Đồ án mạng điện CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp điện lực giữ vai trò đặc biệt quan trọng, bởi điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng trong mọi lĩnh vực của ngành kinh tế quốc dân. Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp điện lực giữ vai trò đặc biệt quan trọng, bởi điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng trong mọi lĩnh vực của ngành kinh tế quốc dân.

Lời mở đầu:

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp điện lực giữ vai trò đặc biệt quan trọng, bởi điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng trong mọi lĩnh vực của ngànhkinh tế quốc dân

Khi ta xây dựng một nhà máy, khu dân cư, thành phố, trước tiên, ta phải xây dựng một hệ thống lưới điện để cung cấp điện nhằm mục đích phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất

Khi ta xây dựng một hệ thống lưới điện thì vấn đề thiết kế đống vai trò tối quan trọng, người thiết

kế phải làm sao cho mạng lưới mà mình thiết kế phải đẩm bảo yêu cầu về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật, phải đề ra được phương án tối ưu nhất đạt yêu cầu vễ kỹ thuật và tiết kiệm về mặt kinh tế Để giúp cho ta đạt được những yêu cầu đó, việc nghiên cứu, thực hiện các nhiệm vụ trong phạm vi môn học

"Đồ án mạng điện” sẽ cho ta những kiến thức không nhỏ trong lĩnh vực hệ thống điện

Sau một thời gian tìm tòi, học hỏi, cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo, em đã hoàn thành nội dung

đồ án môn học đã được thầy giao Tuy nhiên với những kiến thức còn hạn chế, chưa có kinh

nghiệm thực tiễn, át hẵn nội dung đồ án môn học mà em đã hoàn thành không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự quan tâm, chỉ bảo của thầy Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, tháng 4/2017Sinh viên thực hiện

Lê Quang Lương

CHƯƠNG 1:

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 Thu thập số liệu và phân tích phụ tải:

- 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 về vị trí và yêu cầu của các hộ tiêu thụ lớn, dự báo nhu cầu tiêu thụ, sự phát triển của phụ tải trong tương lai Sau khi thu thập số liệu và phân tích về phụ tải, ta có bảng số liệu tổng hợp như sau:

Bảng 1.1: Số liệu phụ tải

Nguồn điện

Đủ cung cấp cho phụ tải với cosφ = 0.8

Điện áp thanh cái cao áp:

1.1 Udm lúc phụ tải cực đại1.05 Udm lúc phụ tải cực tiểu1.1 Udm lúc sự cố

Điện Điện áp định mức phía thứ cấp trạm

phân phối (kV)

22 V

1.2 Phân tích nguồn cung cấp điện:

Trong thiết kế môn học chỉ cho một nguồn cung cấp điện cho phụ tải trong vùng Nguồn điện được giả thiết cung cấp đủ công suất tác dụng theo nhu cầu của phụ tải với hệ số công suất là 0.8 Điều này cho thấy nguồn có thể không cung cấp đủ yêu cầu về công suất phản kháng và vì thế mà việc đảm bảo nhu cầu điện năng phản kháng có thể thực hiện trong quá trình thiết kế bằng cách bù công suất phản kháng tại các phụ tải mà không cần phải đi từ nguồn

1.3 Cân bằng công suất trong hệ thống:

- Cân bằng công suất trong hệ thống điện nhằm xét khả năng cung cấp của các nguồn cho phụ tải

thông qua mạng điện.

- Tại mỗi thời điểm phải luôn đảm bảo cân bằng giữa công suất sản xuất và công suất tiêu thụ Mỗi mức cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng xác định một giá trị tần số và điện áp

- Quá trình biến đổi công suất và các chỉ tiêu chất lượng điện năng khi cân bằng công suất bị phá hoại, xảy ra rất phức tạp, vì giữa chúng có quan hệ tương hỗ

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

- Trong mạng điện, tổn thất công suất phản kháng lớn hơn công suất tác dụng, nên khi các máy phátđiện được lựa chọn theo sự cân bằng công suất tác dụng, trong mạng thiếu hụt công suất kháng Điều này dẫn đến xấu các tình trạng làm việc của các hộ dùng điện, thậm chí làm ngừng sự truyền động của các máy công cụ trong xí nghiệp gây thiệt hại rất lớn Đồng thời làm hạ điện áp của mạng

và làm xấu tình trạng làm việc của mạng Cho nên việc bù công suất kháng là vô cùng cần thiết Mục đích của bù sơ bộ trong phần này là để cân bằng công suất kháng và số liệu để chọn dây dẫn

và công suất máy biến áp cho chương sau

- Sở dĩ bù công suất kháng mà không bù công suất tác dụng là vì khi bù công suất phản kháng giá thành kinh tế hơn, chỉ cần dùng bộ tụ điện để phát ra công suất phản kháng Trong khi thay đổi công suất tác dụng thì phải thay đổi máy phát, nguồn phát dẫn đến chi phí tăng lên nên không được hiệu quả về kinh tế

a Cân bằng công suất tác dụng:

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

- Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ thống cần phải phát

công suất bằng công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong các mạng điện, nghĩa là cần thực hiện đúng sự cân bằng 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 định của 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 của hệ thống điện

- Cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống điện Cân bằng công suất trong hệ thốngđược biểu diễn bằng biểu thức sau:

∑PF=m∑Ppt+∑∆Pmd+∑Ptd+∑Pdt

Trong đó:

+ ΣPF: Tổng công suất tác dụng phát ra của các nhà máy điện trong hệ thống

+ ΣPptmax: Tổng phụ tải cực đại của các hộ tiêu thụ

+ m: Hệ số đồng thời (m=1)

+ ΣPmd: Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp

+ ΣPtd: Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện ∑Ptd = 0

+ ΣPdt: Tổng công suất dự trữ Lấy ∑Pdt = 0

- Xác định hệ số đồng thời của một khu vực phải căn cứ vào tình hình thực tế của phụ tải

- Theo tài liệu thống kê thì tổn thất công suất tác dụng của đường dây và máy biến áp trong trường hợp mạng cao áp khoảng 8÷10%

- Ta có: ΣΔPmd = 10% mΣPpt

Công suất tự dùng của các nhà máy điện: Tính theo phần trăm của (mΣPpt + ΣPmd)

+ Nhà máy nhiệt điện 3 ÷ 7%

+ Nhà máy thuỷ điện 1 ÷ 2% Công suất dự trữ của hệ thống:

- Dự trữ sự cố thường lấy bằng công suất của một tổ máy lớn nhất trong hệ thống điện

- Dự trữ phụ tải là dự trù cho phụ tải tăng bất thường ngoài dự báo: 2 - 3% phụ tải tổng

- Dự trữ phát triển nhằm đáp ứng phát triển phụ tải 5 - 15 năm sau.

Tổng quát dự trữ hệ thống lấy bằng 10 - 15% tổng phụ tải của hệ thống Trong thiết kế môn học giả thiết nguồn điện đủ cung cấp hoàn toàn cho nhu cầu công suất tác dụng và chỉ cân bằng từ thanh cáicao áp của trạm biến áp tăng của nhà máy điện nên tính cân bằng công suất tác dụng như sau:

Cân bằng công suất phản kháng:

- Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm Sự cân bằng đòi hỏi không những chỉ đối với công suất tác dụng, mà còn đối với cả công suất phản kháng

- Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp Phá hoại sự cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn đến sự thay đổi điện áp trong mạng điện Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng điện sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm Vì vậy để đảm bảo 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

- Ta có mối quan hệ của công suất tác dụng phản kháng: Qi = Pi×tgφi

Từ các số liệu của phụ tải và của nguồn tính ở trên ta có các công suất phản kháng của nguồn và của các phụ tải như sau:

Bảng 1.2: Công suất tác dụng và công suất phản kháng của nguồn và phụ tải:

+ ΣΔQd: tổng tổn thất công suất kháng trên các đoạn đường dây của mạng điện Với mạng điện

110 kV trong tính toán sơ bộ có thể xem tổn thất công suất phản kháng trên cảm kháng đường dây bằng công suất phản kháng do điện dung đường dây cao áp sinh ra

+ ΣQtd: tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống với ΣQtd

= ΣPtd x tgφtd Vì chỉ tính từ thanh góp cao áp nên ΣQtd = 0

+ ΣQdt: Công suất phản kháng dự trữ của hệ thống với: ΣQdt= 0

- Trong thiết kế môn học, chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của nhà máy điện có thể không cần tính Qtd và Qdt Từ công thức trên có thể suy ra lượng công suất kháng cần bù Nếu dương có nghĩa

hệ thống cần cài đặt thêm thiết bị bù để cân bằng công suất kháng

- Trong phần này ta chỉ xét cung cấp công suất bù cho các phụ tải ở xa nguồn và có hệ số cosφ thấp

hay phụ tải có công suất tiêu thụ lớn Và ta có thể tạm cho một lượng Qbù i ở các phụ tải này sao cho tổng Qbù i bằng QbùƩ Sau đó, ta tính lại công suất biểu kiến và hệ số công suất cosφ mới.

- Tổng công suất tiêu thụ :

∑Qtt=∑Qpt + ∑QB + ∑Qdt = (1 + 0.15 )∑Qpt =1.15 x 95.95= 110.343 MVAr

Ta thấy ∑QF < ∑Qtt, vì vậy ta cần phải đặt thiết bị bù:

∑Qbù= ∑Qtt - ∑QF = 110.343 – 99 = 11.343 MVAr

Như vậy, để cân bằng công suất phản kháng, ta tiến hành bù sơ bộ lượng công suất phản kháng cho

hệ thống là 11.3425 (MVAr) Ta tiến hành bù theo nguyên tắc: Ưu tiên bù cho phụ tải ở xa, cosφ thấp; bù đến cosφ’ = 0.9 ÷ 0.95

- Công suất bù cho phụ tải thứ i được tính theo công thức:

Qbi = Qi – Qi’ = Pi(tgφi + tgφ’i) để ∑Qbi = ∑Qbù

Trên cơ sở đó, ta tiến hành bù như sau:

+Bù cho hộ 3 (ở xa):

Giả sử sau khi bù, cosφ3’ =0.92 => tgφ3’= 0.43

Bảng 1.3: Sau khi bù sơ bộ công suất kháng ta có bảng số liệu phụ tải

Qpt-Qb(MVAr)

S(MVA)

CHƯƠNG 2:

DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT

2.1 Chọn sơ đồ nối dây của mạng điện:

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

- Trong phạm vi đồ án môn học có thể chia ra làm nhiều vùng để cung cấp điện cho các nút phụ tải Đối với phụ tải có nhu cầu cung cấp điện liên tục cần đưa ra phương án đường dây lộ kép hay phương án mạch vòng kín

- Từ bản đồ vị trí nhà máy điện và phụ tải, ta tính được bảng thể hiện khoảng cách như sau:

Bảng 2.1: Khoảng cách giữa nguồn A và các hộ tiêu thụ

Phương án 2:

4 5

Phương án 3:

45

2.2 Tính toán các thông số kỹ thuật:

* Phương án 1:

a Lựa chọn điện áp tải điện:

- Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật, cũng như các đặc trưng kĩ thuật của mạng Vì vậy chọn đúng điện áp định mức của mạng điện khi thiết kế cũng là bài toán kinh tế - kĩ thuật

- Điện áp định mức có thể xác định sơ bộ bằng công thức Still:

Trong đó: P là cống suất truyền tải (MW)

l là chiều dài đường dây truyền tải (km)

Ta có bảng sau:

Bảng 2.2: Điện áp tính toán của các hộ tiêu thụ

Đường dây Công suất truyền tải

Từ số liệu trên, sơ bộ chọn Uđm = 110 KV

b Chọn tiết diện dây dẫn:

- Mạng điện thiết kế là mạng điện khu vực, nên tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế jkt Dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép AC Đối với các đường dây 110 KV, khoảng cách hình học giữa dây dẫn các pha Dtb = 5m

- Với thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 5300h , dây dẫn sử dụng là dây nhôm lõi thép, tra bảng 2.4 (sách TKCMVHTD), ta có jkt = 1

- Tiết diện dây dẫn được xác định bởi công thức:

Fkt = = (mm2)

Trong đó: Smax : công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại

Udm : điện áp định mức của mạng điện (KV)

n: số mạch đường dây , n = 1 (đường dây đơn) , n = 2 (đường dây kép)

- Đối với đường dây 110 KV, để không xuất hiện vầng quang, dây dẫn được chọn cần có tiết diện

F70 mm2.

- Dựa vào công thức tính toán và điều kiện về tiết dây dây dẫn ở mạng khu vực, ta tiến hành tính toán tiết diện và lựa chọn tiết diện dây

+ Đường dây A-1: dây kép

Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại

IA-1 = = = 149.22 (A)

Tiết diện kinh tế của dây dẫn

Fkt A-1 = = = 149.22 (mm2)

Chọn dây AC –150

Tương tự, ta tính toán đói với các đường dây còn lại

Từ các số liệu thu được, ta có bảng sau:

Bảng 2.3: Lựa chọn dây dẫn và các thông số của dây dẫn

Đường dây Dòng điện

tính toán Itt(A)

Tiết diệntính toán Ftt(mm2)

(Ω/km)

ro(Ω/km)

Icp(A)

Trong đó: Pi, Qi là công suất tác dụng, công suất phản kháng của tải trên đường dây thứ i

Ri, Xi là điện trở, điện kháng đường dây i

Uđm là điện áp định mức, Uđm = 110 KV

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

+ Lúc làm việc bình thường: ΔUmax bt % = 10 ÷ 15 %

+ Lúc xảy ra sự cố : ΔUmax sc % = 15 ÷ 20 %

- Đối với những mạng điện phúc tạp, có thể chấp nhận các tổn thất điện áp:

+ Lúc làm việc bình thường: ΔUmax bt = 15 ÷ 20 %

+ Lúc xảy ra sự cố : ΔUmax sc = 20 ÷ 25 %

-Đối với đường dây kép, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trên đường dây bằng:

ΔUi sc % = 2ΔUi bt %

- Từ công thức tính tổn thất điện áp (*), tổn thất điện áp ở các đường dây được tính như sau:

• Lúc làm việc bình thường:

Tổn thất điện áp khi đứt nhánh A-2:

Δ% < Δ% = (15 ÷ 20) % => thỏa mãn điều kiện

Như vậy các dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường và lúc xảy ra sự cố Ta tiếp tục kiểm tra các dây dẫn đã chọn có thỏa mãn điều kiện phát nóng hay không

- Khi kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn, cần thỏa mãn điều kiện:

KIcp Imax Trong đó: K là hệ số điều chỉnh nhiệt độ môi trường

Icp là dòng điện chó phép chạy lâu dài trên dây dẫn

Imax là dòng điện làm việc lớn nhất trên đường dây

Tra bảng 43 (sách TKCMVHTĐ) ta có K = 0.82

+ Nhánh A-1: khi ngừng một mạch của đường dây:

= 2IA-1 = 2 x 149.22 = 298.44 (A)

= 0.82 x 445 = 364.9 (A)

Ta thấy: KIcpA-1 > nên dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

Tính tương tự với nhánh A-2, A-6, 2-3, 6-5

Ta có bảng sau:

Bảng 2.4: Kiểm tra điều kiện phát nóng

Vậy các dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp trong mức cho phép

*Phương án 2: tính toán tương tự phương án 1:

a Lựa chọn điện áp tải điện:

Ta có bảng sau:

Bảng 2.5: Điện áp tính toán của các hộ tiêu thụ

Đường dây Công suất truyền tải

(MVA) Chiều dài đường dây(km) Điện áp tính toán(KV)

Từ số liệu trên, sơ bộ chọn Uđm = 110 KV

b Chọn tiết diện dây dẫn:

Từ các số liệu thu được, ta có bảng sau:

Bảng 2.6: Lựa chọn dây dẫn và các thông số của dây dẫn

Đường dây Dòng điện

tính toán Itt(A)

Tiết diệntính toán Ftt(mm2)

(Ω/km)

ro(Ω/km)

Icp(A)

Δ% < Δ% = (15 ÷ 20) % => thỏa mãn điều kiện

Như vậy, các dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường và lúc xảy ra sự cố

- Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn:

Ta có bảng sau:

Bảng 2.7: Kiểm tra điều kiện phát nóng

A - 6 118.1 217.3

Vậy các dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp trong mức cho phép

*Phương án 3: tính toán tương tự phương án 1:

a Phân bố công suất trên mạch vòng A-5-6:

Giả sử ta sử dụng dây dẫn đồng nhất và cùng tiết diện

Ta có:

ṠA-5 = = = 12.88 + j9.66 (MVA)

ṠA-6 = = = 21.12 + j15.84 (MVA)

Kiểm tra lại:

ṠA-5 + ṠA-6 = 12.88 + j9.66 + 21.12 + j15.84 = 34 + j25.5 = Ṡ5 + Ṡ6 (MVA)

Ṡ5-6 = ṠA-6 – Ṡ6 = 21.12 + j15.84 – (18 + j13.5) = 3.12 + j2.34 (MVA)

b Lựa chọn điện áp tải điện:

Ta có bảng như sau:

Bảng 2.8: Điện áp tính toán của các hộ tiêu thụ

Đường dây Công suất truyền tải

(MVA)

Chiều dài đường dây

(km)

Điện áp tính toán(KV)

2-3 20 + j8.6 42.43 82.62

Từ số liệu trên, sơ bộ chọn Uđm = 110 KV

c Chọn tiết diện dây dẫn:

Ta có bảng sau:

Bảng 2.9: Lựa chọn dây dẫn và các thông số của dây dẫn

Đường dây Dòng điện

tính toán Itt(A)

Tiết diệntính toán Ftt(mm2)

(Ω/km)

ro(Ω/km)

Icp(A)

- Tính toán tổn thất điện áp trong mạng:

• Lúc làm việc bình thường:

Như vậy, tiết diện dây dẫn đã thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường Ta có: ΔUmax bt = 6.7 %

Δ% < Δ% = (20 ÷ 25) % => thỏa mãn điều kiện

Như vậy các dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường và lúc xảy ra sự cố

- Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn:

Ta có bảng sau:

Bảng 2.10: Kiểm tra điều kiện phát nóng

Vậy các dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp trong mức cho phép.

CHƯƠNG 3:

TÍNH TOÁN KINH TẾ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TỔNG KẾT CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT

3.1 Nội dung:

- Trong quá trình thiết kế phương án nối dây, việc đảm bảo các yêu cầu về mặt kỹ thuật rất cần thiết

để mạng có thể làm việc ổn định, kể cả khi gặp sự cố ngoài mong muốn Bên cạnh đó, mặt kinh tế -của phương án thiết kế cũng rất quan trọng, phải đảm bảo sao cho phí tổn hàng năm là bé nhất

- Phí tổn thất tính toán hàng năm được tính theo công thức:

Z = (avh + atc) x K + ΔA x C

Trong đó: + avh : hệ số vận hành khấu hao, sửa chữa, phục vụ mạng điện Ở đây ta dùng cột thép nên lấy avh = 0.04

+ atc : hệ số thu hồi vốn đầu từ phụ, atc = với Tc là thời gian thu hồi vốn đầu từ phụ tiêu chuẩn, tùy theo chính sách sử dụng vốn của nhà nước Ta chọn Ttc = 8 năm

Do đó: atc = = = 0.125

+ K: vốn đầu tư của mạng điện Do yêu cầu không cần tính toán chi tiết mà chỉ tính vốn đầu tư xây dựng đường dây Với đường dây kép ta lấy bằng 1.6 lần đường dây đơn

Đường dây đơn: K = K0l

Đường dây kép: K = 1.6Kol

Với Ko là giá thành 1km đường dây

l là chiều dài đường dây

- ΔA: tổn thất điện năng hàng năm

ΔA = ΔP x τ =

Với U : điện áp định mức

P, Q: công suất tác dụng, công suất phản kháng tải trên đường dây

R: điện trở đường dây

τ: thời gian tổn thất công suất lớn nhất

ΔP: tổng tổn thất công suất tác dụng cực đại của mạng

Có thể xác định τ theo công thức thực nghiệm:

= (0.124 + Tmax x 10-4)2 x 8760 (h)

Với giả thiết Tmax = 5300h, ta có:

τ = (0.124 + 5300 x 10-4)2 x 8760 = 3747 (h)

+ C: giá thành 1KWh điện năng, theo giả thiết C = 500đ/KWh

- Khối lượng kim loại màu sử dụng cho phương án đã chọn được tính theo công thức:

M = 3n∑m0L (kg)

Với n: số mạch đường dây

mo: khối lượng tính toán cho 1km đường dây

L: chiều dài đường dây (km)

Với đường dây đơn: M = 3∑m0L (kg)

Với đường dây kép: M = 6∑m0L (kg)

Với các loại dây dẫn đã chọn: AC-70, AC-120, AC-150, ta có bảng số liệu về giá thành và trọng lượng 1km dây dẫn như sau:

Bảng 3.1: Số liệu về giá thành và trọng lượng 1km dây dẫn

3.2 Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cho các phương án:

*Phương án 1:

a Vốn đầu tư của mạng điện:

- Vốn đầu tư K của mạng điện được tính bởi công thức:

K = K1 + K2

Với K1: vốn đầu tư cho các đường dây đơn: K1 = ∑K0ili

K2: vốn đầu tư cho các đường dây kép: K2 = 1.6∑K0nl n

Ta có:

K1 = K2-3 = K0AC-120 x l2-3 = 354 x 42.43 x 106 = 15020.22 x 106 (đồng)

K2 = KA-1 + KA-2 + KA-6 + K5-6 + K1-4

= 1.6 x (K0AC-150 x lA-1 + K0AC-120 x lA-2 + K0AC-120 x lA-6 + K0AC-70 x l5-6 + K0AC-70 x l1-4) x 106

= 1.6 x (403 x 36.06 + 354 x 40 + 354 x 36.06 +208 x 44.72 + 208 x 36.06 ) x 106

= 93215.46 x 106 (đồng)

Vậy K = K1 + K2 = 15020.22 x 106 + 93215.46 x 106 = 108235.68 x 106 (đồng)

b Tổng tổn thất công suất hàng năm:

- Tổng tổn thất công suất hàng năm được tính theo công thức:

Bảng 3.2: Tổn thất công suất của từng hộ tiêu thụ

d Phí tổn tính toán hàng năm:

Z = (avh + atc) x K + ΔA x C

*Phương án 2: tính toán tương tự phương án 1:

a Vốn đầu tư của mạng điện:

Ta có: K = K1 + K2

K1 = K2-3 = K0AC-120 x l2-3 = 354 x 42.43 x 106 = 15020.22 x 106 (đồng)

K2 = KA-1 + KA-2 + KA-5 + KA-6 + K1-4

= 1.6 x (K0AC-150 x lA-1 + K0AC-120 x lA-2 + K0AC-70 x lA-6 + K0AC-70 x lA-5 + K0AC-70 x l1-4) x 106

Bảng 3.3: Tổn thất công suất của từng hộ tiêu thụ

d Phí tổn tính toán hàng năm:

Z = (avh + atc) x K + ΔA x C

*Phương án 3: tính toán tương tự phương án 1:

a.Vốn đầu tư của mạng điện:

b Tổng tổn thất công suất hàng năm:

Ta có bảng số liệu như sau:

Bảng 3.4: Tổn thất công suất của từng hộ tiêu thụ

d Phí tổn tính toán hàng năm:

Z = (avh + atc) x K + ΔA x C

= (0.04 + 0.125) x 119775.48 x 106 + 15062.94 x 103 x 500

e Tổng khối lượng kim loại màu sử dụng:

M = 6∑m0iLi + 3∑m0nLn

= 6 x (MA-1 + MA-2 + M1-4) + 3 x (M2-3 + MA-5 + MA-6 + M5-6)

= 6 x (617 x 36.06 + 492 x 40 + 275 x 36.06) + 3 x [492 x (42.43 + 70 + 36.06) + 275 x 44.72] = 567138.36 (kg)

3.3 Tổng kết các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật:

Bảng 3.5 Tổng hợp so sánh chỉ tiêu kinh tế của 3 phương án

Vốn đầu tư K Đồng 108235.68 x 106 93205.024 x 106 119775.48 x 106Tổn thất điện

- Khi chọn máy biến áp cần chú ý đến các điều kiện sau:

• Kiểu máy biến áp:

+ Nên chọn máy biến áp 3 pha vì dùng một tổ máy biến áp một pha sẽ làm tăng vốn đầu tư, tăng diện tích lắp đặt, thao tắc vận hành phức tạp

+ Với mạng điện thiết kế, chỉ có 2 cấp điện áp 110KV/22KV nên chọn máy biến áp 3 pha 2 dây quấn

+ Đối với loại tải yêu cầu chất lượng điện áp bình thường (hộ loại III) ta dùng máy biến áp thường Đối với phụ tải yêu cầu chất lượng điện áp cao, liên tục (hộ loại I) nếu sử dụng máy biến áp thườngsẽ không đạt yêu cầu, ta có thể chọn máy biến áp điều áp dưới tải (chỉ sử dụng khi thật cần thiết vì giá thành cao)

• Số lượng máy biến áp trong một trạm giảm áp:

Tùy thuộc vào loại phụ tải (hộ tiêu thụ)

+ Hộ loại I: mỗi trạm nên đặt 2 máy biến áp trở lên

+ Hộ loại III: mỗi trạm dùng 1 máy biến áp

• Về yêu cầu công suất đối với máy biến áp:

+ Phải đảm bảo cung cấp điện cho tình trạng làm việc bình thường (ứng với phụ tải cực đại) khi tất

cả các máy biến áp làm việc

+ Ở trạm có 2 máy biến áp trở lên, khi 1 máy biến áp bất kì nghỉ, các máy biến áp với khả năng quá

tải sự cố cho phép (quá tải 40% trong 5 ngày đêm, không quá 6 giờ/1 ngày đêm) phải đảm bảo tải

đủ công suất yêu cầu

+ Ở đây, máy biến áp sử dụng đã được nhiệt đới hóa nên không cần điều chỉnh công suất định mức theo nhiệt độ

Công suất của máy biến áp đã chọn phải thỏa mãn :

+ Hộ loại I: Sđm

+ Hộ loại III: Sđm

4.2 Tính chọn máy biến áp cho từng trạm:

a Chọn máy biến áp cho trạm giảm áp phụ tải số 1 (hộ loại I):

- Yêu cầu cung cấp điện liên tục nên chọn trạm có 2 máy biến áp:

- Công suất máy biến áp phải thỏa mãn:

SB1 = = 20.54 (MVA)

Chọn 2 máy biến áp loại TPDH-25000/110

b Chọn máy biến áp cho trạm giảm áp phụ tải số 2 (hộ loại I):

- Yêu cầu cung cấp điện liên tục nên chọn trạm có 2 máy biến áp:

- Công suất máy biến áp phải thỏa mãn:

SB2 = = 18.75 (MVA)

Chọn 2 máy biến áp loại TPDH-25000/110

c Chọn máy biến áp cho trạm giảm áp phụ tải số 3 (hộ loại III):

- Yêu cầu cung cấp điện không liên tục nên chọn trạm có 1 máy biến áp:

- Công suất máy biến áp phải thỏa mãn:

SB3 = = 21.77 (MVA)

Chọn 1 máy biến áp loại TPDH-25000/110

d Chọn máy biến áp cho trạm giảm áp phụ tải số 4 (hộ loại I):

- Yêu cầu cung cấp điện liên tục nên chọn trạm có 2 máy biến áp:

- Công suất máy biến áp phải thỏa mãn:

SB4 = = 20.08 (MVA)

Chọn 2 máy biến áp loại TPDH-25000/110

e Chọn máy biến áp cho trạm giảm áp phụ tải số 5 (hộ loại I):

- Yêu cầu cung cấp điện liên tục nên chọn trạm có 2 máy biến áp:

- Công suất máy biến áp phải thỏa mãn:

SB5 = = 14.29 (MVA)

Chọn 2 máy biến áp loại TDH-16000/110

f Chọn máy biến áp cho trạm giảm áp phụ tải số 6 (hộ loại I):

- Yêu cầu cung cấp điện liên tục nên chọn trạm có 2 máy biến áp:

- Công suất máy biến áp phải thỏa mãn:

SB2 = = 16.07(MVA)

Chọn 2 máy biến áp loại TPDH-25000/110

Bảng 4.1: Lựa chọn các MBA và thông số của MBA

Trạm

biến áp MBALoại lượngSố Un Số liệu kĩ thuật Số liệu tính toán

%

ΔPnKW

ΔP0KW

I0

%

RΩ

XΩ

ΔQ0KVAr

4.3 Sơ đồ nối dây của mạng điện thiết kế:

- Sơ đồ nối dây trạm nguồn:

b Trạm trung gian:

- Trong các trạm trung gian, ta dùng hệ thống phân đoạn 2 thanh góp được nối với nhau bởi máy cắt

- Sơ đồ trạm trung gian:

c Trạm cuối: tùy thuộc vào chiều dài đường dây tải điện:

- Đối với đường dây có chiều dài l 70km, khả năng xảy ra sự cố trên đường dây tương đối lớn nên ở

trạm cuối ta chọn sơ đồ cầu có máy cắt ở phía đường dây để cách ly sự cố:

Sơ đồ cầu với máy cắt ở phía đường dây với l 70km

- Đối với đường dây có chiều dài l < 70km, khả năng xảy ra sự cố trên đường dây ít hơn nhưng lại

thường xuyên đóng cắt các máy biến áp khi phụ tải cực tiểu để giảm tổn thất điện năng trong các

Sơ đồ cầu với máy cắt ở phía máy biến áp với l < 70km

- Cách tính toán chung: tại phía hạ áp của hộ tiêu thụ điện, ta đặt công suất phản kháng phép cần bù

là Qb làm ẩn số và lập biểu thức tính toán phí tổn mạng điện do đặt thiết bị bù Sau đó, lấy đạo hàm riêng của phí tổn tính theo từng công suất bù của mỗi trạm và cho đạo hàm riêng đó bằng 0

- Khi lập biểu thức tính chi phí tính toán, ta quy ước như sau:

+ Không xét đến lượng bù công suất sơ bộ

+ Không xét đến tổn thất công suất sắt ΔPFe của máy biến áp vì nó ít ảnh hưởng đến giá trị Qb ta cần tìm

+ Không xét đến tổn thất công suất tác dụng ΔP trong mạch do truyền tải công suất tác dụng P gây ra

+ Không xét đến ΔQFe của máy biến áp và ΔQC do dung dẫn đường dây sinh ra

+ Ngoài điện trở đường dây, phải xét đến RB của máy biến áp

+ Chỉ cần viết và giải phương trình cho từng nhánh độc lập của mạng điện

5.2 Tính toán chi phí tổn thất do việc lắp đặt thiết bị bù:

Hàm chi phí tính toán: Z = Z1 + Z2 + Z3

Trong đó: - Z1: hàm chi phí mua và lắp đặt thiết bị bù

Z1 = (avh + atc) x Kb = (avh + atc) x K0 x Qbi

Với: + avh: hệ số vận hành thiết bị bù, lấy avh = 0.1

+ atc: hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư: atc = Ttc thường lấy 8 năm => atc =

+ K0: giá tiền đầu tư cho 1 đơn vị dung lượng tụ điện (đ/KVAr)

Theo giả thiết: K0 = 250000đ/KVAr = 250 x 106 đ/MVAr

Do đó: Z1 = (0.1 + 0.125) x 250 x 106 x Qbi = 56.25 x 106 x Qbi (đ)

- Z2: hàm chi phí về lượng điện năng thiết bị bù tiêu tốn

Z2 = ΔAb x C = ΔPb x T x C = C x T x ΔQbi

Với: + ΔAb: lượng điện năng thiết bị bù tiêu tốn

+ C: giá tiền 1 KWh tổn thất điện năng Ta có C = 500 đ/KWh = 500000 đ/MWh

+: tổn thất công suất tác dụng trong một đơn vị dung lượng bù, với tụ điện tĩnh ta lấy = 0.005 (MW/MVAr)

+ T: thời gian tụ bù làm việc trong 1 năm, lấy T = Tmax = 5300h

Vậy Z2 = 500000 x 5300 x 0.005 x Qbi = 13.25 x 106 x Qbi (đ)

- Z3: hàm chi phí về tổn thất điện năng trong mạng sau khi lắp đặt thiết bị bù

Z3 = C x ΔA = C x τ x ΔP = x τ x R x C

Với: + Q: phụ tải phản kháng cực đại lúc chưa bù

+ R: điện trở của mạch tải điện

+ U: điện áp định mức của đường dây, U = 110 KV

+ τ: thời gian tổn thất công suất lớn nhất, τ = 3747 h

Do đó, ta có:

Z3 = x τ x R x C = 3747 x 500000 x x R

= 1873.5 x 106 x x RVậy Z = Z1 + Z2 + Z3 = 56.25 x 106 x Qbi + 13.25 x 106 x Qbi + 1873.5 x 10 6 x x R

= 69.5 x 106 x Qbi + 1873.5 x 106 x x RGiải phương trình = 0 (*), ta thu được Qbi

- Nếu giải phương trình (*) được nghiệm Qbi < 0 thì có nghĩa là về mặt kinh tế, hộ đó không cần bù.Lúc đó, ta bỏ bớt phương trình thứ I và thay Qbi = 0 vào phương trình còn lại và tiếp tục giải

- Nếu được Qbi = A thì ta xét xem cosφi sau bù là bao nhiêu Nếu cosφi > 0.95 thì ta không nên bù đến giá trị A Vì cosφi ≈ 1 thì điều kiện ổn định của hệ thống sẽ xấu đi, chi phí lớn nhưng ΔP thì

không giảm được nhiều.

- Đối với mạng kín thì biểu thức Z = Z1 + Z2 + Z3 có thành phần Z1 và Z2 giống như công thức ban đầu Riêng Z3, để tính ΔP phải tìm công suất phản kháng phân bố trên các đoạn đường dây, sau

đó lấy đạo hàm riêng của Z theo Qbi, Qbk, Qbk, Qbn,… và cho từng đạo hàm bằng 0 Từ đó, ta có phương trình và tìm ra được Qb cần tìm

5.3 Tính toán cụ thể cho mạng điện:

a Bù kinh tế cho hộ 1 và 4:

Sơ đồ thay thế tính toán cho hộ 1 và 4:

Thay số vào công thức, ta có:

Z = 69.5 x 106 x (Qb1 + Qb4) + x 106 x [(17.25 – Qb1)2 x 1.27 + (22.45 – Qb4)2 x (1.27 + 8.294) + (17.25 + 22.45 – Qb1 – Qb4)2 x 3.786]

Lần lượt lấy đạo hàm riêng của Z theo Qb1 và Qb4 rồi cho bằng 0 Ta có:

Giải hệ, ta được Qb1 = -23.11 (MVAr) < 0 , Qb4 = 17.08 (MVAr)

Thay Qb1 = 0 vào phương trình (*) ta có Qb4 = 10.53 (MVAr)

Hệ số công suất của hộ 4 lúc này:

cosφ’4 = = = 0.88

b Bù kinh tế cho hộ 2 và 3:

Sơ đồ thay thế tính toán cho hộ 2 và 3:

Thay số vào công thức ta có:

Z = 69.5 x 106 x (Qb2 + Qb3) + x 106 x [(15.75– Qb2)2 x 1.27 + (15 – Qb3)2 x (2.54 + 11.46) + (15.75 + 15– Qb2 – Qb3)2 x 5.4]

Lần lượt lấy đạo hàm riêng của Z theo Qb2 và Qb3 rồi cho bằng 0 Ta có:

Giải hệ ta được Qb2 = -16 (MVAr) < 0, Qb3 = 12.15 (MVAr)

Thay Qb2 = 0 vào phương trình (**) ta có Qb3 = 7.815

Hệ số công suất của hộ 3 lúc này:

cosφ’3 = = = 0.94

c Bù kinh tế cho hộ 5:

Sơ đồ thay thế tính toán: