lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp trong mạng điện

So sánh kinh tế các phương án Chương IV.Lựa chọn công suất các máy biến áp và sơ đồ nối dây chi tiết của mạng điện I.Xác định số lượng và công suất các máy biến áp II.Sơ đồ nối dâ

MỤC LỤC

Lời mở đầu

Chương I Cân bằng công suất trong hệ thống

I.Phân tích nguồn và phụ tải

II.Cân bằng công suất tác dụng

III.Cân bằng công suất phản kháng

Chương II Các phương án nối dây của mạng điện và so sánh

các chỉ tiêu kĩ thuật

I.Các phương án nối dây của mạng điện

II Tính toán sơ bộ các phương án và đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật

Chương III So sánh kinh tế các phương án

Chương IV.Lựa chọn công suất các máy biến áp và sơ đồ nối

dây chi tiết của mạng điện

I.Xác định số lượng và công suất các máy biến áp

II.Sơ đồ nối dây chi tiết

Chương V Tính phân bố công suất trong mạng điện

I.Chế độ phụ tải cực đại

II.Chế độ phụ tải cực tiểu

III.Chế độ sự cố nặng nề

Chương VI Tính chính xác điện áp tại các nút

I.Chế độ phụ tải cực đại

II.Chế độ phụ tải cực tiểu

III.Chế độ sự cố nặng nề

Chương VII.Lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp trong

mạng điện

Chương VIII Tính giá thành tải điện và các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật I.Tính giá thành tải điện

II Kết luận

Danh sách bản vẽ

Tài liệu tham khảo

LỜI MỞ ĐẦU

Trong giai đoạn công nghiệp hoá hiện đại hoá nớc ta hiện nay, nhu cầu điện năng trong tất cả các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt luôn luôn không ngừng lên, và nó ngày càng đóng vai trò không thể thiếu đợc trong nền kinh tế quốc dân Vì lý do đó mà trớc khi xây dựng một khu dân c hay một khu công nghiệp ngời ta đều phải xây dựng hệ thống cung cấp điện Mạng điện đợc thiết kế sao cho kinh tế nhất vận hành hiệu quả nhất, không những giải quyết tốt nhu cầu dùng điện hiện tại mà còn dự trù cho phát triển tơng lai

Đồ án môn học lới điện là một bớc tập dợc quan trọng cho các sinh viên ngành

điện bớc đầu làm quen với các ứng dụng thực tế Đây là một tiền đề quan trọng cho một kĩ s điện tơng lai có thể vận dụng nhằm đa ra một phơng án tối u nhất Trong đồ

án sinh viên không những ôn tập vận dụng các kiến thức đã đợc học mà còn có dịp khảo nghiệm thực tế, phần nào đó đã giúp sinh viên tiếp cận với công việc mà sau này mình phải làm Tuy là một mạng điện thiết kế đơn giản, nhng để làm đợc nó, sinh viênphải vận dụng toàn bộ kiến thức của môn học lới điện một và tham khảo một số tài liệu khác

Do nhận thức còn hạn chế chắc chắn bản đồ án này không tránh khỏi sai sót do

đó rất mong đợc sự hớng dẫn, chỉ bảo của các thầy cô để bản đồ án đợc hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cám ơn thầy Lã Minh Khánh đã giúp em hoàn thành bản đồ

án này

Sinh viên :Trần Hạnh Phúc

Chương I CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG

I, PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Để chọn được phương án tối ưu cần tiến hành phân tích các đặc diểm củanguồn và phụ tải Trên cơ sở đó xác định công suất cần phát của nguồn và dự kiếncác sơ đồ nối dây sao cho đạt được hiệu quả cao nhất

Do nguồn điện có công suất vô cùng lớn cho nên không cần dự trữ công suất

để đảm bao cho hệ thống làm việc bình thường => P TD= 0

Các phụ tải điện trong hệ thống điện thiêt kế bao gồm 6 phụ tải tất cả đều là

hộ loại một và có hệ số Cos  0 90 ,Thời gian sử dụng phụ tải cực đại T MAX

=5000 h Các phụ tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường Điện ápMạng điẹn thứ cấp là 22 kV.Phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại

Từ công suất tác dụng cực đại từ đó ta có công suất phản kháng được tínhtheo công thức sau :

Qimax = Pimax tg

Trong đó : cos = 0,90

Suy ra  = arcos 0,90

Từ đó ta có bảng số liệu của các phụ tải

14.53 13.56 9.69 16.47 10.66 9.69

II.CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

Đặc điểm của hệ thống điện là truyền tải tức thì điện năng từ các nguồn đếnphụ tải và không thể tích chứ được Tính chất này xác định sự đồng bộ của quátrình sản xuất và tiêu thụ điện năng Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệthống cần phải phát công suất bằng với công suất của hộ tiêu thụ cùng với tổn thấttrong mạng điện

Vì vây phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đạiđối với hệ thông điện có dạng :

P F =P YC = m.



6 1 max

P

i

i + P+P TD +P DT (1.2)

Trong đó :

P F : Tổng công suất tác dụng phát ra do nguồn phát ra

P YC : Tổng công suất tác dụng yêu cầu của các hộ tiêu thụ

i : Tổng công suất tác dụng cực đại của các hô tiêu thụ

P : Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp

P TD : Tổng công suất tác dụng tự dùng của các nhà máy điện P DT : Tổng công suất dự trữ

III.CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

1.Công suất phản kháng do nguồn phát ra :

Q F = P F tgF (1.3) Trong đó :

Q F : Tổng công suất phản kháng phát ra của nguồn

cosF : Hê số công suất trung bình trên thanh góp cao áp của nhà

máy điện khu vực

Ta có : cosF = 0,85

=> : F = arcos 0,85

i max

i max

Q : Tổng công suất phản kháng cực đại của các hộ tiêu thụ  QB: Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp

Q L, Q C :Là tổng tổn thất công suất phản kháng do điện

cảm và điện dung của đường dây gây ra Q TD : Tổng công suất phản kháng tự dùng của các nhà máy điện

i max

Q



QL  QC = 0Theo số liệu bài ra ta có : m=1

Vậy ta có : Q YC = 



6 1

Q + 0,15.



6 1

= 1,15.(14.53+13.56+9.69+16.47+10.66+9.69) =1.15*74.59 = 85.78( MVAr)

Từ kết quả thu được :

Q F >Q YC

=>Kh«ng cÇn phải bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế

Chương II CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN

VÀ SO SÁNH CÁC CHỈ TIÊU KĨ THUẬT

I.CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN :

Do cả 6 hộ phụ tải đều là hộ phụ tải loại I, yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện làcao nhất nên ta phải sử dụng đường dây hai mạch hoặc mạch vòng để cung cấpđiện cho các phụ tải

Ta dự kiến các phương án nối dây sau :

Phương án 1 phương án 2

Phương án 3 phương án 4

Phương án 5

II.TÍNH TOÁN SƠ BỘ VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU KĨ THUẬT :

Để tính toán sơ bộ các phương án và đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật ta thựchiện 4 bước sau :

-Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện :

Ta áp dụng công thức kinh nghiệm sau

Udmi = 4,34 L  i 16 P i (2.1) Trong

đó :

Udmi : Điện áp định mức của đoạn đường dây thứ i [kV]

Li : Chiều dài của đoạn đường dây thứ i [km]

Pi : Công suất tác dụng chạy trên đường dây thứ i [MW]

- Lựa chọn tiết diện dây dẫn :

Ở đây để chọn tiết diện dây dẫn ta sử dụng phương pháp mật độ kinh tếcủa dòng điện Mật độ kinh tế của dòng điện là tỉ số của dòng điện lớn nhất chạytrên đường dây với tiết diện kinh tế :

kti

lni kti

j

I

F  (2.3)Trong đó :

Fkti : Tiết diện kinh tế của đoạn đường dây thứ i

Ilni : Dòng điện lớn nhất chạy trên đoạn đường dây thứ i trong chế

độ làm việc bình thường Nó được tính theo công thức :

dmi

lni lni

U 3 2.

S

I  (2.4)

Trong đó :

Slni : là công suất toàn phần lớn nhất chạy trên đường dây thứ i

jkti : Mật độ kinh tế của dòng điện trên đoạn đường dây thứ i

Ở trong đồ án này ta giả thiết dùng dây AC và có Tmax = 5000h nên tra bảng

Trong chương này do tính sơ bộ nên ta bỏ qua tổn thất  P ,  Q

Do dó tổn thất điện áp được tính theo công thức :

U

X.QR.P

%

U

dd 2 i i i i i

- Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Dây dẫn chọn sao cho : Isc  k.Icp

Trong đó :

Isc : Dòng điện chạy trên đường dây khi có sự cố nặng nề nhất sảy ra

Icp : Dòng điện cho phép chạy trên đường dây đã chọn

k : Ở đây ta lấy k = 1

Phương án 1 :

a)Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện :

Áp dụng công thức (2.1) cho các đoạn đường dây ta có

Chiều dài đường dây :

30 cos

P S

2 110 3

33 33 1000

3

1 max 1

n U

S I

dd

N N

Tiết diện dây tính toán :

1 , 1

48 87

=> Dây dẫn được chọn là dây AC-70

Tính toán tương tự ta có các thông số về đương dây :

Dây được chọn AC-70 AC-70 AC-70 AC-95 AC-70 AC-70

c)Tính tổn thất điện áp trong mạng điện :

Tra bảng ta có được điện trở đơn vị , điện kháng đơn vị của các dây dẫn vàtính được các thông số của từng đường dây trong chế độ phụ tải cực đại :

Điện trở tác dụng ,điện kháng của đoạn Ni là :

RNi =

n

L

x0 Ni

x0 : Điện kháng đơn vị

B = n.b0.LNi n : Số mạch đường dây

LNi: Chiều dày đường dây

Sau khi tinh toán ta có bảng sau

X.QR.P

%

U

dd 2 i i i i i

 : Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i

Pi : công suất chuyền tải trên đoạn đường dây thứ i

Qi : công suất phản kháng chuyền tải trên đoạn đường dây thứ i

Udd : Điện áp danh định của mạng điện

Sau khi tinh toán ta có bảng sau :

=> Thỏa mãn điều kiện cho phép

d)Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Giả sử đường dây hai mạch bị đứt một mạch

Isci=n*Imaxi Isci : Cường độ dòng điện sự cố

Imaxi : Cường độ dòng điện trong chế độ phụ tải cực đại

Icf : Cường độ dòng điện cho phép

a)Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện :

Chiều dài đường dây :

SmaxN4 P N4  jQ N4  N3 jQ N3 MVA

= 54 + j26.76(MVA)

=> S maxN1 = 60(MVA) Dòng điện cực đại chạy trong dây dẫn :

143.98(A) 1000

2

* 110

* 3

60 1000

* 3

1 max 1

n U

S I

dd

N N

Tiết diện dây tính toán :

1 1

143.98

1 max

=> Dây dẫn được chọn là dây AC-120

Tính toán tương tự ta có các thông số về đương dây :

SmaxNi(MVA) 33.33 31.11 60 25.91 24.45 22.22

ImaxNi(A) 87.48 81.64 143.98 67.99 64.16 58.32

c)Tính tổn thất điện áp trong mạng điện :

Tra bảng ta có được điện trở đơn vị , điện kháng đơn vị của các dây dẫn vàtính được các thông số của từng đường dây trong chế độ phụ tải cực đại :

Điện trở tác dụng ,điện kháng của đoạn Ni là :

Sau khi tinh toán ta có bảng sau :

X.QR.P

%

U

dd 2 i i i i i







Trong đó :  Ui%: Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i

Pi : công suất chuyền tải trên đoạn đường dây thứ i

Qi : công suất phản kháng chuyền tải trên đoạn đường dây thứ i

Udd : Điện áp danh định của mạng điệnSau khi tinh toán ta có bảng sau :

Như vậy sụt áp lớn nhất là trên đoạn đường dây N5 4.65 % < (10% 15%)

Trong Chế độ sư cố nặng nề nhất là đoạn N1 đứt một mạch , khi đó ta có :

U%scmax = 2*U%N4+U%34

= 2*4.03% + 4.28% = 10.31% < (20% 25%)

=> Thỏa mãn điều kiện cho phép

d)Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Giả sử đường dây hai mạch bị đứt một mạch :

Isci=n*Imaxi

Trong đó :

Isci : Cường độ dòng điện sự cố

Imaxi : Cường độ dòng điện trong chế độ phụ tải cực đại

Icf : Cường độ dòng điện cho phép

a)Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện :

Áp dụng công thức (2.1) cho các đoạn đường dây ta có :

Chiều dài đường dây :

 Đoạn : LN45 = 2 2

50

10  = 51 kmDòng công suất trên từng đoạn đường dây :

P P

SmaxN4  3  jQ3 5  jQ5 4  jQ4 MVA

= 76+ j36.82 (MVA)

=> S maxN4 = 84.45 (MVA)Dòng điện cực đại chạy trong dây dẫn :

189.5(A) 1000

2

* 110

* 3

84.45 1000

* 3

3 max 4

n U

S I

dd

N N

Tiết diện dây tính toán :

FktN3= 172.27 (mm)

1 1

189.5

3 max

=> Dây dẫn được chọn là dây AC-185

Tính toán tương tự ta có các thông số về đương dây :

Đoạn đường dây N1 N2 N4 34 45 N6

SmaxNi(MVA) 33.33 31.11 84.45 22.22 24.45 27.75

ImaxNi(A) 87.48 81.64 221.62 58.32 64.16 72.82

c)Tính tổn thất điện áp trong mạng điện :

Tra bảng ta có được điện trở đơn vị , điện kháng đơn vị của các dây dẫn vàtính được các thông số của từng đường dây trong chế độ phụ tải cực đại :

Điện trở tác dụng ,điện kháng của đoạn Ni là :

X.QR.P

%

U

dd 2 i i i i i







Sau khi tinh toán ta có bảng sau :

Như vậy sụt áp lớn nhất là trên đoạn đường dây N6 : 5.43% < (10% 15%)

Trong Chế độ sư cố nặng nề nhất là đoạn N4 đứt một mạch, khi đó ta có :

U%scmax = 5%*2+3.12%=13.12< (20% 25%)

=> Thỏa mãn điều kiện cho phép

d)Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Giả sử đường dây hai mạch bị đứt một mạch

Isci=n*Imaxi

a)Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện :

Dòng công suất trên từng đoạn đường dây :

PN1 = P2+ P1 = 58(MW)

P12 = P2 = 28 (MW)

PN4 = P4 + P3 + P5 = 76 (MW)

jQ P

2

* 110

* 3

44 64 1000

* 3

1 max 1

n U

S I

dd

N N

Tiết diện dây tính toán :

1 1

169.12

1 max

=> Dây dẫn được chọn là dây AC-150

Tính toán tương tự ta có các thông số về đương dây :

Đoạn đường dây N1 12 N4 34 45 N6

SmaxNi(MVA) 64.44 31.11 84.45 22.22 24.45 22.22

ImaxNi(A) 169.12 81.64 221.62 58.32 64.16 58.32

c)Tính tổn thất điện áp trong mạng điện :

Tra bảng ta có được điện trở đơn vị , điện kháng đơn vị của các dây dẫn vàtính được các thông số của từng đường dây trong chế độ phụ tải cực đại :

Điện trở tác dụng ,điện kháng của đoạn Ni là :

X.QR.P

%

U

dd 2 i i i i i





Sau khi tinh toán ta có bảng sau :

Như vậy sụt áp lớn nhất là trên đoạn đường dây N2:9.06% < (10% 15%)

Trong Chế độ sư cố nặng nề nhất là đoạn N1 đứt một đường dây,khi đó ta có :

U%scmax = 2*U%N1+U%12

= 2*7.2% + 4.7%= 19.1% < (20% 25%)

=> Thỏa mãn điều kiện cho phép

d)Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Giả sử đường dây hai mạch bị đứt một mạch :

Isci=2*Imaxi

Tính dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây trong mạch vòng :

Để xác định dòng công suất ta cần giả thiết mạng điện là đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây có cùng tiết diện

Dòng công suất chạy trên đoạn N5 là :

SN5 =

N 6 56 5 N

N 6 6 N 6 56 5

l l l

l S ) l l ( S

= 21.7+j10.53 (MVA)Dòng công suất chạy trên đoạn N6 là :

SN6 =

N 6 56 5 N

N 5 56 6 N 5 5

l l l

) l l ( S l S

) 76 41 j9.69)(

(20 )76 66 10 22 (

a)Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện :

Dòng công suất trên từng đoạn đường dây :

b)Lựa chọn tiết diện dây dẫn

 Đoạn N5 :

Công suất toàn phần của đoạn N5 :

S  N5 = 21.7+j10.53 (MVA)

=> SN5 = 24.12(MVA)Dòng điện cực đại chạy trong dây dẫn :

(A) 6 126 1000 110

* 3

12 24 1000

* 3

5 max 5

n U

S I

dd

N N

Tiết diện dây tính toán :

1 1

126.6

1 max

=> Dây dẫn được chọn là dây AC-120

 Đoạn 65 :

Công suất toàn phần của đoạn 65 :

S  65 = 0.26+0.13j (MVA)

=> S65 = 0.29(MVA)Dòng điện cực đại chạy trong dây dẫn :

(A) 53 1 1000 110

* 3

29 0 1000

* 3

1 max 1

n U

S I

dd

N N

Tiết diện dây tính toán :

1 1

1.53

1 max

Tiết diện dây được chọn phải thỏa mãn >= 70mm2 (điều kiện phóng điệnvầng quang )

=> Dây dẫn được chọn là dây AC-70

Tính toán tương tự ta có các thông số về đường dây :

ImaxNi(A) 87.48 81.64 157.47 58.32 126.60 118.17 1.53

FktNI(mm2) 79.53 74.22 143.15 53.02 115.09 107.43 1.39

c)Tính tổn thất điện áp trong mạng điện :

Tra bảng ta có được điện trở đơn vị , điện kháng đơn vị của các dây dẫn vàtính được các thông số của từng đường dây trong chế độ phụ tải cực đại :

Điện trở tác dụng ,điện kháng của đoạn Ni là :

X.QR.P

%

U

dd 2 i i i i i

%

UNi

 (%) 4.26 4.44 6.96 4.18 6.53 6.50

Như vậy sụt áp lớn nhất là trên đoạn đường dây N3 : 6.96% < (10% 15%)

Trong Chế độ sư cố nặng nề nhất là đoạn N6 đứt dây , khi đó ta có :

SN5 = S6 + S5 = 20.26+j9.82 + 21.7+j10.53 = 41.96+j20.35 (MVA)

=> SN5 = 46.6 (MVA)

U

X.QR.P

%

U 5 5 2 5 5 5

* 35 20 20.52

* 96 41

2



=12.62 %

100.U

X.QR.P

% U

%

UN5   56   5



=6.5% + 12.62% = 19.12% <25%

=> Thỏa món điều kiện cho phộp

d)Kiểm tra điều kiện phỏt núng :

Giả sử đường dõy hai mạch bị đứt một mạch :

Isci=2*Imaxi

Và mạch vũng bị đứt dõy N6 :

Isci= * 1000

U

* 3

S

dd i

Isc5=

126.60(A) 1000

3 110

24.12



Isc6=

118.17(A) 1000

3 110

=> Điều kiện phỏt núng được thoả món

Từ bảng tổng kết ta thấy cả năm phơng án đều thoả mãn điều kiện kĩ thuật vì vậy ta giữ lại cả 5 phơng án xét và so sánh về mặt kinh tế để tìm ra phơng án tối u

bị trong các trạm biến áp là như nhau Do dó ta chỉ cần so sánh các phương án vềhàm chi phí tính toán của việc xây dựng và vận hành đường dây

Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng khi so sánh các phương án là các chi phí tínhtoán hàng năm được xác định theo công thức :

Z = (avh + atc ).K + A.c (3.1) Trong đó : avh : Hệ số vận hành , với avh = 0,04

atc : Hệ số thu hồi vốn , với 0 , 125

8

1 T

1

K : Tổng các vốn đầu tư cho đường dây

Đối với mạch kép thì bằng chi phí đường dây một mạch nhân với hệ số 1,6

c : giá thành điện năng , (đ /kWh)

A : Tổng tổn thất điện năng , (kWh)

Tính sơ bộ A =  Pimax. (3.2) Trong đó :  Pimax : Tổng tổn thất công suất tác dụng ,(kW)

2 i

2 imax RU

SP

Giá của các loại đường dây dùng cột thép cho trong bảng dưới :

Giá(10 6.đ/

km)

1.Phương án 1 :

Áp dụng công thức (3.3 ) ta tính được tổn thất công suất tác dụng của các đoạn đường dây như trong bảng sau :

Áp dụng công thức (3.3 ) ta tính được tổn thất công suất tác dụng của các đoạn đường dây như trong bảng sau :