do an he thong điện

bài tập lớn hệ thống điện dhcn hà nội

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Hệ số công suất cosf 0,90

Yêu cầu điều chỉnh điện áp Khác thường Điện áp danh định lưới điện thứ

10 cấp(kV)

CHƯƠNG II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

VÀ PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG

2.1 Bảng số liệu phụ tải

Các hộ tiêu thụ Các số liệu

Hệ số công suất cosf 0,90

Yêu cầu điều chỉnh điện áp Khác thường Điện áp danh định lưới điện thứ

10 cấp(kV)

2.2 Cân bằng công suất tác dụng

Một đặc điểm quan trọng của hệ thống điện là truyền tải tức thời điện

năng từ nguồn điện đến các hộ tiêu thụ mà không thể tích luỹ được Tính chất này thể hiện sự đồng bộ trong quá trình sản xuất điện năng

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy phát điện trong hệ thống phải phát công suất điện đúng bằng công suấttiêu thụ của các phụ tải trong hệ thống đồng thời cộng thêm các tổn thấtphát sinh trong quá trình truyền tải

Ngoài ra để đảm bào hệ thông vận hành ổn định trong các điều kiện khác nhau, hệ thống phát điện của nhà máy phải có dự trữ công suất tác dụng nhất định Mức dự trữ công suất tuỳ thuộc vào yêu cầu của hệ thống và mức độ phát triển sau này

åPF =åPYC = måPpt +å∆P +åPtd+åPdt (1.21)

Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống:Trong đó : åPF:Tổng công suất tác dụng phát ra từ nguồn phát

åPpt:Tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ phụ tải

å∆P :Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy å∆P = 5%å∆Pmax

åPtd :Tổng công suất tự dùng của nhà máy điện

åPdt :Tổng công suất dự trữ trong mạng điện,khi cân bằng sơ bộ có thể lấy : å∆Pdt = 10%å∆Pmax

m : hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại

Một cách gần đúng ta có thể thay bằng công thức: åPF = åPpt + 15%åPpt. (1.2.2)

Theo bảng số liều vê phụ tải đã cho ở trên ta có :

åPF =åPyc = 1,15.(32+24+35+25+32+28)=202,4 (MW)

Việc cân bằng công suất tác dụng giúp cho tần số của lưới điện luôn

được giữ ổn định

2.3 Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống

Cân bằng công suất phản kháng có quan hệ tới điện áp.Hệ thống không cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn tới thay đổi điện áp trong hệ thống điện Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong hệ thống sẽ tăng, ngược lại nếu công suất phản kháng phát ra nhỏ hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì sẽ dẫn tới sự sut áp Vì vậy để đảm bảo chất lượng của hệ thống điện ta cần phải cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống:åQF = åQyc =måQpt +å∆Qb +åQL -åQc +åQtd +åQdt (1.3.1)

åQL :Tổng công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong mạng điện

åQc : tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra,khi tính sơ bộ lấy : åQc = åQL

å∆Qb : tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp ,khi tính sơ bộ có thể lấy å∆Qb = 15%å∆Qmax åQtd: tổng công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện

åQdt : Tổng công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống m :hệ số đồng

Các hộ phụ tải

Q(MVAr)

115,498

211,624

316,951

412,108

515,498

613,561

Bảng 2.1:công suất phản kháng của các phụ tải

Áp dụng công thức 1.3.2 ta có

åQyc= 1,15.(15,498+11,624+16,951+12,108+15,498+13,561)= = 98,027 MVAr

Từ cosf= 0,85 ta suy ra tgf= 0,62 Ta lại có :

åQF = åPF tgf = 202,4 0,62=125,436 MVAr > åQyc = 98,027 MVAr

Như vậy công suất phản kháng phát ra lớn công suất phản kháng tiêu thụ

của hệ thống do vậy ta không phải bù công suất phản kháng

cosf

15,498 35,556 0,9

11,624 26,667 0,9

16,951 38,889 0,9

12,108 27,778 0,9

15,498 35,556 0,9

13,561 31,111 0,9

Bảng 2.2 Số liệu tính toán của các hộ phụ tải

5

Đồ án môn học lưới điện

Từ sơ đồ mặt bằng nguồn điện và các phụ tải đã cho ta có thể đưa ra các phương án nối dây cho mạng lưới điện trên Sau đây là 5 phương

án và tính toán đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật của các phương án này

5

1

Đồ án môn học lưới điện

3.2.2 Phương án II

15 13 6

11 975311

5

24

Đồ án môn học lưới điện

3.2.4 Phương án IV

15

13 6

311

3.3 Phương án nối dây 1 3.3.1 Sơ đồ nối dây

i ệ n

Điện áp vận hành ảnh hưởng đến các đặc trưng kĩ thuật, các chỉ tiêu

kĩ thuật của mạng lưới điện

Điện áp định mức của mạng lưới điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của phụ tải, khoảng cách từ nguồn đến các phụ tải, vị trí tương đối

giữa các phụ tải trong mạng lưới¼

Điện áp định mức có thể được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị công suất trên mỗi đoạn đường dây điện

Điện áp định mức trên của đường dây có thể được tính theo công thức

kinh nghiêm sau:

Uvhi = 4,34. li16.Pi (2.1) Trong đó :

li : khoảng cách truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (km)

Pi :Công suất truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (MW)Dựa vào sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải ta có điện

áp vận hành trên các đoạn đường dây như sau:

Điện áp định

Đoạn đường Cốngtruyền

suất Chiều dài Điện áp vận mức của cả

dây, km

mạng điện, kV

N-1 N-2 N-3 N-4 N-5 N-6

32+j15,498 24+j11,624 35+j16,951 25+j12,108 32+j15,498 28+j13,561

63,246 78,102 50,000 72,111 53,852 63,246

104,092 93,295 107,190 94,300 103,238 98,131

mật độ dòng kinh tế của dòng điện:

Smax nUdm

Uđm : điện áp định mức của mạng điện , kV

Smax : công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại,MVA

Đối với các đường dây trên không , để không xuất hiện vầng quang

các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F 70 mm2

Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong phương án 1

Đoạn N-1

S =32+j15,498 MVA 35,556.103 93,309kA

2 3.110

Fkt = 931,3109 84,826mm2 ,

Ta chọn theo tiết diện tiêu chuẩn gần nhất : AC-95

Isc = 2.Imax = 2.93,309 = 186,618 A < Icp = 330 A (thỏa mãn điều kiện phát nóng)

Tính toán tương tự cho các đoạn còn lại ta được bảng số liệu sau:

b0*10-6 đườn

g dây

dây dẫn (A) Smax

N-1 AC-70 265 35,556 0,46 0,44 2,58 N-2 70 265 26,667 0,46 0,44 2,58 N-3 AC-95 330

AC-38,889 0,33 0,429 2,65 N-4 AC-150 445 27,778 0,21 0,416 2,74 N-5 AC-95 330 35,556 0,33 0,429 2,65 N-6 AC-95 330 31,111 0,33 0,429 2,65

Bảng 3.2 Dòng điện cho phép lâu dài chạy trên mỗi đoạn đường dây

Pi.ri.liQi.xi.li .100(%) (2.4)

nU 2dm .Trong đó

∆Uibt : tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i,%

Pi, Qi : Công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy trên đoạn đường dây thứ i

ri, xi : điện trở và điện kháng đơn vị của đoạn đường dây thứ i

Trong chế độ sự cố , đối với mạng điện đường dây 2 mạch tổn thất điện áp trong chế độ sự cố (đứt một đoạn đường dây ) được tínhtheo

công thức :

∆Uisc =2.∆Uibt (2.5) Đối với đoạn đường dây N-1

UN1bt 32.0,33.63, 24611,624.0, 429.63, 246 4, 497% 2.1102

Trong trường hợp ngừng một mạch trên đoạn đường dây N-1 ,ta có:

4,497 8,995

4,165 8,331

3,889 7,778

6,131 6,131

3,829 7,659

3,935 7,871

Bảng 3.3 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng

điện

Từ các kết quả trên nhận thấy rằng ,tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ

vận hành bình thường là: ∆Umax bt =6,131 %

Tổn thất điện áp trong chế độ sự cố bằng : ∆Umax sc= 8,995 %

3.4 Phương án nối dây 2 3.4.1 Sơ đồ nối dây

Hình 3.7 Sơ đố nối dây phương án II

3.4.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Tính toán tương tự như đối với phương án 1, ta có tiết diện của các đoạn dây dẫn:

3.4.3 Tính tổn thất điện áp của các đoạn đường dây trong mạng điện

Tính toán tương tự như đối với phương án I ta có bảng số liệu sau:

4,497 8,995

3,926 7,852

3,889 7,778

3,065 3,065

3,829 7,659

4,926 9,851

Bảng 3.5.Tổn thất điện áp trên các đường dây

Từ các kết quả ở bảng trên ta nhận thấy, tổn thất điện áp lúc làm việc

bình thường và khi sự cố có giá trị lớn nhất là:

Hình 3.8.Sơ đồ nối dây phương án III

3.5.2 Chọn cấp điện áp vận hành cho mạng lưới điện

Tính toán tương tự phương án I ta có bảng sau:

Đường dây Pmax l(km)

N-1

32 63,246

N-2

24 78,102

N-3

60 50,000

3 -4

25 41,231

N-5

32 53,852

N-6

28 63,246 Uvh (kV) 104,09 93,30 137,93 91,16 103,24 98,13

Bảng 3.6.Điện áp tính toán trên các đường dây

Vậy chọn điện áp định mức của mạng điện Uđm = 110 kV

3.5.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Tính toán tương tự như đối với phương án 1, ta có tiết diện của các đoạn

dây dẫn được cho trong bảng 2.8:

Đường Pmax Qmax Fkt 2 Ftc

Bảng 3.7 Thông số các đường dây trong mạng điện

Từ bảng số liệu trên ta nhận thấy tất cả các tiết diện tiêu chuẩn đã chọn đều thoả mãn điều kiện phát nóng

3.5.4 Tính tổn thất điện áp trong chế độ vận hành bình thường vàtrong chế độ sự cố

Tính toán tương tự như đối với phương án 1 ta có bảng số liệu sau đây:

4,497 8,995

5,214 10,427

4,563 9,126

1,753 1,753

3,829 7,659

3,935 7,871

Bảng 3.8 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây của mạng

điện

Từ bảng số liệu trên ta có tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây đoạn

đường dây N-4-3:

∆Ubt = 4,563+1,753= 6,316 % ∆Usc =9,126+1,753 =10,879 %

Từ kết quả tính toán trên ta nhận thấy

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường là:

∆UN-2-3bt =6,316%

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố là : ∆UN-2-3sc= 10,879 %

Như vậy phương án này đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật

3.6 Phương án nối dây 4 3.6.1 Sơ đồ nối dây

Hình 3.9.Sơ đồ nối dây phương án IV

3.6.2 Chọn cấp điện áp vận hành cho mạng lưới điện

Tính toán tương tự phương án I ta có bảng sau:

Đường dây Pmax l(km)

N-1

32 63,246

1 -2

56 41,231

N-3

60 50,000

3 -4

25 41,231

N-5

32 53,852

N-6

28 63,246 Uvh (kV) 104,09 132,87 137,93 91,16 103,24

98,13

Bảng 3.9.Điện áp tính toán trên các đường dây

Vậy chọn điện áp định mức của mạng điện Uđm = 110 kV

3.6.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Tính toán tương tự như đối với phương án 1, ta có tiết diện của các

đoạn dây dẫn được cho trong bảng 2.8:

N-3 60 29,059 174,955 159,050 185 349,909 510 3 -4 25 12,108 145,796 132,541 150 145,796 445 N-5 32 15,498 93,309 84,826 95 186,618 330 N-6 28 13,561 81,645 74,223 95 163,291 330

Bảng 3.10 Thông số các đường dây trong mạng điện

Từ bảng số liệu trên ta nhận thấy tất cả các tiết diện tiêu chuẩn đã chọn đều thoả mãn điều kiện phát nóng

3.6.4 Tính tổn thất điện áp trong chế độ vận hành bình thường vàtrong chế độ sự cố

Tính toán tương tự như đối với phương án 1 ta có bảng số liệu sau đây:

7,852

5

Bảng 3.11 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây của mạng

Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây đoạn đường dây 4-3:

N-∆Ubt = 4,563+1,753= 6,316 % ∆Usc =9,126+1,753 =10,879 %

Từ kết quả tính toán trên ta nhận thấy

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường là:

∆UN-2-1bt =8,423%

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố là : ∆UN-2-1sc= 16,847 %

Như vậy phương án này đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật

3.7.Phương án nối dây 5 3.7.1.Sơ đồ nối dây

15

13

NÐ11

Hình 3.10.Sơ đồ nối dây phương án V

3.7.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện phát nóng

Do trong sơ đồ nối dây có mạch vòng nên ta phải tính dòng công suất chạy trong các đường dây trong mạch vòng N-5-6-N Giả thiết mạng điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện.Gọi khoảng cách N-5 là l1, khoảng cách 5-6 là l2, khoảng cách N-6 là l3.

(l1 = 53,852 km , l2 = 41,231 km, l3 = 63,246 km) Dòng công suất chạy trên đoạn N-5 là:

S N5  S5 (l2 l3) S6 l3 (32 j15, 498).(41, 231 63, 246) (28 j13,561).63,

246

l1 l2 l3 41, 231 63, 246 63, 246 = 32,3+j15,64 MVA

Do đó, Smax(N-1) = 35,89 MVA

S max(5-6) = S 5 - S max(N-5) = ( 32 j15, 498 ) - (32,3+j15,64 ) = - 0,3 - j0,15 MVA;

Smax(5-6) = 0,334 MVA

S max(N-6) = S 6+ S max(5-6) =(28+j13,561) + (- 0,3 - j0,15 ) =27,70+j13,42 MVA

Smax(N-6) = 30,777 MVA

Tiết diện các đoạn đường dây trong mạch vòng N-2-1-N:

ImaxN-5 = 35,890 103 =188,372 A ; Fkt(N-5) = 188,,372 =171,248 mm2 3.110

=> Chọn dây AC-185 có Icp = 510 A

11

Imax5-6 = 0,334 103 = 1,754 A ; Fkt(5-6) = 1,1754 = 1,595 mm2 3.110 ,1

=> Chọn dây AC-70 có Icp = 265A

ImaxN-2= 30,777 103 =161,537 A ; Fkt(4-6) = 161,,537 = 146,852 mm2

=> Chọn dây AC-150 có Icp = 445 A

Kiểm tra sự cố : dòng điện chạy trên đoạn 5-6 lớn nhất khi có sự cố đứt

Bảng 3.12.Thông số đường dây phương án V

Các tiết diện dây dẫn được chọn đều thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố

 Tính tổn thất điện áp trong mạch vòng đã xét

Bởi trong mạch vòng đã xét chỉ có một điểm phân chia công suất là nút 6 Do đó tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện trong chế độ vận hành

- Tổn thất điện áp trên đoạn N-6 là:

UN6sc % 60.0,33.63, 246 29,059.0, 429.63, 246 100% 16,865% 1102

- Tổn thất điện áp trên đoạn 5-6 là:

U56sc % 32.0, 46.41, 23115,2498.0, 44.41, 231.100% 7,340% 110

Khi ngừng đoạn đường dây N-6

- Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-5 là

UN5sc % 60.0,17.53,85215, 498.0, 409.53,852 100% 9,829% 1102

- Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây 5-6 là:

U56sc % 32.0, 46.41, 23113,2561.0, 44.41, 231.100% 7,340% 110

Vậy tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố là tổn thất điện áp khi

đứt đoạn đường dây N-5 và bằng:

∆Umaxsc = 16,865 + 7,340 = 24,205 %

Các tổn thất điện áp trên những đoạn khác tính tương tự như các phương

án trên ta có bảng sau: Đường dây

N-1 4,497 8,995

N-2 5,214 10,427

N-3 3,889 7,778

N-4 6,131 6,131

N-5 5,291 9,829

5 -6 0,069 7,340

N-6 7,786 16,865

Từ các kết quả ở bảng trên ta nhận thấy, tổn thất điện áp lúc làm việc

bình thường và khi sự cố có giá trị lớn nhất là: D Umax bt% = D UN -2 bt% = 7,786 %

Trong chế độ sự cố không xét sự cố xếp chồng mà chỉ xét sự cố đơn giản (đứt một dây) nên:

D Umax sc% =24,205 %

Đó là trường hợp ngừng N-2 trong mạch vòng

KẾT LUẬN

Khi chọn sơ bộ các phương án cung cấp điện có thể đánh giá chất lượng

điện năng theo các giá trị của tổn thất điện áp

Ta có thể chấp nhận là phù hợp nếu trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện một cấp điện áp không vượt quá 10 ÷ 15% trong chế độ làm việc bình thường, còn trong chế độ sau sự cố các tổn thất điện áp lớn nhất không vượt quá 15 ÷ 20% Ở đây ta xét với

trường hợp:

∆Umaxbt % £ 10% ∆Umaxsc % £ 20%

Để thuận tiện cho việc so sánh về kĩ thuật các giá trị về tổn thất của các phương án được tổng hợp ở bảng sau:

Tổn thất Phương án

∆Umaxbt % ∆Umaxsc %

6,131 8,995

8,423 16,847

6,316 10,879

8,423 16,847

7,786 24,205

Như vậy sau khi tính toán so sánh các chỉ tiêu kĩ thuật ta thấy phương án

1,2,3,4 đảm bảo yêu cầu kĩ thuật.Do đó để so sánh kinh tế ,kĩ thuật ta chọn các phương án 1,2,3,4

CHƯƠNG IV

SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN

Z:hàm chi phí tính toán hàng năm

atc:hệ số hiệu quả của vốn đầu tư atc=0,125

avh:hệ số vận hành đối với các đường dây trong mạng điện

avh=0,04 (Dùng cột bêtông cốt thép) ∆A:Tổng tổn thất điện năng hàng năm

C : giá 1kWh điện năng tổn thất :c=500 đ/kW.h) K : tổng các vốn đầu tư về đường dây

-Tính K

Đối với các đường dây trên không 2 mạch đặt trên cùng một cột,tổng vốnđầu tư để xây dựng các đường dây có thể xác định theo công thức sau:

K= å1,6.k0i.li Trong đó :

k0i : giá thành 1 km đường dây thứ i , đ/km li : chiều dài đoạn đường dây thứ i ,km Với đường dây 1 mạch :K= k0i.li

-Tổn thất điện năng trong mạng điện được tính theo công thức:

∆A = å∆Pimax t Trong đó :

t : thời gian tổn thất công suất lớn nhất ,h

∆Pimax :tổn thất công suất trên đoạn đường dây thứ i khi công

Udm: điện áp định mức của mạng điện

- Thời gian tổn thất công suất lớn nhất có thể được tính theo công thức:t= (0,124+ Tmax 10-4)2 8760

Tính K cho mỗi đoạn đường dây Đoạn đường dây N-1(AC-95) K1= 1,6.ko1.l1

Tra bảng 8.39 sách "Thiết kế các mạng và hệ thống điện"Ta có ko1= 283.106 đ/km

Suy ra K1= 1,6.283.106.63,246 = 28637,587.106 đ Tổn thất công suất:

P1 3215, 498 0,33.63, 246 = 1,09 MW 22.1102 2