Đồ án tốt nghiệp lưới điện

Quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá ở nước ta hiện nay đang diễn ra hết sức mạnh mẽ.Trên khắp cả nước các khu trung tâm công nghiệp mới mọc lên ngày càng nhiều. Điều này đỏi hỏi chúng ta phải xây dựng các mạng lưới điện mới để truyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ này.Thiết kế các mạng vàhệ thống điện là một nhiệm vụ quan trọng của các kỹ sư nói chung và đặc biệt là các kỹ sư hệ thống điện.

LỜI NÓI ĐẦU

Quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá ở nước ta hiện nay đang diễn ra hếtsức mạnh mẽ.Trên khắp cả nước các khu trung tâm công nghiệp mới mọc lên ngàycàng nhiều Điều này đỏi hỏi chúng ta phải xây dựng các mạng lưới điện mới đểtruyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ này.Thiết kế các mạng và hệ thống điện làmột nhiệm vụ quan trọng của các kỹ sư nói chung và đặc biệt là các kỹ sư hệ thốngđiện

Đồ án môn học “Lưới điện” giúp chúng em vận dụng những kiến thức đã họcvào thực tế công việc Tuy đây mới chỉ là đồ án môn học nhưng nó đã trang bịnhững kỹ năng bổ ích cho đồ án tốt nghiệp đồng thời nó cũng cho chúng ta hìnhdung ra một phần công việc thực tế sau này

Trong quá trình làm đồ án , em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy

cô giáo trong bộ môn và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình trực tiếp của cô ThS Nguyễn Thị Thi đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học này Do kiến thức còn

hạn chế nên không tránh khỏi sai xót,em rất mong thầy cô trong bộ môn góp ý đểbản đồ án của em hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Hải Dương ,tháng 5 năm 2016 Sinh viên

Đoàn Đình Thể

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI1.1.Sơ đồ địa lý

2

3

4 5

NÐ

Hình 1 1: Bố trí mặt bằng phụ tải

(1 ô = 10km x 10 km)

1.1.1 Những số liệu nguồn cung cấp.

Nguồn là thanh góp hệ thống 110kV có công suất vô cùng lớn, hệ số cosϕ

trênthanh góp 110 kV bằng 0,85

Bảng 1- 1:Số liệu tính toán của phụ tải tính toán

– Nguồn công suất vô cùng lớn là nguồn có điện áp đầu cựckhông thay đổi về biên độ dù có xảy ra sự cố gì sau nó

– Công suất nguồn lớn (5÷7) lần công suất tải

– Các hộ phụ tải loại III (hộ 1;4) là các hộ phụ tải ít quan trọnghơn nên để giảm chi phí đầu tư ta chỉ cần cấp điện bằng mộtđường dây đơn và một máy biến áp

– Yêu cầu điều chỉnh điện áp

Trong mạng điện thiết kế tất cả các hộ có yêu cầu điều chỉnh điện áp khácthường Ở phương pháp này độ lệch điện áp phải thỏa mãn các chế độ như sau:

– Chế độ phụ tải cực đại: du% = 5% Uđm.

– Chế độ phụ tải cực tiểu: du% = 0% Uđm.

– Chế độ sự cố: du%= 0% ÷ 5% Uđm.

1.3.Cân bằng công suất trong hệ thống điện

1.3.1 Cân bằng công suất tác dụng

Trong trường hợp trạm biến áp cấp điện cho các phụ tải khu vực thì công suấttrạm Ptrạm chỉ có cấp công suất cho các phụ tải cộng them tổn thất trong lưới,phần tựdùng của trạm là không đáng kể,còn công suất dự phòng là không xét vì đây chỉ làcấp điện nội bộ khu vực Do vậy :

Ptrạm = m∑Ppt + ∑∆PTrong đó:

• Ptrạm – Công suất tác dụng trạm biến áp ;

• ∑Ppt - Tổng công suất tác dụng các phụ tải ở chế độ cực đại;

• m – Hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại ( với m = 1 )

• ∑∆P – Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp,

có thể tính gần đúng bằng 5% của m∑Ppt;

Từ đó ta có :

m∑Ppt = 195 MW; ∑∆P= 5%.195 = 9,75 MW

Ptrạm = m∑Ppt +∑∆P = 195 + 9,75 = 204,75 MW

1.3.2.Cân bằng công suất phản kháng

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong trường hợp này như sau:

Qtrạm + Q∑b

= m∑Qpt + ∑∆QBTrong đó :

• Qtrạm – Công suất phản kháng của trạm biến áp;

• (Qtrạm= tgφtrạm.Ptrạm , tgφtrạm =

2 tram

tram

1 cos.

- Tổng công suất bù sơ bộ

• ∑Qpt – Tổng công suất phản kháng phụ tải ;

• ∑∆QB – Tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp ,có giátrị khoảng 15% của m∑Qpt ;

Từ đó ta có :

tgφtrạm = 0,85

85 , 0

và phụ tải ở xa nguồn, sao cho công suất mới có cosϕ

m có giá trị trong khoảng 0,85

÷ 0,95 (không bù cao hơn nữa vì sẽ không kinh tế và ảnh hưởng tới tính ổn định của

m: Hệ số công suất của hộ thứ i sau khi bù

Ta chọn 3 vị trí bù tại phụ tải 3, 5, 6 kết quả bù được tính như sau:

Cosϕ

m = 0,90 →

tgϕ

m = 0,49Phụ tải 6: Qb6 = Q6 – P6 tgϕ

6 =23,56 – 38.0,49 = 4,94 (MVAr)Phụ tải 5 : Qb5 = Q5 – P5 tgϕ

5 =22,32 – 36.0,49 = 4,68 (MVAr)Phụ tải 3: Qb3 = Qb∑ – (Qb6 + Qb5) = 12,09 - (4,94 + 4,68) = 2,47 (MVAr)

Đối với phụ tải 3 : Qb3 =Q3 – P3 tgϕ

Bảng 1- 3: Thông số trước và sau khi bù

Smin(MVA)

2.1 Dự kiến các phương án nối dây.

– Các chỉ tiêu chỉ tiêu kinh tế -kĩ thuật của mạng điện phụ thuộcrất nhiều vào sơ đồ nối dây ,vì vây sơ đồ của mạng điện cầnphải có chi phí nhỏ nhất ,đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cầnthiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ thuận

tiện và an toàn trong vận hành ,khả năng phát triện trong tươnglai và tiếp nhận các phụ tải mới.Các hộ phụ tải loại I được cấpđiện bằng đường dây hai mạch hoặc mạch vòng,các hộ phụ tảiloai III được cấp điện bằng đường dây một mạch.

– Các yêu cầu chính của mạng điện :

o Cung cấp điện liên tục

o Đảm bảo chất lượng điện năng

o Đảm bảo cho vận hành thi công và tính linh hoạt cao

o Đảm bảo cho người và thiết bị

o Đảm bảo kinh tế

– Từ sơ đồ mặt bằng của nguồn điện và các phụ tải đã cho chúng

ta có thể đưa ra các phương án nối dây cho mạng điện trên nhưsau:

– Phương án nối dây số 1

2

3

4 5

44 ,72 km

Hình 2- 1: Phương án I

– Phương án nối dây số 2

6 1

2

3

4 5

36, 06 km

50 km

Hình 2- 3: Phương án III

– Phương án nối dây số 4

2

3

45

NÐ

50 km

50 km

44,72 km

53,85 km

36,06 km

2 k m

44, 72 km

Hình 2- 5: Phương án V

2.2 Chọn điện áp định mức cho lưới điện.

Lựa chọn cấp điện áp định mức cho mạng điện là nhiệm vụ rất quan trọng, vì trị

số điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến các chi phí kinh tế, kỹ thuật của mạng điện Đểchọn được cấp điện áp hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

– Phải đáp ứng được yêu cầu mở rộng phụ tải sau này

– Đảm bảo tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải

– Khi điện áp càng cao thì tổn thất công suất càng bé, sử dụng ítkim loại màu (I nhỏ) Nhưng điện áp càng tăng cao thì chi phíxây dựng mạng điện càng lớn và giá thành thiết bị càng tăng

Vì vậy phải chọn điện áp định mức như thế nào cho phù hợp vềkinh tế và kĩ thuật

– Chọn điện áp tối ưu theo công thức kinh nghiệm:

Ui = 4,34 li+ 16 Pi

( kV)

Trong đó:

– Ui - điện áp đường dây thứ i (kV)

– li - khoảng cách từ nguồn đến phụ tải thứ i ( km)

– Pi - công suất lớn nhất trên đường dây thứ i(MW)

– n : số lộ đường dây

2.3 Tính toán chọn tiết diện dây dẫn

Do mạng điện thiết kế có Uđm =110kV Tiết diện dây dẫn thường được chọn theophương pháp mật độ kinh tế của dòng điện Jkt.

Fkt = J kt

Imax

(*)Với Imax là dòng điện cực đại trên đường dây trong chế độ làm việc bình thường,được xác định theo công thức:

Imax = dm

i

U n

S

.3

max

×

2 2.U3n

QiPi

×+

Trong đó :

– Jkt : mật độ kinh tế của dòng điện

– Uđm :điện áp định mức của dòng điện (kV)– Smaxi : công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại.(MVA)

– n : số lộ đường dây

Ta sử dụng dây nhôm lõi thép ( AC ) để truyền tải với thời gian sử dụng côngsuất cực đại của phụ tải là : 5000h , nên ta có mật độ kinh tế của dòng điện Jkt = 1,1A/mm2

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức (*), tiết hành chọn tiết diện tiêuchuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang Độ bền cơ vềđường dây và điều kiện pháp nóng của dây dẫn

– Kiểm tra điều kiện vầng quang

o Theo điều kiện, tiết diện dây dẫn không được nhỏ hơn trị số cho phép đốivới mỗi cấp điện áp

o Với cấp điện áp 110kV, để không xuất hiện vầng quang tiết diện dây dẫn tốithiểu được phép là 70mm2

– Kiểm tra phát nóng dây dẫn

Theo điều kiện: Isc max < k Icp.

Trong đó :

– Icp :dòng điện cho phép của dây dẫn, nó phụ thuộc vào bản chất

và tiết diện của dây

– k -:hệ số quy đổi theo nhiệt độ Khc = 0.88 ứng với nhiệt độ là

25oc

o Đối với đường dây kép : Isc max = 2.Ibt max < 0.88.Icp.

o Đối với đường dây đơn khi có sự cố sẽ dẫn đến mất điện

2.4 Tiêu chuẩn tổn thất điện áp

Các mạng điện 1 cấp điện áp đạt tiêu chuẩn kĩ thuật nếu trong chế độ phụ tải cựcđại các tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ làm việc bình thường và chế độ sự cốnằm trong khoảng sau đây:

% 15

% 10max = −

∆ U bt

% 20

% 15max = −

∆ U sc

Đối với những mạng điện phức tạp (mạng điện kín), có thế chấp nhận tổn thấtđiện áp lớn nhất trong chế độ phụ tải cực đại và chế độ sự cố nằm trong khoảng:

% 20

% 15max = −

∆ U bt

∆ U sc = −

Trong đó:

– ∆Ubt max , ∆Usc max là tổn thất điện áp lúc bình thường và lúc sự

×

∑ +

∑

dm

i i i i U

X Q R P

Ui = 4,34 li + 16 Pi

( kV)– Điện áp tính toán trên đoạn đường dây N-1

PN-1 = P1 = 30 MW, LN-1 = 44,72 km

UN-1 = 4,34 44, 72 16.30+

= 99,42 kVXét tương tự với các đoạn đường dây khác ta có kết quả ở bảng 2-1

Bảng 2- 1: Bảng tính toán chọn điện áp định mức mạng điện phương án I

Từ bảng số liệu trên ta chọn điện áp định mức cho mạng điện là Uđm = 110kV.b) Lựa chọn tiết diện dây dẫn

* Đoạn đường dây N-2

– Chọn tiết diện dây dẫn:

37, 65.10

0 3 = A

Fkt = Jkt

Imax

=

98,889,821,1 =

(mm2)Chọn dây dẫn loại AC-95 có tiết diện chuẩn là 95 mm2 và dòng điện cho phép

Icp= 330A

– Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có:

Ftc=95mm2 > 70 mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

– Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : đoạn N-2 là đường dây képnên khi hỏng một lộ thì lộ còn lại vẫn phải làm việc bìnhthường

.

(Ω)– Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường

∆U2bt % =

2 2 2 2 2

+

dm

P R Q X U

Bảng 2- 2: Bảng chọn tiết diện dây dẫn phương án I

N-1 1 44,72 35,30 185,27 168,42 AC-185 0,17 0,409

N-2 2 44,72 37,65 98,81 89,83 AC-95 0,33 0,429

N-3 2 53,85 28,19 73,98 67,26 AC-70 0,45 0,44N-4 1 44,72 40,00 209,97 190,88 AC-240 0,131 0,401N-5 2 50 40,09 105,21 95,64 AC-120 0,27 0,423N-6 2 50 42,32 111,05 100,96 AC-120 0,27 0,423

Bảng 2- 3: Bảng kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn phương án I

Theo bảng trên ta thấy:

∆Ubt max%= 4,77 < 10%

∆Uscmax% = 7,56 < 20% (thỏa mãn điều kiện)

Vậy phương án I đạt yêu cầu kĩ thuật

36, 06 km

Hình 2- 7: Sơ đồ mạng điện phương án IIa) Chọn điện áp định mức

Ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau:

Ui = 4,34 li + 16 Pi

( kV)– Điện áp tính toán trên đoạn đường dây N-3

PN-3 = P3 + P4 = 59 MW, LN-3 = 53,85 km

UN-3 = 4,34 44,72 16.59+

= 137,1 kVXét tương tự với các đoạn đường dây khác ta có kết quả ở bảng 2-5

Bảng 2- 5: Bảng tính toán chọn điện áp định mức mạng điện phương án II

Từ bảng số liệu trên ta chọn điện áp định mức cho mạng điện là Uđm = 110kV.

b) Lựa chọn tiết diện dây dẫn

o Đoạn đường dây N-3

– Chọn tiết diện dây dẫn

−

×

N dm

s

=

368,19.10

(mm2)Chọn dây dẫn loại AC- 185 ,có tiết diện chuẩn là 185 mm2 và dòng điện chophép Icp = 510 A

– Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có :

F = 185 >70mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

– Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : đoạn N-3 là đường dây képnên khi hỏng một lộ thì lộ còn lại vẫn phải làm việc bìnhthường

Isc = 2.Ibt max = 2 178,95 = 351,97 (A)

Isc < 0,88.Icp = 448,8 (A) ( thỏa mãn điều kiện )

– Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây

Với loại đường dây AC- 185 ta có: ro= 0,17Ω

/km, xo= 0,409Ω

/kmĐiện trở và điện kháng đường dây :

∆ UN-3sc % =2 ∆ UN-3bt % = 2 3,34 % = 6,68%.

Các đoạn dây còn lại tính tương tự , ta có các số liệu bảng 2-6 ;2-7 ;2-8

Bảng 2- 6: Bảng chọn tiết diện dây dẫn phương án II

∆Ubtmax% = 4,72% <15% (thỏa mãn điều kiện).

∆Usc max% = 11,31 % < 20% (thỏa mãn điều kiện)

Như vậy phương án II đạt yêu cầu kĩ thuật

6 1

2

3

4 5

PN-5 = P5 + P4 = 70 MW, LN-5 = 50 km

UN-5 = 4,34 50 16.70+

= 148,45 kVXét tương tự với các đoạn đường dây khác ta có kết quả ở bảng 2-9

Bảng 2- 9: Bảng tính toán chọn điện áp định mức mạng điện

Từ bảng số liệu trên ta chọn điện áp định mức cho mạng điện là Uđm = 110kV.

b) Lựa chọn tiết diện dây dẫn

o Đoạn đường dây N-5

– Chọn tiết diện dây dẫn

−

×

N dm

(mm2)Chọn dây dẫn loại AC- 240 ,có tiết diện chuẩn là 240 mm2 và dòng điện chophép Icp = 605 A

– Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có :

F = 240 >70mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

– Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : đoạn N-5 là đường dây képnên khi hỏng một lộ thì lộ còn lại vẫn phải làm việc bìnhthường

Isc = 2.Ibt max = 2 211,23 = 422,46 (A)

Isc < 0,88.Icp = 532,4 (A) ( thỏa mãn điều kiện )

– Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây

Với loại đường dây AC- 240 ta có: ro= 0,131Ω

/km, xo= 0,401Ω

/kmĐiện trở và điện kháng đường dây :

o Tổn thất điện áp ở chế độ sự cố :

∆UN-5sc % =2 ∆UN-5bt % = 2 5,1 % = 10,21%

Các đoạn dây còn lại tính tương tự , ta có các số liệu bảng 2-10 ;2-11 ;2-12

Bảng 2- 10: Bảng chọn tiết diện dây dẫn phương án III

∆Ubtmax% = 5,33 % < 10% (thỏa mãn điều kiện).

∆Usc max% = 10,21% < 20% (thỏa mãn điều kiện)

Như vậy phương án III đạt yêu cầu kĩ thuật

PN-2 = P2 + P1 = 62 MW, LN-5 = 50 km

UN-2 = 4,34 50 16.62+

= 140,35 kVXét tương tự với các đoạn đường dây khác ta có kết quả ở bảng 2-13

Bảng 2- 13: Bảng tính toán chọn điện áp định mức mạng điện phương án IV

Từ bảng số liệu trên ta chọn điện áp định mức cho mạng điện là Uđm = 110kV.

b) Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Tính toán tương tự phương án II , ta có các bảng số liệu 2-13 ;2-14 ;2-15 ;2-16

Bảng 2- 14: Bảng chọn tiết diện dây dẫn phương án IV

Theo bảng trên ta có:

∆Ubtmax% = 5,84% <10% (thỏa mãn điều kiện)

∆Usc max% = 11,69 < 20% (thỏa mãn điều kiện)

Như vậy phương án IV đạt yêu cầu kĩ thuật

2.5.5.Phương án V

2

4 5

2 k m

44, 72 km

Ở phương án này các phụ tải 2 và 3 nối với nhau thành mạch kín Các phụ tải cònlại được tính giống phương án I.

Ta chỉ tính toán đoạn mạch kín N-2-3-N

* Tính phân công suất trên đoạn đường dây

Giả sử các đường dây có cùng tiết diện, mạch điện đồng nhất ,ta có :

- Công suất trên đoạn N-2

UN-2 = 4,34 44,72 16.31,44+

= 101,57 kV – Xét đoạn N-3

Bảng 2- 17: Bảng tính toán chọn điện áp định mức mạng điện phương án V

Từ bảng số liệu trên ta chọn điện áp định mức cho mạng điện là Uđm = 110kV

b) Chọn tiết diện dây dẫn

– Đoạn đường dây N-2

Chọn tiết diện dây dẫn

3

2 max

2 max +

=

31, 44 18,62 3.110

= 174,35 (mm2)Chọn dây dẫn loại AC- 185 ,có tiết diện chuẩn là 185 mm2 và dòng điện chophép Icp = 510A

- Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có:

Ftc= 185 mm2 > 70 mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : đối với đường dây N-2 có 2 trường hợp vậnhành sự cố :

+ trường hợp sự cố đoạn 2-3+ trường hợp sự cố đoạn N-3

Ta thấy rằng trường hợp sự cố đoạn N-3 nguy hiểm hơn vì phải tải một lượngcông suất tới phụ tải 3.Khi có sự cố đoạn N-3,công suất chạy trên đoạn còn lại là

2

S3.U

−

=

3

65,84.10 3.110

= 345,57( A)

Isc N-2= 345,57 A < 0,88Icp =448,8(thỏa mãn điều kiện)

– Đoạn đường dây N-3

= 139,61(mm2)Chọn dây dẫn AC-185, Icp = 510 A

- Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có:

Ftc= 185 mm2 >70 mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : đối với đường dây N-3 có 2 trường hợp vậnhành sự cố :

+ trường hợp sự cố đoạn 3-2+ trường hợp sự cố đoạn N-2Cũng giống như đường dây N-2,sự cố nguy hiểm nhất là trên đoạn N-2 Khi có

sự cố đoạn N-2,công suất chạy trên đoạn còn lại là

2

– Đoạn đường dây 2-3

= 6,39(mm2)Tiết diện tối thiểu cho cấp điện áp 110 kV là 70 mm2 Chọn dây dẫn AC-70 đểthỏa mãn điều kiện vầng quang với Icp=265A

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :với đường dây này có 2 TH vận hành

sự cố

+ trường hợp sự cố đoạn N-2+ trường hợp sự cố đoạn N-3

Sự cố đường dây N-2 nguy hiểm hơn do phụ tải của nó lớn hơn

Isc =

3

37, 65 10 3.110

= 197,61(A) < 0,88Icp

• Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây

Tính tổn thất điện áp trên đoạn đường dây kín N-2-3-N

- Điện trở điện kháng đường dây 2-3

Trường hợp sự cố trên đoạn N-3 :

Tính toán tương tự cho các đường dây còn lại, kết quả được thể hiện trong bảng 20

2-Bảng 2- 18: 2-Bảng chọn tiết diện dây dẫn phương án V