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

Trang 1

PHẦN I

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN KHU VỰC

Trang 2

Chương I

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢII Các số liệu về nguồn cung cấp và phụ tải:

1 Sơ đồ địa lý: Dựa vào sơ đồ phân bố giữa các phụ tải và nguồn ta xác định

được khoảng cách giữa chúng như hình vẽ:

2 Nguồn điện: Mạng gồm hai nguồn cung cấp:

a) Nhà máy 1: Là nhà máy nhiệt điện có các thông số.

- Công suất đặt: P1 = 4 x 50 = 200 MW- Hệ số công suất: cosj = 0,85

- Điện áp định mức: Uđm = 10,5 KV

b)Nhà máy 1: Là nhà máy nhiệt điện có các thông số.

- Công suất đặt: P2 = 2 x 100 = 200 MW- Hệ số công suất: cosj = 0,85

- Điện áp định mức: Uđm = 10,5 KV

58,3

Trang 3

3 Phụ tải: Số liệu tính toán của các phụ tải cho trong bảng 1:

Điện áp danh định của lưới điện thứ cấp

- Phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại

- Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax= 5000h

II Phân tích nguồn và phụ tải:

Từ những số liệu trên ta có thể rút ra nhưng nhận xét sau:

Hệ thống điện thiết kế được cung cấp bởi 2 nhà máy nhiệt điện, khoảngcách giữa 2 nhà máy là 120 km do đó có thể liên kết với nhau Nhà máy nhiệtđiện có đặc điểm là chủ động về nguồn năng lượng, xây dựng gần nơi tiêu thụđiện , vốn xây dựng rẻ, xây dựng nhanh Nhược điểm là tiêu tốn nhiên liệu, ônhiễm môi trường, hiệu suất thấp, vận hành kém linh hoạt.

Các phụ tải có công suất khá lớn và được bố trí xung quanh 2 nguồn điệnnên rất thuận lợi cho việc cung cấp điện của 2 nhà máy Xung quanh nhà máynhiệt điện 1 là các phụ tải 1; 2; 3; 4 với khoảng cách xa nhất là 58,3 km, gầnnhất là 45km Xung quanh nhà máy nhiệt điện 2 là các phụ tải 5; 6; 7; 8 vớikhoảng cách xa nhất là 82,5 km, gần nhất là 45km Các phụ tải 2; 3; 4; 5; 6; 7 làhộ loại1, phụ tải 1; 8 là hộ loại 3, với chế độ điều chỉnh điện áp cho các phụ tải3; 4; 7 là khác thường còn các phụ tải 1; 2; 5; 6; 8 là thường.

Tổng công suất nguồn 1 là: 200 MW

Trang 4

Tổng công suất các phụ tải xung quanh nguồn 1 là: 116 MWTổng công suất nguồn 2 là: 200 MW

Tổng công suất các phụ tải xung quanh nguồn 2 là: 118 MW

Do khoảng cách giữa các nhà máy và giữa các phụ tải tương đối lớn nên tadùng đường dây trên không để dẫn điện.

Các hộ loại 1 là phụ tải quan trọng nếu ngừng cấp điện có thể gây ảnhhưởng xấu đến an ninh , chính trị, xã hội, gây thiệt hại lớn về kinh tế Do vậyyêu cầu cung cấp điện phải đảm bảo tính liên tục và ở mức độ cao nên ta phảithiết kế mỗi phụ tải được cung cấp bởi đường dây lộ kép hoặc cung cấp theomạch vòng kín.

Các hộ loại 3 là phụ tải không quan trọng khi mất điện không gây thiệt hạilớn nên mỗi phụ tải chỉ cần cung cấp bởi một đường dây đơn.

Đối với dây dẫn để đảm bảo độ bền cơ cũng như yêu cầu về khả năng dẫnđiện ta dùng loại dây AC để truyền tải điện.

Đối với cột thì tuỳ từng vị trí mà ta dùng cột bê tông hay cột sắt Với cộtđỡ thì dùng cột bê tông, các vị trí góc, vượt sông, vượt đường quốc lộ thì ta dùngcột sắt.

Về mặt bố trí dây dẫn trên cột để đảm bảo về kinh tế, kỹ thuật ta bố trí trêncùng một tuyến cột.

Trang 5

Cân bằng công suất trong hệ thống điện trước hết là xem khả năng cungcấp điện và tiêu thụ trong hệ thống có cân bằng không Sau đó sơ bộ địnhphương thức vận hành cho từng nhà máy điện Trong các chế độ vận hành lúccực đại , lúc cực tiểu hay chế độ sự cố dựa vào khả năng cấp điện của từngnguồn điện Cân bằng công suất nhằm ổn định chế độ vận hành của hệ thốngđiện.

Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ tần số bình thường trong hệthống Để giữ được điện áp bình thường ta cần phải có sự cân bằng công suấtphản kháng ở hệ thống nói chung và khu vực nói riêng Mặt khác sự thay đổiđiện áp cũng ảnh hưởng đến thay đổi tần số và ngược lại.

II.Cân bằng công suất tác dụng:

Ta có công thức:

-Thay số vào ta có:

Trang 6

+ Công suất phụ tải cực đại:

III Cân bằng công suất phản kháng :

Ta có phương trình cân bằng công suất phản kháng:Trong đó:

m: hệ số đồng thời , m = 1

sinh ra trong HTĐ

bằng công suất phản kháng của tổ máy lớn nhất trong hệ thống điện.Thay số vào ta có:

+ Tổng công suất phản kháng định mức:

=(PNĐI + PNĐII) tg = 400.0,882 =352,8 MVAr

+ Tổng công suất phản kháng cực đại của phụ tải:

Trang 7

=(P1+ P3+ P6 + P8).0,48 + P2.0,33 + (P4 + P7).0,62 + P5.0,43 = 52,8 + 9,24 + 34,44 + 14,62 = 111,1 MVAr

+ Tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp:

IV.Sơ bộ xác định phương thức vận hành cho hai nhà máy

1 Khi phụ tải cực đại

Nếu chưa kể đến dự trữ, tổng công suất yêu cầu của hệ thống là:234 + 23,4 + 20,6 = 278 MW

Để đảm bảo cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống, ta huy động tổ máycó công suất lớn hơn trong hệ thống nhận phụ tải trước để đảm bảo tính kinh tếcao hơn Theo đầu bài ta có các tổ máy của nhà máy II có công suất đơn vị lớnhơn.

Công suất nhà máy II phát lên lưới là:

Pvh2= Pf2 - Ptd2 = 75%.Pđm2 - 8%.(75%.Pđm2) = 138 MWNhư vậy nhà máy I sẽ còn phải đảm nhận:

Trang 8

Nhà máy II vẫn giữ vai trò chủ đạo nhưng chỉ phát lên lưới một tổ máy côngsuất định mức là 100 MW:

Pvh2= Pf2 - Ptd2 = 75%.Pđm2 - 8%.(75%.Pđm2) = 69 MWNhư vậy nhà máy I sẽ còn phải đảm nhận:

Để đảm bảo các yêu cầu tối thiểu về kỹ thuật và kinh tế với công suất còn lạiphải phát, nhà máy I cũng chỉ nên phát hai tổ máy có tổng công suất định mức là100 MW Khi đó nếu chia đều công suất phát cho từng tổ máy thì mỗi tổ máyphát được 64% công suất định mức tổ máy Điều này cho thấy các tổ máy nàyđã phát được công suất trong giới hạn kinh tế của các tổ máy nhiệt điện là từ 60-85%Pđm.

máy I, vì vậy trong trường hợp sự cố này ta cần tìm phương thức vận hành hợplý cho cả hai nhà máy.

Phương thức vận hành mới sẽ là:

- Sau khi sự cố, nâng công suất phát của tổ máy còn lại của nhà máy II lên95%Pđm Khi đó lượng công suất còn phát lên lưới của nhà máy này là:

Pvh2= Pf2 - Ptd2 = 95%.Pđm2 - 8%.(95%.Pđm2) = 87,4 MW- Công suất phát của nhà máy I sẽ là:

Trang 9

I Nguyên tắc chung

Trang 10

Lựa chọn cấp điện áp vận hành cho mạng điện là một nhiệm vụ rất quantrọng , bởi vì trị số điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuậtcủa mạng điện Để chọn được cấp điện áp hợp lý phải thoả mãn các yêu cầusau :

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

- Cấp điện áp phải phù hợp với tình hình lưới điện hiện tại và phù hợp vớitình hình lưới điện quốc gia.

- Bảo đảm tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải trong qui phạm

Từ công thức ta thấy điện áp càng cao thì U càng nhỏ , truyền tải đượccông suất càng lớn.

- Tổn thất công suất:

Khi điện áp càng cao thì tổn hao công suất càng bé, sử dụng ít kim loạimàu ( do I nhỏ ) Tuy nhiên lúc điện áp tăng cao thì chi phí cho xây dựng mạngđiện càng lớn và giá thành của thiết bị bị tăng cao.

II Tính toán cấp điện áp của mạng điện:

Việc lựa chọn cấp điện áp của mạng điện chủ yếu dựa vào kinh nghiệmtổng kết.

Theo công thức kinh nghiệm:Ui : điện áp đường dây thứ i

li : chiều dài đường dây thứ i (km)

Pi : công suất tác dụng truyền tải trên đường dây thứ i (MW)Để đơn giản ta chỉ chọn phương án hình tia như sau:

Trang 11

6445

Trang 12

CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯUI Những yêu cầu chính đối với mạng điện:

1 Cung cấp điện liên tục2 Đảm bảo chất lượng điện3 Đảm bảo tính linh hoạt cao4 Đảm bảo an toàn

II Lựa chon dây dẫn:

1 Dây đồng: Dây đồng là dây dẫn được chế tạo bằng kim loại đồng,là vật liệu dẫn điện tốt nhất Đồng có điện trở suất nhỏ, có ứng suấtkéo dây đồng phụ thuộc vào quá trình công nghệ chế tạo và có thểđạt được ứng suất cao, ngoài ra đồng có bề mặt được bao bọc bởimột lớp oxyt đồng, do đó dây đồng có khả năng chống ăn mòn tốt.Nhưng đồng là kim loại quý hiếm và đắt tiền Vì vậy dây đồng chỉdùng trong các mạng điện đặc biệt.

2 Dây nhôm: là kim loại phổ biến nhất trong thiên nhiên Điện trởsuất lớn hơn của đồng khoảng 1,6 lần, nhôm cũng có lớp oxytnhôm bên ngoài nên cũng có tác dụng chống ăn mòn trong khíquyển Nhược điểm chủ yếu của dây nhôm là độ bền cơ tương đốinhỏ Do đó người ta không sản xuất dây nhôm trần một sợi Dâynhôm nhiều sợi được dùng cho các mạng phân phối điện áp đến 35kV

3 Dây nhôm lõi thép: là dây nhôm có lõi là dây thép để khắc phụcnhược điểm về độ bền cơ của dây nhôm và đây là dây dẫn được sửdụng phổ biến nhất ở các đường dây trên không điện áp từ 35kV trởlên

III Phân vùng cấp điện:

Từ sơ đồ địa lý ở phần trên ta có thể phân ra là hai vùng cấp điện chocác phụ tải lân cận hai nhà máy điện.

- vùng xung quanh nhà máy I, gồm các phụ tải 1,2,3 và 4- vùng xung quanh nhà máy II, gồm các phụ tải 5,6,7 và 8

Hai nhà máy được nối liên lạc trực tiếp với nhau hoặc nối qua phụ tải 5.

IV Tính toán so sánh kỹ thuật các phương án:

A.Các tiêu chuẩn để so sánh về mặt kỹ thuật giữa các phương án:1 Chọn tiết diện dây dẫn:

Trang 13

Trong mạng điện thiết kế dự kiến dùng dây AC Các dây được mắctrên cột theo hình tam giác , khoảng cách Dtb = 5m.

Tiết diện dây dẫn chọn theo mật độ kinh tế (Jkt)

Từ đầu bài ta có Tmax = 5000hTra bảng ta được Jkt = 1,1 A/mm2

2 Kiểm tra lại theo các điều kiện sau:

+ Kiểm tra tổn thất điện áp:

Tổn thất điện áp lúc vận hành bình thường và lúc sự cố nguy hiểm nhất Tổn thất điện áp được tính theo biểu thức:

Giả sử U tính được thoả mãn theo điều kiện sau: - Lúc bình thường: Ubt max%  Ubt cp% =10% - Lúc sự cố : Usc max%  Usc cp% = 20% - I phát nóng của dây dẫn < Icp

* Với hộ tiêu thụ dùng máy biến áp có điều chỉnh điện áp dưới tải thìxét theo điều kiện sau :

- Lúc sự cố : Usc%  25%

+ Kiểm tra phát nóng dây dẫn:

- Theo tiêu chuẩn:Isc max  K.IcpTrong đó:

Isc max : là I sự cố lớn nhất lúc sự cố (lộ kép hay mạch vòng bị đứtmột dây)

Icp : là I cho phép làm việc lâu dài trên dây dẫn, ứng với nhiệt độ tốiđa là 250C

K : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ , K =0,8

+ Kiểm tra tổn thất do phát sáng vầng quang: Đối với cấp điện áp

110 kV ta chọn tiết diện nhỏ nhất cho phép là 70 mm2.

Trang 14

B Các phương án nối dây:1 Phương án 1:

2 Phương án 2:

26 + j12,6

28 + j13,628 + j13,6

34 + j14,5

28 + j13,651N§ II45

26 + j12,6

28 + j13,628 + j13,6

34 + j14,5

28 + j13,651N§ II45

628 + j17,445

14528 + j9,2

Trang 15

26 + j12,6

28 + j13,628 + j13,6

34 + j14,5

28 + j13,651N§ II45

628 + j17,445

28 + j9,2

26 + j12,6

28 + j13,628 + j13,6

34 + j14,5

28 + j13,651N§ II45

28 + j17,445

28 + j9,2

Trang 16

N§ I51

34 + j21,1

34 + j14,5

28 + j13,651N§ II45

28 + j9,2

26 + j12,6

28 + j13,628 + j13,6

34 + j14,5

28 + j13,651N§ II45

Trang 17

Chọn dây dẫn là AC-150

Có r0 = 0,21 

x0 = 0,416  ; Icp = 445 A

Tổn thất điện áp của đoạn NĐI-1:

Khi truyền tải bằng lộ đơn : R= 0,21.58,3=12,24  X= 0,416.58,3 = 24,25 

+Chọn tiết diện dây dẫn cho đoạn NĐI-2:

Chọn dây dẫn là AC-70Có r0 = 0,46 

x0 = 0,44  ; Icp = 265 A

Khi truyền tải bằng lộ kép : R= 1/2.0,46.45=10,35  X= 1/2.0,44.45 = 9,9 

Khi sự cố ( đứt một dây ):R=10,35.2=20,7 

X= 9,9.2= 19,8 

Iscdd = 77,42.2 = 154,84 < 0,8.Icp = 212 A  Đảm bảo vận hành.

Trang 18

x0 = 0,44  ; Icp = 265 A

Khi truyền tải bằng lộ kép : R= 1/2.0,46.56,6 =13,02  X= 1/2.0,44.56,6 =12,45 

Khi sự cố ( đứt một dây ):R=13,02.2=26,04 X= 12,45.2= 24,9 

x0 = 0,429  ; Icp = 330 A

Tổn thất điện áp của đoạn NĐI- 4:

Khi truyền tải bằng lộ kép : R= 1/2.0,33.51=8,415  X= 1/2.0,429.51 =10,94 

Trang 19

Khi sự cố ( đứt một dây ):R=8,415.2=16,38 X= 10,94.2=21,88 

Trong phương án này, hai nhà máy nối liên lạc với nhau qua phụ tải 5, ởchế độ bình thường ta có dòng công suất chạy trên đoạn này là:

PNĐI-5 = 75%PF - (P1 + P2 + P3 + P4 + Ptd + Ptt(4pt) )

=150 - (26 + 28 + 28 + 34 + 10,2 + 11,6) = 12,2 MWQNĐI-5 = PNĐI-5 tg = 12,2.0,62 = 7,564 MVAr

SNĐI-5 = 12,2 + j7,564= 14,35 MVA

x0 = 0,429  ; Icp = 330 A

Khi truyền tải bằng lộ kép : R= 1/2.0,33.82,5=13,61  X= 1/2.0,429.82,5 =17,69 

Xét khi sự cố đứt một dây dẫn :R=13,61.2=27,22 

X= 17,69.2=35,39 

Trang 20

Xét khi sự cố hỏng một tổ máy của NĐII:

PNĐI-5 = 91,5%PF - (P1 + P2 + P3 + P4 + Ptd + Ptt(4pt) ) =183 - (26 + 28 + 28 + 34 + 10,2 + 11,6) = 45,2 MWQNĐI-5 = PNĐI-5 tg = 45,2.0,62 = 28,024 MVAr

SNĐI-5 = 45,2 + j28,024= 53,18 MVA

R= 1/2.0,33.82,5=13,61  X= 1/2.0,429.82,5 =17,69 

Iscdd = 139,56 A < 0,8.Icp = 264 A  Đảm bảo vận hành.

+Chọn tiết diện dây dẫn cho đoạn NĐII-5:

x0 = 0,429  ; Icp = 330 A

Tổn thất điện áp của đoạn NĐII-5:

Iscdd = 97.2 = 194 < 0,8.Icp = 264 A  Đảm bảo vận hành.

Trang 21

x0 = 0,44  ; Icp = 265 A

Khi truyền tải bằng lộ kép : R= 1/2.0,46.45=10,35 

Trang 22

X= 1/2.0,44.45 =9,9 

X= 9,9.2=19,8 

Iscdd = 86,6.2 = 173,2 <0,8.Icp = 212 A  Đảm bảo vận hành.

Có r0 = 0,21 

x0 = 0,416  ; Icp = 445 A

Được truyền tải bằng lộ đơn : R= 0,21.64 = 13,44 

X= 0,416.64 = 26,624 

B/2(S)

Trang 23

NĐII-5 45 88,18 95 0,33 0,429 2,65.10-6 7,42 9,65 0,59.10-4

Bảng tổng kết tổn thất điện áp của phương án 1 :

Uscmax = 9,18% < Ucpsc =20%Vậy phương án 1 đảm bảo về mặt kỹ thuật.

Trang 24

2.Phương án 2

x0 = 0,423  ; Icp = 380 A

Iscdd = 153,26.2 = 306,52 0,8.Icp = 304 A  Đảm bảo vận hành.26 + j12,6

28 + j13,628 + j13,6

N§ I51

34 + j21,1

34 + j14,5

28 + j13,651N§ II45

628 + j17,445

28 + j9,2

Trang 25

+Chọn tiết diện dây dẫn cho đoạn 2-1:

x0 = 0,423  ; Icp = 380 A

Tổn thất điện áp của đoạn 2-1:

Khi truyền tải bằng lộ đơn : R= 0,27.31,6= 8,532  X= 0,423.31,6 = 13,367 

x0 = 0,44  ; Icp = 265 A

Khi truyền tải bằng lộ kép : R= 1/2.0,46.56,6 =13,02  X= 1/2.0,44.56,6 =12,45 

Trang 26

x0 = 0,429  ; Icp = 330 A

Tổn thất điện áp của đoạn NĐI- 4:

Khi sự cố ( đứt một dây ):R=8,415.2=16,38  X= 10,94.2=21,88 

SNĐI-5 = 12,2 + j7,564= 14,35 MVA

Trang 27

x0 = 0,429  ; Icp = 330 A

X= 17,69.2=35,39 

SNĐI-5 = 45,2 + j28,024= 53,18 MVA

R= 1/2.0,33.82,5=13,61  X= 1/2.0,429.82,5 =17,69 

Trang 28

x0 = 0,429  ; Icp = 330 A

Iscdd = 97.2 = 194 < 0,8.Icp = 264 A  Đảm bảo vận hành.

x0 = 0,44  ; Icp = 265 A

Trang 29

x0 = 0,416  ; Icp = 445 A

Khi truyền tải bằng lộ kép : R= 1/2.0,21.45 = 4,725  X= 1/2.0,416.45 = 9,36 

X= 9,36.2=18,72 

Có r0 = 0,21 

x0 = 0,416  ; Icp = 445 A

Trang 30

X= 0,416.30 = 12,48 

Kết quả tính toán cho phương án 2 :

Trang 31

NĐII-7-8 7,44 12,02Tổn thất điện áp lúc bình thờng lớn nhất:

Ubtmax= Ubt(NĐI-2-1) = 7,9 %Tổn thất điện áp lúc sự cố lớn nhất: Uscmax = Usc(NĐI-2-1) = 12,33%

x0 = 0,423 () ; Icp = 380 (A)26 + j12,6

28 + j13,628 + j13,6

N§ I51

34 + j21,1

34 + j14,5

28 + j13,651N§ II45

628 + j17,445

28 + j9,2

Trang 32

Khi truyền tải bằng lộ kép : R= 1/2.0,27.45=6,075 () X= 1/2.0,423.45 = 9,517 ()

Khi sự cố ( đứt một dây ):R=6,075.2=12,15()X= 9,517.2= 19,034()

Iscdd = 153,26.2 = 306,52 0,8.Icp = 304 (A)  Đảm bảo vận hành.

x0 = 0,423  ; Icp = 380 A

Khi truyền tải bằng lộ đơn : R= 0,27.31,6= 8,532  X= 0,423.31,6 = 13,367 

Trang 33

x0 = 0,416  ; Icp = 445 A

Khi truyền tải bằng lộ đơn : R= 0,21.56,6 = 11,88  X= 0,416.56,6 = 23,546 

Khi sự cố ( đứt dây mạch kín đoạn NĐI-4) ta có:

Iscdd = 372,66 > 0,8.Icp = 356 A  Không đạt yêu cầu, vậy nên ta cần tăngtiết diện dây dẫn lên là AC-185 rồi tính lại ta có:

Ubt% = 5,13%

Iscdd = 372,66 < 0,8.Icp = 408 A  Đạt yêu cầu.

UscI-3-4% = UscI-3% + Usc3-4% = 11,56% + 10,5% = 22,06%

x0 = 0,409  ; Icp = 510 A

Khi truyền tải bằng lộ đơn : R= 0,17.51=8,67 

X= 0,409.51 =20,859 

Khi sự cố ( đứt dây mạch kín đoạn NĐI-3) ta có:

Trang 34

Iscdd = 372,66 < 0,8.Icp = 408 A  Đảm bảo vận hành.

UscI-4-3% = UscI-4% + Usc4-3% = 10,42% + 8,37% = 18,79%

Dòng điện tính toán khi đường dây vận hành bình thường là rất nhỏ,nhưng để đảm bảo về tổn thất vầng quang và mang tải lớn khi sự cố mạch vòngxẩy ra ta chọn dây dẫn là AC-70

Có r0 = 0,46 ()

x0 = 0,44 () ; Icp = 265 (A)

Khi truyền tải bằng lộ đơn, tổn thất điện áp là rất nhỏ.

R= 0,46.51 = 23,46 () X= 0,44.51 = 22,44 ()

Iscdd = 209,94 < 0,8.Icp = 212 (A)  Đảm bảo vận hành.

SNĐI-5 = 12,2 + j7,564= 14,35 MVA

Trang 35

x0 = 0,429  ; Icp = 330 A

X= 17,69.2=35,39 

SNĐI-5 = 45,2 + j28,024= 53,18 MVA

R= 1/2.0,33.82,5=13,61  X= 1/2.0,429.82,5 =17,69 

Trang 36