ĐỒ án môn học MẠNG điện KHU vực thiết kệ mạng điện cung cấp cho 6 hộ tiêu dùng

Tính toán so sánh 2 phương án đã đề ra về mặt kỹ thuật: - Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ - Tổn thất điện áp lớn nhất lúc làm việc bình thường - Tổn thất điện áp lớn nh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN KHU VỰC

Giảng viên hướng dẫn : PHAN ĐÌNH CHUNG

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN PHƯỚC LỢI msv : 1911505120226

HỒ XUÂN TRỰC msv : 1911505120257

ĐÀ NẴNG – 2022

download by : skknchat@gmail.com

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT -o0o -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN KHU VỰC

Sinh viên: NGUYỄN PHƯỚC LỢI Nhóm: 6

HỒ XUÂN TRỰC

Ngày nhận đề: Ngày hoàn thành:

I Nhiệm vụ:

Thiết kệ mạng điện cung cấp cho 6 hộ tiêu dùng

II Các số liệu cần thiết:

Thời gian sử dụng công suất cực đại

Tmax và hệ sô đồng thời m

Tmax=(4500+100xn)h, với n là nhóm

SV đã đăng ký, m=1

Điện áp trên thanh góp cao áp trạm biến áp tăng áp (nguồn A) khi phụ tải cực đại 1.1Uđm, phụ tải cực tiểu 1.05Uđm, khi sự cố là 1.1Uđm Hệ số công suất trên thanhgóp luôn duy trì 0,8

Giá thành 1kWh điện năng tổn thất 810đ/kWh, giá thành 1kVAr công suất thiết bị

bù 0.32x106đ/kVAr

III Nhiệm vụ thiết kế:

1 Cân bằng công suất trong hệ thống Xác định sơ bộ công suất phản kháng cần bù theo điều kiện cân bằng công suất phản kháng

2 Đề xuất 2 phương án nối dây của mạng điện Tính toán so sánh 2

phương án đã đề ra về mặt kỹ thuật:

- Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc làm việc bình thường

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố

- Đảm bảo điều kiện phát nóng của dây dẫn

Ghi chú: mỗi phương án phải có ít nhất 1 mạch vòng

3 So sánh kinh tế 2 phương án thoả mãn về mặt kỹ thuật, lựa chọn phương

án tối ưu

4 Xác định số lượng, dung lượng máy biến áp cho các hộ tiêu thụ Vẽ sơ

đồ nối dây chi tiết mạng điện thiết kế

5 Xác định dung lượng bù kinh tế cho mạng điện

6 Tính chính xác phân bố công suất trong toàn mạng điện Kiểm tra cân bằng công suất và tính toán bù kỹ thuật (nếu có) Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong toàn mạng điện

7 Tính điện áp tại các nút của mạng điện và lựa chọn đầu phân áp của máybiến áp tại các hộ tiêu thụ

8 Mô phỏng phân bố công suất cho toàn mạng điện bằng phần mềm, so sánh và đánh giá kết quả tính toán và kết quả mô phỏng

9 Tính toán các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của mạng điện thiết kế

IV Các bản vẽ:

1 Sơ đồ nguyên lý nối dây chi tiết của mạng điện thiết kế

2 Sơ đồ thay thế tính toán

Nguyễn Phước Lợi Hồ Xuân Trực Phan Đình Chung

download by : skknchat@gmail.com

CHƯƠNG I CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG XÁC ĐỊNH SƠ BỘ LƯỢNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CẦN BÙ THEO

ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Đặc điểm quan trọng nhất của quá trình sản xuất điện năng là sản xuất, truyền truyền, phân phối và tiêu thụ điện năng trong hệ thống được tiến hành đồng thời, do đó khôngthể tích lũy điện năng sản xuất thành sô lượng có thể lưu trữ được Tại mỗi thời điểm luôn có sự cân bằng giữa điện năng tiêu thụ và điện năng sản xuất, điều đó có nghĩa làtại mỗi thời điểm cần phải có sự cân bằng công suất tác dụng tác dụng và phảng kháng phát ra với công suất tác dụng và phảng kháng tiêu thụ Nếu có sự mất cân bằng thì các tiêu chí điện năng như điện áp, tần số bị giảm đi, nặng nề hơn có thể làm tan rã hệ thống điện

1.1 Cân bằng công suất tác dụng:

Công suất tác dụng có liên quan đến tần số của dòng điện xoay chiều Tần

số trong hệ thống sẽ thay đổi khi sự cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống bị phá vỡ, cụ thể là khi giảm công suất tác dụng phát ra dẫn đến tần

số bị giảm và ngược lại Vì vậy tại mỗi thời điểm trong các chế độ xác lập của hệ thống điện, các nhà máy điện cần phát công suất tác dụng bằng công suất tác dụng của các hộ tiêu thụ, bao gồm cả tổn thất của hệ thống.Phương trình cân bằng công suất tác dụng:

- Pmd: Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp,

thường lấy (5-10)% tổng phụ tải của hệ thống Ta chọn:

1.2 Cân bằng công suất phản kháng:

Để đảm bảo chất lượng điện áp được đảm bảo ở các hộ tiêu thụ trong hệ thống điện, ta cần cân bằng giữa lượng công suất phản kháng phát ra và lượng công suất phản kháng các phụ tải tiêu thụ, nếu lượng công suất

phảng kháng phát ra lớn hơn lượng công suất phản kháng tiêu thụ thì điện

áp của mạng điện sẽ tăng và ngược lại

Phương trình cân bằng công suất phản kháng:

QB: Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các MBA của

hệ thống điện, QB = (15-20)% Qpt Ta chọn 20%

QB = 20% Qpt = 20% x 112,06 = 22,412 (MVAr)

- Qtd: Tổng công suất phản kháng tự dùng của hệ thống điện: Do điện lấy từ

hệ thống vô cùng lớn, nên ta lấy Qtd = 0 (MVAr)

- Qdt: Tổng công suất phản kháng dự trữ của hệ thống: Do hệ thống có công suất vô cùng lớn, nên ta lấy Qdt = 0 (MVAr)

- Qdd: Tổng tổn thất công suất phản kháng trên các đoạn đường dây của mạng điện

- QC: Tổng tổn thất công suất phản kháng do dung dẫn đường dây sinh ra

có cosφ thấp nhất, sau đó bù cho hộ từ xa đến gần nguồn

1.3 Bù sơ bộ công suất phản kháng:

Trên cơ sở ưu tiên bù cho hộ có cos thấp và ở xa ta bù cho các hộ:

- Hộ số 6 ( cos thấp và xa nguồn nhất )

Giả sử sau khi bù công suất phản kháng thì hệ số công suất tại hộ số 6: cos 6’ = 0,9 tan 6’ = 0,484

Công suất phản kháng bù cho hộ số 6:

Qb6 = P6*(tan 6 - tan 6’) = 34x(0,75-0,484) = 9,044 (MVAr)Không thể bù cho hộ 6 đến cos = 0.9, cho nên có bao nhiêu ta sẽ bùhết cho hộ số 6 (Qb6 = Qb = 5,772 MVAr ) Công

suất phản kháng của hộ số 6 sau khi bù: Q6’ =

Q6 – Qb6 = 25,5 – 5,772 = 19,728 (MVAr)tan 6’ = = = 0.58

Qmax’(MVAr) 11,16 12,4 16,5 22,5 24 19,728

Smax’(MVA) 18+j11,16 20+j12,4 22+j16,5 30+j22,5 32+j24 34+j19,728cos ’ 0,85 0,85 0,8 0,8 0,8 0,865tan ’ 0,62 0,62 0,75 0,75 0,75 0,58

download by : skknchat@gmail.com

CHƯƠNG II

ĐỀ XUẤ T HAI PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN;

TÍNH TOÁN VÀ SO SÁNH HAI PHƯƠNG ÁN ĐÃ ĐỀ RA VỀ MẶT KỸ

THUẬT

Khi thiết kế một hệ thống điện, vấn đề đặt ra là phải lựa chọn phương án kết

lưới tối ưu dựa trên cơ sở là so sánh kinh tế, kỹ thuật các phương án Việc so sánh các

phương án về mặt kỹ thuật chủ yếu dựa trên các mặt sau:

- Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc làm việc bình thường

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố

- Đảm bảo điều kiện phát nóng của dây dẫn

Mục đích chủ yếu của thiết kế là tìm ra phương án thoả mãn các điều kiện trên

Vấn đề cần giải quyết là lựa chọn sơ đồ nối dây của mạng điện, đồng thời chọn

cấp điện áp tải điện

2.1 Đề xuất 2 phương án nối dây của mạng điện:

2.1.1 Xác đinh khoảng cách từ nguồn đến phụ tải, phụ tải đến phụ tải:

Khi chọn phương án nối dây của mạng điện ta dựa vào tính chất của hộ tiêu thụ điện, khoảng cách từ nguồn đến phụ tải và quan trọng nhất là phương thức vận hành đã xác định trước cũng như công suất của các nhà máy

Vạch phương án nối dây phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Phụ tải loại I: Phải được cung cấp điện liên tục bằng đường dây kép

hoặc từ hai nguồn

- Phụ tải loại III: Cho phép chỉ cung cấp điện bằng đường dây đơn

Cung cấp điện cho các phụ tải phải theo đuờng gần nhất để giảm tổn thất công suất và

tổn thất điện áp

Ta có các phương án nối dây sau:

2.1.2.1 Phương án 1:

2.1.2.2 Phương án 2:

download by : skknchat@gmail.com

2.2.1 Chọn cấp điện áp tải của mạng điện:

Lựa chọn cấp điện áp tải điện rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế của mạng điện

Trong tính toán, để xác định cấp điện áp tải điện của mạng ta dựa vào công thức kinh nghiệm Still:

U = 4,34 x √ L+16 P (kV) Trong đó:

+ L: Chiều dài của nhánh (km)

+ P: Công suất truyền tải trên đường dây (MW)

+ U: Điện áp tải điện của đường dây (kV)

2.2.2 Chọn tiết diện dây dẫn:

- Chọn tiết diện dây dẫn nhằm đảm bảo tính kinh tế kỹ thuật của mạng điện

- Trong phạm vi đồ án này ta chỉ dùng loại dây nhôm lõi thép (AC) để tải điện

- Đối với đường dây điện áp 110kV phải chọn tiết diện dây dẫn từ AC-70 trở lên để giảm tổn thất vầng quang

- Mạng điện thiết kế là mạng điện khu vực có công suất truyền tải lớn, điện áp cao, dây dẫn dài, do đó tiết diện dây dẫn được tính theo mật độ dòng điện kinh

+ Đối với đường dây đơn : n = 1

+ Đối với đường dây kép : n = 2

2.2.3 Kiểm tra phát nóng của dây dẫn lúc sự cố:

- Khi sự cố đứt một dây của đường dây kép (không xét trường hợp sự cố xếp chồng và sự cố đứt đường dây đơn)

+ Dòng điện sự cố : Iscmax = 2xIlvmax

+ So sánh điều kiện : Iscmax ≤ kxIcp

Trong đó:

+ Iscmax: Dòng điện làm việc lúc sự cố khi phụ tải cực đại

+ Icp : Dòng điện làm việc cho phép của dây dẫn

+ K : Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Chọn K = 0,8

- Nếu tiết diện dây dẫn được chọn không thỏa mãn điều kiện trên thì ta tăngtiết diện dây dẫn lên cho đến khi nào thỏa mãn điều kiện thì thôi.

2.2.4 Tính toán tổn thất điện áp lúc bình thường và sự cố:

- Tổn thất điện áp được tính theo công thức: + Đối với đường dây đơn:

∆Ubt% = 100% = l.100%

+ Đối với đường dây kép: ∆Ubt% = 100%= l.100%

Trong đó:

P: Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây (MW)

Q: Công suất phản kháng truyền tải trên đường dây (MVAr)

R: Điện trở của đường dây ( )

X: Điện kháng của đường dây ( )

l: Chiều dài truyền tải điện (km).

Uđm: Điện áp định mức của đường dây (kV)

- Tính tổn thất điện áp cực đại Umax lúc bình thường (nghĩa là tính tổn thất điện

áp từ nguồn đến phụ tải xa nhất lúc phụ tải cực đại) và tính Umax lúc sự cố nặng nhất Các trị số U% tính được phải thỏa mãn điều kiện sau:

-+ Lúc bình thường : ∆Ubtmax% 10%

+ Lúc sự cố : ∆Uscmax% 20%

2.3 Tính toán cụ thể cho từng phương án:

2.3.1 Phương án 1:

download by : skknchat@gmail.com

2.3.1.1 Tính phân bố công suất sơ bộ cho các nhánh:

- Công suất trên nhánh A – 1 – 5: Nhánh 1 – 5: Ṡ15 = Ṡ5 = 32 + j24 (MVA)

Nhánh A – 1: ṠA1 = Ṡ1 + Ṡ15 = (18 + 32) +j(24 + 11,6) = 50 +j35,6(MVA)

- Công suất trên nhánh A – 2 – 6 :

Nhánh 2 – 6 : Ṡ26 = Ṡ6 = 34 + j19,728 (MVA)Nhánh A – 2: ṠA2 = Ṡ2 + Ṡ26 = (20 +34) +j(19,728 + 12,4) = 54 +j32,128 (MVA)

- Công suất trên mạch vòng A – 3 – 4 :

- Vì mạng điện thiết kế ở đây là mạng điện khu vực, theo bảng trên ta

chọn điện áp thiết kế chung cho toàn mạng là Udm = 110kV

Bảng chọn tiết diện dây dẫn của mạng :

Nhán Imax(A) S(MVA) Ftt(mm2) Loại dây r0( / x0( / b0(10- Icp

2.3.1.4 Kiểm tra điều kiện dây dẫn phát nóng lúc sự cố:

Xét trường hợp đứt 1 nhánh trên đường dây kép hoặc 1 nhánhtrên mạch vòng:

download by : skknchat@gmail.com

+ Đứt 1 đường dây trong đường dây kép 1 – 5 : Isc = 2 x Imax = 2 x

104,97 = 209,94 (A)

Isc ¿ K x Icp = 0.8 x 330 = 264 (A) (Thỏa mãn )+ Đứt 1 đường dây trong đường dây kép A – 1 : Isc = 2 x Imax = 2 x

2.3.1.5 Kiểm tra tổn thất điện áp lúc bình thường :

+ Nhánh 1 – 5 :

download by : skknchat@gmail.com

download by : skknchat@gmail.com

Vậy tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm

việc bình thường, tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng là nhánh A-2-6

Ubtmax% = 5.42% < 10% => Đạt yêu cầu

2.3.1.6 Kiểm tra tổn thất điện áp lúc sự cố :

+ Khi sự cố đứt một mạch trên đường dây kép: Usc% = 2 Ubt% -

Khi đứt đường dây A – 3 :

U%A34scA3% = U%A4scA3%+ U%34scA3% =

Khi đứt đường dây A – 4 :

Vậy tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc sự cố, tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng là nhánh A-3-4 (khi đứt A – 4 )

Uscmax% = 11.34% < 20% => Đạt yêu cầu

Tổng kế t phương án 1:

Loại dây AC-150 AC-95 AC-150 AC-185 AC-150 AC-185 AC-70

%

2.3.2 Phương án 2:

2.3.2.1 Tính phân bố công suất sơ bộ cho các nhánh:

- Công suất trên nhánh A-5:

- Công suất trên mạch vòng A – 3 – 4 :

download by : skknchat@gmail.com

Icp = 330 (A), r0 = 0,33 ( /Km), x0= 0,397 ( /Km), bo = 2,87.10-6(S/Km)

Chọn dây AC – 70 có:

Icp = 265 (A), r0 = 0,46 ( /Km), x0 = 0,408 ( /Km), b0 =2,79.10-6(S/Km)

Bảng chọn tiết diện dây dẫn

Nhán Imax(A) S(MVA) Ftt(mm2) Loại dây r0( / x0( / b0(10- Icp

2.3.2.4 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn lúc sự cố:

Xét trường hợp đứt 1 nhánh trên đường dây kép hoặc 1 nhánhtrên mạch vòng:

+ Đứt 1 đường dây trong đường dây kép A - 1 : Isc = 2 x Imax = 2 x 56,2 = 112,4 (A)

Isc ¿ K x Icp = 0.8 x 265 = 212 (A) (Thỏa mãn )Xét trường hợp đứt 1 nhánh trên đường dây kép hoặc 1 nhánhtrên mạch vòng:

2.3.2.5 Kiểm tra tổn thất điện áp lúc bình thường:

Vậy tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc làm

việc bình thường, tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng là nhánh A-2-6

Ubtmax% = 5.42% < 10% => Đạt yêu cầu

2.3.2.6 Kiể m tra tổn thất đi ện áp lúc sự c ố:

Khi sự cố đứt một mạch trên đường dây kép: Usc% = 2 Ubt%

- Nhánh A – 1:

Khi đứt 1 mạch trên đường dây kép A – 1 : U

%A1 % = 2* U% = 2*1.37% = 2.74%

download by : skknchat@gmail.com

- Nhánh A – 2 – 6 :

Khi đứt 1 mạch trên đường dây kép A – 2 :

U%A26scA2 %= 2* U%btA2 + U%bt26 = 2*2.63% + 2.79% = 8.05%

- Mạch vòng A – 3 – 4 : Khi đứt đường dây A – 3 :

U%A34scA3% = U%A4scA3%+ U%34scA3% =

Khi đứt đường dây A – 4 :

U%A34scA4% = U%A3scA4%+ U%34scA4% = 6.23%+5.11% = 11.34%

Vậy tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp lúc sự cố, tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng là nhánh A-3-4 (khi đứt A – 4 )

Uscmax% = 11.34% < 20% => Đạt yêu cầu

Tổng kết phương án 2:

Loại dây AC-70 AC-95 AC-150 AC-185 AC-150 AC-185 AC-70

%

download by : skknchat@gmail.com

CHƯƠNG III

SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KINH TẾ;

PHÂN TÍCH VÀ XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

Việc quyết định lựa chọn phương án nào cần phải dựa trên cơ sở so sánh về mặt

kỹ thuật - kinh tế Tính kinh tế của mạng điện được đánh giá thông qua nhiều chỉ tiêu,

trong đó vốn đầu tư ban đầu (K) và phí tổn hàng năm (Z) là hai chỉ tiêu cơ bản nhất

- Vốn đầu tư ban đầu (K), bao gồm chi phí: Vạch tuyến, dựng cột, sứ dây dẫn,

mua đất, đền bù giải tỏa và chi phí xây lắp

So sánh các phương án nhằm mục đích chọn ra phương án tối ưu, phương án

kinh tế nhất có phí tổn hằng năm bé nhất và vốn đầu tư ban đầu nhỏ

- Phí tổn hằng năm (Z) gồm chi phí: khấu hao, sửa chữa, phục hồi mạng điện

và tiền tổn thất điện năng, được tính theo công thức sau:

Z = (avh + atc).K + ΔA.CA.CTrong đó:

+ K: Vốn đầu tư của mạng điện (chỉ tính vốn đầu tư xây dựng đường dây);

đối với lộ kép lấy 1,6 lần vốn đầu tư lộ đơn

Đường dây lộ đơn: K = K0.lĐường dây lộ kép: K = 1,6.K0.l

K0: Giá thành 1km đường dây

l : Chiều dài đường dây

` + avh: Hệ số vận hành đối với đường dây trong mạng điện (đối với đường

download by : skknchat@gmail.com

= (0,124 + 5100 x 10-4)2 x 8760 = 3521,13 (h)

r

P: Tổn thất công suất trên đường dây; P = n U 2

+ C: Giá thành 1kWh điện năng tổn thất (C = 800đ/kWh = 0,8x106đ/MWh)

Bảng 3.1 Giá tiền 1km đường dây AC (cột thép)

(sách Thiết kế các mạng và hệ thống điện/trang 256)

K0(106đ/km) 208 283 354 403 441 500

3.1 Phương án 1:

3.1.1 Tính toán tổn thất điện năng:

Tổng tổn thất công suất trên đường dây được tính theo công thức:

n ∗U dm

Nhánh 3 – 4 :

download by : skknchat@gmail.com

- Tổng tổn thất công suất trong toàn mạng điện:

PI = PA-1 + P1-5 + PA-2 + P2-6 + PA-3 + PA-4+ P3-4

AI = PI x τ = 3.75186 x 3521.13 = 13210.7868 (MWh)

3.1.2 Vốn đầu tư xây dựng đường dây.

- Đối với đường dây kép:

Kkép = 1,6 (KA-1 x LA-1 + KA-2 x LA-2 + K1-5 x L1-5 )

= 1,6 x 106 x (403 x 25.5 + 403 x 26.93 + 283 x 25.5)

= 45353.26 x 106 (đồng)

- Đối với đường dây đơn:

Kđơn = K2-6 x L2-6 + KA-3 x LA-3 + KA-4 x LA-4 + K3-4 x L3-4

=106 x (441 x 25.5+ 403 x 29.15 +441 x 25 + 208 x 26.93)39619.39 x 106 (đồng)

Vậy tổng vốn đầu tư xây dựng dây dẫn cho mạng điện phương án 1 là: