áp trong mạng điện Đường dây ∆U bt, % ∆Usc, % Đường dây ∆U bt, % ∆Usc, % 26 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN NĐ-1 3 ,97 5 7 ,91 4 NĐ-6 7,17 14,34 NĐ-2 4,728 9, 456 6-7 4,643 9, 286 2-3 2 ,97 4 5 ,94 8 HT-1 2,5 5,0 HT-4 6,654 13,308 HT-8 7,041 14,082 4-5 3,5 89 7,178 8 -9 2, 795 5, 59 Từ các kết quả trong bảng 2.6 nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất của mạng. .. dây và chọn điện áp định mức của mạng điện cho ở bảng sau: Bảng 3.7 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Đường dây Công suất truyền • tải S MVA Chiều dai đường dây l , km Điện áp tính toán U, kV NĐ-2 2-1 NĐ-3 HT-4 HT-5 NĐ-6 NĐ-7 HT-1 HT-8 52 ,95 + j 34,383 17 ,95 + 12, 692 33 + j 15 ,98 2 32 + j 13,632 30 + j 12,78 37 + j 19, 97 31 + j 15,014 16,05 + j 5,6 59 33 + j 14,058 42,426 50 ,99 70,711... NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN Kết quả tính điện áp trên các đường dây và chọn điện áp định mức của mạng điện cho ở bảng sau: Bảng 3.4 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện Đường dây Công suất truyền • tải S MVA4 Chiều dai đường dây l , km Điện áp tính toán U, kV Điện áp định mức của mạng Uđm, kV NĐ-1 16,2 + j 9, 458 82,462 80,221 NĐ-2 68 + j 37,682 42,426 145 ,91 8 2-3 33 + j 15 ,98 2 44,721 103,863... 150 70 95 95 70 95 70 70 95 95 150,21 52,447 87,476 82 ,98 2 77, 796 100,31 82,175 40,601 85,575 82 ,98 2 330 330 265 265 330 265 330 330 265 455 50 ,99 50,0 183,614 80,622 188,266 76,158 89, 324 180,786 82,462 220,68 67,082 171,15 80,622 183,614 67,082 192 ,448 70,711 115,384 0,33 0,33 0,46 0,46 0,33 0,46 0,33 0,33 0,46 0,21 kml, r0, Ω 331,367 42,426 Isc, A 0,4 29 0,4 29 0,444 0,44 0,4 29 0,44 0,4 29 0,4 29 0,44... = 1 59 - 15 ,9 - 136 - 6,8 = 0,3 (MW) Công suất phản kháng chạy trên đường dây có thể tính như sau: Q1N = QF - Qtd - QN - ∆QN (MVAr) 15 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN Với: QF = 159x0,62 = 98 ,58 (MVAr) Qtd = 15,9x0,88 19 = 14,022 (MVAr) QN = 72,666 (MVAr) ∆QN = 10 ,9 (MVAr) ⇒ Q1N = 98 ,58 - 14,022 - 72,666 - 10 ,9 = 0 ,99 2 (MVAr) • Do đó: S 1N = 0,3 + j 0 ,99 2 (MVA)... 76,158 1 29, 447 79, 812 106, 193 104,438 102,76 111,4 19 104,382 76.018 106,675 HT -9 32 + j 13,632 80,622 104,438 Điện áp định mức của mạng Uđm, kV 110,0 28 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỆN Từ kết quả nhận được trong bảng 3.7 chọn điện áp định mức của mạng điện U đm = 110 kV 2 Chọn tiết diện dây dẫn: *) Các đoạn đường dây NĐ-3; NĐ-6; NĐ-7; HT-4; HT-5; HT-8; HT9 có ... đường dây NĐ-2 Kết tính thông số tất đường mạng điện cho bảng 3.2 17 LỚP HỆ THỐNG ĐIỆN - TRẠM ĐIỆN LỰC TUYÊN QUANG 49, 2 29 108,07 96 ,224 91 ,807 85,575 110,34 90 , 393 52,218 94 ,133 91 ,807 35 + j... km Điện áp tính toán U, kV Điện áp định mức mạng Uđm, kV NĐ-2 52 ,95 + j 34,383 42,426 1 29, 447 2-1 17 ,95 + 12, 692 50 ,99 79, 812 NĐ-3 33 + j 15 ,98 2 70,711 106, 193 HT-4 62 + j 26,412 67,082 141,2 39. .. công việc sau sinh viên Trong đồ án này, sinh viên thực việc thiết kế mạng lưới điện khu vực gồm phụ tải Tuy đồ án đơn giản so với thiết kế thực tế phần thực tổng hợp quan trọng Các chương mục trình