Đồ Án Môn Học Lưới Điện

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, điện năng đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân và đời sống nhân dân. Điện năng được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân vì nó dễ sản xuât, truyền tải và đặc biệt là điện năng rất dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác. Tuy nhiên cũng giống như các dạng năng lượng khác,điện năng là hữu hạn nên vấn đề đặt ra là phải xây dựng hệ thống truyền tải và cung cấp điện hợp lí và tố ưu: Vận hành đơn giản, an toàn, thuận tiện cho bảo trì sửa chữa, vừa giảm đươc chi phí đầu tư thi công, chi phí vận hành và tổn thất điện năng đồng thời đảm bảo được chất lượng điện năng.

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

==========

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, điện năng đóng vaitrò đặc biệt quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân và đời sống nhân dân Điện năngđược sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân vì nó dễ sản xuât,truyền tải và đặc biệt là điện năng rất dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác

Tuy nhiên cũng giống như các dạng năng lượng khác,điện năng là hữu hạn nênvấn đề đặt ra là phải xây dựng hệ thống truyền tải và cung cấp điện hợp lí và tố ưu:Vận hành đơn giản, an toàn, thuận tiện cho bảo trì sửa chữa, vừa giảm đươc chi phíđầu tư thi công, chi phí vận hành và tổn thất điện năng đồng thời đảm bảo được chấtlượng điện năng

Vì vậy đồ án môn học Mạng Lưới Điện là một bước thực dược quan trọng chosinh viên nghành Hệ Thống Điện bước đầu làm quen với những ứng dụng thực tế.Đây cũng là một đề tài hết sức quan trọng cho một kĩ sư điện trong tương lai có thểvận dụng nhằm đưa ra được những phương án tối ưu nhất

Đồ án được hoàn thành với sự hướng dẫn của thầy giáo Th.s Nguyễn NgọcTrung cùng với các bài giảng của thầy trên lớp Do thời gian và kiến thức còn hạn chếnên bản đồ án của em không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong thầy côtrong bộ môn góp ý để bản đồ án của được hoàn thiện hơn

Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô trong khoa và Th.sNguyễn Ngọc Trung đã hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này

Hà nội, tháng 3 năm 2009

Sinh viênPhạm Trung Hiếu

Trang 2

CHƯƠNG IPHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Smin(MVA) Cos T

max(h)

H U

3 Sơ đồ mặt bằng của nguồn điện và phụ tải

Các nguồn điện và phụ tải điện được bố trí theo sơ đồ mặt bằng như sau:

Trang 3

II Phân tích phụ tải

Mạng điện mà ta cần thiết kế gồm có 6 phụ tải với tổng công suất lớn nhất là:

Smax=203MVA Tổng công suất cực tiểu là: Smin=101,5MAV

Các phụ tải 1,2,4,5,6 có mức độ đảm bảo cung cấp điện cao nhất (loại I),

nên sẽ được cung cấp bởi đường dây kép hoặc mạch vòng để đảm bảo cung cấp điện được liên tục Phụ tải 3 có mức độ đảm bảo cung cấp điện loại III nên sẽ được cung cấp bằng đường dây đơn

Có 6 phụ tải 1,2,3,4,5,6 trong đó phụ tải 1,2 yêu càu điều chỉnh điện áp thường

và phụ tải 3,4,5,6 có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường Có độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp có yêu cầu ĐCĐA khác thường Và có giới hạn như sau:

+ Trong chế độ phụ tải lớn nhất: dU% = 5%

+ Trong chế độ phụ tải nhỏ nhất: dU% = 0%

+ Trong chế độ sau sự cố: dU% = 0,5%

Dựa vào bảng số liệu phụ tải, sau khi tính toán ta được bảng số liệu sau:

Hộ tiêu

thụ max max max

,

jQ P

Trang 4

CHƯƠNG II

DỰ KIẾN PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN SƠ BỘ

VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

=======================

I Dự kiến các phương án nối dây của mạng điện

Theo yêu cầu thiết kế, ta phải đảm bảo cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện loại

I, đây là loại phụ tải quan trọng nhất Đối với loại phụ tải này nếu ngừng cung cấpđiện có thể gây nguy hiểm đến tính mạng con người , làm hư hỏng thiết bị và để phụchồi lại trạng thái làm việc bình thường thì bắt buộc xí nghiệp phải ngừng sản xuấttrong thời gian dài, vv Vì mức độ quan trọng của các hộ phụ tải này nên các đườngdây của mạng điện phải được bố trí hợp lí sao cho khi gặp sự cố hỏng ở bộ phận nào

đó thì đường dây vẫn phải đảm bảo cung cấp điện được liên tục, phải luôn đảm bảo sựcung cấp điện được liên tục cho các hộ phụ tải

Việc lựa chọn các phương án nối dây của mạng điện phải đảm bảo các yêu cầuchính sau:

+ Cung cấp điện liên tục

+ Đảm bảo chất lượng điện năng

+ Đảm bảo tính linh hoạt của mạng điện

+ Đảm bảo tính kinh tế và có khả năng phát triển trong tương lai

+ Đảm bảo an toàn cho người và cho thiết bị

Dựa theo mặt bằng thiết kế và yêu cầu của các phụ tải, ta đưa ra 5 phương ánnối dây sau:

Phương án 1

Trang 6

Phương án 4

Phương án 5

Trang 7

II So sánh các phương án về mặt kĩ thuật

Để so sánh các phương án về mặt kĩ thuật, ta phải xét tới các nội dung sau:

- Chọn lựa cấp điện áp định mức của hệ thống

- Chọn lựa tiết diện dây dẫn

- Tính toán tổn thất điện áp

- Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn khi có sự cố

1 Chọn lựa cấp điện áp của hệ thống:

Ta sẽ chọn cấp điện áp của hệ thống là Udm=110kV

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn của các đoạn đường dây:

Mạng điện mà ta đang xét là mạng điện khu vực, do đó người ta thường lựa chọn tiết diên dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện.Ta dự kiến sử dùng loại dây dẫn AC

Công thức tính tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện là:

kt

i kti

J

I

F  max

, mm2.Với mạng điện ta đang xét sử dụng dây AC và thời gian sử dụng công suất cực đại là Tmax = 5000h nên ta có Jktế = 1,1 A/mm2

Trong công thức trên thì Imaxi là dòng điện lớn nhất trên đoạn đường dây thứ i vàđược tính như sau:

Imaxi =

dm

i U n

S

3

max, AVới Si là dòng công suất của đường dây thứ i và được tính như sau:

Smaxi = 2 2

i

n là số mạch của đường dây, n = 1,2

Khi xác định được tiết diện dây dẫn của các đoạn đường dây, ta tiến hành so sánh với tiết diện tiêu chuẩn để chọn ra thiết diện tiêu chuẩn lớn hơn và gần nhất

X Q R

P  



%Trong đó:

Pi, Qi là công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây thứ i

Trang 8

Ri, Xi là điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây thứ i.

Chú ý rằng tổn thất điện áp chỉ tính cho phạm vi 1 cấp điện áp và ta sẽ tính tổn thất điện áp cực đại lúc bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất, các trị số của tổn thất điện áp phải thoả mãn các yêu cầu sau:

Đối với trường hợp dùng máy biến áp thường:

4 Kiểm tra điều kiện tổn thất vầng quang và điều kiện phát nóng của dây dẫn:

Ta tiến hành kiểm tra điều kiện tổn thất vầng quang của dây dẫn

Icp là dòng điện cho phép lâu dài chạy qua dây dẫn

Khc là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ làm việc, ta lấy Khc=1

Bây giờ ta sẽ xét từng phương án cụ thể

III Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho phương án 1

Sơ đồ mạng điện của phương án 1:

Trang 9

3

S

A

FN-1= 59 , 63

1 , 1

6 , 65

Chọn dây AC-70 có Icp = 265A

Tính toán tương tự đối với các đường dây còn lại ta có bảng tổng kết sau:

Trang 10

N-5 2 105 95,4 AC-95 330

2 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố:

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộ kép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-1: IscN1  2 ImaxN1  2  65 , 6  131 , 2

Tương tự ta có bảng kết quả kiểm tra sau

Đường dây Số mạch Isc (A) Icp (A)

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn đạt tiêu chuẩn, ta xác định các thông số đơn

vị của đường dây là r0, x0, b0 và tiến hành tinh các thông số tập trung R, X, B/2 trong

sơ đồ thay thế hình  của các đường dây theo các công thức sau:

L r n

Trang 11

a Xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Xét đoạn N-1: ta có S. N-1= S. 1=21,25 + j13,17MVA

UbtN-1% = 100 % 0 , 71 %

2 110

8 , 4 17 , 13 14 , 5 25 , 21

Đứt một mạch trên đường dây kép:

Đoạn N-1: UscN-1% = 2UbtN-1% = 20,71 = 1,42%

Tính tương tự đối với các đoạn còn lại

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

Umax sc% = UscN-1% = 8,4 % < 20%

Kết luận: Phương án 1 thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật

IV Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho phương án 2

Trang 12

2

.

S S

SN-2= 49 , 32  30 , 512 57,97 MVA

IN-2= 2 103

110 3 2

97 , 57

S

=152,13 A

FN-2=   

1 , 1

13 , 152

2

kt

N J

3 2

99,27

3 U dm n

S

146,9 A

F2-3= 133.6

1,1

9.146

3

kt

J I

mm2

Trang 13

Chọn dây AC-120 có Icp =380 A

Xét đoạn N-1:

84 , 36 5 , 59 6 max

1 max

1

.

j S

S

S N     MVA

98,6984

,365

110 3 2

98 , 69 3

3 1



dm

N N

U n

S

95 , 166 1

, 1

65 , 183

6

1

.

j S

98 , 44 67 , 23 25 ,

04 , 118 10

110 3 2

98 , 44 3

3 6

1 6



dm U n

S

3 107 1

, 1

04 , 118

6 1 6



kt j

2 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố:

Đoạn N-2: I2 2ImaxN2 2152,13304,26 A

Đoạn N-1: I1 2ImaxN1 2183,65367,3 A

Đoạn 1-6: I16 2Imax16 2118,04236,08 A

Trang 14

dây

Sốmạch L (km) Dây dẫn

57 , 4 51 , 30 35 , 2 3 , 49

.

j S

Trang 15

100 % 2 , 3 %

110

28 , 9 73 , 14 04 , 6 8 , 23

75 , 4 8 , 36 35 , 2 5 , 59

6

2 110

3 , 8 84 , 36 4 , 5 25 , 38

2 6

U 

b Xét khi mạng điện gặp sự cố:

Đoạn N-2: UscN-2% = 2UbtN-2% +Ubt2-3= 21,05%+2,3% = 4,4%

Đoạn 1-6: U sc16%2U bt16 22,1%4,2%

Đoạn N-1: U scN1 2U btN12U bt16 21,3%22,1%6,8%

Umax sc% = UscN-1% = 6,8% < 20%

V Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho phương án 3

Trang 16

4

.

S S

S N (29,75 + j18,41)+(23,8+j14,73)=53,55+j33,14 MVA

SN-4= 53,55 2  33,14 2  62 , 97 MVA

110.3.2

97,62

3

S

A

1,1

25,165

3 max

3

4

.

j S

99,2773

,148

110 3

99 , 27 3

3 3

4 3

Trang 17

2 3

4 3

1,1

99,146

mm j

I F

S N mxx (38,25 + j23,67)+(34 + j21,04)=72,25+j44,71 MVA

96 , 84 71 , 44 25 ,

110 3 2

96 , 84 3

3 6

U n

S

2 6

1 , 1

9 , 222

mm j

I F

5

6  34  21 , 04

92 , 104 10

110 3 2

98 , 39 3

3 5

6 5

S

2 5

1 , 1

92 , 104

mm J

I F

kt

Chọn dây AC-95 có Icp=380 A

3 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố:

Đoạn N-1: I scN1  2ImaxN1  2  65 , 6  131 , 2 A

Trang 18

L r n

R 1 0

; X n x0L

1

;

Đường

dây

Sốmạch L (km) Dây dẫn

71,1314,3304,755,53

%100110

27,1273,143,68,23

Trang 19

Xét đoạn N-6:

71,4425

,72

%100110

.2

73,404,21689,334

04,2134

%8,3

%100110

.2

35,1271,4417,525,72

2 5

6

5 6

2 6

S U

%

2

%

% 46 , 9 93 , 0 2 8 , 3 2

2

%

2

%

5 6 5

6

5 6 6

bt btN

scN

U U

U

Umax sc% = UscN-4% =9,5% < 20%

VI Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho phương án 4

Trang 20

2

.

S S

SN-2= 49 , 32  30 , 512 57,97 MVA

IN-2= 2 103

110 3 2

97 , 57

S

=152,13 A

FN-2=   

1 , 1

13 , 152

2

kt

N J

3 2

99,27

3 U dm n

S

146,9 A

F2-3= 133.6

1,1

9.146

3

kt

J I

mm2

Trang 21

96 , 84 3

3 6

U n

9 , 222

mm j

I F

98 , 39 3

3 5

6 5

S

6 5 95 , 38 2

1 , 1

92 , 104

mm J

I F

kt

Chọn dây AC-95 có Icp=380 A

Đoạn N-1: I scN1 2ImaxN1 265,6131,2 A

Trang 22

L r n

Đường

dây

Sốmạch

XΩ

57 , 4 51 , 30 35 , 2 3 , 49

.

j S

Trang 23

100% 2,3%

110

28,973,1404,68,23

,72

%100110

.2

73,404,21689,334

04,2134

%8,3

%100110

.2

35,1271,4417,525,72

2 5

6

5 6

2 6

S U

b Xét khi mạng điện gặp sự cố:

Đoạn N-2: UscN-2% = 2UbtN-2% +Ubt2-3= 21,05%+2,3% = 4,4%

Đoạn N-6:

% 86 , 1 93 , 0 2

%

2

%

% 46 , 9 93 , 0 2 8 , 3 2

2

%

2

%

5 6 5

6

5 6 6

bt btN

scN

U U

U

Trang 24

Kết luận: Phương án 4 thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật.

VII Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho phương án 5

Tính dòng công suất chạy trên các đoạn dây mạch kín N-5-6-N

Để thuận tiện ta ký hiệu chiều dài các đoạn dây như hình vẽ Để xác định các dòng công suất ta cần giả thiết rằng mạng điện là đồng nhất

Dòng công suất chạy trên đoạn N-6 bằng:

6 6

5 5

5 5 6 5 5 6 6

N N

N

L L

L

L S L

L S

83,6036,2271,70

71,7004,2134

36,2271,7067,2325,38

j j

73 , 20 5 , 33

98 , 23 75 , 38 j21.04 34

23,67 38,25

S

S56 N5  5  33 , 5  20 , 73  34  21 , 04   0 , 5  0 , 31

Trang 25

Điểm phân công suất trong mạng điện kín N-5-6-N là điểm 5

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Xét đoạn N-5:

Dòng điện chạy trên đoạn N-5:

110.3.1

73,205

,33

3

3 2 2

S

A

1,1

77,206

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộ kép của đường dây hai mạch và mạch vòng

Khi đứt 1 đường dây trong lộ kép của đường dây hai mạch dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

SN5(N6)5  6 38,25 23,67  34 21,04 72,25 44,71

Dòng điện sự cố chạy trên đoạn N-5 ( hoặc đoạn N-6 ) là:

44610

1103

71,4425,72)

Trang 26

Đối với mạch vòng đã cho, dòng điện chạy trên đoạn 5-6 sẽ có giá trị lớn nhất khi đứt đường dây N-6 Khi đó công suất trên đoạn 5-6 là:

MVA j

67,2325,

Đường

dây

Sốmạch

L(km) dây dẫn

XΩ

Trang 27

a Xét khi mạng điện làm việc bình thường:





Trang 28

Umax sc% = UscN-5% +Usc5-6% = 15,5% + 3,65% = 19,15% < 20%

IX So sánh các phương án về kĩ thuật, lựa chọn phương án tố ưu.

Để thuận tiện khi so sánh các phương án về kỹ thuật, ta có bảng tổn thất điện

áp các phương án nối dây:

Qua bảng tổng kết ta thấy phương án I và phương án II có ∆Umax bt% nhỏ hơn

∆Umax bt% của các phương án khác ∆Umax sc% của phương án I và II cũng nhỏ hơn

∆Umax sc% của phương án còn lại

Tuy nhiên mạng điện luôn luôn được đặt trong tình trạng làm việc bình thường với phần lớn thời gian Còn ở chế độ sự cố thì xác suất xảy ra rất ít và sẽ khắc phục trong thời gian ngắn Do đó ta chọn 2 phương án I và II để tiến hành so sánh kinh tế chọn phương án tối ưu

Trang 29

CHƯƠNG III

SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ KINH TẾ, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐ ƯU.

===================

Trên thực tế việc quyết định chọn bất kỳ một phương án thiết kế nào của hệ thống điện đều phải dựa trên cơ sở so sánh về mặt kinh tế, kỹ thuật Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kinh tế là chi phí tính thoán hàng năm phải bé nhất

Trong các phương án đã chọn đều thỏa mãn các chỉ tiêu về kỹ thuật ta phải so sánh các phương án về mặt kinh tế để chọn một phương án tối ưu

Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định mức, do đó để đơn giản không cần tính vốn đầu tư vào các trạm hạ áp Và coi các phương án đều có

số lượng các máy biến áp, dao cách ly, máy cắt và các thiết bị khác trong trạm biến áp

là như nhau

Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kinh tế là chi phí tính toán hàngnăm bé nhất, được xác định theo công thức:

Z = (avh + atc) K + Ac

Trong đó: Z: là hàm chi phí phí tổn hàng năm (đồng)

avh: hệ số vận hành hay hệ số khấu hao tu sửa thường kì và phục vụ cácđường dây của mạng điện Lấy avh = 0.04

atc: hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư phụ

tc tc T

Kđ = K0ili = Ki

K0i: chi phí cho 1 km đường dây nhánh thư i, tiết diện Fi Với lộ kép (2mạch) thì lấy K0i = 1.6 lần chi phí cho lộ đơn có cùng tiết diện, đồng/km

li: chiều dài chuyên tải nhánh thứ i, km

A: tổn thất điện năng của phương án đang xét, kWh

A = Pi max

Pi max: tổn thất công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại, kW

Trang 30

i dm

i i dm

i i

U

S R U

Q P

2 2

max 2 max 2

  = (0,124 + 500010-4)28760 = 5466 hc: giá 1 kWh điện năng tổn thất, c = 700 đồng/1kWh

Dự kiến các phương án dùng đường dây trên không (2 mạch đối với phụ tải loại

I và 1 mạch đối với phụ tải loại III) được đặt trên cùng cột bê tông cốt thép

Bảng tổng hợp giá đầu tư cho đường dây trên không điện áp 110k đối với cột bêtống cốt thép như sau:

Ký hiệu dây dẫn AC-70 AC-95 AC-120 AC-150 AC-185 AC-240 AC-300

I Tính toán kinh tế phương án I

1 Tính tổng vốn đầu tư về đường dây Kđ

áp dụng công thức: Kđ = K0i.li

Ta có bảng kết quả tính như sau:

Trang 31

2 Tính tổn thất điện năng hàng năm trên đường dây

Tổn thất công suất trên đường dây thứ i có thể tính như sau:

i dm

i i dm

i i

U

S R U

Q P

2 2

max 2 max 2

2

2 2

Tổng tổn thất công suất trên đường dây P i 4,3

Tổng tổn thất điện năng trong mạng là:

II Tính toán kinh tế phương án II

1 Tính tổng vốn đầu tư về đường dây Kđ

áp dụng công thức: Kđ = K0i.li

Ta có bảng kết quả tính như sau:

Đường dây L (km) Dây dẫn (106 đồng/km)K0 (106K đồng)i

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	2,28 MB