Đồ án lưới điện chuyên

Sơ đồ Graph hoàn chỉnh Theo yêu cầu cung cấp điện đén 5 hộ phụ tải và vi trí trí của chúng sơ với nguồn cungcấp ta đưa ra các phương án đi dây sao cho hợp lý và tiết kiệm... Tỷ lệ: 12km

PHẦN I:LƯỚI ĐIỆN

I) DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN ĐI DÂY THEO YÊU CẦU CẤP ĐIỆN

1.1. Sơ đồ Graph hoàn chỉnh

Theo yêu cầu cung cấp điện đén 5 hộ phụ tải và vi trí trí của chúng sơ với nguồn cungcấp ta đưa ra các phương án đi dây sao cho hợp lý và tiết kiệm

Theo sơ đồ vị trí nguồn điện và phụ tải cho trước ta xác định được:

Số nút: n =7 (nút) và số cành nối giữa các nút: S = C72 = 21 cành

Số cây được thành lập: C = nn-2 = 77-2 = 16807 cây

Ta xây dựng sơ đồ graph toàn phần : nối tất cả các điểm lại với nhau, ta được

sơ đồ Graph toàn phần

Tỷ lệ: 12km trên 1 đơn vị chiều dài

Sơ đồ GRAPH hoàn chỉnh

Với tỷ lệ xích cho trước là 12km/1 đơn vị chiều dài (12:1) ta xác định được khoảngcách giữa hai điểm nút của mạng trên sơ đồ là:

Lij = (km)Tính toán các thông số với công thức trên ta có được khoảng cách các điểm nút được ghitrong bảng sau:

Đoạn Ký hiệu Khoảng cách Đoạn Ký hiệu Khoảng cách

Kết quả thu được như sau:

Tỷ lệ: 12km trên 1 đơn vị chiều dài

Tổng chiều dài của cây bao trùm nhỏ nhất là:

L∑ = N1B + BC+ CE + N2C + N2A + AD = 49,5 + 53,7 + 37,95 + 60 + 50,9 + 64,6

= 316,65(km)

1.2. Đề xuất 2 phương án đi dây cho mạng diện trên cơ sở cây bao trùm nhỏ nhất và

yêu cầu cung cấp điện.

Các yêu cầu chính đối với mạng điện:Cung cấp điện liên tục Đảm bảo chất lượng điệnnăng Đảm bảo thuận lợi cho thi công, vận hành, có tính linh hoạt cao.Đảm bảo an toàn chongười và thiết bị Đảm bảo chất lượng về kinh tế

Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của nguồn điện, các hộ phụ tải cũng như vị tríđịa lý của chúng.Ta có các phụ tải A;D;E đều có phụ tải loại I nên phải được đảm bảo việccung cấp điện liên tục.Vì vậy, ta phải cung cấp điện cho các phụ tải này ít nhất từ hai phíahoặc lộ kép theo tính chất phụ tải và yêu cầu thiết kế mạng điện tối ưu nhất, để cả hai loạiphụ tải không bị mất điện ta đi xây dựng hai phương án đi dây theo sơ đồ phương án I vàphương án II từ hai phương án đó ta có thể so sánh và chọn một phương án phù hợp nhấtđảm bảo được tính kinh tế - kỹ thuật

Ta xây dựng được 2 phương án như sau:

Phương án II

Tổng chiều dài đi dây của phương án II là:

L2 = N1B + BC+ CE + N2E + N2A + AD + N1D

= 49,5 + 53,7 + 37,95 + 80,5 + 50,9 + 64,6 + 76,84 = 413,94(km)

II) LỰA CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP ĐỊNH MỨC CỦA LƯỚI

2.1 Tính toán các thông số của phụ tải.

Dựa vào thông số của phụ tải ta cần tính toán:

Công suất phản kháng cực đại của phụ tải: Qmaxi = Pmaxi.tgφ (MVAr)

Công suất phản kháng cực tiểu của phụ tải: Qmini = Pmini.tgφ (MVAr)

Trong đó: Pmaxi: công suất tác dụng lớn nhất của phụ tải (MW)

Pmini : công suất tác dụng nhỏ nhất của phụ tải (MW)Khi tg = 1: là công suất tác dụng cực đại và cực tiểu của phụ tải thứ i

tgφi = với là góc lệch pha giữa U và I của phụ tải thứ i

• Công suất cực đại của phụ tải thứ i: Smaxi = + j (MVA)

• Công suất cực tiểu của phụ tải thứ i: Smini = + j (MVA)

• Công suất của phụ tải sau khi loại bỏ phụ tải loại III: Ssci = Smaxi - i% Smaxi (MVA)Trong đó: i% là phần trăm phụ tải loại III sau khi tính theo phụ tải loại I và loại II của phụtải thứ i

2.1.1 Tính toán cho phụ tải tại nút A.

Công suất tác dụng cực đại phụ tải loại I: PmaxAI = 22 (MW)

Công suất tác dụng cực tiểu phụ tải loại I: PminAI = 16 (MW)

cosφ = 0.88, ta tính được tgφA = = 0,54

QmaxA = PmaxA.tgφA = 22 0,54 = 11,88 (MVAr)

QminAI = PminA.tgφA = 10 0,75 = 8,64 (MVAr)

SmaxA = PmaxA + jQmaxA = 22+ j11,88 (MVA)

SminA = PminA + jQminA = 16 + j8,64 (MVA)

Công suất của phụ tải sau khi loại bỏ phụ tải loại III:

SscA = SmaxA - i% SmaxA

= 22+ j11,88 - (30/100) (22+ j11,88 ) = 15,4 + j8,26 (MVA)

2.1.2 Tương tự ta tính được công suất phụ tải các nút B;C;D;E

Ta có bảng tổng hợp kết quả tính công suât tại các nút phụ tải:

5,04

13,6 +j8,432 Theo số liệu đề bài: thời gian sử dụng công suất lớn nhất và hệ số công suất của cácphụ tải là khác nhau vì vậy, ta tính được giá trị trung bình của chúng (Tmax và cosφ), để tiệncho việc tính toán gọi là: T và cosφ

Ta có:

5500.205000.154500.205000.154000

22

++++

++

++

= 4760,87 (h)

85,0.209,0.1575,0.208,0.1588,0

22

++++

++

++

= 0,835

Trong đó: Pmaxi là công suất tác dụng lớn nhất của phụ tải thứ i

n là số phụ tải, còn cos là hệ số công suất của phụ tải thứ i

2.2 Phân bố công suất cho mạng điện theo chiều dài đường dây.

Để xác định điện áp mạng ta cần phải xác định sự phân bố trên đường dây vì sự phân

bố công suất sơ bộ

Giả sử mạng ta đang xét là mạng đồng nhất nghĩa là tỉ số Ro/Xo như nhau trên tất cảcác đoạn đường dây Chiều dài công suất như hình vẽ Với quy ước công suất đi vào các nútmạng là (+) đi ra nút mạng là (-), bỏ qua tổn thất

Phân công suất theo từng phương án như sau ở chế độ S = Smax

2.2.1 Phương án 1

Ta có sơ đồ thay thế:

n i i

S5 = Sd + Sa = 15 + j7,2 + 22+ j11,88 = 37 + j19,08 (MVA)

4)

()42

.(

l l l

l Se Sc l

l

Sb

++

+++

)60).(

4,1220j16(2060)3,7j11,25).(5(15

++

+++++

Giả sử chiều phân bố công suất như hình vẽ là chiều dương

n i i

S1= 1 2 3 4

)432.(

)43.(

4

l l l l

l l l Sb l

l Sc

l

Se

+++

+++

++

)80,537,953,7

j11,25).(5(15

80,5)(37,95

j16)(205j12,4).80,

(20

++

+

++

+++

++++

7

l l

l

l l Sd

l

Sa

++

++

= 76,84 64,6 50,9

)9,506,64).(

2,715(9j11,8).50,(22

++

++

Sphu tải = SA + SB + SC + SD + SE = 92 + j58,73 (MVA)

Như vậy: ∑ Snguon = ∑ Sphutai

2.3 Xác định cấp điện áp theo các công thức kinh nghiệm và lựa chọn cấp điện áp tiêu chuẩn.

Vì điện áp định mức ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu về kinh tế cũng như các đặctrưng kỹ thuật của mạng điện, và phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên việc lựa chọn điện áp địnhmức rất quan trọng

Để lựa chọn điện áp định mức theo công thức Still (Mỹ):

Vậy điện áp cần chọn ở đoạn 1 là: 110 (kV)

Tính toán tương tự cho các đoạn còn lại ta có bảng thống kê kết quả các đường dây:

Công

III) XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT TRUYỀN TẢI VÀ LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN

Công việc lựa chọn tiết diện dây dẫn là yếu tố rất quan trọng trong vân hành cung cấpđiện, nó ảnh hưởng đến kinh tế và chất lượng điện năng vì thế cần lựa chọn tiết diện dâydẫn sao cho thỏa mãn hai yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật

Yêu cầu kỹ thuật:

• Chi phí cải tạo phục hồi theo định kỳ

• Chi phí tổn thất điện năng

• Với mạng điện cao áp ta cần quan tâm đến kinh tế là chủ yếu nên tìm dòng lớn nhất

Imax chạy trên đường dây với công suất cực đại Smax truyền trên đường dây Muốn tìm

Imax, Áp dụng công thức: Imaxi = 103 = 103(A)

Với: Imax là dòng lớn nhất chạy qua dây thứ i

Pi,Qi là công suất tác dụng, phản kháng lớn nhất qua dây dẫn thứ i

3.1 Xác định dòng điện lớn nhất chạy qua mỗi đường dây

Với công thức: Imaxi = 103 = 103 (A)

ta xác định được dòng điện lớn nhất chạy qua mỗi đường dây với từng phương án

3.2 Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế

Dây dẫn lựa chọn là dây nhôm lõi thép (AC) là loại dây dẫn có độ dẫn điện tốt,đảmbảo độ bền cơ học cao,sử dụng ở mọi cấp điện áp và được sử dụng rộng rãi trong thực tếTìm tiết diện cảu dây dẫn thông qua dòng điện lớn nhất chạy qua dây dẫn (Imax) và mật

độ dòng điện kinh tế (Jkt) Sau đó chọn lại tiết diện theo tiết diện tiêu chuẩn

Tính tiết diện theo mật độ dòng kinh tế là:

ax

I m F

I max: Dòng điện cực đại đường dây chế độ làm việc bình thường

Từ tính toán ở trên ta có giá trị trung bình của thời gian sử dụng công suất lớn nhất:

TmaxTB = 4867,52 (h)Tra bảng 44 trang 234 sách Mạng lưới điện của T.S Nguyễn Văn Đạm ta có: mật độ kinh tế

Jkt=1,1 A/mm2

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức:

ax

I m

F kt

J kt

=

Ta tiến hành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang , độ bền

cơ của đường dây và điều kiện phát nóng của dây dẫn:

-Để không xuất hiện hiện tượng vầng quang trên các dây dẫn AC, đối với mức điện áp 110kV thì các dây nhôm lõi thép phải có tiết diện Fdd≥70mm2

- Độ bền cơ của đường dây trên không thường được phối hợp với các điều kiện về vầng quang của dây dẫn cho nên không cần kiểm tra về độ bền cơ học của dây dẫn

- 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

sc < cp

Trong đó: Isc là dòng điện của dây dẫn trong chế độ sự cố

Icp là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dòng điện, phụ thuộc vào bản chất và tiết diện dây dẫn

.103 =

3 2 2

10.110.3

2,182,

= 124,5 (A)

Fkt1 = Imax1/Jkt = 124,5/1,1 = 113,2 (mm2)

Chọn loại dây dẫn AC-120

Tính toán tương tự cho các đoạn đường dây còn lại ta lập bảng tổn hợp kết quả tínhtoán chon tiết diện dây dẫn của phương án 1

Nếu: Icp > Isc : dây dẫn được chọn thỏa mãn

Icp < Isc: dây dẫn ta chọn không thỏa mãn ta phải chọn lại dây dẫn sao cho Icp >Isc

+ Kiểm tra dây dẫn khi xảy ra sự cố:

Khi xảy ra sự cố phụ tải loại III phải cắt ra khỏi lưới để đảm bảo đủ công suất cho cácphụ tải loại I và II vì vậy khi tính toán xảy ra sự cố , ta sử dụng công suất của phụ tải saukhi đã loại đi phụ tải loại III

Ssc2 = SscB = 10,5 + j 8,4375 (MVA)

Ssc3 = SscE = 13,6 + j8,432 (MVA)

Ssc4 = Ssc2 + Ssc3 + SscC

= 10,5 + j 8,4375 + 13,6 + j8,432 + 14 + j11,2 = 38,1 + j28 (MVA)Ssc6 = SscD = 10,5 + j5,04 (MVA)

Ssc2 = Ssc3 + SscC = 13,6 + j8,432 + 14 + j11,2 = 27,6 + j19,632 (MVA)

Ssc1 = Ssc2 + SscB = 27,6 + j19,632 + 10,5 + j 8,4375 = 38,1 + j28 (MVA)

Với giả thiết như trên ta có bảng công suất truyền tải lớn nhất trên các đoạn đường dây :

Đường dây (km) Công suất truyền tải(MVA)

max

103 = 3.110

281,38

103 = 248,2 (A)Tính tương tự với các đoạn đường dây còn lại ta được kết quả sau:

Imaxi (A)

Tiết diệnkinh tế

Fkt(mm2)

Loại dây Icp (A) Isci (A) Ghi chú

l2 = BC = 53,7 36,5 33,2 AC-70 265 177,8 Icp>Isc2

Ta thấy dòng điện sự cố xảy ra trên các đương dây dều nhỏ hơn dòng điện cho phép, do vậy loại dây đã chọn đã đảm bảo yêu cầu kĩ thuật của lưới điện.

1max

.103 =

3 2 2

10.110.3

8,216,

29 +

= 192,95 (A)

Fkt1 = Imax1/Jkt = 192,95/1,1 = 175,4 (mm2)

Chọn loại dây dẫn AC-185

Tính tương tự cho các đoạn đường dây còn lại, ta lập được bảng tổng hợp kêt quả tínhtoán tiêt diện dây dẫn trên các đoạn đường dây theo mật độ dòng kinh tế

Nếu: Icp > Isc : dây dẫn được chọn thỏa mãn

Icp < Isc: dây dẫn ta chọn không thỏa mãn ta phải chọn lại dây dẫn sao cho Tcp >Isc

+ Kiểm tra dây dẫn khi xảy ra sự cố:

Khi xảy ra sự cố phụ tải loại III phải cắt ra khỏi lưới để đảm bảo đủ công suất cho cácphụ tải loại I và II vì vậy khi tính toán xảy ra sự cố , ta sử dụng công suất của phụ tải saukhi đã loại đi phụ tải loại III

Từ sơ đồ thay thế ta có:

Ssc6 = SscD = 10,5 + j5,04 ( MVA)

Ssc7 = Ssc6 +SscA = 10,5 + j5,04 + 15,4 + j8,26 = 25,9 + j13,3 ( MVA)Ssc2 = SscB = 10,5 + j 8,4375 ( MVA)

Ssc3 = Ssc2 + SscC = 10,5 + j 8,4375 + 14 + j11,2 = 24,5 + j19,6375 (MVA)Ssc4 = Ssc3 + SscE = 24,5 + j19,6375 + 13,6 + j8,432 = 38,1 + j28 (MVA)

103 (A)+ Đoạn l1 = N1B = 49,5 (km)

103 = 248,2 (A)Tính tương tự với các đoạn đường dây còn lại ta được kết quả sau:

Đường dây Imaxi

(A)

Fkt(mm2)

Loạidây

Icp(A)

Isci (A) Ghi chú

L1 = N1B = 49,5 192,95 175,4 AC-185 510 248,2 Icp >Isc1

L4 = N2E = 80,5 162,94 148,13 AC-150 445 248,2 Icp >Isc4

L7 = N2A = 50,9 129,56 117,78 AC-120 380 152,8 Icp >Isc7

Ta thấy dòng điện sự cố xảy ra trên các đương dây dều nhỏ hơn dòng điện cho phép, do vậy loại dây đã chọn đã đảm bảo yêu cầu kĩ thuật của lưới điện.

IV) SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU.

Tra bảng 2 và 3 (trang 196 & 197) sách mạng lưới điện của Nguyễn Văn Đạm ta có:

Công thức tính tổng trở của đường dây là:

Zi = (roi + jxoi) Li/m

với: roi, xoi: điện trở, điện kháng đơn vị của đường dây i

li: chiều dài đường dây i (km), Zi : tổng trở của đường dây i (Ω )

m : là số lộ của đường dây

4.3 Xác định công suất tự nhiên

Phân bố công suất tự nhiên là phân bố công suât trên đường dây của theo tổng trở Z

Ta giả thiết điện áp tại 2 đầu cung cấp là 110kv và bỏ qua thành phần tổn thất trên cácđoạn đường dây

4.3.1 Phương án 1.

Giả sử chiều phân bố công suất như hình vẽ là chiều dương

)4).(

()32

.(

Z Z Z

Z Se Sc Z

Z

Sb

++

+++

=

j23,4)(7,8

j23,63)(24,7

j20,345)(13,365

)4,238,7).(

4,12201620()4,238,763,237,24).(

++

++

++++

++

Sphu tải = Sa + Sb + Sc + Sd +Se = 92 + j58,73 (MVA)

Như vậy: ∑ Snguon = ∑ Sphutai

4.3.1.2 Khi phụ tải cực tiểu.

Smin6 = SminD = 10+ j4,8 (MVA)

Smin3 = SminE = 16 + j9,9 (MVA)

Smin5 = Smin6 + SminA = 10+ j4,8 + 16 + j8,64 = 26 + j13,44 (MVA)

)4).(

()32.(

Z Z Z

Z Se Sc Z

Z Sb

++

+++

=

= (13,365 j20,345) (24,7 j23,63) (7,8 j23,4)

)4,238,7).(

9,9166,1317()4,238,763,237,24).(

912

(

+++

++

++

++

++

++

= 16,13 + j15,82 (MVA)

Smin2 = Smin1- SminB = 16,13 + j15,82 – 16 -j9 = 0,13 + j6,82 (MVA)

Smin4 = Smin3+ SminC– Smin2 = 16 + j9,9 + 17 + j13,6 –0,13 - j6,82 = 32,87 + j16,7(MVA)

Thử lại: Dựa vào điều kiện cân bằng công suất ta có tổng các công suất nguồn sẽ bằng tổngcông suất các phụ tải

Snguon = S1 + S4 +S5

= 16,13 + j15,82 + 32,87 + j16,7 + 26 + j13,44 = 75 + j45,96 (MVA)

Sphu tải = Sa + Sb + Sc + Sd +Se = 75 + j45,96 (MVA)

Như vậy: ∑ Snguon = ∑ Sphutai = 75 + j45,96 (MVA)

4.3.2 Phương án 2.

4.3.2.1 Khi phụ tải cực đại

Ta có sơ đồ thay thế của mạng điện

Ta có:

)76.(

7

Z Z Z

Z Z Sd

Z

Sa

++

++

= 35,35 j33,8 (29,72 j28,4) (13,74 j20,92)

j20,92)13,74

j28,472

j7,2).(29,(15

j20,92)3,74

j11,88).(1(22

++

++

+

++

++

++

)43.(

4

Z Z Z Z

Z Z Z Sb Z

Z Sc

Z

Se

+++

+++

++

=

)44,329,16()7,165,17()239,16()8,1992,7(

)43239,16).(

25,1115()44,329,167,165,17).(

1620()44,329,16).(

j j

Z Z j j

j j

j j

j

++

++

++

+

++++

++

++

+++

Sphu tải = Sa + Sb + Sc + Sd +Se = 92 + j58,73 MVA)

Như vậy: ∑ Snguon = ∑ Sphutai

4.3.2.2 Khi phụ tải cực tiểu

)43.(

4

Z Z Z Z

Z Z Z Sb Z

Z Sc Z

Se

+++

+++

++

=

)44,329,16()7,165,17()239,16()8,1992,7(

)43239,16).(

916()44,329,167,165,17).(

6,1317()44,329,16

j j

Z Z j j

j j

j j

j

++

++

++

+

++++

++

++

+++

+

= 27,9 + 17,6 (MVA)

Smin2 = Smin1 – Sminb = 27,9 + 17,6 - (16 + j9 ) = 11,9 + j8,6 (MVA)

Smin3 = SminC – Smin2 = 17 + j13,6 – ( 11,9 + j8,6) = 5,1 + j5 (MVA)

Smin5= 5 6 7

)76.(

7

Z Z Z

Z Z Sd Z

Sa

++

++

= 35,35 j33,8 (29,72 j28,4) (13,74 j20,92)

j20,92)13,74

j28,472

j4,8).(29,+

(10j20,92),74

j8,64).(13+

(16

++

++

+

++

++

+

= 10,74 + j5,44 (MVA)

Smin6 = Smin5 -SminD = 10,74 + j5,44 – ( 10 + j4,8) = 0,74 + j0,64 (MVA)

Smin7 = SminA – Smin6 = 16 + j8,64 – ( 0,74 + j0,64 ) =15,26 + j8 (MVA)

4.4 So sánh kinh tế - kỹ thuật và chọn phương án hợp lý.

Khi tính toán, thiết kế mạng lưới điện cần phải đảm bảo yêu cầu về kinh tế và kĩthuật.Mặc dù trên thực tế hai yêu cầu kinh tế và kĩ thuật thường mâu thuẫn nhau, một lướiđiện có chỉ tiêu kĩ thuật tốt, vốn đầu tư và chi phí vận hành cao

Ngược lại, lưới điện có vốn đầu tư, chi phí vận hành nhỏ thì tổn thất cao, cấu trúclưới điện phức tạp, vận hành kém linh hoạt, độ an toàn thấp.Vì vậy việc đánh giá tính toánchỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật của một lưới điện sẽ đảm bảo cho việc đạt chỉ tiêu về kĩ thuật, hợp

Z: Là hàm tính toán chi phí tổn thất hàng năm (đồng).

atc: Hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư ,với lưới điện 110kV thì atc=0,2

avh : Hệ số khấu hao hao mòn vận hành sửa chữa thiết bị,với đường dây trênkhông các cấp điện áp avh = 0,1

Vt: tổng vốn đầu tư xây dựng đường dây

Vt = [Vo + 3(m + 5%.m)b].l (VNĐ)

b= 80.103 giá 1kg đường dây AC

m: trọng lượng 1km dây dẫn (kg/km) tra bảng ta được

C.∆ A= ∆ P.β τ là chi phí tổn thất hàng năm.; ∆ P= 3.Imax2 Ri

β = 1500 (VNĐ/ KWh) giá 1kW điện năng