Thiết kế lưới điện khu vực

Thiết kế lưới điện khu vực

MỞ ĐẦU

Quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá nước ta đang đòi hỏi trình độ khoa học kỹ thuật cao Ngành điện là ngành hạ tầng cơ sở được ưu tiên phát triển cũng yêu cầu trình độ theo kịp và đáp ứng được nhu cầu Trong hệ thống điện của nước ta hiện nay quá trình phát triển phụ tải ngày càng nhanh nên việc quy hoạch và thiết kế mới và phát triển mạng điện đang là vấn đề cần quan tâm của ngành điện nói riêng và cả nước nói chung.

Đồ án môn học Lưới điện giúp sinh viên áp dụng những kiến thức đã học để thực hiện những công việc thực tế Tuy là đồ án môn học nhưng đã giúp sinh viên có những khái niệm cơ bản trong công việc và nó cũng là bước đầu tập dược để có những khái niệm cơ bản trong đồ án tốt nghiệp sắp tới và công việc sau này để đáp ứng tốt những nhiệm vụ đề ra.

Trong quá trình làm đồ án em rất biết ơn các thầy cô giáo trong bộ môn và các thầy trực tiếp phụ trách môn học trên lớp Em chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Hoàng Việt đã hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này.

Sinh viênNGUYỄN BÁ TÙNG

Công suất tác dụng và công suất phản kháng của nguồn điện phải luôn cân bằng với công suất phụ tải trong mọi thời điểm vận hành

I Phân tích phụ tải điện

Trong hệ thống thiết kế có 6 phụ tải.Tất cả các phụ tải đều là hộ loại I và hệ số cosϕ = 0.85.Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax=5000 h.Các phụ tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp của các trạm hạ áp bằng 10KV

Bảng 1.1 Thông số của các phụ tải điện

II.Cân bằng công suất trong hệ thống điện

1.Cân bằng công suất tác dụng.

Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ được tần số bình thường trong hệ thống Cân bằng công suất tác dụng có tính chất toàn hệ thống và nó được xác định bằng biểu thức sau :

1 Trong đó :

∑P : Tổng công suất tác dụng phát ra do các máy phát điện của các nhà F

máy điện trong hệ thống

∑

P : Tổng công suất tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ.

∑∆Pmd : Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và MBA.

∑Ptd : Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện, khi tính toán ta sơ bộ ta lấy giá trị bằng không.

∑Pdt : Tổng công suất dự trữ, khi tính toán sơ bộ ta cũng lấy giá trị bằng không.

m : hệ số đồng thời, khi tính toán ta lấy m = 1.

iPt

∑P = 181 + 12.67 =193.67 MVAF

2 Cân bằng công suất phản kháng.

Để giữ cho điện áp bình thường phải có sự cân bằng công suất phản kháng ở hệ thống nói chung và từng khu vực nói riêng Sự cân bằng công suất phản kháng được xác định bởi biểu thức sau :

∑QF =∑QYC

∑QYC =m∑QPt +∑∆QL −∑QC +∑Qtd +∑Qdt +∑∆Qmba

Trong đó :

∑QPt : Tổng công suất phản kháng cực đại của mạng.

∑∆QL : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong lưới điện.

∑QC : Tổng công suất phản kháng điện dung trên đường dây sinh ra Trong khi tính toán sơ bộ ta lấy : ∑∆QL =∑QC

∑Qtd : Tổng công suất phản kháng tự dùng.

∑Qdt : Tổng công suất phản kháng dự trữ Trong khi tính toán sơ bộ ta lấy: ∑∆Qmba : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các MBA của hệ thống ∑QF :Tổng công suất phản kháng phát ra bởi các máy phát điện và có trị số:

ΣQF =ΣPF.tgϕF =193.67*0.62=120.08 MVAr

∑Qtd = 0 ∑Qdt = 0

ΣQPt =ΣPPt.tgϕt=112.22 MVAr ∑∆Qmba = 15%∑ QPt = 16.833 MVAr

Qyc=∑Qpt+∑Qmba =112.22+16.833=129.053MVA

QF < QYC

Ta tiến hành bù sơ bộ

Dung lượng cần bùΣQB =8.973MVAR.

Ta thấy rằng ΣQB > 0 nghĩa là nguồn điện thiếu công suất phản kháng Lượng công suất phản kháng thiếu hụt là 8.973MVAR ta phải dùng các tụ điện đặt tại các nút phụ tải để bù vào cho đủ.

Sau đây ta lần lượt bù tại các phụ tải theo nguyên tắc đã nêu :+ Phụ tải 1 bù đến cosϕ’= 0,95 (tgy’= 0,33)

QB2= (tgϕ2 - tgϕ’2) = 22*(0,62– 0,33) = 6.38MVAR

Sau khi bù cho phụ tải 1 thì lượng công suất phản kháng của hệ thống còn thiếu là

Q’B = QB - QB2 = 8.973 – 6.38 = 2.593 MVAR

Ta bù cho nút phụ tải 3, trước khi bù ta có Ppt3= 24 ; cosϕ = 0,85Qpt3 = 24*0.62= 14.88MVAR

Sau khi bù ta có :

cosϕ’3 = cos

Kết luận sau khi bù ta có :

+ Phụ tải 1 được bù đến cosϕ’= 0,95+ Phụ tải 3 được bù đến cosϕ’= 0,89Tổng dung lượng bù : 8.973MVAR

Từ kết quả trên ta có bảng thông số cosϕ và dung lượng bù tại các nút phụ tải như sau :

Phụ tải Pi(MW) Qi(MVAR)

(trước khi bù)

CHƯƠNG II

CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY LỰA CHỌN Uđm

DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Dựa vào tính chất của các hộ tiêu thụ điện (loại I) cấn có hai đường dây cung cấp điện, vị trí tương đối giữa nguồn và phụ tải và vị trí giữa các phụ tải với nhau ta dự kiến 5 phương án có thể thực hiện như sau:

Hình 1 Sơ đồ mạch điện phương án I

Hình 2 Sơ đồ mạch điện phương án II

6

Hình 4 Sơ đồ mạch điện phương án IV

Hình 5 Sơ đồ mạch điện phương án V

Hình 6 Sơ đồ mạch điện phương án I

1.Chọn điện áp định mức của mạng điện

Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm sau:

Ui = 4,34 li +16.Pi ,kV Trong đó :

l –khoảng cách truyền tảI ,km

P-công suất truyền tảI trên đường dây ,MW Tính điện áp định mức trên đường dây từ NĐ-1 U1 = 4,34 58.31+ 22.16 =86.63 kV

Các điện áp từ nguồn điện tới các phụ tải khác tính tương tự Kết quả tính toán được cho dưới bảng sau:

Bảng 3.1 Điện áp tính táon và điện áp định mức của mạng

Đường dây

Công suất truyền tải

Chiều dài đường dây

điện áp tính toán U,kV

điện áp định mức mạng

Từ bảng kết quả trên ta chọn điện áp định mức mạng điện là Uđm=110kV

2.Chọn tiết diện dây dẫn

Các mạng điện 110kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không Các đường dây được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC)

Thiết kế mạng điện khu vực ta chọn dây dẫn bằng mật độ kinh tế Tra bảng trong giáo trình mạng lưới điện với dây AC và Tmax=5000h ta có :

Jkt=1,1A/mm2

F =

*Trong đó :

+Jkt : là mật độ kinh tế của dòng điện.

+Imax :là dòng điện lớn nhất chạy qua dây dẫn trong chế độ làm việc bình thường

Imax =

Đối với đường dây 110kV ,để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép cần phải có F≥ 70 mm2

Độ bền cơ của đường dây trên không thường được phối hợp với điều kiện vầng quang của dây dẫn ,cho nên không cần kiểm tra điều kiện này Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự cố cần phải có điều kiện sau :

Isc≤ Icp

Isc –dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố Icp –dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

*Đoạn N-1 :

IN1 =

103 = 60.8110

FN1 = 54.451

60= mm2

Khi sự cố đứt 1 dây ta có : I1SC=2.IN-1 = 121.6 (A)

Vậy ta chọn dây AC- 70 có ,Icp =275 A Các tiết diện dây dẫn được tính tương tự Kết quả tính toán được cho trong bảng

Bảng 3.2 Thông số của các đường dây trong mạng điện

Đ d SMVA

3.Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Tính tổn thất điện áp thì có tính trong chế độ bình thường và trong chế độ sự cố :

+

Tính tổn thất điện áp NĐ-1

∆U1bt = 2 *1003.0360

Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đường dây cho trong bảng :

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

II.Phương án II

Sơ đồ mạng điện phương án II cho trên hình

43

Bảng 3.5 Thông số của các đường dây trong mạng điện

Đ d MVAS Ibt

A IAsc kmlr0

SNĐ-1 22+j7.2660.854.4570275 121.658.310.420.4412.5712.245 12.858 149.86NĐ-2 34+j21.08104.81 95.2895335 209.62 44.720.310.432.646.939.615118.064-324+j12.287 70.6464.2370275 141.28 31.6230.420.4412.576.646.97381.27NĐ-4 54+j30.887 162.99148150445 325.98 28.280.190.4152.742.695.8777.49NĐ-5 35+j21.7107.8998.195335 215.78500.310.432.647.7510.75132NĐ-6 36+j22.32110.98 100.8995335 221.96500.310.432.647.7510.75132

tổn thất điện áp cực đại trong chế độ vận hành sự cố bằng : ∆Umaxsc % = 8.58%<20%

III.Phương án III

Sơ đồ mạng điện của phương án III

Hình.8 Sơ đồ mạch điện phương án III

1.Tính điện áp định mức của mạng điện

Dòng công suất chạy trong đoạn đường dây NĐ-2 SND−2 = S1 + S2 =56+ j28.7MVA

Dòng công suất chạy trên đường dây 2-1

S2−1 = S1 =22+ j7.26MVA

2.Chọn tiết diện dây dẫn

Tiết diện dây NĐ-2

IN2 =

103 = 164.87110

926.62

FN2 = 149.881

164= mm2

Khi sự cố đứt 1 dây ta có : I2SC=2.IN-2 = 329.74 (A)

Vậy ta chọn dây AC- 150 có ,Icp =445 A Tiết diện dây 2-1

IN2-1 =

60.8A

FN2-1 =54.45 mm2

Khi sự cố đứt 1 dây ta có : I2-1SC=2.IN-1 = 121.6 (A)

Vậy ta chọn dây AC-70,Icp =275A

Các tiết diện dây dẫn được tính tương tự Kết quả tính toán được cho trong bảng

Đ d

Bảng 3.8 Thông số của các đường dây trong mạng điện

3.Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-2-1 trong chế độ làm việc bình thưòng :

Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây NĐ-2

Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây 2-1:

như vậy tổn thất điện áp trênđoạn đường dây NĐ-2-1 bằng :

∆UNĐ-2-1%=∆UNĐ-2% +∆U2-1% =4.17% + 2.15% =6.32% Tính tổn thất điện áp trên đường dây trong chế độ sự cố :

Đối với đường dây NĐ-2-1 ,khi ngừng một mạch trên đoạn NĐ-2 sẽ nguy hiểm hơn so với trường hợp sự cố một mạch trên đoạn 2-1 Khi ngừng một mạch trên đường dây NĐ-2, tổn thất điện áp trên đoạn này bằng :

∆UNĐ-2SC% =2*∆UNĐ-2% = 2*4.17 %= 8.34% Trường hợp ngừng một mạch trên đoạn 2-1:

∆U2-1SC% =2*∆U2-1% =2*2.15% = 4.3%

Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đoạn còn lại cho trong bảng :

Bảng 3.9 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện

Sơ đồ mạng điện phương án IV cho trên hình

Hình 9 Sơ đồ mạch điện phương án IV

1.Chọn tiết diện dây dẫn trong mạng điện

Bảng 3.11.thông số của các đường dây trong mạng điện

Đ d MVAS Ibt

S2-122+j7.2660.854.4570275 121.641.230.420.4412.578.669.09105.96NĐ-2 56+j28.7164.87 149.88 150445 329.74 44.720.190.4152.744.259.28122.534-324+j12.287 70.6464.2370275 141.28 31.620.420.4412.576.646.97381.27NĐ-4 54+j30.887 162.99 148150445 325.98 28.280.190.4152.742.695.8777.49NĐ-5 35+j21.7107.89 98.195335 215.78 500.310.432.647.7510.75132NĐ-6 36+j22.32110.98 100.89 95335 221.96 500.310.432.647.7510.75132

3.Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Bảng 3.12.tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện

Hình 10 Sơ đồ mạch điện phương án V

Việc tính toán các dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây nối từ

nguồn đến từng phụ tải riêng lẻ tương tự như các phương án trên.Riêng mạng kín N-3-5-N ta tính như sau:

SA0 =35+21.7−32.465−19.135=2.54+2.67

SA2=SA0+S3=2.54+j2.67+24+j12.287=26.5+j14.95 MVA

Sau đó dựa vào các công thức tính dòng điện và tiết diện chạy trên dây dẫn tương tự như các phương án trên ta có kết quả sau:

1.Chọn điện áp định mức cho mạng điện

Bảng 3.13.Điện áp tính toán và điện áp định mức mạng điện

2 Tính tiết diện dây dẫn cho mạng điện

Bảng 3.14 Thông số của các đường dây trong mạng điện

Đ d MVAS Ibt

SNĐ-1 22+j7.2660.854.4570275 121.658.310.420.4412.5712.245 12.858 149.863-52.54+j2.6735.445 32.222 70275 70.89300.420.4412.5712.613.2338.55NĐ-2 34+j21.08104.81 95.2895335 209.62 44.720.310.432.646.939.615118.06NĐ-3 26.5+j14.9579.872.5470275 159.658.310.420.4412.5724.49 25.715 74.928NĐ-4 30+j18.692.4884.0770275 184.96 28.280.420.4412.575.936.2472.68NĐ-5 32.5++j19.0498.689.637 95335 215.78500.310.432.6415.521.566NĐ-6 36+j22.32110.98 100.89 95335 221.96500.310.432.647.7510.75132

Đường dây

Công suất truyền tải

Chiều dài đường dây

điện áp tính toán U,kV

Điện áp định mức ,kV

3.Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Bảng 3.15 Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện

Phương án

VI.So sánh kinh tế các phương án

Từ bảng kết quả ta chọn 4 phương án I,III,IV để tiến hành so sánh kinh tế –kỹ thuật

Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng cấp điện áp ,do đó để đơn giản không cần tính đến vốn đầu tư vào các trạm biến áp

Chỉ tiêu kinh tế được so sánh các phương án là các chi phí tính toán hàng năm ,được xác định theo công thức sau:

Z=(atc +avhđ)*Kđ +∆Α*c Trong đó :

atc-hệ số hiệu quả vốn đầu tư (atc=0.125)

avhđ-hệ số vận hành đối với các đường dây trong mạng điện (avhđ=0.07) Kđ-tổng các vốn đầu tư về đường dây

∆Α- tổng tổn thất điện năng hàng năm

c- giá 1 kWh điện năng tổn thất (c=500đ/kwh)

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

P 2 .

Pi max, Qi max : công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại.

Ri : điện trở tác dụng của đường dây thứ iUđm : điện áp định mức của mạng điện.

Thời gian tổn thất công suất cực đại có thể tính:τ = ( 0,124 +Tmax10-4)2* 8760Tmax - thời gian sử dụng phụ tải cực đại trong năm

Bảng : giá thành 1km đường dây một mạch (triệu/km)

Đường dây Cột bê tông(triệu/km) Cột thép(triệu/km)

a.Tính tổn thất công suất tác dụng trên đường dây

- Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây NĐ-1:

2121

Bảng 3.17 Tổn thất công suất trên đường dây của phương án I

b.Tính vốn đầu tư xây dung mạng điện

Giả thiết đường dây trên không hai mạch được đặt trên cùng loại cột thép.

- Vốn đầu tư xây dựng đường dây NĐ-1:

K1 = 1.6*koi*Li = 1.6 * 380 106 *58.31 =35452.48 *106 đ.- Vốn đầu tư xây dựng các đường dây còn lại được tính tương tự

Bảng 3.18 Vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án I

Y = avhđ *Kđ + ∆A* c- Thời gian tổn thất công suất lớn nhất bằng:

τ = (0,124+Tmax10-4)2*8760 = ( 0,124 +500010-4)2* 8760 = 3411 h.- Tổn thất điện năng trong mạng điện:

∆A = ∑ ∆Pi max*τ = 5.925* 3411 = 20210.175 MWh.- Chi phí vận hành hàng năm bằng:

Y = avhđ *Kđ + ∆A*c = 0,07* 177246.72*106 + 20210.175*103 *500 = 22512.358*106 đ.

* Chi phí tính toán hàng năm:

a.Tính tổn thất công suất tác dụng trên đường dây

Bảng 3.19 Tổn thất công suất trên đường dây của phương án III

b.Tính vốn đầu tư xây dung mạng điện

Bảng 3.20 Vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án III

∆A = ∑ ∆Pi max *τ = 5.838*3411= 19913.418 MWh.- Chi phí vận hành hàng năm bằng:

Y = avhđ*Kđ + ∆A*c

= 0,07*162059.904 106 + 19913.418 103 *500 =21300.902106 đ.

* Chi phí tính toán hàng năm:

Z = atc* Kđ + Y = 0,125 *162059.904 106 + 21300.902 106

= 41558.39 106 đ.

Phương án IV

a.Tính tổn thất công suất tác dụng trên đường dây

Bảng 3.21 Tổn thất công suất trên đường dây của phương án IV

b.Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện

Bảng 3.22 Vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án IV

- Tổn thất điện năng trong mạng điện:

∆A = ∑ ∆Pi max *τ = 5.269* 3411= 17972.559 MWh.- Chi phí vận hành hàng năm bằng:

Y = avhđ.Kđ + ∆A.c

= 0,07*152965.024 106 + 17972.559103*500 = 19693.831 106 đ.

* Chi phí tính toán hàng năm: Z = atc Kđ + Y

SƠ ĐỒ CÁC TRẠM VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN.

I.Chọn số lượng, công suất các máy biến áp trong các trạm hạ áp

Do các phụ tải đều là loại I nên trong mỗi trạm hạ áp cần phải đặt 2 máy biến áp.

Trong trường hợp xảy ra sự cố 1 máy biến áp thì máy biến áp còn lại phải cung cấp đủ công suất cho các phụ tải loại I đồng thời cho phép máy biến áp làm việc quá tải với k = 40%Sđm hay k = 1,4Sđm và cho phép quá tải trong 5 ngày đêm, mỗi ngày đêm không quá 6 giờ.

Công suất của mỗi máy biến áp được xác định theo CT :

Khi

Bảng 4.1 Bảng tổng kết chọn máy biến áp các phụ tải

Phụ tải NĐ-1 NĐ-2 NĐ-3 NĐ-4 NĐ-5 NĐ-6SđmB ,

Số lượng

Số liệu kỹ thuật Số liệu tính toánUc

Nếu đường dây dài (l ≥ 70 km) và trên đường dây hay xảy ra sự cố Khi đó các máy cắt đặt ở cuối đường dây (dùng sơ đồ cầu máy cắt) (Hình a) Nếu đường dây ngắn (l < 70 km) và ít xảy ra sự cố thì máy cắt đặt phía máy biến áp Mục đích để thao tác đóng cắt máy biến áp theo chế độ công suất của trạm (phụ tải cực đại, phụ tải cực tiểu của trạm) Khi đó sơ đồ của trạm cuối như (Hình b).

(Hình a) (Hình b).