Đồ án lưới điện Đề tài 42: Thiết kế mạng điện 110kV

CHƯƠNG I : CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐIỆN I . Cân bằng công suất tác dụng Sự cân bằng công suất tác dụng biểu diễn bằng biểu thức sau : ∑▒Pf = ∑▒Ptải + ∑▒∆P + ∑▒Ptd + Pdp (1) + ∑▒Pf : tổng công suất tác dụng phát ra từ các nguồn + ∑▒Ptải : tổng công suất tác dụng các phụ tải ở chế độ max ∑▒Ptải = Pmax1 + Pmax2 + Pmax3 + Pmax4 + Pmax5 + Pmax6 = 18 + 14 + 16 + 22 + 13 + 15 = 98 (MW) + ∑▒∆P : tổng tổn hao công suất tác dụng trên lưới điện ∆P = ∆Pdây dẫn + ∆PMBA ∑▒∆P =( 3 ÷ 5 ) %∑▒Ptải Tính toán sơ bộ : ∑▒∆P = 0,05∑▒Ptải = 0,05 . 98 = 4,9 (MW) + ∑▒Ptd : tổng công suất tác dụng tự dùng các Nhà Máy Điện phụ thuộc vào Loại máy phát → Thuỷ điện : Ptd = ( 1÷ 2 )% Pf → Nhiệt điện : Ptd = ( 8 ÷12 )% Pf Chọn loại máy phát nhiệt điện : ∑▒Ptd = 0,1∑▒Pf + Pdp : công suất tác dụng dự phòng toàn hệ thống Pdp = 10% ∑▒Ptải = 0,1 . 98 = 9,8 (MW) Vậy (1) ∑▒Pf = ∑▒Ptải + 0,05∑▒Ptải + 0,1∑▒Pf + 0,1∑▒Ptải 0,9∑▒Pf = 98 + 4,9 +9,8 ∑▒Pf = 112,7 (MW)

ĐỒ ÁN LƯỚI ĐIỆN

Sinh viên thực hiện : HOÀNG TRUNG ĐÔ Mã số sinh viên : 1321060074

Lớp : Hệ thống điện A – K58 Giảng viên hướng dẫn: TS.Bùi Đình Thanh

Đề tài 42: Thiết kế mạng điện 110kV

CHƯƠNG I : CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

TRONG MẠNG ĐIỆN

I Cân bằng công suất tác dụng

Sự cân bằng công suất tác dụng biểu diễn bằng biểu thức sau :

∑Pf = ∑Ptải + ∑∆ P + ∑Ptd + Pdp (1)+ ∑Pf : tổng công suất tác dụng phát ra từ các nguồn

+ ∑Ptải : tổng công suất tác dụng các phụ tải ở chế độ max

∑Ptải = Pmax1 + Pmax2 + Pmax3 + Pmax4 + Pmax5 + Pmax6 = 18 + 14 + 16 + 22 + 13 + 15 = 98 (MW)

+ ∑∆ P : tổng tổn hao công suất tác dụng trên lưới điện

∆ P= ∆ Pdây dẫn + ∆ PMBA

∑∆ P = ( 3 ÷ 5 ) % ∑Ptải

Tính toán sơ bộ : ∑∆ P = 0,05 ∑Ptải = 0,05 98 = 4,9 (MW)

+ ∑Ptd : tổng công suất tác dụng tự dùng các Nhà Máy Điện phụ thuộcvào

Loại máy phát → Thuỷ điện : Ptd = ( 1 ÷2 )% Pf

→ Nhiệt điện : Ptd = ( 8 ÷ 12¿ %Pf Chọn loại máy phát nhiệt điện : ∑Ptd = 0,1∑Pf

+ Pdp : công suất tác dụng dự phòng toàn hệ thống

Pdp = 10%∑Ptải = 0,1 98 = 9,8 (MW)Vậy (1)  ∑Pf = ∑Ptải + 0,05∑Ptải + 0,1∑Pf + 0,1∑Ptải

 0,9 ∑Pf = 98 + 4,9 +9,8

 ∑Pf = 112,7 (MW)

II Cân bằng công suất phản kháng

Sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện được biểu diễn bằng công thức sau :

∑Qf + ∑Qb = ∑Qtải + ∑∆ Q + ∑Qtd + Qdp (2)+ ∑Qf : tổng công suất phản kháng các nguồn

∑Qf = ∑Pf tgφf (cos φf = 0,8 → tgφf = 0,75)Vậy ∑Qf = 112,7 0,75 = 84,525 (MVAR)+ ∑Qb : tổng công suất bù (cần xác định)

+ ∑Qtải : tổng công suất phản kháng các phụ tải

Qtải i = Ptải i tgφi

Sau khi tính toán ta thu được bảng :

Phụ tải 1 Phụ tải 2 Phụ tải 3 Phụ tải 4 Phụ tải 5 Phụ tải 6

+ ∑Qtd : tổng công suất phản kháng tự dùng trong các nguồn phát điện ∑Qtd = ∑Ptd tgφtd ( cos φtd ≈ cos φf )

 ∑Qtd = 0,1∑Pf tgφtd

 ∑Qtd = 0,1 112,7 0,75 = 8,4525 (MVAR)

+ Qdp : tổng công suất phản kháng dự phòng cho toàn hệ thống

Qdp = Pdp tgφdp (cosφdp ≈ cosφTB tải = cos φTB hệ thống)

Cos φTB =∑(P max i¿.cos φ i)

 ∑Qb = 32,1877 (MVAR)

CHƯƠNG II : ĐỀ XUẤT CÁC

PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

A Đề xuất phương án

 Các yêu cầu khi đề xuất phương án nối dây :

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải phải cao

- Đảm bảo chất lượng điện năng

- Về kinh tế : giá thành phải hạ,tổn thất điện năng phải nhỏ

- An toàn đối với người và thiết bị

- Linh hoạt trong vận hành và phải có khả năng phát triển trong

tương lai

 Các phương án : Dựa vào vị trí địa lý và yêu cầu ta lựa chọn 5

phương án nối dây như sau :

Phương Án 1 :

5

6 1

1 Điện áp định mức mạng điện

Việc lựa chọn điện áp định mức cho mạng điện có thể ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế của mạng điện Do đó điện áp định mức phải được lựa chọn sao cho hợp lý.

Điện áp định mức phụ thuộc vào công suất tác dụng và khoảng cách truyền tải.

Điện áp định mức của hệ thống được tính theo công thức sau :

U = 4,34 √l+16 P

Trong đó :

P : công suất truyền tải (MW)

l : khoảng cách truyền tải (km)

Sau khi tính toán ta thu được bảng :

Từ số liệu trên,ta chọn cấp điện áp 110kV : Uđm = 110kV

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

A Đoạn đường dây N – 1 :

- Công suất chạy trên đoạn N1 :

- Tiết diện dây dẫn :

Với thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 5500 (h/năm) thìmật độ kinh tế của dòng điện là : Jkt = 1 (A/mm2)

 FN1 = I ttN 1

J kt = 1181 = 118 (mm2)

 Tra bảng ta chọn tiết diện đoạn N1 : AC-120 (mm2) và dòng cho phép Icp = 390 (A)

 Kiểm tra điều kiện dòng nung nóng cho phép :

- Lúc bình thường :

Dây dân AC-120 có dòng cho phép Icp = 390 (A)

Ta thấy IttN1 = 118 (A) < IcpN1

 Đạt yêu cầu

- Khi xảy ra sự cố đứt 1 mạch :

Dòng điện lớn nhất chạy trên dây dẫn còn lại là :

ISCN1 = 2.IttN1 = 2 118 = 236 (A) < IcpN1

 Đạt yêu cầu Như vậy,tiết diện dây dẫn của đoạn dây đã lựa chọn thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật

Tính toán tương tự cho các đường dây còn lại ta có bảng sau :

(MW)

Q (MVAR )

IMAX (A)

F (mm2)

FTC (mm2)

ISC (A)

ICP (A)

Vậy các đoạn đường dây đã chọn đều thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật.

 Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp :

Tra bảng,dây dẫn AC-120 có r0 = 0,27 (Ω/km)

x0 = 0,373 (Ω/km)

= 18 9,37+ 13,5.13,451102 100

= 2,95 % < ∆ U cp%

 Đảm bảo yêu cầu

- Ở chế độ sự cố :

Ta có : ∆ U cpsc% = 20%

∆ U sc% = 2 ∆ U btN 1 = 2 2,95 = 5,9 % < ∆ U cpsc%

 Đảm bảo yêu cầu

Tính toán tương tự cho các đường dây còn lại ta có bảng sau :

(mm2)

L (km)

r0 (Ω/km)

xo (Ω/km)

R (Ω)

X (Ω)

Tổn thất điện áp lớn nhất khi có sự cố là :

1 Điện áp định mức mạng điện

Tính toán tương tự như phương án 1 ta có bảng sau :

Từ số liệu trên,ta chọn cấp điện áp 110kV : Uđm = 110kV

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện dòng nung nóng cho phép

Tính toán tương tự phương án 1 :

(MW) (MVAR Q

)

IMAX (A) (mm F 2) (mm FTC2) (A) ISC (A) ICP

Tiết diện các đoạn dây dẫn đã chọn đều thoải mãn yêu cầu kỹ thuật.

3 Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp

Tính toán tương tự phương án 1 :

Vậy phương án này thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật.

III Phương án 3 :

6 1

3

1 Điện áp định mức mạng điện

Tính toán tương tự như các phương án trên ta có bảng sau :

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện dòng nung nóng cho phép

Tính toán tương tự như các phương án trên :

(MW)

Q (MVAR )

IMAX (A)

F (mm2)

FTC (mm2)

ISC (A)

ICP (A)

Tiết diện các đoạn dây dẫn đã chọn đều thoải mãn yêu cầu kỹ thuật.

3 Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp

Tính toán tương tự các phương án trên :

(mm2)

L (km)

r0 (Ω/km)

xo (Ω/km)

R (Ω)

X (Ω)

6 1

3

1 Điện áp định mức mạng điện

Tính toán tương tự như các phương án trên ta có bảng sau :

Từ số liệu trên,ta chọn cấp điện áp 110kV : Uđm = 110kV

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện dòng nung nóng cho phép

Tính toán tương tự như các phương án trên :

(MW)

Q (MVAR )

IMAX (A)

F (mm2)

FTC (mm2)

ISC (A)

ICP (A)

Tiết diện các đoạn dây dẫn đã chọn đều thoải mãn yêu cầu kỹ thuật.

3 Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp

Tính toán tương tự các phương án trên :

(mm2)

L (km)

r0 (Ω/km)

xo (Ω/km)

R (Ω)

X (Ω)

1 Điện áp định mức mạng điện

Các đoạn N – 1,N – 2,N – 3,N – 4 tính tương tự như các phương án trên Riêng với đoạn mạch vòng , trước khi tính toán phải xác định được dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây Để xác định các dòng công suất ta cần giả thiết rằng : mạng điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện.

Dòng công suất chạy trên đoạn N –5 là :

Vậy điểm 6 là điểm phân chia công suất trong mạng lớn

a) Lựa chọn cấp điện áp định mức

Áp dụng công thức Still:

U i = 4,34 √l i+16 Pi

Trong đó:

+ U i : điện áp vận hành trên đường dây thứ i+ l i : khoảng cách truyền tải đoạn đường dây thứ i+ P i: công suất tác dụng truyền tải trên đoạn đường dây thứ i

Xác định sơ bộ công suất truyền tải trên từng đoạn dây (bỏ qua tổn haocông suất ∆P)

74,1 6

88,0 9

70,8 2

56,1

74,03

Chọn cấp điện áp định mức U đm = 110 kV

a) Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo phương pháp mật độ dòng kinh tế J kt

Dây dẫn lựa chọn là dây nhôm lõi thép (AC), loại dây này dẫn điện tốt đảmbảo được độ bền cơ học, do đó được sử dụng rộng rãi trong thực tế

Khi bỏ qua tổn hao, dòng công suất chạy trên đoạn đường dây là:

S tt− N−1 = S N−1 = P 1 max + jQ 1 max = 18 + j13,5 (MVA)

Dòng điện chạy trên đoạn đường dây:

I tt−N −1 = n S tt− N−1

√3 U đm = √182+13,52

√3 110 = 0,118 (kA) = 118 (A)

Ta có thời gian sử dụng công suất lớn nhất của các phụ tải là:

Tmax = 5500(giờ/năm) > 5000 (giờ/năm)Ở điện áp 110kV, với dây dẫn AC Tra bảng, ta được mật độ dòng kinh tế:

J kt = 1 (A/mm2)

 Tiết diện dây dẫn:

F N −1 = I tt− N−1

J kt =1181 = 118(mm2)Tra bảng chọn tiết diện gần nhất : AC – 120.(Đảm bảo điều kiện vầngquang)

 Kiểm tra điều kiện dòng nung nóng cho phép:

+ Lúc bình thường:

Tra bảng, dây dẫn AC- 120 đặt ngoài trời có : I cp− N−1 = 375 (A)

Ta thấy : I tt−N −1 = 118(A) < I cp− N−1

 Đạt yêu cầu

+ Khi xảy ra sự cố đứt 1 mạch:

Dòng điện lớn nhất chạy trên dây dẫn còn lại là:

IMAX

(A)

F(mm2)

Lúc bình thường: ∆U cp = 10%

 ∆U bt −N 1 < ∆U cp Đảm bảo yêu cầu

+ Ở chế độ sự cố,khi đứt 1 mạch:

∆U SC% = 2 ∆U bt −N 1 = 2.2,7% = 5,4%

Khi xảy ra sự cố: ∆U cpsc = 20%

Ta thấy : ∆U SC% < ∆U cpsc

 Đảm bảo yêu cầu

 Tính toán tương tự cho các đường dây còn lại ta có bảng sau :

(MW)

Q(MVAR

FTC

(mm2)

L(km)

X(Ω)

I LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

Để so sánh về mặt kinh tế ta sử dụng HÀM CHI PHÍ TÍNH TOÁN HÀNG NĂM:

 Z: là hàm chi phí tổn thất hàng năm (đồng).

 atc : hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn, a tc=

1

T tc = 18 = 0,125

- Ttc: thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư

 avh: hệ số khấu hao hao mòn thiết bị ,ở đây lấy avh = 4% =0,04

- V0i : chi phí cho 1 đường dây nhánh thứ i, tiết diện Fi

- li : chiều dài chuyên tải thứ i ,(km) Với đường dây đơn x= 1, đường dây kép trên 1 cột x=1,6

 CA i: chi phí do tổn thất điện năng (kWh)









- P: tổn thất công suất toàn hệ thống khi phụ tải cực đại, (kW)

- : thời gian tổn thất lớn nhất phụ thuộc vào phụ tải và tính

chất của phụ tải được tính bằng công thức:

 = (0,124 + Tmaxtb.10-4).8760 (h) Với Tmax: thời gian sử dụng phụ tải lớn nhất và lấy bằng Tmax = 5500 h

 = (0,124 + 5500.10 -4 ).8760 = 5904 (h)

 C: đơn giá, C = 1650 o đ

Bảng suất đầu tư với dây đơn theo 439/QĐ-BXD

Giá 466.960 635.335 794.732 909.060 1.078.130 1.220.450 1.347.000

(1000 đ / km)

Bảng tính vốn xây dựng đường dây

N1 AC-120 1 794.732 53,85 28.650.088

N2 AC-70 1,6 466.960 64,03 47.839.118N3 AC-70 1,6 466.960 36,05 26.934.252N4 AC-150 1 909.060 50 45.453.000N5 AC-70 1,6 466.960 58,3 43.558.028

N6 AC-70 1,6 466.960 50,99 38.096.464

Vậy tổng vốn đầu tư V = 230.530.950 (1000đ)

Bảng tính tổn hao công suất

Đoạn dây Pmax (MW) Qmax (MVAr ) R ( Ω ) Uđm (kV) ∆P(MW)

N6 AC-70 1,6 466.960 50,99 38.096.464

Vậy tổng vốn đầu tư V = 272.585.891đ

Bảng tính tổn hao công suất

Bảng tính vốn xây dựng đường dây

Đường

dây

N1 AC-120 1 794.732 53,85 28.650.088N2 AC-70 1,6 466.960 64,03 47.839.118N3 AC-70 1,6 466.960 36,05 26.934.2523-4 AC-150 1,6 909.060 60 72.724.800N5 AC-70 1,6 466.960 58,3 43.558.028

N6 AC-70 1,6 466.960 50,99 38.096.464

Vậy tổng vốn đầu tư V = 258.262.198đ

Bảng tính tổn hao công suất

Đường dây Loại dây x V0 (1000 đ / km ) l (km) Vi(1000 đ / km )

5-1 AC-120 1,6 794.732 53,85 68.474.109N2 AC-70 1,6 466.960 64,03 47.839.118N3 AC-70 1,6 466.960 36,05 26.934.2523-4 AC-150 1,6 909.060 50 72.724.800N5 AC-70 1,6 466.960 58,3 43.558.028

N6 AC-70 1,6 466.960 50,99 38.096.464

Vậy tổng vốn đầu tư V = 297.626.771 (1000đ)

 Bảng tính tổn hao công suất

Đoạn dây Pmax (MW) Qmax (MVAr ) R ( Ω ) Uđm (kV) ∆P(MW)

N3 AC-70 1,6 466.960 36,05 26.934.252N4 AC-120 1 794.732 60 47.683.920N5 AC-70 1,6 466.960 58,3 43.558.028

N6 AC-70 1,6 466.960 50,99 38.096.4645-6 AC-95 1 635.335 53,85 28.412.181

Vậy tổng vốn đầu tư V = 261.174.051đ

Bảng tính tổn hao công suất

Từ bảng so sánh ta thấy phương án 1 là phương án tối ưu nhất đảm bảo về kinh tế

và kĩ thuật Mặt khác phương án đó là phương án đơn giản cả về sơ đồ nối dâycũng như về bố trí thiết bị bảo vệ rơle,máy biến áp, máy cắt…Các phụ tải không

liên quan đến nhau,nên khi có sự cố ở một phụ tải sẽ không ảnh hưởng đến các phụtải khác Vì vậy phương án I là phương án tối ưu nhất.

CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN VÀ XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT BÙ KINH TẾ

I Lựa chọn số lượng và công suất máy biến áp.

1 Lựa chọn số lượng máy biến áp tại các phụ tải.

Đối với các phụ tải loại I, để đảm bảo cung cấp điện cho các hộ phụ tảinày ta cần đặt hai máy biến áp làm việc song song trong mỗi trạm Còn đốivới các hộ phụ tải tiêu thụ loại II, III ta chỉ cần đặt một máy biến áp độc lậptrong mỗi trạm

Trong mạng điện đang xét, các hộ phụ tải loại I gồm phụ tải 2, 3, 5, 6.Còn phụ tải loại II, III gồm 1 và 4.

2 Lựa chọn công suất máy biến áp cho các phụ tải.

Công suất của máy biến áp làm việc trong trạm:

- Trạm biến áp có 1 máy biến áp:

S đ mB : Công suất định mức máy biến áp

S tải max : Công suất phụ tải cực đại

K qt : hệ số quá tải máy biến áp trong chế độ sự cố

Với K qt = 1,4 ta có công thức:

 Tính toán tương tự đối với các phụ tải khác, ta có bảng số liệu sau:

Thông số kỹ thuật của các máy biến áp:

U đm (kV) U N

(%)

∆ P N

(kW)

∆ P0

(kW)

I0

(%))

R(Ω)

X(Ω)

∆ Q0

(kVAr)

3 Sơ đồ đi dây của mạng điện.

Trong sơ đồ này ta sử dụng 2 loại trạm:

-Trạm nguồn: sử dụng sơ đồ hệ thống hai thanh góp có máy cắt liên lạc.

- Trạm cuối: sử dụng 6 trạm biến áp cung cấp điện cho các phụ tải.

CHƯƠNG IV:

TÍNH TOÁN CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠNG ĐIỆN

Để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật của mạng điện thiết kế, cần xácđịnh các thông số chế độ xác lập trong các chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu vàsau sự cố khi phụ tải cực đại Khi xác định các dòng công suất và các tổn thấtcông suất, ta lấy điện áp ở tất cả các nút trong mạng điện bằng điện áp địnhmức:U i= U đm =110 kV

- Để tính tổn thất công suất chạy trê một đoạn đường dây ta sử dụng công thức:

∆S = ∆P + j∆Q = P2+Q2

U2 × (R + jX)

- Tính tổn thất điện áp:

m : số máy biến áp làm việc song song

∆S tải : tổn hao khi có tải

∆S0 : tổn hao lúc không tải

∆P N: tổn thất công suất ngắn mạch

U N%: điênạ áp ngắn mạch phần trăm

- Tổn thất điện áp trong máy biến áp:

∆U B = P B R B+Q B X B

U

I CHẾ ĐỘ PHỤ TẢI CỰC ĐẠI.

Trong chế độ phụ tải cực đại, chọn sơ bộ: U đm = 1,1U đm = 1,1.110 = 121(kV)

Các thông số đường dây :

Q(MVAr)

Đoạn N-1 sử dụng máy biến áp TPDH- 25000/110

 Xác định điện áp tại các nút:

- Tổn thất điện áp trên đường dây:

∆U d 1 = 19,59× 8,54+16,5 ×13,38121 = 3,21 kVĐiện áp trên thanh góp cao áp trạm thứ I được tính theo công thức:

U 1 c = 121−3,21=117,79 kVTính tổn thất điện áp trên máy biến áp của trạm thứ I theo công thức:

∆U B 1 = 19,11× 2,54+16,62 ×55,9117,79 = 8,3 kVĐiện áp trên thanh góp hạ áp thứ I quy về phía cao áp được tính theo côngthức:

U 1 h =117,79−8,3= 109,49 kVĐiện áp thực trên thanh cái hạ áp: