Phân tích hệ thống, cân bằng công suất và sơ bộ kỹ thuật

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điên cao áp Ch ơng I Phân tích hệ thống,cân bằng công suất và sơ bộ bù kỹ thuật I - Các số liệu về nguồn cung cấp và phụ tải : 1. Sơ đồ địa lý : Dựa vào sơ đồ mặt bằng của hệ thống điện thiết kế và sơ đồ phân bố giữa các phụ tải và nguồn cung cấp ta xác định đợc khoảng cách giữa chúng nh H1.1 SV:Nguyễn Hữu Sơn 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điên cao áp 2. Nguồn điện : Mạng gồm hai nguồn cung cấp : a) Nhà máy I : Là nhà máy nhiệt điện có các thông số nh sau : - Công suất đặt P 1 = 2 ì 100 = 200MW - Hệ số công suất : cos = 0,85 - Điện áp định mức : U đm = 10,5kV b) Nhà máy II : Là nhà máy nhiệt điện có các thông số nh sau : - Công suất đặt P 2 = 2 ì 100MW - Hệ số công suất : cos = 0,85 - Điện áp định mức : U đm = 10,5kV 3. Phụ tải : Các số liệu về phụ tải cho trong bảng 1 - 1 Bảng 1.1 - Các số liệu về phụ tải Phụ tải Các số liệu 1 2 3 4 5 6 7 8 P max (MW) 25 35 10 20 40 45 36 30 P min (MW) 15 21 6 12 24 27 21.6 18 Cos 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 Q max (MVAr) 12.1 16.94 4.84 9.68 19.36 21.78 17.42 14.52 Q min (MVAr) 7.26 10.16 2.9 5.81 11.62 13.07 10.45 8.71 S max (MVA) 27.7 7 38.88 11.11 22.22 44.44 49.99 39.99 33.33 S min (MVA) 16.66 23.33 6.67 13.33 26.66 30 24 20 Loại hộ phụ tải I I III I I I I I Yêu cầu ĐC điện áp T T T KT KT KT KT KT Điện áp thứ cấp (kV) 22 22 22 22 22 22 22 22 - Phụ tải cực tiểu : Pmin = 0,6P max - Thời gian sử dụng công suất cực đại T max = 5.500h SV:Nguyễn Hữu Sơn 2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điên cao áp II - Phân tích nguồn và phụ tải : Từ những số liệu trên ta có thể rút ra những nhận xét sau : Trong hệ thống điện thiết kế có 2 nguồn cung cấp đó là : 2 nhà máy nhiệt điện, khoảng cách giữa 2 nhà máy là 116.62km vì vậy cần phải có sự liên hệ giữa 2 nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thờng trong các chế độ vận hành. Các phụ tải có công suất khá lớn và đợc bố trí xung quanh 2 nguồn cung cấp nên rất thuận lợi cho việc cung cấp điện của 2 nhà máy nhiệt điện. Các phụ tải 1;2;4;5;7;8 là hộ loại I, phụ tải 3 là hộ loại III với chế độ điều chỉnh điện áp cho các phụ tải 4;5;6;7;8 là khác thờng. Còn các phụ tải 1;2;3 là thờng. Tổng công suất của nguồn I là 200MW Tổng công suất nguồn II là 200MW Do khoảng cách giữa các nhà máy và giữa các phụ tải tơng đối lớn nên ta dùng đ- ờng dây trên không để dẫn điện. Các hộ loại I là phụ tải quan trọng nếu ngừng cấp điện có thể gây ảnh hởng xấu đến an ninh, chính trị, xã hội, gây thiệt hại lớn về kinh tế. Do vậy yêu cầu cung cấp điện phải đảm bảo tính liên tục và ở mức độ cao nên ta phải thiết kế mỗi phụ tải đợc cung cấp bằng đờng dây 2 mạch hoặc cung cấp theo mạch vòng kín. Các hộ loại III là phụ tải không quan trọng khi mất điện không gây thiệt hại lớn nên mỗi phụ tải chỉ cần cung cấp bằng đờng dây 1 mạch. Đối với dây dẫn để đảm bảo độ bền cơ cũng nh yêu cầu về khả năng dẫn điện ta dùng loại dây dẫn AC để truyền tải điện. Đối với cột thì tuỳ từng vị trí mà ta dùng cột bê tông cốt thép hay cột thép định hình. Với cột đỡ thì dùng cột bê tông ly tâm, các vị trí góc, vợt sông, vợt quốc lộ thì ta dùng cột thép. Trong đồ án nàydự kiến sử dụng cột thép cho toàn tuyến đờng dây. Về mặt bố trí dây dẫn trên cột để đảm bảo về kinh tế, kỹ thuật. Đối với đờng dây 2 mạch ta bố trí trên cùng một tuyến cột. SV:Nguyễn Hữu Sơn 3 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ líi ®iªn cao ¸p SV:NguyÔn H÷u S¬n 4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điên cao áp III - Cân bằng công suất tác dụng P : 1 - Mục đích : Đặc điểm đặc biệt của ngành sản xuất điện là điện năng do các nhà máy điện trong hệ thống sản xuất ra cân bằng với điện năng tiêu thụ của các phụ tải. Cân bằng công suất trong hệ thống điện trớc hết là xem xét khả năng cung cấp và tiêu thụ điện trong hệ thống điện có cân bằng hay không. Sau đó định ra phơng thức vận hành cho từng nhà máy điện trong hệ thống ở các trạng thái vận hành khi phụ tải cực đại, cực tiểu và chế độ sự cố. Dựa trên sự cân bằng của từng khu vực, đặc điểm và khả năng cung cấp của từng nguồn điện. Trong hệ thống điện, chế độ vận hành ổn định chỉ có thể tồn tại khi có sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng. Cân bằng công suất tác dụng để giữ ổn định tần số trong hệ thống điện. Cân bằng công suất phản kháng ở hệ thống điện nhằm ổn định điện áp toàn mạng. Sự mất ổn định về điện áp cũng làm ảnh hởng đến tần số trong toàn hệ thống và ng- ợc lại. Ta có phơng trình cân bằng công suất tác dụng nh sau : P f = m . 8 1 P pt max + mđ + P td + P dt Trong đó : - P f : Là tổng công suất tác dụng định mức của các nhà máy điện. Thay số vào ta có : P f = P NĐI + P NĐII = 200 + 200 = 400MW - m : Là hệ số đồng thời trong đồ án này lấy (m = 1) - 8 1 P ptmax : Là công suất tác dụng của các phụ tải trong hệ thống ở chế độ cực đại. 8 1 P ptmax = P 1 + P 2 + P 3 + P 4 + P 5 + P 6 + P 7 + P 8 = 25 + 35 + 10 + 20 + 40 + 45 + 36 + 30 = 241 MW - P mđ : Là tổng tổn thất công suất tác dụng trên đờng dây và máy biến SV:Nguyễn Hữu Sơn 5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điên cao áp áp trong mạng điện đang thiết kế. Tổn thất này phụ thuộc vào bình phơng phụ tải. Nhng trong thiết kế sơ bộ coi nh một số không đổi lấy bằng 5% 8 1 P pt. P mđ = 5% ì 241 = 12,05 MW - P td : Là tổng công suất tác dụng tự dùng trong các nhà máy điện. Ta chọn : P td = 10% (m 8 1 P pt + P mđ ) P td = 0,1 (241 + 12,05) = 25,305 MW - P dt : Tổng công suất tác dụng dự trữ trong hệ thống điện (bao gồm dự trữ sự cố, dự trữ phụ tải, dự trữ bảo dỡng, tu sửa, dự trữ phát triển .) P dt = P f - m P ptmax - P mđ - P td = 400 - 241 - 12,05 - 25,305 = 121,645 MW P dt thờng nằm trong khoảng 10 - 15% tổng công suất phụ tải và không đợc bé hơn công suất của 1 tổ máy lớn nhất trong hệ thống. nh vậy mới đảm bảo đợc cung cấp điện liên tục và không phải cắt bớt phụ tải khi tổ máy phát lớn nhất của hệ thống gặp sự cố phải ngừng làm việc. P dt = 121,645 MW > 100MW là công suất của tổ máy lớn nhất, nh vậy hệ thống đảm bảo đủ công suất tác dụng trong mọi chế độ vận hành của hệ thống. 2 - Cân bằng công suất phản kháng Q : Để giữ điện áp bình thờng cần có sự cân bằng công suất phản kháng ở hệ thống điện nói chung và từng khu vực nói riêng. Sự thiếu hụt công suất phản kháng sẽ làm cho chất l- ợng điện áp giảm khi d thừa công suất phản kháng sẽ làm cho điện áp tăng, cả hai trờng hợp quá áp và sụt áp đều ảnh hởng đến chất lợng điện năng của hệ thống điện. Phơng trình cân bằng công suất phản kháng : Q f + Q b = m . 8 1 Q pt max + Q B + Q L - Q C + Q td + Q dt Trong đó : SV:Nguyễn Hữu Sơn 6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điên cao áp - Q f : Là tổng công suất phản kháng định mức của các nhà máy điện đợc tính nh sau : Q f = P f . tg f tg f đợc tính theo cos f = 0,85 tg f = 0,62 Vậy : Q f = 400 ì 0,62 = 248 MVAr - 8 1 Q pt max : Là tổng công suất phản kháng cực đại của các phụ tải có xét đến hệ số đồng thời (m = 1). i 1 Q pt max = P ptmax . tg i Với cos = 0,90 tg = 0,48 8 1 Q ptmax = 241 ì 0,48 = 115,68 MVAr - Q B : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp của hệ thống thờng lấy Q B = 15% Q ptmax = 0,15 ì 115,68 = 17,352 MVAr - Q L : Tổng tổn thất công suất phản kháng trên đờng dây của mạng điện. - Q C : Tổng công suất phản kháng do dung dẫn của đờng dây cao áp sinh ra. Đối với bớc tính sơ bộ, với mạng điện khu vực coi : Q L = Q C - Q td : Tổng công suất phản kháng tự dùng của các nhà máy điện. Q td = P td . tg td với cos td = 0,7 0,8;chọn cos td =0,8 tg td = 0,75 nên Q td = 25,305 ì 0,75 = 18,98 MVAr - Q dt : Tổng công suất phản kháng dự trữ của toàn hệ thống. Lấy Q dt bằng công suất phản kháng của tổ máy lớn nhất trong hệ thống. Q dt = P fNĐI . tg f = 100 ì 0,62 = 62MVAr Từ phơng trình cân bằng công suất phản kháng : Q f + Q b = m Q pt + Q B + Q td + Q dt SV:Nguyễn Hữu Sơn 7 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điên cao áp Thay số vào ta có : 248 + Q b = 115,68 + 17,352 + 18,98 + 62 = 214,012 Suy ra : Q b = 214,012 - 248 = - 33,988 MVAr Vậy Q b < 0 nên ta không phải tiến hành bù sơ bộ công suất phản kháng cho mạng thiết kế. 3 - Sơ bộ xác định ph ơng thức vận hành cho hai nhà máy : a. Khi phụ tải cực đại : Nếu cha kể đến dự trữ, tổng công suất yêu cầu của hệ thống là : P yc = m P pt + P mđ + P td = 241 + 12,05 + 25,305 = 278,805 MW Lợng công suất này chiếm 69,7% tổng công suất phát định mức của 2 nhà máy điện. Để đảm bảo cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống, ta huy động tổ máy có công suất đơn vị lớn hơn trong hệ thống nhận phụ tải trớc để đảm bảo tính kinh tế cao hơn. Nhng theo đầu bài ra ta có các tổ máy của nhà máy I và II có công suất đơn vị bằng nhau. Công suất của 1 nhà máy làm chủ đạo (chẳng hạn nhà máy I) phát lên lới là : P vhI = P f1 - P td1 = 80% P đm1 - 10% (80% . P đm1 ) = 144MW Nh vậy nhà máy II sẽ còn phải đảm nhận : P f2 = P yc - P f1 = 278,805 - 160 = 118,808 MW (chiếm 59,4% P đmII ) Trong đó tự dùng là : P td2 = P td - P td1 = 25,305 - 16 = 9,305MW b. Khi phụ tải cực tiểu : Tơng tự ta có : P ycmin = m P ptmin + P mđ + P td = 144,6 + 7,23 + 15,183 = 167,283 MW Lợng công suất này chiếm 41,82% công suất phát định mức của 2 nhà máy. Khi phụ tải cực tiểu do công suất yêu cầu thấp, nên cần phân bố lại công suất cho hai nhà máy. Nhà máy I vẫn giữ vai trò chủ đạo nhng chỉ phát lên lới một tổ máy công suất định mức là 100MW. P vh1 = P f1 - P td1 = 80%P đm1 - 10% (80%P đm1 ) = 72MW SV:Nguyễn Hữu Sơn 8 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế lới điên cao áp Nh vậy nhà máy II sẽ cón phải đảm nhận : P f2 = P ycmin - P f1 = 167,283 - 80 = 87,293 MW Để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế với công suất còn lại phải phát, nhà máy II cũng chỉ nên phát 1 tổ máy có công suất định mức là 100 MW. Tự dùng của nhà máy II là : P td2 = P td - P td1 = 15,183 - 8 = 7,183 MW c. Trờng hợp sự cố : Ta xét trờng hợp sự cố 1 tổ máy bên nhà máy I trong khi phụ tải cực đại. Theo tính toán và phân bố công suất cho từng nhà máy khi phụ tải cực đại nh trên, ta thấy rằng nếu trớc khi sự cố, nhà máy I phát 80% P đm thì khi sự cố 1 tổ máy lợng công suất nhà máy II phải phát tăng lên để gánh cho nhà máy I là 72MW, Công suất phát của nhà máy NĐ II là : P f2 = P yc - P f1 = 278,805 - 72 = 206,805 MW (lớn hơn P đmII ) Để đảm bảo các yêu cầu tối thiểu về kỹ thuật và kinh tế ta cần tìm ra phơng thức vận hành hợp lý cho cả hai nhà máy. Phơng thức vận hành mới sẽ là : Sau khi sự cố, nâng công suất phát của tổ máy còn lại nhà máy I lên 100%P đm . Khi đó công suất còn phát lên lới của nhà máy I là : P vh1 = P f1 - P td1 = P đm1 - 10%P đm1 = 100 - 10% x 100 = 90MW Công suất phát của nhà máy II sẽ là : P f2 = P yc - P f1 = 278,805 - 100 = 178,805 MW (chiếm 89,4%P đmII ) Nh vậy trong trờng hợp sự cố nguy hiểm nhất hai nhà máy vẫn đảm bảo cung cấp đủ công suất yêu cầu của hệ thống. SV:Nguyễn Hữu Sơn 9 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ líi ®iªn cao ¸p SV:NguyÔn H÷u S¬n 10