Phần 1 cuốn sách cung cấp cho người đọc các kiến thức: Những nguyên tắc thiết kế các mạng điện và hệ thống điện, chọn sơ bộ các sơ đồ mạng điện, phương pháp tính kinh tế - Kỹ thuật,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
THƯ VIỆN ĐH NHA TRANG HỌC VA KỸhttps://tieulun.hopto.org THUÂT NGUYÊN VĂN ĐẠM T IllẾ T K Ể CÁC MẠNG VÀ HỆ• THƠNG ĐIỆN • • In lần th ứ 3, có sửa chữa NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2006 https://tieulun.hopto.org LỊI NĨI ĐẦU Sự nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố nước ta giai đoạn yêu cầu tăng không ngừng sản lượng điện Để thực điêu cần phát triển mở rộng nhả máy điện mạng hệ thống điện công suất lớn Điéu đặt nhiệm vụ quan trọng kỹ sư ngành hệ thống điện Một nhiệm vụ thiết kế mạng hệ thống điện Thiết kế lĩnh vực quan trọng khó khăn cơng việc người kỹ sư nói chung, đặc biệt kỹ sư hệ thống điện Thiết kế mạng hệ thống điện đòi hỏi phải biết vận dụng tốt kiến thức lý thuyết kinh nghiệm để giải vấn đé có tính chất tổng hợp, phức tạp thường gặp thực tế Thiết kế mạng hệ thống điện liên quan chặt chẽ với toán kinh tế kỹ thuật Vì sách "Thiết kế mạng hệ thống điện” biên soạn nhằm mục đích cung cấp kiến thức lý thuyết vế tính tốn tiêu kinh tế - kỹ thuật luận chứng kinh tế giải pháp kỹ thuật Sách cịn trình bày phương pháp tính toán tiêu chủ yếu vê độ tin cậy cung cấp điện phương pháp tính độ tin cậy so sánh kinh tế - kỹ thuật phương án; phương pháp tính kinh tế - kỹ thuật để chọn phương án tối ưu thiết kế phương pháp tính thơng số chê' dộ mạng hệ thống điện Các giải pháp nâng cao tiêu chất lượng điện, nâng cao hiệu kinh tế khả tải mạng điện trinh bày sách Cuốn “ Thiết kế mạng hệ thống điện” biên soạn dành cho sinh viên chuyên ngảnh “ Hệ thống điện" trường Đại học Cao đẳng, hy vọng có ích cán kỹ thuật, kỹ sư quan tâm đến lĩnh vực Tác giả mong nhận nhiéu ý kiến nhận xét phê bình bạn đọc Tác giả https://tieulun.hopto.org Chương Một NHỮNG NG UYÊN TA C t h iế t kê ' CÁC M Ạ N G Đ IỆ N V À HỆ THỐNG Đ IỆN 1.1 NHŨNG ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ NĂNG LƯỢNG CỦA KHU v ự c Trong giai đoạn đầu chuẩn bị thiết kế mạng hệ thống điện cần rõ vấn đề phải giải thiết kế Các vấn đề định đặc điểm khu vực có hộ tiêu thụ điện tính chất hộ tiêu thụ điện Vì trước thiết kế cần có sô' liệu đặc trưng khu vực phân bố hộ tiêu thụ điện năng, nguồn điện, nhà máy điện địa phương nguồn lượng dự trữ Đặc biệt cần xác định rõ vấn đề sau: Vị trí địa lý khu vực điện khí hố, diện tích khu vực, dân số, số lượng khu dân cư khu vực sản xuất; Những đặc điểm khí hậu khu vực, nhiệt độ cao, thấp trung bình năm, tốc độ gió hướng gió, giơng sét, mức độ nhiễm khồng khí; Các sơ' liệu hộ tiêu thụ điện năng, vị trí địa lý, cơng suất tiêu thụ có xét đến phát triển từ đến 10 năm; Những tài nguyên thiên nhiên khu vực, việc sử dụng chúng tương lai; Những số liệu nguồn lượng khu vực Nếu nhiệm vụ thiết kế phát triển mạng điện có cần phải có sơ' liệu thơng số mạng Để tiến hành thiết kế môn học “Mạng lưới điện” thiết kế tốt nghiệp cần có thêm sô' liệu ban đầu sau: a Trung tâm cung cấp điện (nhà máy điện, trạm biến áp khu vực hệ thống) sử dụng để cung cấp cho hộ tiêu thụ (cần rõ sơ đồ cấp điện áp định mức: 35, 110, 220 kV V.V.); điện áp trì góp https://tieulun.hopto.org trung tâm cung cấp chế độ khác (chế độ phụ tải cực đại cực tiểu, chế độ sau cố) b Giá kW công suấl đặt nhà máy điện hệ thống c Giá kW.h điện tổn thất mạng điện giá thành thiết bị bù 1.2 NHIỆM VỤ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN Nhiệm vụ thiết kế mạng hệ thống điện nghiên cứu lập luận chứng kinh tế - kỹ thuật giải pháp định phát triển mạng hệ thống điện, đảm bảo cung cấp điện cho hộ tiêu thụ với chi phí nhỏ thực hạn chế kỹ thuật độ tin cậy cung cấp điện chất lượng điện Trong thiết kế hệ thống điện, thông thường không “số không” Các hệ thống điện tạo thành từ nhà máy điện, nút lượng, thường hệ thống điện nhỏ có Vị trí địa lý chúng, giá trị kinh tế kế hoạch phát triển tương lai yếu tô' quan trọng, tiền đề kinh tế để thiết kế Nhiệm vụ thiết kế hệ thống điện chọn cấu trúc tối ưu nó, nghĩa chọn phương án phát triển tối ưu công suất phát hệ thống, kết hợp với đường dây tạo thành hệ thống truyền tải điện Trong thiết kế cần dự kiến xây dựng nhà máy điện đường dây truyền tải để đạt tiêu kinh tế tốt cho hệ thống điện xây dựng Trong điểu kiện kinh tế đê thiết kế hệ thống điện, yếu tơ có tính ngun tắc chung, xác định quy luật kinh tế, cịn có hàng loạt yếu tố phụ thuộc vào điều kiện cụ thể Để xác định tiền đề kinh tế cụ thể cần tiến hành phân tích sơ theo ba hướng: Phát nhu cầu điện năng, số lượng phân bô' thay đổi nhu cầu điện theo thời gian (đồ thị phụ tải); Phân tích nguồn nhiên liệu, khả xây dựng nhà máy nhiệt điện, nhu cầu lượng nhiệt cho công nghiệp dân dụng; Khảo sát nguồn nước, tiến hành tính tốn thuỷ kinh tê' thuỷ năng, phân tích cần thiết xây dựng nhà máy thuỷ điện https://tieulun.hopto.org Nghiên cứu chi tiết vấn đề cho phép phát chứng minh điều kiện kinh tế phát triển hệ thống điện Nhiệm vụ thiết kê hệ thống điện tìm giải pháp tốt để phát triển cơng trình lượng thời hạn khai thác chúng, có ý đến chi tiêu kinh tế - kỹ thuật hợp lý Thiết kế hệ thống điện cần có luận chứng kinh tê' - kỹ thuật phát triển nhà máy điện, mạng điện phương tiện vận hành chúng, bao gồm phương tiện điều khiển Thiết kế hệ thống điện tiến hành theo trình tự sau: Trước hết cần chuẩn bị báo cáo kinh tế - kỹ thuật, dự kiến nguyên tắc giải vấn đề tương lai 15 - 20 năm Trong báo cáo kinh tê - kỹ thuật quy định: Tỷ lệ tối ưu loại nhà máy điện (nhà máy nhiệt điện, nhà máy thuý điện, nhà máy điện nguyên tử, thiết bị tiêu chuẩn chuyên ngành), điểu kiện sử dụng thông số chúng; Những nguyên tắc chủ yếu xây dựng hệ thống điện (xác định hướng v thông số đường dây dài, chọn hệ thống điện áp mạng điện V.V.), vấn đề nguyên tắc tổ chức điều khiển hệ thống; Tổng vốn đầu tư nguồn nguyên vật liệu cần thiết để phát triển lượng Trên sở báo cáo kinh tế - kỹ thuật hình thành yêu cầu ngành công nghiệp liên quan (chế tạo máy điện, kỹ thuật điện, nhiên liệu), triển khai hướng nghiên cứu khoa học, chuẩn bị luận chứng kinh tế - kỹ thuật, chọn thông số thiết bị lượng kỹ thuật điện Công việc dựa sở báo cáo kinh tế - kỹ thuật, dự kiến sơ đồ phát triển (của hệ thống, đường dây truyền tải, mạng phân phối, tổ chức vận hành, có điều độ) thiết kế kỹ thuật, kể vấn đề thiết bị tự động hoá hệ thống Các sơ đồ hệ thống điện độc lập hệ thống điện hợp thông thường dự tính đến - năm sau Các sơ đồ rõ số liệu thiết kế, sở phân bổ kinh phí cho thiết kế nhà máy điện, đường dây truyền tải điện trạm mạng điện chủ yếu, chuẩn bị kế hoạch xây dựng https://tieulun.hopto.org Trong nhiệm vụ lập sơ đồ có yêu cầu xác định vị trí, cơng suất trình tự xây dựng nhà máy điện riêng biệt tương lai đến 10 năm, chọn hình dạng, thơng số trình tự phát triển mạng điện chủ yếu, để yêu cầu đối vói thiết bị tự động chống cố Trên sở sơ đồ nhận được, sơ xác định yêu cầu vể vốn đầu tư, nhiên liệu thiết bị Sơ đồ phát triển hệ thống điện riêng biệt chuẩn bị sau thành lập sơ đồ hệ thống điện độc lập hệ thống điện hợp Ghúng thường lập chi tiết đến năm, đồng thời tính đến phát triển chúng năm sau (đôi đến năm) Lập sơ đồ phát triển hệ thống điện cần thực công việc sau: Cân công suất tác dụng, công suất phản kháng lượng Chọn nguồn lượng tối ưu, đảm bảo độ tin cậy cao; Tính chi tiêu lượng; Xác định hình dạng, thơng số trình tự xây dựng mạng điện; Sơ đánh giá vốn đầu tư cần thiết thiết bị tất loại nhà máy điện trạm Hướng phát triển mạng phân phối hệ thống thường thành phố, vùng nông thôn, đường sắt điện khí hố, trung tâm cơng nghiệp Chúng số liệu ban đầu để thiết kế đường dây tải điện riêng biệt, trạm, mạng điện thành phố, mạng điện nơng thơn cơng trình khác liên quan với phát triển thiết kế cải tạo mạng điện Khi lập sơ đồ cần giải nhiệm vụ sau: Chọn hình dạng mạng phân phối; Chọn thông sô' mạng; Xác định thông số trạm; Sơ xác định vốn đầu tư cần thiết; Trình tự xây dựng Các sơ đồ tổ chức vận hành hệ thống điện thực phù hợp với sơ đồ phát triển toàn hệ thống Khi lập chúng cần dự kiến phương án phục vụ sửa chữa, vận hành thao tác, cách tổ chức điều độ, kênh thông tin liên lạc hệ thống điều khiển từ xa, thiết lập cấu quản lý hành hệ thống điện Trên sở sơ xác định vốn đầu tư thiết bị kỹ thuật cần https://tieulun.hopto.org thiết để vận hành Sau thực công việc cần lập kế hoạch phát triển thiết bị quản lý hành điều độ Trong giai đoạn thiết kế, cần có luận chứng kinh tế - kỹ thuật cho tổ chức phát triển thiết bị điểu chỉnh tự động, kỹ thuật máy tính, điều khiến từ xa thông tin liên lạc, đồng thời cần xét: Cấu trúc điều độ thiết bị trạm điều độ; Các dạng điều chỉnh tự động cần thiết, điều khiển từ xa, kỹ thuật máy tính thông tin liên lạc; Các sơ đồ kênh thông tin liên lạc, điều khiển từ xa điều chỉnh tự động; Vốn đầu tư Thiết kế kỹ thuật thiết bị tự động chống cố hệ thống tiến hành sau thông qua sơ đồ phát triển Khi thực thiết kế kỹ thuật cần nghiên cứu sơ đồ cấu trúc thiết bị tự động chống cố sơ đổ bố trí thiết bị cơng trình Thiết kế kỹ thuật thực sau tính chế độ hệ thống điện, phân tích ổn định tĩnh ổn định động hệ thống, phương tiện nâng cao ổn định Thiết kế kỹ thuật sở để chuẩn bị vẽ thi công, khai thác thiết bị tự động chống cố, bảo vệ rơle điểu khiển Luận chứng kinh tế - kỹ thuật giải pháp chấp nhận thiết kế hệ thống điện phải so sánh phương án thực sơ đồ thiết kế đối vói hệ thống nói chung hay phần tử riêng biệt Các phương án so sánh kỹ thuật cho phép thực nhiệm vụ cần thiết thoả mãn yêu cầu kỹ thuật, quy định định mức tương ứng, đồng thời bảo đảm độ tin cậy cần thiết Các phương án so sánh kinh tế phải cho hiệu sản xuất (kể sản phẩm khơng lượng, cơng trình tổng hợp xem xét) tính tất chi phí kinh tế liên quan (chi phí đầu tư vào phận liên quan lượng ngành liên kết) Các phương án đánh giá tiêu, cần so sánh theo quan điểm tính đầy đủ điều kiện cụ thể xây dựng vận hành cơng trình, mức giá thuế áp dụng, trình độ kỹ thuật cơng nhân xây dựng v.v Khi tiến hành so sánh phương án cấu trúc hệ thống điện sơ đồ mạng điện chính, thời hạn tính tốn 10 năm, với phương án https://tieulun.hopto.org9 mạng phân phối năm Trong tính tốn, tổn thất điện tính cơng trình lượng xây dựng đánh giá khác tổn thất mạng điện phương án so sánh Thông thường cơng trình lượng (hệ thống điện, nhiệt ) đặc tính kinh tế gần cực tiểu thường biến đổi chậm Vì xuất phương án khác chi phí quy đổi không lớn khoảng đến 5% Các phương án cho vể kinh tế, trường hợp phương án tốt chọn không theo chi tiêu kinh tế, mà theo tiêu chất lượng phương án, tiêu khơng tính so sánh kinh tế (triển vọng tương lai, độ tin cậy, thị trường thiết bị, mức độ ánh hưởng đến môi trường, yếu tố xã hội V V ) 1.3 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN NÀNG Số liệu điện tiêu thụ phụ tải điện liệu ban đầu quan trọng, ảnh hưởng lớn đến kết giải nhiệm vụ thiết kế Các lời giải hợp lý phát triển phụ tải theo thời gian hệ thống cung cấp điện ý đến tính tốn Khi thiết kế nhà máy điện, trạm đường dây cần dự kiến phát triển hệ thống lượng thời hạn dài, từ 10 đến 20 năm, có xét đến thay đổi tất thơng số tính tốn Do cần tìm phương án phát triển dần dần, trình tự vận hành cơng trình lượng có cơng dụng khác nhau, đảm bảo khả cung cấp điện tin cậy cho tất hộ tiêu thụ, đồng thời đảm bảo chi phí thấp thịi gian cho Thiết kế hệ thống điện liên quan đến tổ hợp phức tạp cơng trình lượng tiến hành trước thiết kế cơng trình cơng nghiệp mà cung cấp lượng Vì khó nhận số liệu ban đầu đủ tin cậy tốc độ tăng trưởng tương đối điện tiêu thụ phụ tái Trong trường hợp cụ thể, việc dự báo nhu cầu điện lập đồ thị phụ tải theo dẫn chung quan hoạch định kinh tế viện nghiên cứu - thiết kế Cần xác định chi tiêu chi phí để cân điện điện tiêu thụ, cực đại phụ tải hệ thống chế độ phụ tải Dự báo phát triển lượng chiếm vị trí quan trọng hệ thống 10 https://tieulun.hopto.org dự báo kinh tế quốc gia Một nhiệm vụ dự báo phát triển lượng dự báo nhu cầu điện (tiêu thụ điện năng) kinh tế quốc dân Điểm quan trọng dự báo thời gian dự báo Các thời gian dự báo nhu cầu điện kinh tê quốc dân bao gồm: Các dự báo vận hành (thời gian đến năm) dùng để xác định thực kế hoạch dự đoán điện tiêu thụ ngày, tháng, quý; Các dự báo ngắn hạn (thời gian từ đến năm), thông thường liên quan đến độ xác kế hoạch năm nhu cầu điện thực kế hoạch tương lai; Các dự báo trung hạn (thời gian từ đến 10 năm): Thời gian cúa dự báo trung hạn trùng với thời gian cần thiết để nghiên cứu tài liệu thiết kế cơng trình lượng lớn, xây dựng đưa cơng trình vào vận hành, nghĩa thời gian để tạo nguồn lượng Kết dự báo trung hạn sử dụng dự báo dài hạn nhu cầu điện năng; Dự báo dài hạn (thời gian từ đến 20 năm): Trong thời gian xảy thay đổi quan trọng xu hướng phát triển trình sản xuất tiêu thụ điện năng, áp dụng phát minh khoa học lớn lượng, ví dụ kỹ thuật laser, đường dây siêu dẫn v.v Dự báo nhu cầu điện ngành kinh tế khác kinh tế quốc dân có ảnh hưởng lớn đến việc thực kế hoạch phát triển tương lai kinh tế Các kết dự báo nhu cầu điện ảnh hưởng quan trọng đến phát triển kinh tế - xã hội cải thiện điều kiện sống nhân dân Nhiệm vụ chủ yếu nhà dự báo điều kiện chọn phương pháp dự báo Các phương pháp dự báo qó thể chia thành ba loại: ngoại suy, chuyên gia mơ hình hố Đê chọn phương pháp dự báo cần dựa sở phân tích đặc điểm so sánh lĩnh vực áp dụng phương pháp, có ý đến điều kiện cụ thể phát triển kinh tế - xã hội quốc gia Sau xét số phương pháp dự báo nhu cầu điện xác định phụ tải https://tieulun.hopto.org 11 Xác định thông sô' đường dây máy biến áp tiến hành theo công thức sách giáo khoa vể môn học “Mạng lưới điện” Để thuận tiện tính, thơng số đường dây máy biến áp tổng hợp bảng Trong phần thuyết minh thiết kế cần rõ phương pháp xác định thông số đoạn đường dây, máy biến áp, tất tính tốn tương tự cịn lại tổng hợp bảng Trong số trường hợp, mạng điện thiết kế có đoạn đường dây điện áp khác Khi tính thông sô' chế độ theo phương pháp quy đổi tổng trở tất đoạn đường dây máy biến áp vể cấp điện áp sở theo công thức: u„ u„ V xqđ= X Rqd = R V^đm J Đối với mạng hệ thống điện phức tạp, tính thơng sơ' chế độ thực theo phương pháp giới thiệu sách “Mạng lưới điện” [2], 6.2 TÍNH THƠNG s ố CHẾ ĐỘ CỦA CÁC MẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN 6.2.1 Mạng điện hở 6.2 U Xác định dồng công suất mạng điện hở Trong thiết kế vận hành, thông thường điện áp nút nguồn cung cấp biết Vì tính thơng sơ' chế độ mạng điện đơn giản tiến hành theo phương pháp gần sau Trước hết lấy điện áp tất nút mạng điện điện áp định mức ( U| = u đm) tiến hành tính dịng cơng suất, tổn thất cơng suất phần tử mạng điện Đối với sơ đổ tính tốn mạng điện hình 6.1b, q trình tính tốn thực sau Tổn thất công suất tổng trở máy biến áp B2 xác định theo công thức: AS,b2 ■ APb2 + jAQb2 = ^ Ì ^ - R b2 + j i - ^ i x '-Mm 147 https://tieulun.hopto.org S ,=P,+jQ i S2=P2 + jQ2 Dịng cơng suất trước tổng trở Zb2 CÓ giá trị: Sb = P b + j Q b = (F *2 + A P b2) + K Q + A Q b 2) Dịng cơng suất vào cuộn dây cao áp máy biến áp B2 bằng: S C2 = f*c2 + j Q c = (f*b2 + AP02) + j ( Q b + AQ02) Công suất điện dung cuối đường dây Đn bằng: Q * = u aV Bj Dịng cơng suất sau tổng trở Z2 cố giá trị: S2 = P" + jQ2 = Pc2 + jQc2 - jQc2c = Pc2 + j(Qc2 ~ Q c c ) Các tổn thất công suất đoạn bằng: ^ ¿ I+ J^ s Ị i í £ < R l+ j x 1> Uắm Địng cơng suất trước tổng trởZ2 xác định sau: s ; = p2 + jQ; = (P2 + AP2) + j(Qĩ + a q 2) 148 https://tieulun.hopto.org Công suất điện dung đầu đường dây Đ-y bằng: Các tổn thất công suất tổng trở máy biến áp Bị có giá trị: AS(,| = APbl + jAQbl = (Rb, + jXbl) Ư đm Dịng cơng suất trước tổng trở ZbI bằng: Sbi = Pb + jQb! =(P + APbI) + j(Q, + AQbl) Dịng cơng suất chạy vào cuộn dây cao áp máy biến áp Bị xác định theo biểu thức: s „ = P C| + j Q c l = ( P bl + A P I ) + j ( Q bl + A Q o i ) Công suất điện dung cuối đường dây £>| có giá trị: „ = u ịâ Dịng cơng suất sau tổng trởz, bằng: s ; = p ; + j Q ĩ = s ' - j Q c2đ + s cl — j Q c i c » ( P í + P c ) + K Q - Q « đ - Q c c + Q c l ) Các tổn thất cơng suất tổng trở Zj có gíá trị: AS| = AP, + ÌAQ, = — + jXị) Dịng cơng suất trước tổhg trở Z| xác định theo cồng thức: S;=P/+jQ;=(P,'+APl) + j(QĨ + AQ,) Công silất điện dung đầu đường dây £)| bằng: o _— V c l đ -= Ư2 u đm Dịng cơng suất từ nút A chạy vào mạng điện có giá trị: s A = P A + jQ A = p ;+ j(Q ;-Q c đ ) Kết tính dịng cơng suất chế độ mạng điện ghi sơ đồ tính tốn 149 https://tieulun.hopto.org 2 T ín h đ iệ n p c c n ú t t t o n g m n g đ iệ n Điện áp nút mạng điện xác định sở điện áp nút nguồn biết phân bố xác dịng cơng suất mạng điện Đối với sơ đồ tính tốn (hình lb), tính điện áp nứt mạng điện tiến hành sau: Các thành phần dọc ngang điện áp giáng đường dây £>, xác định theo công thức: u , AU|i = Ỉ Í Ĩ l Ị Q £ , UA u, Điện áp góp điện áp cao trạm bằng: ủ = u ' p ;r A + q '.x , ¡ p /x - UA q ĩ r _ u ;-ju ĩ ƯA Môđun điện áp U| bằng: u ,= V(U',)2 +(U Ĩ)2 Điện áp giáng máy biến áp Bị tính theo biểu thức: 0, ú, Điện áp góp điện áp hạ trạm / , quy đổi vể phía điện áp cao có giá trị: T*J _ ù P,R.M+.Q1X bl • p ,x bl - Q |R b| _ » Ulq“ Ul Ịị - J - - Ulq - J u iq Môđun điện áp u ,q có giá trị: U |,= A/(U V J +