Thiết kế phần điện cho nhà máy điện và trạm biến áp

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN §1.1)Phân tích nguồn phụ tải 1.) Nguồn cung cấp điện Nguồn cung cấp cho hệ thống nguồn có công suất vô cung lớn, có đủ khả đáp ứng công suất cho phụ tải 2.) Phụ tải Mạng điện khu vực mà ta cần thiết kế gồm phụ tải: I, II, III, IV, V, VI; Trong : Phụ tải I; III; IV; VI hộ tiêu thụ điện phụ tải loại I Được cung cấp đường dây kép vòng để đảm bảo độ an toàn cung cấp điện Phụ tải II; V hộ tiêu thụ điện phụ tải loại II Được cung cấp điện đường dây đơn Tổng công suất tác dụng lớn phụ tải tiêu thụ : P∑max = 205(MW) Phụ tải công suất tác dụng phản kháng yêu cầu điểm lưới điện điện áp định mức, gọi điểm đặt hay điểm đấu phụ tải Tổng công suất phụ tải: P∑max = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 = 25 + 35 + 40 + 30 + 45 = 205 (MW) Pmin = 70%Pmax 70 = 100 205 = 143,5 (MW) Ta có: S = P + j.Q ; S= P cos ϕ ; Q = P tg ϕ , với cos ϕ = 0,85 ⇒ tgφ = 0,62 Dựa vào bảng số liệu cho, ta có thông số phụ tải chế độ cực đại cực tiểu sau: Bảng số liệu phụ tải: Phụ tải Tổng Min S(MVA Q(MVAr P(MW) Q(MVAr) P(MW) ) ) 30 18,6 35,29 21 13,02 25 15,5 29,41 17,5 10,85 35 21,7 41,18 24,5 15,19 40 24,8 47,06 28 17,36 30 18,6 35,29 21 13,02 45 27,9 52,94 31,5 19,53 205 127,1 241,17 143,5 88,97 cos ϕ Max Hộ I II I I II I S(MVA ) 24,71 20,59 28,82 32,94 24,71 37,06 168,83 Bảng số liệu đoạn đường dây: đường dây ch ều dài (km) N-1 N-2 N-3 N-4 N-5 N-6 50 50 36,05 22,36 22,36 41,23 §1.2 ) Tính toán cân công suất Phương trình bản: ∑PF = ∑Ptt Trong đó: ∑PF : tổng công suất phát ∑Ptt : tổng công suất tiêu thụ Để hệ thống làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải, nguồn điện phải cung cấp đủ công suất tác dụng P công suất phản kháng Q cho hộ tiêu thụ tổn thất công suất phần tử hệ thống Sự cân công suất tác dụng công suất phản kháng phát so với công suất tiêu thụ bị phá vỡ, tiêu chất lượng điện bị giảm đến thiệt hại kinh tế làm tan vỡ hệ thống Nếu công suất tác dụng nguồn nhỏ yêu cầu phụ tải, tần số giảm ngược lại Tần số thước đo cân công suất tác dụng Khi tần số nằm phạm vi cho phép quy định chất lượng điện có nghĩa đủ công suất tác dụng Nếu tần số cao công suất thừa so với phụ tải, ngược lại tần số nhỏ công suất nguồn thiếu so với phụ 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 tải Cân công suất tác dụng có tính chất toàn hệ thống, tần số nơi hệ thống Nếu công suất phản kháng phát nhỏ yêu cầu điện áp giảm, công suất phản kháng lớn công suất phản kháng yêu cầu điện áp tăng Vì mục đích cân công suất tính toán xem nguồn phát có đáp ứng đủ công suất P, Q cho phụ tải không Từ đưa phương thức vận hành cho nhà máy, lưới điện nhằm đảm bảo tính liên tục cung cấp điện đảm bảo chất lượng điện 1.2.1) Cân công suất tác dụng Phương trình cân công suất tác dụng : ∑PF = m∑Ppt i + ∑ ∆P mdi ∑P + td + Pdp (1.2.1) Trong đó: ∑Ppt :công suất tính toán phụ tải PF : tổng công suất phát trạm điện phát m : Hệ số đồng thời (m = 1) ∆Pmd : tổn thất công suất tác dụng bao gồm tổn thát điện đường dây máy biến áp Ptd : công suất tiêu dùng nhà máy để hoạt động Pdp : công suất dự phòng hệ thống Trong tính toán sơ ta lấy : ∑ ∆Pmd = 5%∑Ppt = 100 205 = 10,25 (MW) Pdp = 10% ∑Ppt ∑ ∆P dp Vậy: = Pdp = ∑PF = m∑Ppt i + ∑ md PF = m∑Ppt i + ∆ P md= 205+10,25 = 215,25 (MW) ∆P i 1.2.2) Cân công suất phản kháng - Phương trình cân công suất phản kháng mạng điện thiết kế Σ ∑QF + ∑Q b = m∑Qpt i + ∑∆Qb i + ∑Qtd K + Qdp (1.2.2) QF : tổng công suất phản kháng trạm điện phát Σ Q b : lượng công suất phản kháng cần bù thêm để đảm bảo cân công suất phản kháng ∆Qb : tổn thất công suất phản kháng máy biến áp gây m∑Qpt : tổng công suất phản kháng phụ tải chế độ cực đại Qtd K : công suất phản kháng tiêu dùng nhà máy ∑Qtd K = Qdp : công suất phản kháng dự trữ hệ thống Qdp = Trong tính toán sơ lấy : m∑Qpt i = m∑tgφi.Ppt i ∑QF = ∑tgQh – PF h ∑∆Qb = 15%∑Qpt m – hệ số đồng thời; với cos ϕ HT = 0,85 ⇒ tg ϕ HT = 0,62 Q F = PF tg ϕ HT = 215,25.0.62 = 133,46( MVAr ) m.∑ Q pti = m.∑ Ppti tg ϕ i =205.0,62 = 127,1( MVAr ) ∑ ∆Qb = 15%.m.∑ Q pt1 = 0,15.127,1 = 19,06( MVAr ) Từ (1.2.2) Qb∑ = m.∑ Q pti + ∑ ∆Qb − ∑ Q F = 127,1 + 19,06 − 133,46 = 12,7( MVAr ) ⇒ Q = 12,7( MVAr ) > , nên phải bù công suất phản kháng ∑ b Ta dự kiến bù sơ dựa nguyên tắc là: - Bù ưu tiên cho hộ xa, có công suất lớn, có cos ϕ thấp trước bù đến cos ϕ = 0,90 ÷ 0,95 (không bù cao không kinh tế ảnh hưởng không tốt tới tính ổn định hệ thống điện) - Nếu thừa bù vào cho hộ gần có cos ϕ cao hơn, bù đến cos ϕ = 0,85 ÷ 0,90 Công suất bù sơ cho hộ tiêu thụ thứ i tính sau: Qbi = Qi − Pi tg ϕ imoi Trong đó: Pi,Qi – công suất hộ tiêu thụ thứ i trước bù; tgϕ imoi - tính theo cos ϕ imoi ; cos ϕ imoi - hệ số công suất hộ thứ i sau bù Ta chọn vị trí bù phụ tải phụ tải S’pt4 =40 + j(24,8 - 6) = 40 + j18,8 (MVA) Bù MVAr phụ tải 4: ⇒ ⇒ cos ϕ 4' = P S ' pt = 40 44,2 = 0,91 Bù 6,7 MVAr phụ tải 2: S’pt2 = 25 + j(15,5 – 6,7) = 25 + j8,8 (MVA) ⇒ cos ϕ 2' = P S ' pt = 25 26,5 = 0,94 kết bù sơ tính sau : phụ tải số liệu Pmax (MW) Qmax(MVAr) Cosφ Q’max Cosφ’ 30 18,6 0,85 18,6 0,85 25 15,5 0,85 8,8 0,94 35 21,7 0,85 21,7 0,85 40 24,8 0,85 18,8 0,91 30 18,6 0,85 18,6 0,85 45 27,9 0,85 27,9 0,85 §1.3) Xây dựng phương án nối dây 1.3.1) Xây dựng phương án nối dây Lựa chọn phương án nối dây mạng điện nhiệm vụ quan trọng, từ tính toán so sánh phương án mặt kỹ thuật nhằm tìm phương án hợp lý đảm bảo cung cấp điện kinh tế hiệu Việc lựa chọn phương án nối dây mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: Công suất yêu cầu phụ tải lớn hay nhỏ hơn, số lượng phụ tải nhiều hay ít, vị trí phân bố phụ tải, mức độ yêu cầu đảm bảo cung cấp điện liên tục, đặc điểm khả cung cấp điện nhà máy điện, vv… Những yêu cầu chủ yếu mạng - Các sơ đồ mạng điện cần phải có chi phí nhỏ - Đảm bảo độ tin cậy chất lượng cao điện cung cấp cho hộ tiêu thụ - Đảm bảo an toàn người thiết bị - Sơ đồ an toàn vận hành, khă phát triển tương lai tiếp nhận phụ tải Để thực yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cho hộ loại I, cần đảm bảo dự phòng 100% mạng điện, đồng thời dự phòng tự động Vì để cung cấp điện cho hộ tiêu thụ loại I sử dụng đường dây mạch hay mạch vòng Đối với hộ tiêu thụ loại II, nhiều trường hợp cung cấp điện đường dây mạch hai đường dây riêng biệt.Nhưng cung cấp điện cho hộ tiêu thụ loại II đường dây không mạch, thời gian sửa chữa cố đường dây không ngắn Đối với hộ tiêu thụ loại III cung cấp điện đường dây mạch • Trên sở phân tích đặc điểm nguồn cung cấp điện phụ tải, vị trí chúng, có phương án dự kiến hình a; b; c; d; e Phương án A II I s s III s VI N s IV V s s Phương án B II I s s III s VI N s IV s V s Phương án C II I s s III s VI N s IV V s s Phương án D II I s s III s VI s N V s IV s Phương án E II I s s III s VI N s IV V s s CHƯƠNG II TÍNH TOÁN KINH TẾ KĨ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KĨ THUẬT PHƯƠNGÁN A II I s s III s VI N s IV V s s đường dây ch ều dài (km) Công suất (MW) N-1 N-2 N-3 N-4 N-5 N-6 50 50 36,05 22,36 22,36 41,23 30+j18, 25+j15,5 35+21,7 40+j24,8 30+j18,6 45+j27,9 1.Lựa chọn điện áp tải điện Lựa chọn hợp lý cấp điện áp định mức nhiệm vụ quan trọng thiết kế mạng điện điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến tiêu kinh tế kĩ thuật mạng Điện áp mạng điện thiết kế chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện Điện áp định mức sơ mạng điện xác định theo giá trị công suất đường dây mạng điện Có thể tính điện áp định mức đường dây theo công thức thực nghiệm: U = 4,34 L + 16.P Trong đó: L: Khoảng cách truyền tải, km P: Công suất truyền tải đường dây, MW , kV Điện áp tính đoạn đ ờng d ây đoạn N-1 : UN-3 = 4,34 = 99,91 kV đoạn N-2 : UN-3 = 4,34 = 92,07 kV đoạn N-3 : UN-4 = 4,34 = 105,96 kV đoạn N-4: UN-4 = 4,34 = 111,69 kV đoạn N-5: UN-5 = 4,34 = 97,27 kV đoạn N-6: UN-6 = 4,34 = 119,74 kV Từ kết nhận ta thấy 70 kV ≤ U ≤ 150 kV nên chọn điện áp định mức Uđm = 110 kV Lựa chọn tiết diện dây dẫn việc chọn tiết diện dây dân phải phụ thuộc vào hai yếu tố tiêu kĩ thuật kinh tế mặt kĩ thuật tiết diện dây dẫn phải thỏa mãn yêu cầu phát nóng,tổn thất điện áp,tổn thất vầng quang điện, độ bền khí, ổn định động, ổn định nhiệt mặt kinh tế dây dẫn đựoc chọn cho giá thành tối ưu a.Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế kiểm tra điều kiện phát nóng Với mạng điện khu vực, tiết diện dây dẫn chọn theo mật độ dòng kinh tế dòng điện, tức là: I max Fkt = J kt Trong đó: Fkt :Tiết diện kinh tế đoạn dây, mm2 Imax : Dòng điện chạy đường dây chế độ phụ tải cực đại, A Jkt : Mật độ kinh tế dòng điện, A/mm2 Dòng điện chạy đường dây chế độ phụ tải cực đại xác định theo công thức: S max Imax = n 3.U dm 10 P +Q ,A 10 Hay Imax = n 3.U dm ,A n :Số mạch đường (dây đơn n = 1, dây kép n = 2) Uđm : Điện áp định mức mạng điện, kV Smax : Công suất chạy đường dây phụ tải cực đại, MVA Đối với đường dây 110kV, để không suất tổn thất vầng quang dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F ≥ 70 mm2 Với đoạn đường dây N-1 IN-1 = 103 = 103 = 185,26 (A) FN-1 = = = = 168,42 (mm2) Chọn dây AC-150 Icp =445 Đường dây N-1 có mạch nên không xét cố đứt dây Ở tr ường hợp d ây có hai mạch ta tính dòng điện m ạch có cố đứt m ạch sau kiểm tra xem dòng điện có cố có nhỏ Icp không sau định có sử dụng loại dây không Với đoạn đường dây N-2 : IN-2 = 103 = 1000 = 77,19 (A) FN-2 = = = 70,17 (mm2) Chọn d ây AC- 70 Icp = 265 Nếu ngừng mạch đường dây dòng điện chạy mạch lại bằng: I2sc = 2.IN-2 = 2.77,19 = 154,38 (A) I2sc =154,38 < 0,88Icp =233,2 Thỏa mãn điều kiện phát nóng Với đoạn đường dây N-3 : IN-3 = 103 = 1000= 216,14 (A) FN-3 = = = 196,49 (mm2) ch ọn d ây AC- 185 Icp=510 Với đoạn đường dây N-4 : IN-4 = 103 = 1000 = 247,02 (A) FN-4 = = = 224,56(mm2) ch ọn AC - 240 Icp = 610 Với đoạn đường dây N-5 : IN-5 = 103 = 1000 = 92,63 (A) FN-5 = = = 84,21 (mm2) ch ọn AC Icp= ch ọn d ây AC - 95 Icp=330 Nếu ngừng mạch đường dây dòng điện chạy mạch lại bằng: I5sc = 2.IN-5 = 2.92,63 = 185,26 (A) I5sc =185,26