THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110kV

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG: Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ tần số trong hệ thống. Chúng ta biểu diễn cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện như sau: PF  mPp t Pmd Ptd Pd t (1) Với: PF : tổng công suất tác dụng phát ra do các máy phát điện của các nhá máy trong hệ thống điện. Ppt : tổng phụ tải tác dụng cựcCÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG: Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ tần số trong hệ thống. Chúng ta biểu diễn cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện như sau: PF  mPp t Pmd Ptd Pd t (1) Với: PF : tổng công suất tác dụng phát ra do các máy phát điện của các nhá máy trong hệ thống điện. Ppt : tổng phụ tải tác dụng cực

CHƯƠNG I:

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Cân bằng công suất trong hệ thống điện nhằm xét khả năng cung cấp của các nguồn chophụ tải thông qua mạng điện

Số liệu ban đầu:

I CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG:

Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ tần số trong hệ thống

Chúng ta biểu diễn cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện như sau:

∑P pt : tổng phụ tải tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ

m: hệ số đồng thời (giả thiết chọn 0,8)

∑∆P md : tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp

∑P td : tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện.

∑P dt : tổng công suất dự trữ

Do trong thiết kế giả thiết nguồn điện đủ cung cấp hoàn toàn cho nhu cầu cung cấphoàn toàn cho nhu cầu công suất tác dụng và chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áptăng của nhà máy điện nên khi tính cân bằng công suất tác dụng được tính như sau:

II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG:

Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống điện.Chúng ta biểu diễn cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện như sau:

∑Q C : công suất phản kháng do điện dung đường dây cao áp sinh ra

∑Q td : tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống điện

∑Q td =∑P td tgϕtd

∑Q dt : tổng công phản kháng dự trữ của hệ thống điện ∑∆Q dt =(5÷10%)∑Q pt

Trong thiết kế môn học, chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của nhà máy điện có thểkhông cần tính ∑Q td và ∑Q dt

Vậy: Q buΣ =m∑Q pt+∑∆Q B −∑Q F =0.8 62.366 12.554 54.936 7.51x + − = (MVAr)

kháng trong hệ thống.

Để nâng cao hệ số cos cho các phụ tải ta tiến hành phân bố dung lượng bù chocác phụ tải thứ i theo công thức như sau:

)( i i,

L

Q (MVAr) (MVA)

I. LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TẢI ĐIỆN:

1 Chọn điện áp tải điện:

Khoảng cách từ nguồn đến các phụ tải:

U =4,34 +0,016 (kV)

Trong đó: -P: công suất truyền tải, (kW) - l: khoảng cách truyền tải, (km)

1 1

Ta sử dụng loại dây nhôm trần lõi thép (AC) và căn cứ vào bảng 2.3 trang 18 sách

hướng dẫn đồ án môn học điện 1 nên ta chọn mật độ dòng kinh tế là: j kt = 1,1(A/mm2)

2 Các phương án đi dây:

Phương án 1:

Phương án 2

II. CHỌN TIẾT DIỆN DÂY:

Kiểm tra lại:

- S&N2 +S&N1 =S& &2 +S1

- S& &2+ =S1 (24+ j16.166) (20+ + j13) 44= + j29.166(MVA)

- S&N2+S&N1=(22.113+ j14.673) (21.6+ + j14.268) 43.713= + j29(MVA)

- S&21=S&N2−S&2 =(21.6+ j14.3) (20− + j13) 1.6= + j1.3(MVA)

Vậy: chiều công suất chạy từ 2 đến 1

N ktN

kt

I F

N ktN

kt

I F

kt

kt

I F

⇒ = (A)<I cp =360.45(A) (thỏa điều kiện)

Kiểm tra đ oạn 2-1:

max 2 151.879

cb N

I

⇒ = (A)<I cp =222.75(A) (thỏa điều kiện)

b Phương án 2: Đường dây lộ kép hình tia liên thông.

kt

I F

I = (A)< I cp =222.75(A) (thỏa điều kiện )

2 Khu vực II: của cả 2 phương án 1 và 2

N ktN

kt

I F

j

)

Đ

oạn N -4: Tương tự như trên áp dụng phần mềm tính được kết quả chọn dây như bảng sau:

Ghi chú

III TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY:

1 Khu vực I:

a Đường dây lộ đơn:

Chọn trụ cho đường dây vận hành lộ đơn hình PL5.5 trụ kim loại 110kV trang 157

sách hướng dẫn đồ án môn học điện 1 có thông số như hình vẽ

6 6

3

2.68 105.712

18 10 ln

18 10 ln

8.5 10

m s

b

c

a 4m

2.5m

N-2 AC-150 82.462 0.21 0.42564 2.68x10−6 17.317 35.1 2.21x10−4

b Đường dây lộ kép:

Chọn trụ cho đường dây vận hành lộ kép hình PL5.12 trụ kim loại 110kV-2 mạch

trang 161 sách hướng dẫn đồ án môn học điện 1 có thông số như hình vẽ

 Đoạn 2-1: AC-70 tra bảng phụ lục 2.1 t trang 116 sách hướng dẫn đồ án môn học điện

1 ta có: d=11.4(mm) ⇒r=5.7(mm)

 Điện trở: 0 0.46 0.23

2

Bán kính tư thân của một dây (7sợi) ta có:r,=0.726r=0.726 5.7 4.1382x = (mm)

Giữa các dây thuộc pha

6 6

5.2674 106.6996

18 10 ln

18 10 ln

0.2437

m s

Đoạn N-1: AC-120 Tương tự phương án 2 áp dụng phần mềm tính toán cho đường

dây lộ đơn kết quả như sau:

Đoạn Dây Ch.dài (km)

X (Ω)

 Lúc vận hành ngưng một lộ: Tương tự như trường hợp lộ đơn của phương án 1 áp dụng

phần mềm tính toán kết quả như bảng sau:

Đoạn Dây Ch.dài (km)

X (Ω)

l

b 0

(1/Ω)

2-1 AC-70 22.36 0.46 0.449 2.556x10−6 10.2856 10.04 0.5715x10−4

2 Khu vực II: phương án 1 và phương án 2

Đường dây lộ đơn hình tia Tương tự phương án 1 áp dụng phần mềm tính toán cho đường dây lộ đơn kết quả như sau: AC-120

Đoạn Dây Ch.dài (km)

X (Ω)

0

r

) (

km

Ω

R (Ω)

X (Ω)

l

b 0

)

1 (

r

) (

km

Ω

R (Ω) (ΩX )

l

b 0

)

1 (

Ω

2

56 10.04 0.5715x10−4

IV TÍNH TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ SỤT ÁP:

1 Khu vực phụ tải liên tục:

a Phương án 1:

 Lúc vận hành bình thường:

của đường dây sinh ra:

S&= − ∆S& j Q − ∆j Q = +j −j −j (MVA)

Sơ đồ thay thế với phụ tải tính toán:

, 2

S&

N

2

C Q

j ∆

−

2

C Q

⇒Chiều công suất đi từ 2 đến 1.

Tính tổn thất công suất và sụt áp trên đường dây theo sơ đồ tương đương như sau:

Xét nhánh N-1.

- Tổn thất công suất tác dụng do R 1 =14.7Ω gây ra.

S&=S& + ∆ + ∆P j Q = + j + + j = + j (MVA)

- Công suất ở cuối tổng trở đoạn N-2

N N N

N N N

 Lúc vận hành cưỡng bức: Trường hơp nặng nề nhất khi ngưng đoạn N-1 Mạng điện

kín trở thành mạng hở và sơ đồ thay thế đường dây hình tia liên thông như sau:

- Công suất cuối tổng trở của đoạn 2-1.

S& =S& + ∆ + ∆P j Q = + j + + j = + j (MVA)

- Công suất ở đầu đoạn 2-1

,

21 21 C21 24.7025 16.5183 0.3417 24.7025 16.1766

S& =S& − ∆j Q = + j − j = + j (MVA)

- Công suất ở cuối tổng trở của đoạn N-2

Tính tổn thất công suất và sụt áp trên đường dây theo sơ đồ tương đương như sau:

- Công suất cuối tổng trở của đoạn 2-1

S& =S& + ∆ + ∆P j Q = + j + + j = + j (MVA)

- Công suất ở đầu đoạn 2-1

,

- Công suất ở cuối tổng trở của đoạn N-1

Tính tổn thất công suất và sụt áp trên đường dây theo sơ đồ tương đương như sau:

- Công suất cuối tổng trở của đoạn 2-1

- Công suất ở đầu đoạn 2-1

,

- Công suất ở cuối tổng trở của đoạn N-1

Chuỗi sứ đường dây 110kV gồm 8 bát sứ Theo đồ thị điện áp e1 trên chuỗi thứ nhất cĩ treovới dây dẫn bằng khoảng 21% điện áp E giữa dây và đất (E=U đm/ 3) hay: 1 =0,21

E e

Hiệu suất chuỗi sứ: . .( 1/ ) 8 01,21 0,595 59,5%

1 1

E

chuoisu

ηn: số bát sứ trong chuỗi sứ

Phân bố điện áp trong chuỗi sứ không có vòng chắn gồm từ 4 bát đến 16 bát

VI CHỈ TIÊU VỀ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG DO ĐIỆN DUNG ĐƯỜNG DÂY:

Điện trở đặc tính hay điện trở xung của đường dây:

0

0

b

x C

L

R c = = (Ω)

R vào khoảng 400 (Ω) đối với đường dây đơn

C

R vào khoảng 200 (Ω) đối với đường dây lộ kép

Công suất tự nhiên hay phụ tải điện trở xung SIL cho bởi

 Áp dụng phần mềm tính cho các phương án còn lại kết quả như sau:

Kết luận: Các đường dây trên đều đạt yêu cầu về chỉ tiêu công suất kháng.

VII TỔN HAO VẦNG QUANG:

Điện áp vận hành:

509 , 63 3

- δ :thừa số mật độ của không khí.

t

b

+

=273

92,3

0) 10(

)25(

×

−+

=

D

r f

P

Với:

- f: thông số,

- U,U0: các điện áp pha (kV)

Tổn hao vầng quang trên mỗi km đường dây khi thiết kế được giới hạn khoảng 0,6kw/km/3pha trong điều kiện khí hậu tốt

Xét dây AC-70 đối với đường dây lộ kép:

⇒ nên không có vầng quang

Xét dây AC-70 đối với đường dây lộ đơn:

CHƯƠNG III

SO SÁNH PHƯƠNG ÁN VỀ KINH TẾ

III MỤC ĐÍCH:

Chọn phương án tối ưu trên cơ sở về kinh tế, chỉ có những phương án nào thỏa mãn về

kĩ thuật mới giữ lại để so sánh về kinh tế

Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về kinh tế là phí tổn tính toán hàng năm ít nhất

IV TÍNH TOÁN:

Phí tổn tính toán hàng năm cho mỗi phương án được tính theo mỗi phương án sau:

A c K a a

Z =( vh + tc) + ∆

Với :

K: vốn đầu tư của mạng điện

avh: hệ số vận hành,khấu hao sửa chửa phục vụ mạng điện

Đối với đường dây dùng cột sắt : avh = 0,07

atc: hệ số thu hồi vốn đầu tư phụ

tc vh

Với ) 8760

10124

,

0

4 max

T

+

=

τ (giờ/năm); Tmaxtb=5044,32 (giờ/năm)

V BẢNG ĐẦU TƯ CÁC PHƯƠNG ÁN:

Chiều dài(km)

Tiền đầu tư

Về khối lượng kim loại màu tiền đầu tư đường dây ba pha cao áp tra bảng PL2.1 trang 116

sách hướng dẫn đồ án môn học điện 1

BẢNG KHỐI LƯỢNG KIM LOẠI MÀU CHO CÁC PHƯƠNG ÁN

Khối lượng kg/km/pha

Khối lượng 3 pha tấn

Tổng khối lượng tấn

BẢNG TỔNG KẾT CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN

1 Kiểu máy biến áp:

Trong thiết kế trạm phân phối này, sử dụng máy biến áp kiểu 3 pha có điều áp dưới tải

2 Số lượng máy biến áp:

Phụ tải 1 & 2: yêu cầu cung cấp điện liên tục nên đặt 2 máy biến áp

Phụ tải 3 & 4: không yêu cầu cung cấp điện liên tục nên đặt 1 máy biến áp

Đối với trạm có 1 MBA, chọn SđmB ≥ Sptmax.

Đối với trạm có 2 MBA, chọn SđmB≥

4.1

ptmax đmB

11012010

6 2

2 3

U P R

đm

đm N

Tổng trở: 10 50,82

1025

1105,1010

%

3

2 2

U U Z

đm

đm N

Điện kháng: X B = Z B2 −R B2 = 50 , 82 2 − 2 , 3232 2 = 50 , 767(Ω)

Tổn thất công suất kháng trong sắt của 1 máy:

200100

10258,0100

11012010

6 2

2 3

U P R

đm

đm N

1025

1105,1010

%

3

2 2

U U Z

đm

đm N

Điện kháng: X B = Z B2 −R B2 = 50 , 82 2 − 2 , 3232 2 = 50 , 767(Ω)

Tổn thất công suất kháng trong sắt của 1 máy:

200100

10258,0100

Fe

Q

∆(kVAr)

atc: hệ số thu hồi vốn đầu tư phụ: atc=0,125

k0: giá tiền một đơn vị công suất thiết bị bù, đồng/MVAr

Z2: phí tổn do tổn thất điện năng của thiết bị bù

Z2=c.T.∆P*.Qbù

c=50($/Mwh): tiền 1MWh tổn thất điện năng

*

P

∆ : tổn thất công suất tương đối của thiết bị bù, với tụ điện tĩnh lấy bằng 0,005

T: thời gian vận hành tụ điện, nếu vận hành suốt năm:

2

2)( −

=

∆

 TRẠM 1: Mạng điện hở có 1 phụ tải,đặt 1 máy biến áp, đường dây lộ đợn.

5 P hụ tải 1:

cos trước khi bù

CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CHÍNH XÁC CÔNG SUẤT

- Tổn thất công suất tác dụng do R 12 =5.143Ω gây ra.

2 2

20.1145 7.1911

4.88 0.184110

- Công suất ở đầu đường dây

'

- Tổn thất trong máy biến áp

- Tổn thất công suất tác dụng do R 1 =9.45Ω gây ra.

3 3

22 7.429

39.663 1.7674110

- Tổn thất công suất tác dụng do R 3 =15.741 gây ra.

- Công suất kháng do điện dung đầu đường dây dây sinh ra

- Công suất kháng do điện dung cuối đường dây dây sinh ra.

- Tổn thất công suất tác dụng do R 4 =8.4Ω gây ra.

 Tổng công suất yêu cầu phát lên tại thanh cái cao áp.

i yc

yc jQ S

P Σ + Σ = Σ : trong đó Si ở đầu đường dây nối với nguồn.

(46.2065 17.043) (22.85 8.7474) (18.4863 13.8652)87.3088 33.372

F F

F

Q tg

P

⇒ cosφ =, 0.934

CHƯƠNG VII TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

TRONG MẠNG ĐIỆN XIII MỞ ĐẦU:

Phần này tính toán chính xác các tình trạng làm việc của mạng điện lúc phụ tải cực cựctiểu và sự cố

Kết quả tính toán bao gồm điện áp lệch pha tại các nút, tổn thất công suất tác dụng vàphản kháng trên đường dây và máy biến áp, tổng công suất tác dụng và phản kháng của nguồntính từ thanh góp cao áp của nhà máy điện Đây là kết quả của bài toán phân bố công suất xáclập trong mạng điện

XIV TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT LÚC PHỤ TẢI CỰC ĐẠI:

4 Vẽ sơ đồ thay thế mạng điện:

 ĐƯỜNG DÂY N-1-2:

 ĐƯỜNG DÂY N-3:

 ĐƯỜNG DÂY N-4:

5 Bảng tổng

hợp phụ tải trước

và sau khi

bù, thông

số đường dây và máy biến áp:

a a Bảng tổng hợp phụ tải trước và sau khi bù:

(MW)

Q trước khi bù (MW)

Q bù sau khi bù (MVAr)

Fe

Q

∆(kVAr)

Tổn thất công suất tác dụng do R 12 =5.143Ω gây ra.

Công suất ở đầu đường dây.

'

Tổn thất trong máy biến áp

Tổn thất công suất tác dụng do R 1 =9.45Ω gây ra.

46.2065 9.45 19.374 14.525

5.934121

1

50.76724.066 1.1616 11.93758

2 2.876115.066

B B B B B

P R Q X U

U

++

1

20.3085 5.143 7.3751 4.88

1.22115.066

2

50.76720.0425 1.1616 7.5037

2 1.8775113.846

B B B B B

P R Q X U

U

++

=

=

x U

U

k

ktha đmcao

- Điện áp phía hạ áp

23.564.7619

ha quivecao ha

Đường dây 2:

- Tỉ số biến áp k

110

4.7619 1.05 22

ha quivecao ha

 ĐƯỜNG DÂY N-3:

Quá trình tính ngược:

- Tổn thất trong máy biến áp.

- Tổn thất công suất tác dụng do R 3 =15.741 gây ra.

- Công suất kháng do điện dung đầu đường dây dây sinh ra

22.85 15.741 9.6774 25.226

4.99121

3

22.07635 1.7134 9.1964 39.663

3.47 116.01

B B B B B

ha quivecao ha

ĐƯỜNG DÂY N-4:

- Tổn thất công suất tác dụng do R 4 =8.4Ω gây ra.

18.4863 8.4 14.3436 12.981

2.822121

4 4 4 4 4

4

18.0903 2.3232 14.0656 50.767

6.4 118.178

B B B B B

ha quivecao ha

Bảng tổng kết các kết quả tính toán phụ tải lúc cực đại:

7.1: Bảng kết quả tính toán tổn thất đường dây:

Công suất kháng do điện dụng đường dây sinh ra ΔQ C (kể cả

Suy ra: hệ số cosϕ=cos(arctg( s

1 Bảng tổng kết phụ tải , đường dây và máy biến áp (chỉ thay đổi giá trị phụ tải):

Phụ tải (không tính tới bù công suất phản kháng tương ứng với mạng điện lúc phụ tảicực tiểu):

Phụ tải 1 : Pmin = 40% Pmax

Phụ tải 2 : Pmin = 40% Pmax

Phụ tải 3 : Pmin = 40% Pmax

Phụ tải 4 : Pmin = 40% Pmax

Công suất cuối đường dây.

2 ( 2 2) ( 2 2) ( 2 2)(8 6) (0.0096 0.2098) (0.072 0.4) 8.0816 6.6098( )

"

Tổn thất công suất tác dụng do R 12 =5.143Ω gây ra.

Công suất ở đầu đường dây

'

Tổn thất trong máy biến áp

1 r1 C1 17.812 12.1

S& &=S + ∆j Q = + j (MVA)

Tổn thất công suất tác dụng do R 1 =9.45Ω gây ra.

18.174 9.45 12.6566 14.525

3.08115.5

1

50.7679.61573 1.1616 8.8097

2 2.0885112.42

B B B B B

P R Q X U

U

++

1

8.1241 5.143 5.9372 4.88

0.6294112.42

50.7678.0096 1.1616 6.2098

2 1.4932111.7906

B B B B B

P R Q X U

U

++

=

=

x U

U

k

ktha đmcao

- Điện áp phía hạ áp

, 110.3315

23.174.7619

ha quivecao ha

ha quivecao ha

U U U

- Tổn thất công suất tác dụng do R 3 =15.741 gây ra.

3 3 ( 3 3 ) 8.85918 5.1149 0.136 0.2182 8.99518 5.3331

- Công suất kháng do điện dung đầu đường dây dây sinh ra

8.99518 15.741 4.4031 25.226

2.1876115.5

3

8.81518 1.7134 5.8049 39.663

2.1652 113.3124

B B B B B

ha quivecao ha

 ĐƯỜNG DÂY N-4:

- Tổn thất công suất tác dụng do R 4 =8.4Ω gây ra.

- Công suất ở đầu đường dây.

7.30515 8.4 5.15467 12.981

1.11115.5

4

7.2148 2.3232 5.3491 50.767

2.52 114.39

B B B B B

ha quivecao ha

Bảng tổng kết các kết quả tính toán phụ tải lúc cực tiểu

7.1: Bảng kết quả tính toán tổn thất đường dây:

Công suất kháng do điện dụng đường dây sinh ra ΔQ C (kể cả

Đường dây Công suất tác dụng đầu

Suy ra: hệ số cosϕ=cos(arctg( s

Khi ngưng một lộ trên đoạn N-2:

Bảng tổng hợp thông số đường dây khi ngưng một lộ:

Đoạn Số lộ Dây Ch.dài (km) ( RΩ) ( XΩ)

l

b 0

)

1 (

2 2

20 6.5737

1.1616 0.0425110

Tổn thất công suất tác dụng do R 12 =10.2856Ω gây ra.

'

Tổn thất trong máy biến áp

1 (24 10.498) (0.0659 1.4395) (0.072 0.4) (20.507 7.941)44.645 20.2785( )

Tổn thất công suất tác dụng do R 1 =18.9 Ω gây ra.

48.33 18.9 24.9828 29.96

13.735121

1

50.76724.0659 1.1616 11.9375

2 3.0855107.265

B B B B B

P R Q X U

U

++

20.507 10.2856 8.2868 10.04

2.742107.265

2

50.76720.0425 1.1616 7.5037

2 2.045104.523

B B B B B

P R Q X U

U

++

=

=

x U

U

k

ktha đmcao

- Điện áp phía hạ áp

, 104.1795

21.884.7619

ha quivecao ha

ha quivecao ha

Bảng tổng kết các kết quả tính toán phụ tải lúc ngưng một lộ

7.1: Bảng kết quả tính toán tổn thất đường dây:

Công suất kháng do điện dụng đường dây sinh ra ΔQ C (kể cả

Bảng tổng hợp thông số trạm biến áp khi ngưng một máy

Fe

Q

∆(kVAr)

Cđm

Q b l U

Công suất cuối tổng trở của đường dây.

"

Tổn thất công suất tác dụng do R 12 =5.143Ω gây ra.

'

Tổn thất trong máy biến áp

Tổn thất công suất tác dụng do R 1 =9.45 Ω gây ra.

Tổn thất công suất phản kháng do X1 =14.525Ω gây ra

48.3255 9.45 22.1811 14.525

6.28121

1

24.1318 2.3232 13.377 50.767

6.408 114.72

B B B B B

1

20.3197 5.143 8.1096 4.88

1.256114.72

2 2 2 2 2

2

20.085 2.3232 8.4337 50.767

4.1847 113.464

B B B B B

=

=

x U

U

k

ktha đmcao

- Điện áp phía hạ áp

22.74554.7619

ha quivecao ha

U U

x U

ha quivecao ha

Bảng tổng kết các kết quả tính toán phụ tải lúc ngưng một máy biến áp

7.1: Bảng kết quả tính toán tổn thất đường dây:

Công suất kháng do điện dụng đường dây sinh ra ΔQ C (kể cả

2 đầu)

7.2: Bảng kết quả tính tổn thất công suất trong trạm biến áp: