Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế trạm biến áp 100 KVA- 22/0,4KV

Hệ thống điện là tập hợp các nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây tải điện và hộ tiêu thụ. Thực hiện nhiệm vụ sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng tin cậy, kinh tế và đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho các phụ tải. Thiết kế, xây dựng mạng điện là những công việc hết sức quan trọng của ngành điện, có ảnh hưởng lớn tới các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống điện. Giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận hành sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với hệ thống kinh tế quốc dân nói chung và hệ thống điện nói riêng. Thiết kế lưới điện nhằm giúp sinh viên tổng hợp lại kiến thức đã được đào tạo khi học trong môi trường đại học và học hỏi thêm được nhiều điều giá trị, cần thiết cho công việc. Đặc biệt là trong công tác thiết kế, thi công và vận hành hệ thống. Nhiệm vụ thiết kế gồm hai phần chính: Phần I: thiết kế mạng điện khu vực. Phần II: thiết kế trạm biến áp 100 kVA - 22/0,4 KV Bản thiết kế đã được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Lân Tráng cùng với sự góp ý chân thành của các thầy cô trong bộ môn đó giúp em hoàn thành thiết kế tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Lân Tráng cùng các thầy cô trong bộ môn hệ thống điện.

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạng điện

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống điện là tập hợp các nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây tảiđiện và hộ tiêu thụ Thực hiện nhiệm vụ sản xuất, truyền tải, phân phối và sửdụng điện năng tin cậy, kinh tế và đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp chocác phụ tải Thiết kế, xây dựng mạng điện là những công việc hết sức quan trọngcủa ngành điện, có ảnh hưởng lớn tới các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thốngđiện Giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng vàvận hành sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với hệ thống kinh tế quốc dân nóichung và hệ thống điện nói riêng

Thiết kế lưới điện nhằm giúp sinh viên tổng hợp lại kiến thức đã được đàotạo khi học trong môi trường đại học và học hỏi thêm được nhiều điều giá trị,cần thiết cho công việc Đặc biệt là trong công tác thiết kế, thi công và vận hành

hệ thống Nhiệm vụ thiết kế gồm hai phần chính:

Phần I: thiết kế mạng điện khu vực

Phần II: thiết kế trạm biến áp 100 kVA - 22/0,4 KV

Bản thiết kế đã được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân cộng với sự

giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Lân Tráng cùng

với sự góp ý chân thành của các thầy cô trong bộ môn đó giúp em hoàn thànhthiết kế tốt nghiệp của mình

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Lân Tráng cùng các thầy cô

trong bộ môn hệ thống điện

S6S

0b6

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI CÂN BẰNG SƠ BỘ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG

I PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Phân tích nguồn và phụ tải của mạng điện là một phần quan trọng trongtính toán thiết kế, quyết định đến hiệu quả của công trình

Việc phân tích nếu không chính xác sẽ gây mất cân đối giữa lượng điệnnăng cung cấp và lượng điện năng tiêu thụ, làm giảm chất lượng điện năng,giảm độ tin cậy về cung cấp điện, đồng thời gây khó khăn cho việc phát triểnlưới điện, và gây lãng phí vốn đầu tư

Việc phân tích nguồn là giúp cho ta có thể định hướng được phươngthức vận hành của nhà máy điện như phân bố công suất giữa các tổ máy phát.Nhằm đạt được hiệu suất cao nhất, khả năng điều chỉnh về nguồn, điện áp Với các hộ tiêu thụ điện là các hộ loại 1 thì yêu cầu cung cấp điện phảiđảm bảo liên tục, an toàn và phải đảm bảo chất lượng điện năng

I.1 Sơ đồ địa lí:

2 km

60 km

78,10 km

70,71 km

60 ,8

2 km

78,1km

I.2 Số liệu phụ tải trong mạng điện thiết kế

+ Có 7 phụ tải là hộ loại I (1,2,4,5,6,7,9) và 2 phụ tải là hộ loại 3 (3,8).+ Các phụ tải 1,4,7 yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thưòng (KT) các phụtải

còn lại (2,3,5,6,8,9) yêu cầu điều chỉnh điện áp thường (T)

+ Điện áp danh định của lưới điện thứ cấp bằng 22kV

19,37

20,34

26,03

19,37

18,74

16,47

15,50

15,34

Ta nhận thấy các phụ tải hầu hết đều phân bố tập trung gần giữa NMNĐ

và Hệ thống, một phần phụ tải sẽ nhận công suất phát ra từ NMNĐ, còn lại thìlấy công suất từ HTĐ

I.3 Số liệu của nguồn cung cấp cho mạng điện thiết kế

1. Nhà máy điện

Gồm sáu tổ máy phát, mỗi tổ máy có công suất phát định mức là :

Pđm = 50 MWTổng công suất nguồn phát định mức NMNĐ là :

PFđm = 6.50 = 300 MW

cos = 0,85 ; Uđm =10,5 kV

Trong thực tế vận hành cho thấy các nhà máy nhiệt điện làm việc kinh tếnhất là khi công suất phát đạt từ (80 - 90)%Pđm, khi phụ tải điện đạt ổn địnhtrên 70%Pđm thì máy phát làm việc ổn định Còn khi tải của nhà máy chỉ cònbằng 30% Pđm thì máy phát sẽ ngừng hoạt động

2 Hệ thống điện

- Điện áp định mức là : 110 kV

- Hệ số công suất : cos = 0,80

- Công suất HT là vô cùng lớn

I.4 Chế độ làm việc của mạng điện khi có sự cố

Để đảm bảo cho độ tin cậy về cung cấp điện cho các phụ tải điện thì Hệthống và Nhà máy điện cần nối bằng một đường dây liên lạc

Đối với các phụ tải điện đều là hộ loại I, đòi hỏi cung cấp điện liên tục,đảm bảo chất lượng điện năng thì cần được cung cấp điện bằng đường dâykép hay mạch vòng Nhưng phải đảm bảo khi có sự cố nặng nề nhất (đứt mộtdây của đường dây kép hay đứt dây mạch vòng) thì vẫn đảm bảo cung cấpđiện liên tục, đủ công suất cho phụ tải

Khi có sự cố từ phía NMĐ, cụ thể là sự cố 1 tổ máy của NMĐ thì sẽ phảihuy động công suất thiếu từ phía HTĐ qua đường dây liên lạc

II CÂN BẰNG SƠ BỘ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG

Cân bằng công suất trong HTĐ trước hết là xem khả năng cung cấp điện

và tiêu thụ điện trong hệ thống có cân bằng hay không Sau đó sơ bộ địnhphương thức vận hành cho NMĐ trong hệ thống trong các chế độ vận hànhcực đại, cực tiểu và chế độ sự cố, dựa trên sự cân bằng từng khu vực, đặcđiểm, và khả năng cung cấp của NMĐ

II.1 Cân bằng công suất tác dụng

Sự cân bằng công suất tác dụng trong HT được biểu diễn bằng biểu thứcsau :

P pt : Tổng công suất tác dụng cực đại của phụ tải.

P md :là tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến

áp Trong tính toán có thể chọn: P mđ = (5 - 8)% Ppt

P td : là tổng công suất tác dụng tự dùng của nhà máy điện

P td = (6 - 10)% P Fđm

P dt : là tổng công suất tác dụng dự trữ cho mạng

Vì HT có công suất vô cùng lớn nên ta không lấy công suất dự trữ từ nhà

máy điện, mà lấy từ HT, vì vậy không xét đến Pdt trong phương trình

P yc = P F + P HT = P pt + P md + P td =352 +17,60 +25,50= 395,10 MW

* Công suất lấy từ HT là :

P HT = P yc - P F =395,10 - 255 = 140,10 MW

II.2 Cân bằng công suất phản kháng ( CXPK )

Phương trình cân bằng CSPK được viết như sau:

Q L : là tổng tổn thất CSPK trên cảm kháng của đường dây

Q C : là tổng CSPK do dung dẫn của đường dây sinh ra

Trong tính toán sơ bộ, ở mạng 110kV ta có Q L = Q C, nên :

Q L - Q C = 0

Q BA :là tổn thất CSPK trên các máy biến áp

Q td : là tổng CSPK tự dùng của NMĐ

Q dt : là tổng CSPK dự trữ cho mạng

Vì HT có công suất vô cùng lớn nên ta không lấy công suất dự trữ từ

NMĐ, mà lấy từ HT Vì vậy không xét đến Q dt trong phương trình

So sánh giữa cung và cầu ta thấy: lượng CSPK phát ra so với lượng CSPKyêu cầu như sau

Q HT + Q F = 263,10 MVAr > Q yc = 216,85 MVAr

Vậy không cần đặt thêm thiết bị bù CSPK.

B SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT

I.Phương án 1

8 7

5 4

km 60,82 km

78,1km

60,8

2 km

58,31 km70,71 km

1 Chọn điện áp mạng điện thiết kế

Ta dùng công thức kinh nghiệm để tính điện áp trên từng đoạn đườngdây như sau:

4,34 16

Trong đó : Ui : Là điện áp của đoạn đường dây thứ i

Li : Là chiều dài của đoạn đường dây thứ i

Pi : Công suất tác dụng truyền tải trên đoạn đường dây thứ i.Theo như phương án đặt ra ở trên ( mạng hình tia ) thì công suất cực đại củaphụ tải tương ứng chính là các Pi Với đoạn đến phụ tải 6 sẽ được tính như sau

PNĐ - 6 = ΣPPF - ΣPPYC

Trong đó :

ΣPPF = 85% ΣPPFđm = 0,85 300 = 255 MW

ΣPPyC = P1 +P2 + P3 + P4 + P5 + PTD + P

Kết quả tính toán được tổng hợp ở bảng sau:

2. Chọn tiết diện dây dẫn cho mạng thiết kế

Ta chọn dây dẫn theo điều kiện kinh tế, nghĩa là sẽ chọn tiết diện dây dẫntheo mật độ dòng điện kinh tế (Jkt )

Với dây dẫn là dây AC, với Tmax = 4900h, thì tra bảng 44 sách " MạngLưới Điện".Ta được Jkt = 1,1A/mm2

Cường độ dòng điện trên mỗi đoạn đường dây tính theo công thức :

Ii =

3

.10 3.

i dm

S

n U (A)Trong đó: n : Số lộ đường dây ( dây kép thì n = 2)

Si : Công suất chảy trên nhánh thứ iTiết diện dây dẫn tính toán theo công thức:

I j

I j

S



Ftt = 4 129,67

1,1

ND kt

I j

I j

I j

I j

S

Ftt = 9 102,69

1,1

HT kt

I j

  = 93,36 mm2

Sự cố 1 máy phát của NMNĐ, xảy ra khi phụ tải là cực đại, khi đó phía

HT sẽ phải cung cấp công suất cho phía NMNĐ Lúc này ta chỉ cần xem xétđến dòng điện sự cố trên các đoạn đường dây NĐ - 6 và HT - 6 là đường dâynối liên lạc giữa HT và NMNĐ Cho 5 tổ máy còn lại của nhà máy nhiệt điệnphát 100% công suất ta có:

Trong đó :

Vậy dòng điện trên đoạn NĐ - 6 và HT - 6 khi có sự cố tổ máy phát điện là:

* Đối với đoạn NĐ - 6 :

SCND-6 dm

=

n 3.U cosj 2 3.110.0,92 = 110,693 A

Từ 2 giả thiết trên ta nhận thấy sự cố nặng nề nhất đối với đoạn NĐ – 6

và HT-6 là khi đứt 1 trong 2 lộ đường dây Với các kết quả tính toán thuđược, tra bảng để chọn tiết diện dây dẫn chuẩn gần nhất và thoả mãn các điềukiện về vầng quang, phát nóng :

- Điều kiện vầng quang : Với lưới 110 kV tối thiểu là dây AC - 70

- Điều kiện phát nóng sự cố : ISC < k Icp (Lấy hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ k = 0,8)

Ta có bảng kiểm tra dây dẫn theo điều kiện sự cố của phương án I như sau :

Đoạn

ĐD

P(MW)

Số lộ I (A) Isc (A) Loại dây k.Icp Kiểm tra

X (Ω)

4 Tính tổn thất điện áp của phương án 1

a.Tính tổn thất khi các phụ tải làm việc bình thường

Tức là tính tổn thất điện áp cực đại khi phụ tải làm việc ở chế độ cực đại.

Áp dụng công thức tính tổn thất điện áp đường dây :

2 dm

ΣPP R +ΣPQ X

.100 U

* Đối với đoạn NĐ - 1 :

* Đối với đoạn HT - 8 :

b Tổn thất điện áp khi sự cố nguy hiểm nhất

Sự cố nguy hiểm nhất là khi đứt 1 trong 2 lộ đường dây tại các lộ gốc,khi đó dây dẫn còn lại sẽ phải tải lượng công suất gấp đôi, do vậy tổn thấtđiện áp ở các lộ gốc cũng sẽ tăng gấp đôi: USC = 2 Ubt

II.Phương án 2

km 60,8

2 km 78,10 km

,8

2 km70,71 km

50,99 km

60 ,8

2 km58,31 km70,71 km

1 Chọn điện áp mạng điện thiết kế

Ta dùng công thức kinh nghiệm để tính điện áp trên từng đoạn đườngdây như sau:

4,34 16

Trong đó : Ui : Là điện áp của đoạn đường dây thứ i

Li : Là chiều dài của đoạn đường dây thứ i

Pi : Công suất tác dụng truyền tải trên đoạn đường dây thứ i Công suất truyền trên các nhánh NĐ – 6, HT – 6 được tính tương tự như

Kết quả tính toán được tổng hợp ở bảng sau:

3. Chọn tiết diện dây dẫn cho mạng thiết kế

* Đối với các đoạn NĐ-1, NĐ-2, NĐ-3, NĐ-4, NĐ-5, NĐ-6, HT-6,HT-9 được tính như ở trong phương án 1

* Đối với đoạn HT - 7:

Sự cố 1 máy phát của NMNĐ, xảy ra khi phụ tải là cực đại ,khi đó phía

HT sẽ phải cung cấp công suất cho phía NMNĐ Lúc này ta chỉ cần xem xétđến dòng điện sự cố trên các đoạn đường dây NĐ - 6 và HT - 6 là đường dâynối liên lạc giữa HT và NMNĐ Tính tương tự như ở trong phương án 1 ta có:

Từ 2 giả thiết trên ta nhận thấy sự cố nặng nề nhất đối với đoạn NĐ – 6

và HT-6 là khi đứt 1 trong 2 lộ đường dây Với các kết quả tính toán thuđược, tra bảng để chọn tiết diện dây dẫn chuẩn gần nhất và thoả mãn các điềukiện về vầng quang, phát nóng :

- Điều kiện vầng quang : Với lưới 110 kV tối thiểu là dây AC - 70.

- Điều kiện phát nóng sự cố : ISC < k Icp (Lấy hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ k = 0,8)

Ta có bảng kiểm tra dây dẫn theo điều kiện sự cố của phương án 2 như sau :

Đoạn

ĐD

P(MW)

Bảng thông số chính của các đường dây:

X ()

4 Tính tổn thất điện áp của phương án 2

a.Tính tổn thất khi các phụ tải làm việc bình thường

Tức là tính tổn thất điện áp cực đại khi phụ tải làm việc ở chế độ cực đại.

Áp dụng công thức tính tổn thất điện áp đường dây :

U

X Q R P

dm 2

i i i



* Đối với đoạn NĐ – 1, NĐ – 2, NĐ – 3, NĐ – 4, NĐ – 5, NĐ – 6, HT – 6,

HT – 9 tính giống như trong phương án 1

* Đối với đoạn HT - 7 :

b Tổn thất điện áp khi sự cố nguy hiểm nhất

Sự cố nguy hiểm nhất là khi đứt 1 trong 2 lộ đường dây tại các lộ gốc,khi đó dây dẫn còn lại sẽ phải tải lượng công suất gấp đôi, do vậy tổn thấtđiện áp ở các lộ gốc cũng sẽ tăng gấp đôi: DUSC% = 2 DUbt

SC

HT  +DU7 8  = 12,22 +4,96= 17,18 %

II Phương án 3

1 2

60 ,8

2 km58,31 km70,71 km

1 Chọn điện áp mạng điện thiết kế

Ta dùng công thức kinh nghiệm để tính điện áp trên từng đoạn đường dâynhư sau:

Trong đó : Ui : Là điện áp của đoạn đường dây thứ i

Li : Là chiều dài của đoạn đường dây thứ i

Pi : Công suất tác dụng truyền tải trên đoạn đường dây thứ i.Công suất trền trên nhánh NĐ-4:

Kết quả tính toán được tổng hợp ở bảng sau:

2 Chọn tiết diện dây dẫn cho mạng thiết kế

* Đối với đoạn NĐ – 1, NĐ – 2, NĐ – 5, NĐ – 6, HT – 6, HT – 7, 7_8,

HT – 9 được tính như ở trong phương án 2.Ta chỉ cần tính cho đoạn NĐ – 4

I j

b Giả thiết thứ 2

Sự cố 1 máy phát của NMNĐ, xảy ra khi phụ tải là cực đại, khi đó phía

HT sẽ phải cung cấp công suất cho phía NMNĐ Lúc này ta chỉ cần xem xétđến dòng điện sự cố trên các đoạn đường dây NĐ - 6 và HT - 6 là đường dâynối liên lạc giữa HT và NMNĐ Tính tương tự như ở trong phương án 1 ta có

Từ 2 giả thiết trên ta nhận thấy sự cố nặng nề nhất đối với đoạn NĐ – 6

và HT-6 là khi đứt 1 trong 2 lộ đường dây.Với các kết quả tính toán thuđược, tra bảng để chọn tiết diện dây dẫn chuẩn gần nhất và thoả mãn các điềukiện về vầng quang, phát nóng :

- Điều kiện vầng quang : Với lưới 110 kV tối thiểu là dây AC - 70

- Điều kiện phát nóng sự cố : ISC < k Icp (Lấy hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ k = 0,8)

Ta có bảng kiểm tra dây dẫn theo điều kiện sự cố của phương án 3 như sau :

Bảng thông số chính của các đường dây:

4 Tính tổn thất điện áp của phương án 3

a.Tính tổn thất khi các phụ tải làm việc bình thường

Tức là tính tổn thất điện áp cực đại khi phụ tải làm việc ở chế độ cực đại.

Áp dụng công thức tính tổn thất điện áp đường dây :

U

X Q R P

dm 2

i i i

b Tổn thất điện áp khi sự cố nguy hiểm nhất

Sự cố nguy hiểm nhất là khi đứt 1 trong 2 lộ đường dây tại các lộ gốc,khi đó dây dẫn còn lại sẽ phải tải lượng công suất gấp đôi, do vậy tổn thấtđiện áp ở các lộ gốc cũng sẽ tăng gấp đôi: USC = 2 Ubt

SC

ND +DU4 3  = 13,70% +4,65%= 18,35 %

IV Phương án 4

1 2

1 Chọn điện áp mạng điện thiết kế

Ta dùng công thức kinh nghiệm để tính điện áp trên từng đoạn đường dâynhư sau:

Trong đó : Ui : Là điện áp của đoạn đường dây thứ i

Li : Là chiều dài của đoạn đường dây thứ i

Pi : Công suất tác dụng truyền tải trên đoạn đường dây thứ i.Công suất trền trên nhánh NĐ-1:

2 Chọn tiết diện dây dẫn cho mạng thiết kế:

* Đối với đoạn NĐ - 1:

I j

I j



 = 223,62 mm2

* Đối với đoạn 4_5:

I4_3 =

4 _ 5 10 44, 44.10 3. dm 2 3.110

I j

7_8 35,56 1 186,62

b Giả thiết thứ 2

Sự cố 1 máy phát của NMNĐ, xảy ra khi phụ tải là cực đại, khi đó phía

HT sẽ phải cung cấp công suất cho phía NMNĐ Lúc này ta chỉ cần xem xétđến dòng điện sự cố trên các đoạn đường dây NĐ - 6 và HT - 6 là đường dâynối liên lạc giữa HT và NMNĐ Tính tương tự như ở trong phương án 1 ta có

Từ 2 giả thiết trên ta nhận thấy sự cố nặng nề nhất đối với đoạn NĐ – 6

và HT-6 là khi đứt 1 trong 2 lộ đường dây Với các kết quả tính toán thuđược, tra bảng để chọn tiết diện dây dẫn chuẩn gần nhất và thoả mãn các điềukiện về vầng quang, phát nóng :

- Điều kiện vầng quang : Với lưới 110 kV tối thiểu là dây AC - 70

- Điều kiện phát nóng sự cố : ISC < k Icp (Lấy hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ k = 0,8)

Ta có bảng kiểm tra dây dẫn theo điều kiện sự cố của phương án I như sau :

Bảng thông số chính của các đường dây:

X()

4 Tính tổn thất điện áp của phương án 4

a.Tính tổn thất khi các phụ tải làm việc bình thường:

Tức là tính tổn thất điện áp cực đại khi phụ tải làm việc ở chế độ cực đại.

Áp dụng công thức tính tổn thất điện áp đường dây :

DUi% = 100

U

X Q R P

dm 2

i i i

* Đối với đoạn còn lại tính toán giống như ở phương án 3

Bảng kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường:

Sự cố nguy hiểm nhất là khi đứt 1 trong 2 lộ đường dây tại các lộ gốc,khi đó dây dẫn còn lại sẽ phải tải lượng công suất gấp đôi, do vậy tổn thấtđiện áp ở các lộ gốc cũng sẽ tăng gấp đôi: USC = 2 Ubt

SC

ND +DU4 5  = 13,40% +5,33%= 18,73 %

IV Phương án 5

1 2

HT

86 ,02

60,8

2 km58,31 km70,71 km

1 Chọn điện áp mạng điện thiết kế

Ta dùng công thức kinh nghiệm để tính điện áp trên từng đoạn đường dâynhư sau:

Trong đó : Ui : Là điện áp của đoạn đường dây thứ i

Li : Là chiều dài của đoạn đường dây thứ i

Pi : Công suất tác dụng truyền tải trên đoạn đường dây thứ i Với đoạn đến phụ tải 6 sẽ được tính như sau :

án 2

Kết quả tính toán được tổng hợp ở bảng sau:

Đoạnđường dây

2 Chọn tiết diện dây dẫn cho mạng thiết kế

* Đối với đoạn NĐ – 1, NĐ – 2, NĐ – 3, NĐ – 4, HT – 7, 7_8, HT – 9tính giống như trong phương án 2

* Đối với đoạn NĐ - 6:

I j

I j

Sự cố 1 máy phát của NMNĐ, xảy ra khi phụ tải là cực đại, khi đó phía

HT sẽ phải cung cấp công suất cho phía NMNĐ Lúc này ta chỉ cần xem xétđến dòng điện sự cố trên các đoạn đường dây NĐ - 6 và HT - 6 là đường dâynối liên lạc giữa HT và NMNĐ Cho 5 tổ máy còn lại của nhà máy nhiệt điệnphát 100% công suất ta có:

Trong đó :