Thiết kế mạng điện 110KV

Thiết kế mạng điện 110KV

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110KV

GVHD: TS Nguyễn Đoàn Quốc Anh Lớp:13040103

TP.Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2016

MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

CHƯƠNG 1: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

CHƯƠNG 2: DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KĨ THUẬT

CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHI TIẾT CHO MẠNG ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP

2 Tính toán các thông số MBA

CHƯƠNG 5: BÙ KINH TẾ TRONG MẠNG ĐIỆN

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CHÍNH XÁC CÔNG SUẤT KHÁNG VÀ TÍNH TOÁN PHÂN BỐ THIẾT BỊ BÙ

CƯỠNG BỨC

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐIỆN

CHƯƠNG 8: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN

TRẠNG LÀM VIỆC CỦA MẠNG ĐIỆN

CHƯƠNG 9: TỔNG KẾT CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KĨ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN

PHẦN MỞ ĐẦU PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI



Phụ tải điện là số liệu ban đầu để giải quyết những vấn đề tổng hợp kinh tế

kĩ thuật phức tạp khi thiết kế mạng điện Xác định phụ tải điện là giai đoạn đầu tiên khi thiết kế hệ thống nhằm mục đích vạch ra sơ đồ, lựa chọn, và kiểm tra các phần tử của mạng điện như máy phát, đường dây, máy biến áp và các chỉ tiêu kinh

tế kĩ thuật Vì thế công tác phân tích phụ tải chiếm một vị trí hết sức quan trọng cần được thực hiện một cách chu đáo.

Việc thu thập số liệu về phụ tải chủ yếu là để nắm vững vị trí và yêu cầu cùa các hộ tiêu thụ lớn, dự báo nhu cầu tiêu thụ, sự phát triển của phụ tải trong tương lai Có nhiều phương pháp dựa trên cơ sở khoa học để xác định phụ tải điện.

Ngoài ra cũng cần phải có những tài liệu về đặc tính của vùng, dân số và mật độ dân số, mức sống của dân cư trong khu vực, sự phát triển của công nghiệp, giá điện các tài liệu về khí tượng, địa chất, thủy văn, giao thông vận tải Những thông tin này có ảnh hưởng đến dự kiến về kết cấu sơ đồ nối dây của amng5 điện

sẽ được chọn.

Căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện, phụ tải phân ra làm ba loại:

Loại một: bao gồm các phụ tải quan trọng Việc ngưng cung cấp điện cho các phụ tải này có thể gây nguy hiểm cho tính mạng con người, thiệt hại đến sản xuất, ảnh hưởng đến an ninh quốc phòng Vì phải đảm bảo liên tục cung cấp điện nên các đường dây phải bố trí sao cho vẫn đảm bảo cung cấp ngay cả khi sự cố trong mạng điện Chú ý rằng không phải tất cả các thành phần tiêu thụ điện trong phụ tải đều yêu cầu phải cung cấp điện liên tục vì có thể cắt bớt một phần nhỏ các thành phần không quan trọng của phụ tải để đảm bảo cung cấp trong trường hợp

Loại ba: bao gồm các phụ tải không quan trọng, việc mất điện không gây ra những hậu quả nghiêm trọng Trong trường hợp này không cần phải xem xét đến các phương tiện dự trữ để đảm bảo cung cấp.

Tuy phân ra làm ba loại phụ tải nhưng khi nghiên cứu sơ đồ nên tận dụng các điều kiện đảm bảo mức độ cung cấp điện cao nhất có thể được cho tất cả các phụ tải trong đó kể cả các phụ tải loại ba.

Thời gian sử dụng công suất cực đại cho các phụ tải chủ yếu sản xuất như sau:

- 1 ca thì = 24003000 giờ/năm

- 2 ca thì = 30004000 giờ/năm

- 3 ca thì = 400077000 giờ/năm Ngoài ra theo sự phát triển của sản xuất và của hệ thống điện mà việc xác định phải xét một cách toàn diện liên quan đến quy luật phát triển của phụ tải.

Công suất phụ tải dùng để tính toán thiết kế không phải là tổng công suất đặt của các thiết bị trong xí nghiệp, nhà máy, thiết bị gia dụng mà phải kể dến hệ

số sử dụng vì không phải tất cả các máy móc đều được sử dụng cùng một lúc mà phụ thuộc vào quá trình công nghệ Nhiều phương pháp để xác định phụ tải tính toán qua các hệ số dựa vào kinh nghiệm hay dựa vào thống kê được đưa ra nhằm

có được số liệu tin cậy ban đầu dùng cho thiết kế Phụ tải tiêu thụ điện thay đổi theo đồ thị phụ tải và số liệu dùng cho tính toán là phụ tải cực đại được coi như phụ tải tính toán , vào thời gian thấp điểm phụ tải có trị số

Ngoài ra do phụ tải cực đại của các phụ tải trong vùng có sự phân tán nghĩa

là xảy ra không đồng thời nên khi xác định phụ tải tổng của toàn mạng điện phải xét đến hệ số đồng thời từ đó ước tính được khả năng của nguồn cung cấp.

Trong thiết kế môn học thường chỉ thiết kế cho một nhà máy điện cung cấp điện cho phụ tải trong vùng và chỉ yêu cầu thiết kế từ thanh góp cao áp của trạm tăng áp của nhà máy điện trở đi, nên cũng không cần phân tích về nguồn cung cấp điện Tuy vậy cũng có thể giả thiết về một loại nguồn cung cấp để giới thiệu cho đồ án Nguồn đó có thể là lưới điện quốc gia mà mạng điện sắp được thiết kế được cung cấp từ thanh góp của hệ

thống, nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện, giả thiết về nguồn nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện, thủy năng sẵn có đối với nhà máy thủy điện

Nguồn điện được giả thiết cung cấp đủ công suất tác dụng theo nhu cầu của phụ tải với một hệ số công suất được quy định Điều này cho thấy nguồn có thể không cung cấp đủ yêu cầu về công suất kháng và việc đảm bảo nhu cầu điện năng phản kháng có thể thực hiện trong quá trình thiết kế bằng cách bù công suất kháng tại các phụ tải mà không cần phải tải đi từ nguồn

6

Theo đề bài đã cho ta có các số liệu ban đầu như sau:

Nguồn điện

- Đủ cung cấp cho phụ tải với

- Điện áp thanh cái cao áp:

1,1 lúc phụ tải cựa đại1,05 lúc phụ tải cựa tiểu lúc sự cố

CHƯƠNG 1: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

I MỤC ĐÍCH:

Cân bằng công suất trong hệ thống điện trước hết là xem xét khả năngcung cấp điện và tiêu thụ trong hệ thống có cân bằng không Sau đó sơ bộ định thức vận hành cho từng máy điện Trong các chế độ vận hành lúc cực đại,lúc cực tiểu hay chế độ sự cố dựa vào khả năng cấp điện của từng nguồn điện Cân bằng công suất nhằm ổn định chế độ vận hành của hệ thống điện

Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ tần số bình thường trong

hệ thống Để giữ được điện áp bình thường người ta cần phải có sự cân bằngcông suất phản kháng ở hệ thống nói chung và khu vực nói riêng Mặc khác

sự thay đổi điện áp cũng ảnh hưởng đến thay đổi tần số và ngược lại

Để đơn giản bài toán, ta coi sự thay đổi công suất tác dụng P ảnh hưởng chủ yếu đến tần số, còn sự cân bằng công suất phản kháng Q ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp Cụ thể là khi nguồn phát không đủ công suất P cho phụ tải thì tần số bị giảm đi, và khi thiếu công suất Q thì bị sụt áp và ngược lại

II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

Chất lượng điện năng được thể hiện ở tần số, cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống

Trong quá trình truyền tải không tránh khỏi tổn thất điện năng do dây dẫn phát nóng, rò điện, tổn thất vầng quang Nên để đảm bảo được công suấttrong hệ thống, ta cần phải cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống và được biểu diễn bằng biểu thức sau:

∑ PF = m ∑ Ppt + ∑∆ Pmd + ∑ Ptd + ∑ Pdt (1.1)

Với :

• ∑PF : Tổng công suất tác dụng phát ra do các nhà máy phát điện của các

nhà máy trong hệ thống

8

• ∑∆Pmd : Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến

- Nhà máy nhiệt điện 3 –7 %

- máy thủy điện 1 – 2%

b, Công suất dự trữ cuả hệ thống bao gồm:

- Dự trữ sự cố: bằng công suất của tổ máy lớn nhất

- Dự trữ tải: (2 - 3)% phụ tải tổng

- Dự trữ phát triển

∑Pdt = (10 - 15)%.m.∑PptTheo phạm vi đồ án, giả thiết nguồn điện đủ cung cấp hoàn toàn cho nhucầu công suất tác dụng và chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áptăng áp của nhà máy điện nên bỏ qua ∑Ptd và ∑Pdt

Biểu thức (1.1) viết lại như sau:

Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệthống Cân bằng công suất phản kháng được biểu bằng công thức sau:

∑ QF + Qbù∑ = m ∑ Qpt + ∑∆ QB + ( ∑∆ QL - ∑∆ QC) + ∑ Qtd + ∑ Qdt(1.2)Trong đó :

o ∑QF = tg

lượng

o ∑∆QB = (8-12%)∑Spt

Với mạng điện 110kV trong tính toán sơ bộ có thể coi tổn thất công suấtkháng trên cảm kháng đường dây bằng công suất phản kháng do điện dungđường dây cao áp sinh ra: ∑∆QL = ∑∆QC

Ta bù theo nguyên tắc sau:

 Ưu tiên bù cho phụ tải ở xa nguồn

 Bù cho phụ tải có cos thấp

= 13(tan((0.76)) tan((0.93))= 5.98( MVAr)

= 28(tan((0,8)) tan((0,93))= 9.93( MVAr)

Do lượng chỉ là 35,94 MVAr nên ta chọn bù tại 2 vị trí phụ tải 1,4, 5, 6 có

Q(MVAr)

L (km)

CHƯƠNG 2: DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KĨ THUẬT

Những vấn đề đầu tiên cần được giải quyết là lựa chọn sơ đồ nối dây của amng5 điện, lựa chọn điện áp tải điện

Theo đề tài đã cho cấp điện áp của mạng điện là 110kV, nên trong phần này ta cần kiểm tra lại cấp điện áp của mạng có phù hợp với công suất tải và khoảng cách truyền tải dựa vào công thức:

II CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN:

Sơ đồ nối dây của mạng điện phụ thuộc nhiều yếu tố: số lượng phủ tải, vị trí phụ tải, mức độ liên tục cung cấp điện, công tác vạch tuyến, sự phát triển củamạng điện

Theo dề bài cho, mạng điện cần thiết kế gồm có 6 phụ tải trong đó:

Phụ tải 1, 2, 5, 6 : không yêu cầu cung cấp điện liên tục

Phụ tải 3,4: yêu cầu cung cấp điện liên tục

= - = 26 – 4.38 = 21.62 (MV)

= - = 19.5 – 3.44 = 16.06 (MV)

 = 21.62 + 16.06j (MVA)Tải 3 và 4 mắc liên thông lộ kép :

18

1 I 4869.86 Tia Vòng Tia

Qua bảng số liệu so sánh 6 phương án, ta thấy như sau:

Phương án II, IV, V, VI: có lớn nên không chọn

Vậy ta chọn phương án I, III để tính

1 PHƯƠNG ÁN SỐ 1:

Hình 1.1 Lựa chọn tiết diện dây:

Đối với mạng điện truyền tải cao áp, chọn dây thao mật đồ dòng kinh tế

Mật độ dòng kinh tế là số ampe lớn nhất chạy trong 1 đơn vị tiết diện khinh tế của dây dẫn Dây dẫn được chọn theo thì mạng điện vận hành kinh tế nhất, tức thỏa mãn kinh tế nhất, thỏa mãn chi phí tính toán hàng năm là thấp nhất

= =

- Mật độ dòng kinh tế không phụ thuộc vào điện áp mạng điện

- tỉ lệ nghịch với điện trở suất nếu dây dẫn có bé thì lớn và ngược lại

Các tải có chung T max = 5500h Tra bảng mật độ dòng điện kinh tế: j kt = 1 A/mm 2

1.1.1 Chọn tiết diện dây dẫn cho mạch vòng N-3-4-N:

Đoạn N-3:

= = 19.38 (MW)

20

Chọn tiết diện dây theo tiêu chuẩn, với nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh lúc chế tạo là 25 và nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế là 40 với hệ số điều chỉnh nhiệt độ : k = 0.81

Bảng dòng điện cho phép của dây dẫn đoạn N-3, 3-4, N-4 với k = 0.81

Thỏa điều kiện => Dây làm việc bình thường.

Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự cố: Do đường dây dây liên kết mạch vòng nên khi đứt 1 khoảng trở thành mạng hở, nhánh dây còn lại phải tải toàn bộ dòng điện phụ tải còn gọi là dòng điện cưỡng bức , nên ta phải kiểm tra lại cả 2 trường hợp:

== 267.77 (A) < => thỏa điều kiện sự cố

== 97.2 (A) < => thỏa điều kiện sự cố

22

TH2: Đứt đoạn dây N-4

Hình

== 267.77 (A) < => thỏa điều kiện sự cố

== 170.58 (A) < => thỏa điều kiện sự cố

1.1.2 Chọn tiết diện dây dẫn cho lộ đơn mạch tia N-1, N-2, N-5,

N-6:

Hình

= = = 89.8 (A) => chọn dây AC-95

= = = 89.6 (A) => chọn dây AC-95

= = = 196.81 (A) => chọn dây AC-240

= = = 183.7 (A) => chọn dây AC-240

Bảng chọn tiết diện dây: với k =0.81

Số

lộ

Mã hiệu dây

Chiều dài (Km)

HìnhCác khoảng cách:

== 5 + 3.5= 8.5 (m)

= == 8.06 (m)

=== 4.27 (m)

== = 6.64 (m)Đoạn N-1, N-2 sử dụng dây AC-95 có 6 sợi nhôm và 1 sợi thép (PL2.5), đường kính ngoài là d = 13.5 mm (PL 2.1) => r = 6.75 mm

Chiềudài (Km)

∆== = 0.066 (MW)

Trường hợp sự cố:

Khi đứt một đoạn dây trên mạch vòng N-3-4-N thì dây phía còn lại tải toàn bộ dòng phụ tải, khi đó ta có dòng cưỡng bức phải nhỏ hơn so với dòng cho phép, ta xét trường hợp đứt nặng nhất N-3

Công suất cuối tổng trở trên đoạn N-4:

= + (∆∆)= 13 + 10.35j + 0.38 + 0.51j = 13.38 + 10.86j (MVA)Công suất nguồn cung cấp:

Công suất nguồn cung cấp:

= - j=(27.62+27.33j) - j= 27.62+ 26.65j (MVA)

32

Kiễm tra kĩ thuật :

= - j=(28.37+21.71j) - j= 28.37+ 21.24j (MVA)

Kiễm tra kĩ thuật :

Lúc bình thường ∆= 2.88% <10% (đạt)

Do đường dây mạch đơn tia nên không xét đến trường hợp sự cố.

∆P (MW)

∆Q (MVAr)

Chuỗi sứ đường dây 110kV gồm 8 bát sứ Điện áp trên chuỗi sứ thứ nhất có treo với dây dẫn bằng khoảng 21% điện áp E giữa dây và đất (E=) hay = 21%

Hiệu suất chuỗi sứ:

34