Đồ án lưới điện

tính toán lưới điện

Trang 1

Điện năng là nguồn năng lượng chính của các nghành công nghiệp, là điềukiện để phát triển xã hội Chính vì đó khi lập dế hoạch phát triển kinh tế xã hội thì kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước nhằm thoả mãn nhu cầuđiện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho sự phát triển trong tương lai năm năm, mười năm, hai mươi năm hoặc lâu hơn nữa.

Ngày nay nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống xã hội được nâng cao Đặc biệt với nền kinh tế nước ta đang hội nhập với nền kinh tế thế giới và nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước làm cho nhu cầu về điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch

vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Muốn vậy trước hết phải có một hệ thống điện đảm bảo yêu cầu phục vụ cho quá trình này Để thực hiện điều đó cầnphát triển và mở rộng các nhà máy điện cũng như các mạng và hệ thống điện công suất lớn Điều này đặt ra những nhiệm vụ quan trọng đối với các kỹ sư nghành hệ thống điện Một trong những nhiệm vụ đó là thiết kế các mạng và hệ thống điện

Do em còn thiếu kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình làm thiết kế còn nhiều thiếu sót, mong các thầy cô giáo chỉ bảo Qua đây em xin chân thành cảm

ơn thầy giáo Nguyễn Lân Tráng đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ

án này

Trang 2

Để chọn được phương án tố ưu cần tiến hành phân tích những đặc điểm củacác nguồn cung cấp điện và các phụ tải Trên cơ sở đó xác định công suấtphát của nguồn cung cấp và dự kiến các sơ đồ nối điện sao cho đạt đượchiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao

Mức đảm bảo cung cấp điện: hộ loại 1 và hộ loại 3 Thời gian sử dụngcông suất cực đại Tmax = 5000 h Các phụ tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện

áp δUUmax = 5% ; δUUmin = 0% ;δUUsc =5%

Điện áp định mức của lưới điện thứ cấp: 22 kV.Điện áp trên thanh cái cao

áp của nhà máy điện khi phụ tải cực đại bằng 110 %, khi phụ tải cực tiểubằng 105 %, khi sự cố nặng nề bằng 110 % điện áp danh định

Hệ số công suất trung bình trên thanh góp cao áp của nguồn điện là cos

=0,85

- 2 -

Trang 3

Hệ số đồng thời m = 1: các phụ tải đều đạt cực đại tại cùng một thời điểm.

Pmax Qmax = Pmax tg

Pmin = 50 % Pmax Qmin = Pmin tg

1.1.Phân tích nguồn và tải

1.2 Cân bằng công suất tác dụng

Đặc điểm rất quan trọng của hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng

từ các nguồn điện đến các hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành

số lượng nhận thấy được Tính chất này xác định sự đồng bộ của quá trìnhsản xuất và tiêu thụ điện năng

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệthống cần phải phát công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ, kể cảtổn thất công suất trong các mạng điện, nghĩa là cần phải thực hiện đúng sựcân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ

- 3 -

Trang 4

Cân bằng công suất trong hệ thống điện ảnh hưởng tới tần số trong hệthống nếu công suất của nguồn lớn hơn công suất của tải cộng với tổn thấtcông suất trong mạng điện (PN = Ptải + P ) thì tần số tăng và ngược lại Ngoài ra để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình thường, cần phải có dựtrữ nhất định

của công suất tác dụng trong hệ thống Dự trữ trong hệ thống điện là mộtvấn đề quan trọng, liên quan đến vận hành cũng như sự phát triển của hệthống

Quan hệ cân bằng về công suất tác dụng giữa nguồn và phụ tải được biểudiễn qua biểu thức sau:

PNĐ - công suất yêu cầu của nguồn điện;

Ppti - công suất của phụ tải thứ i;

m - hệ số đồng thời ( m = 1 );

Pmđ - tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện;

Khi tính toán sơ bộ có thể lấy Pmđ = 5%

Theo đầu bài:

Trang 5

1.3 Cân bằng công suất phản kháng

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

Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp Phá hoại sự cânbằng công suất phản kháng sẽ dẫn đến thay đổi điện áp trong mạng điện.Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thìđiện áp trong mạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện

áp trong mạng sẽ giảm Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết 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

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế códạng:

QNĐ = PNĐ.tgNĐ = 195,3 x 0,62 = 121,08 (MVAr), (cosNĐ = 0,85 tgNĐ = 0,62)

Như đã tính ở trên ta đã có PNĐ = 195,3 (MW)

+Qpti - công suất phản kháng của phụ tải thứ i;

Qpti = Ppti.tgpt = (148 x 0,48) +( 38 x 0,42) = 87 (MVAr),(cospt = 0,90

 tgpt = 0,48 ; cospt = 0,92  tgpt = 0,42)

+∑QQBA - tổn thất công suất phản kháng ( trong các máy biến áp hạ áp );

- 5 -

Trang 6

+∑QQL - tổn thất công suất phản kháng trên điện cảm của đường dây; +QC - công suất phản kháng sinh ra bởi điện dung của đường dây;

Khi thiết kế sơ bộ, giả sử đường dây không tổn thất và truyền tải với côngsuất tự nhỉên nên ta có: ∑QQL = ∑QQC

Như vậy thì công suất phản kháng yêu cầu là:

- 6 -

Trang 7

CHƯƠNG II LẬP VÀ TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN

2.1-Dự kiến một số phương án nối dây của lưới điện

Lưới điện cần thiết kế bao gồm 6 hộ tiêu thụ, công suất phụ tải cực tiểubằng 50% phụ tải cực đại (Pmin = Pmax ) Mặt khác phụ tải có Tmax = 5000 hchứng tỏ đây là khu công nghiệp địa phương và các khu dân cư tập trung

Do khoảng cách giữa các nhà máy và phụ tải tương đối lớn Để đảm bảotính kinh tế khi thiết kế mạng lưới điện ta sử dụng phương án dùng đườngdây trên không để dẫn điện Vì hầu hết các phụ tải đều là hộ loại 1 cho nênviệc cung cấp điện được ưu tiên như nhau Mỗi hộ phải được cung cấp ítnhất từ 2 nguồn, thực hiện bằng mạch vòng kín hoặc ĐDK hai mạch songsong

Yêu cầu điều chỉnh điện áp giữa các hộ là khác thường Do đó khi lậpphương án thiết kế ngoài việc chú ý đảm bảo tính liên tục cung cấp điện tacần lưu ý đến giá trị tổn thất điện áp trên đường dây Để đảm bảo chất lượngđiện áp tại các nút phụ tải ta phải dùng MBA điều áp dưới tải, mặc dù loạinày tương đối đắt tiền

Đối với dây dẫn để đảm bảo độ bền cơ cũng như yêu cầu về khả năng dẫnđiện thì phải dùng loại dây AC hoặc ACO để truyền tải Đối với cột thì tuỳtừng vị trí mà ta dùng cột bê tông ly tâm hay cột sắt Với cột đỡ ( cột trunggian ) dùng cột bê tông ly tâm còn các vị trí vượt sông, vượt đường quốc lộ,cột góc, cột néo thì dùng cột sắt

Phương án cung cấp điện được lựa chọn có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉtiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống Một phương án cung cấp điện được xem

là hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- 7 -

Trang 8

* Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật.

* Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

* Đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế

* Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

* An toàn cho người và thiết bị

* Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải

Xét các khoảng cách từ tải đến nguồn điện

Dựa vào sơ đồ phụ tải với tỷ lệ đã cho và định lý Pitago ta tính đượckhoảng cách (km) từ các phụ tải tới nguồn điện

Phụ tảiKhoảng

cách(km

)

Đưa ra các phương án nối dây

- Nguyên tắc chủ yếu nhất của công tác thiết kế là cung cấp điện an toàn

- Mục đích của việc thiết kế là tìm ra phương án tối ưu nhất với các nguyêntắc trên.Một sơ đồ nối dây thích hợp hay không còn do nhiều yếu tố khácnhau quyết định như phụ tải lớn hay nhỏ ,số lương nhiều hay ít

- Ngoài ra còn yếu tố ảnh hưởng đến viêc vạch đường dây như đia hình địachất,căn cứ vào điều kiện ra cho ta một số phương án nối dây sau:

+ Phương án nối dây hình tia ( PA1 )

+ Phương án nối dây có liên thông ( PA2, PA3, PA4 )

+ Phương án nối dây có mạch vòng ( PA5 )

Các phương án nối dây được vẽ trong sơ đồ sau đây:

- 8 -

Trang 9

- 9 -

Trang 10

PHƯƠNG ÁN 3

N1

4

5 6

PHƯƠNG ÁN 4

N1

4

5 6

- 10 -

Trang 11

PHƯƠNG ÁN 5

N1

4

5 6

2.2-Chọn điện áp định mức và tiết diện dây dẫn

Điện áp định mức của mạng được lựa chọn theo chỉ tiêu kinh tế

Trong thiết kế lưới điện việc chọn điện áp định mức cho mạng điện cóảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế của mạng Nếu chọn Uđm nhỏ thìtổn thất công suất trên đường dây lớn, ngược lại nếu chọn Uđm lớn thì chi phívận hành cho mạng điện lớn

Vì hai lý do trên nên ta phải chọn điện áp định mức của mạng phải phùhợp để đảm bảo cho các thiết kế của mạng làm việc bình thường và có hiệuquả cao nhất

Trong đồ án, sẽ chọn điện áp định mức theo công thức kinh nghiệm

- 11 -

Trang 12

Điện áp tính toán cho một đường dây được xác định theo công thứcstill(Mỹ):

Utt = 4,34 √L+16 P , kV (2.1)

Trong đó:

L- chiều dài truyền tải của đường dây, km;

P- công suất truyền tải trên đường dây, MW;

2.2.2- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây:

Đường dây 110 kV có chiều dài lớn nên ta chọn tiết diện dây dẫn theomật độ dòng điện kinh tế ( Jkt )

Công thức xác định tiết diện dây dẫn theo Jkt như sau:

Fkt= Imax

jkt (2.2)

Trong đó:

+Fkt - tiết diện của dây dẫn ( mm2 );

+Imax - dòng điện chạy trên đường dây ở chế độ phụ tải cực đại ( A ); +jkt -mật độ dòng điện kinh tế, nó phụ thuộc vào thời gian sử dụng côngsuất cực đại và loại dây dẫn (A/mm2);

Giả thiết toàn mạng đều dùng dây AC và từ số liệu Tmax = 5000h ta trabảng được jkt = 1,1 A/mm2 (Bảng 44 trang 234 sách ''Mạng lưới điện''-T.sNguyễn Văn Đạm-NXB KHKT)

Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được xácđịnh theo công thức:

Imax= Smax 103

n.√3 Udm , A (2.3) Trong đó:

- 12 -

Trang 13

+n- số mạch của đường dây (đường dây một mạch n=1; đường dây haimạch n=2) ;

+Uđm- điện áp định mức của mạng điện (Uđm = 110 kV);

+Smax- công suất truyền tải trên đoạn đường dây khi phụ tải cựcđại,MVA ;

Sau khi chọn tiết diện Fkt tính được theo các công thức trên,tiến hànhchọn tiết diện tiêu chuẩn và kiểm tra tiết diện Ftc đã chọn theo các điều kiện: +Điều kiện không phát sinh vầng quang: Để đảm bảo không có phát sinhvầng quang tức là không có tổn thất vâng quang thì đối với ĐDK 110 kVdây dẫn cần có tiết diện tối thiểu là 70 mm2 ( Lưới điện ta đang thiết kế cóđiện áp định mức toàn mạng là 110 kV)

+Độ bền cơ của đường dây trên không thường được phối hợp với điềukiện về vầng quang của dây dẫn, cho nên không cần phải kiểm tra điều kiệnnày

+Điều kiện phát nóng trước sự cố: Từ tiết diện đã chọn ta tra ra dòngđiện cho phép Icp Dòng điện này phải thoả mãn điều kiện này:

Isc  Icp (2.4)

Trong đó:

 Icp- dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn;

 Isc- dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố Dòng điệnnày được xác định khi xảy ra tình trạng bị đứt một trong hai đườngdây của đường dây đôi: Isc=2Imax A (2.5)

Hoặc là khi đứt một trong hai đầu của mạch vòng kín (sẽ xét cụ thể trongcác phương án có mạch vòng)

Trình tự trên sẽ áp dụng cho tất cả các phương án

- 13 -

Trang 14

Hình 2-1: Sơ đồ thông số phương án 1 Chiều truyền tải các dòng công suất theo chiều mũi tên trên hình vẽ.

Khoảng cách truyền tải (chiều dài các tuyến dây) được ghi trên hình vẽ

Bảng 2.1- Phụ tải PAIĐường

dây

Chiều dàiđường dây

L (km)

Công suấttruyền tải

P (MW)

Q (MVAr)

Trang 15

Từ đó ta có bảng kết quả sau:

Bảng 2.2- Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

Đường dây Công suất

truyền tải

S (MVA)

L (km)

Điện áp tínhtoán

Utt ,kV

Điện áp địnhmức

2.3.2- Chọn tiết diện dây dẫn trong mạng điện

Vì là mạng điện cao áp (110 kV) nên tiết diện được chọn theo chỉ tiêukinh tế (mật độ kinh tế của dòng điện)

a- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây N-1

Theo công thức 2.3 ta có dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực

của tác giả Nguyễn Văn Đạm

Trang 16

Kết quả tính toán thấy rằng Isc < Icp

b- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây N-2

Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại:

c- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây N-3

- 16 -

Trang 17

d-Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây N-4

- 17 -

Trang 18

Kết quả tính toán cho thấy Isc < Icp

e- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây N-5

Trang 19

¿ ¿ = jb0L = j2,69.10-6.60,82 = 0,81.10-4 S

Khi sự cố đứt dây thì trên đường dây không còn điện nữa

f- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây N-6

Trang 20

Bảng 2.3- Kết quả tính thông số các đường dây

Ftt,

mm2

Ftc,mm

2 Icp,A

Isc,A

L,km

29,4+j15,4

11,72

11,2

1 1,31N-2

37,8+j19,8

7

112,05

23,1+j12,1

4

136,93

25,7

2 0,81N-6

Trang 21

2.3.3- Tính tổn thất điện áp lớn nhất của phương án I

Điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điệnnăng Do có tổn thất trên đường dây truyền tải nên điện áp có những giá trị khácnhau tại các điểm khác nhau trên mạng điện Khi giá trị điện áp tại các hộ tiêu thụkhông đảm bảo thì sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc của các thiết bị điện cũngnhư sản phẩm làm ra bởi các thiết bị đó Vì vậy khi thiết kế mạng điện người taloại ngay các phương án có giá trị tổn thất không nằm trong giới hạn yêu cầu (giớihạn có thể điều chỉnh được)

Trong mỗi phương án ta cần tính tổn thất điện áp cho các lộ đường dây trong 2chế độ: chế độ bình thường và chế độ sự cố Giá trị tổn thất điện áp lớn nhất củacác lộ trong hai chế độ nói trên được sử dụng làm căn cứ để so sánh với cácphương án khác về mặt kỹ thuật Phương án nào có tổn thất điện áp thấp hơn làphương án có chỉ tiêu kỹ thuật cao hơn

- Tổn thất điện áp trên mỗi đoạn đường dây trong chế độ vận hành bình thường được tính bằng công thức:

- 21 -

Trang 22



o

L.r R

n L-chiều dài của đường dây 

o

L.x X

n n- số lộ đường dây -Trong chế độ sự cố:

 Đối với đường dây hai mạch nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trên đường dây đó được tính theo công thức :

∆Uisc% =2×∆Uibt%

 Đối với đường dây mạch đơn khi sự cố đứt dây thì ∆Uisc% = 0 Tiết diện đã chọn sẽ thoả mãn nếu tổn thất điện áp trong trường hợp sự cố vẫn nhỏ hơn tổn thất điện áp cho phép:

∆Usc% < ∆Ucp%

Trong đó: Ở chế độ làm việc bình thường :Umaxbt% ∆Ucpbt% = 15% Ở chế độlàm việc sự cố : ∆Umaxsc% ∆Ucpsc% = 20%

* Xét khi mạng điện làm việc bình thường

a- Tổn thất điện áp trên đường dây N-1

Trang 24

Bảng 2.4- Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đường dây

Đường

dây

P(MW)

Q(MVAr)

R()

X()

Từ bảng kết quả trên ta nhận thấy rằng

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thường trong PAI có giá trị:

U%btmax= UN-5bt= 5,71%<10%

U%scmax= UN-4max= 8,73%< 20%

Vậy phương án 1 đạt yêu cầu kĩ thuật

- 24 -

Trang 25

2.2- Phương án 2

Sơ đồ thông số của phương án như hình 2-2

N1

4

5 6

Hình 2-2: Sơ đồ thông số của phương án 2Chiều công suất trên các tuyến như chiều mũi tên trên hình vẽ

Lập luận và tính toán hoàn toàn tương tự như đã làm với phương án 1, các kết quả tính toán ghi vào bảng 2-5

Bảng 2.5- Thông số đường dây của phương án 2

Đường dây Chiều dài

đường dây

L (km)

Công suấttác dụng

P (MW)

Công suấtphảnkháng

Q (MVAr)

Trang 26

truyền tải

S (MVA)

L (km)

Utt ,kV

2.4.2- Chọn tiết diện dây dẫn trong mạng điện

Vì là mạng điện cao áp (110 kV) nên tiết diện được chọn theo chỉ tiêu kinh tế(mật độ kinh tế của dòng điện)

Tiết diện dây dẫn với các đoạn đường dây N-5, N-6 ta có thể sử dụng kết quả

đã tính trong phương án 1

Trang 27

b- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây 1-2

b- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây N-3

Trang 28

Tiết diện dây dẫn:

Trang 30

L,km

Trang 31

2.4.3- Tính tổn thất điện áp lớn nhất của phương án 2

* Đối với các đoạn đường dây N-5, N-6 ta có thể sử dụng kết quả đã tính trong

phương án 1

* Xét khi mạng điện làm việc bình thường

a- Tổn thất điện áp trên đường dây N-1:

Trang 32

R()

X()

Từ bảng kết quả trên ta nhận thấy rằng:

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thường trong PA2 có giá trị:

U%btmax=UN-1bt + U1-2bt =5,06+2,77=7,83 <10%

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố trong phương án 2 có giá trị:

U%scmax= UN-1sc + U1-2bt = 10,13 + 2,77 = 12,9 < 20%

- 32 -

Trang 33

2.5- Phương án 3

Hình 2-3: Sơ đồ thông số của phương án 3

N1

4

5 6

Chiều công suất trên các tuyến như chiều mũi tên trên hình vẽ

Lập luận và tính toán hoàn toàn tương tự như đã làm phương án 1, các kết quả tính toán ghi vào bảng 2-9

Bảng 2.9- Phụ tải PA3Đường dây Chiều dài

đường dây

L (km)

P (MW)

Q (MVAr)

2.5.1- Chọn điện áp định mức cho mạng điện thiết kế

Điện áp tính toán cho một đường dây được xác định theo công thức Still( 2-1):

Utt = 4,34 √L+16 P , kV

Đường dây Công suất Chiều dài Điện áp tính Điện áp định

- 33 -

Trang 34

truyền tảiS,MVA

đường dâyL,km

2.5.2- Chọn tiết diện dây dẫn trong mạng điện

Tiết diện dây dẫn với các đoạn đường dây N-1, N-2, N-3, N-6 ta có thể sử dụng kết quả đã tính trong phương án 1

Trang 35

Trang 36

L,km

29,4+j15,45 87,15 79,23 70 265 163,02 50,99 0,46 0,44 2,58 11,72 11,21 1,31 N-2 33,6+j17,66 99,59 90,53 95 330 169,34 50 0,33 0,429 2,65 8,25 10,72 1,32 N-3 37,8+j19,87 112,05 101,87 95 330 209,56 41,23 0,33 0,429 2,65 6,80 8,84 1,09 N-4 63+j30,75 183,96 167,24 185 515 367,92 50 0,17 0,403 2,781 4,25 10,07 1,39 4-5 23,1+j12,14 136,93 124,48 120 380 0 28,28 0,27 0,423 2,69 7,63 11,96 0,38 N-6 31,5+j16,56 99,37 84,88 95 330 198,74 42,42 0,33 0,429 2,65 6,99 9,09 1,12

Bảng 2.11- Kết quả tính thông số các đường dây

- 36 -

Trang 37

2.5.3- Tính tổn thất điện áp lớn nhất của phương án 3

* Đối với các đoạn đường dây N-1, N-2, N-3, N-6 ta có thể sử dụng kết quả đã tính trong phương án 1

* Xét khi mạng điện làm việc bình thường:

a- Tổn thất điện áp trên đường dây N-4:

Q(MVAr)

R()

X()

Trang 38

Từ bảng kết quả trên ta nhận thấy rằng: