Đồ án thiết kế lưới điện khu vực

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án môn học 2 CHƯƠNG 1 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1 1 Cân bằng công suất tác dụng Để đảm bảo yêu cầu vận hành ổn định, giả thiết rằng nguồn điện cung c.

CHƯƠNG 1.

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 Cân bằng công suất tác dụng.

Để đảm bảo yêu cầu vận hành ổn định, giả thiết rằng nguồn điện cung cấp đủ công suấttác dụng cho các phụ tải, do đó ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng là, ([3]) :

trong đó:

: Công suất tác dụng phát ra từ nguồn

: Công suất tác dụng yêu cầu của phụ tải

mà:

với:

m : Hệ số đồng thời, với lưới truyền tải lấy m=1

: Tổng công suất tác dụng trong chế độ cực đại

=P1+P2 +P3 +P4 +P5 +P6 = 33+22+28+27+30+34= 174 (MW)

:Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện.Tính sơ bộ lấy bằng 5% tổngcstd của phụ tải

Ptd : Công suất tự dùng của nhà máy điện, ở đây Ptd = 0

Pdt : công suất dự trữ của mạng điện ở đây ta coi hệ thống có công suất vô cùng lớn nên Pdt = 0

(MW)

Do giả thiết nguồn điện có công suất vô cùng lớn, công suất tác dụng được coi là cân bằng

1.2 Cân bằng công suất phản kháng.

Để lưới điện vận hành ổn định thì ngoài cân bằng công suất tác dụng còn cần có cânbằng công suất phản kháng, với phương trình cân bằng như sau ([3]):

Trong đó:

:Tổng công suất phản kháng do nguồn phát ra

Tính theo hệ số công suất của nguồn:

QMBA :Tổn thất công suất phản kháng trong các trạm hạ áp được tính bằng 15%,ta có:

QL, QC :Tổn thất công suất phản kháng trên đường dây và dung dẫn do đường dây sinh

ra và chúng cân bằng nhau

Qtd ,Qdt :Công suất tự dùng và dự trữ của nhà máy , Qtd =Qdt=0

Do đó:

Vì (MVAr) nên không phải bù sơ bộ công suất phản kháng

Khoảng cách từ nhà máy đến các phụ tải là:

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ VỀ KỸ THUẬT

2.1.Lựa chọn sơ đồ cấp điện:

Hộ tiêu thụ điện loại I là những hộ tiêu thụ điện quan trọng, nếu ngừng cung cấp điện

có thể gây nguy hiểm đến tính mạng và sức khoẻ con người, gây thiệt hại nhiều về kinh tế,

hư hỏng thiết bị, làm hỏng hàng loạt sản phẩm, rối loạn quá trình công nghệ phức tạp Do đócác phương án cung cấp cho các hộ này phải được thiết kế cấp điện từ hai nguồn (sử dụngđường dây mạch kép hoặc mạch vòng kín, trạm biến áp 2 máy)

Hộ loại III là những hộ tiêu thụ chỉ yêu cầu được cấp từ 1 nguồn, trong đồ án này sửdụng đường dây mạch đơn và trạm biến áp 1 máy

Dự kiến các phương án nối dây:

+ Phương án 1:

Hình 2.1

+ Phương án 2:

Hình 2.2

+ Phương án 3:

Hình 2.3

+ Phương án 4:

Hình 2.4

+ Phương án 5:

Hình 2.5

Pi: là công suất truyền tải trên đường dây đến phụ tải i.

Sau đây ta tính chọn điện áp định mức cho mạng hình tia các phương án sau sử dụng kếtquả tương tự như phương án này

Ta có bảng số liệu cho các đoạn đường dây như sau:

Bảng 2.1: Số liệu cho các đoạn đường dây

a.Chọn tiết diện dây dẫn:

Lưới điện mà ta đang xét là lưới điện truyền tải khu vực, trong đó tiết diện dây dẫnđược lựa chọn theo điều kiện kinh tế ([1]) Dự kiến sử dụng loại dây nhôm lõi thép, ký hiệuAC-ACO-ACSR, đặt trên đỉnh của tam giác đều có cạnh là 5m (thông số tiêu chuẩn)

Tiết diện kinh tế được tính theo công thức sau ([1]):

Với Imax: là dòng điện lớn nhất chạy qua dây dẫn ở chế độ phụ tải cực đại

- Điều kiện phát nóng: Tiết diện dây dẫn sau khi được chọn cũng phải thoả mãn Isc max<

Icp Mà đối với mạng hình tia hoặc mạng liên thông thì Isc max là dòng điện lớn nhất chạy quadây dẫn khi xảy ra sự cố đứt một trong hai mạch của đường dây (khi đó Isc max= 2.Imax ), cònđối với mạng kín đó là dòng điện đứt một trong hai đoạn đầu đường dây

Ta có:

Với Tmax=5000 h ta tra được Jkt =1,1A/mm 2

→2 AC-95

Vì đường dây mạch kép nên tổng trở tương đương là:

Vậy tổn thất điện áp lúc bình thường và sự cố sẽ là:

Tính tương tự cho các đoạn N-2, N-3, N-4, N-5, N-6 ta được bảng sau:

Các dòng công suất trên các nhánh như sau:

Tính tương tự như phương án 1, ta được bảng sau:

Từ bảng ta thấy tổn thất điện áp lớn nhất trong phương án này là:

CHƯƠNG 3 SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN

Để so sánh về mặt kinh tế các phương án ta dựa vào hàm chi phí tính toán hàng nămsau:

Z = (avh+atc).KD+∆A.C;

trong đó:

avh: Hệ số vận hành đường dây

Cột bê tông cốt thép : avh= 0,04Cột thép : avh= 0,07

KD: Vốn đầu tư để xây dựng đường dây(Xét phần đường dây)

KD =K0 L

K0 :Suất vốn đầu tư(tỉ đồng/km)

L :chiều dài đường dây(km)Bảng K0 (phụ thuộc tiết diện): đúng với đường dây 1 mạch, đối với đường dây 2 mạchthì nhân hệ số 1,6

atc: hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư, atc=0,125

C: Giá của 1kwh, C = 1000đ/kWh

A = Pmax

:Thời gian tổn thất công suất lớn nhất (giờ), tính theo công thức kinh nghiệm:

Dự kiến các phương án đều dùng cột bê tông cốt thép, vốn đầu tư cho 1km đường dâylà:

Mã dây AC-95 AC-120 AC-185 AC-70 AC-70 AC-95

CHƯƠNG 4 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH

4.1.Lựa chọn máy biến áp:

4.1.1.Chọn số lượng máy biến áp:

-Đối với các hộ loại tiêu thụ là hộ loại một ,để đảm bảo độ tin cậy cho cung cấp điệnmột cách liên tục, thì mỗi trạm BA cần chọn hai MBA vận hành song song mỗi máy đượcnối vào một phân đoạn thanh góp riêng và giữa các phân đoạn này có một máy cắt tự độngđóng cắt khi cần thiết

-Đối với các hộ tiêu thụ loại 3 thì chỉ cần 1 MBA vận hành trong trạm biến áp

4.1.2.Lựa chọn thông số máy biến áp:

- Công suất MBA được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tình trạng làm việcbình thường lúc phụ tải làm việc cực đại khi có sự cố một MBA phải ngừng làm việc thìMBA còn lại phải đảm bảo cung cấp công suất cho các phụ tải

-Với trạm có hai MBA làm việc song song, công suất lựa chọn MBA phải thoả mãn:

Trong đó:

n: số MBA trong trạm

k: là hệ số hiệu quả của MBA trong trạm, k=1,4;

Smax: Công suất cực đại của phụ tải:

Bảng thông số các máy biến áp đã chọn như sau:

Bảng 4.2:Thông số các máy biến áp

Trạm này sử dụng sơ đồ cầu ngoài (máy cắt cao áp đặt phía đường dây) hoặc sơ đồ cầutrong (máy cắt đặt phía máy biến áp), tuỳ theo nhu cầu vận hành thực tế Nếu trạm biến áp

có yêu cầu vận hành kinh tế, sơ đồ phù hợp là sơ đồ cầu trong Trong trường hợp không cóvận hành kinh tế trạm biến áp, sơ đồ sẽ được chọn theo nguyên tắc sau:

- Nếu L > 70(km) thì đặt máy cắt cao áp ở phía đường dây bởi vì với chiều dài lớn, sự

cố xảy ra do thao tác đóng cắt nhiều vì vậy phải đặt máy cắt cuối đường dây (Sơ đồ cầutrong)

- Với L < 70(km) thì đặt máy cắt điện áp ở phía MBA (Sơ đồ cầu ngoài)

Sơ đồ cầu ngoài: Sơ đồ cầu trong:

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN

5.1.Trạng thái phụ tải cực đại:

Nhằm mục đích kiểm tra khả năng làm việc của lưới điện thiết kế, cần xác định phân

bố công suất và điện áp vận hành tại các hộ phụ tải trong các chế độ làm việc điển hình.Trong các chế độ này, do chỉ biết điện áp trên thanh góp cao áp của nguồn điện và công suấtphụ tải nên việc tính chế độ được tiến hành theo hai bước: xác định phân bố công suất theođiện áp định mức và tính điện áp các nút từ nút cơ sở

Điện áp trên thanh góp cao áp của nguồn điện trong chế độ phụ tải cực đại được coi lànút cơ sở, với mức độ tăng 10% so với định mức:

Hình 5.1

Hình 5.2

Bước 1:

Lấy điện áp tại các nút của lưới điện bằng điện áp định mức (110kV), ta có:

Bỏ qua G ta có thông số đường dây như sau:

Tổn thất công suất trên tổng trở máy biến áp B1:

Công suất trước máy biến áp B1:

Tổn thất không tải của máy biến áp B1:

Công suất phía cao máy biến áp B1:

Công suất điện dung do đường dây N-1 sinh ra:

Công suất sau tổng trở của đường dây:

Tổn thất công suất trên tổng trở của đường dây N-1:

Công suất trước tổng trở của đường dây N-1:

Công suất đầu nguồn đường dây N-1:

Bước 2: tính điện áp tại các nút.

Tổn thất điện áp trên đường dây N-1:

Điện áp trên thanh góp cao áp là :

Tổn thất điện áp trên máy biến áp:

Vậy điện áp trên thanh góp hạ áp đã quy về điện áp cao là:

Tính toán tương tự ta được bảng sau:

Cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện:

Tổng công suất yêu cầu trên thanh cái của nguồn là:

Tổng công suất phản kháng theo yêu cầu:

Giả thiết nguồn cung cấp đủ công suất tác dụng:

(MW)

Tổng công suất phản kháng do nguồn phát ra:

Vì nên ta không cần bù kĩ thuật khi vẫn hành ở chế độ cực đại

5.2.Trạng thái phụ tải cực tiểu:

Điện áp cơ sở trên thanh cái của nguồn UN =105%.Uđm=115,5(KV);

Ở chế độ phụ tải cực tiểu thì công suất phụ tải bằng 50% công suất phụ tải ở chế độ cựcđại Vì công suất phụ tải nhỏ nên để vận hành kinh tế ta xem xét có thể cắt bớt một máy biến

áp ở các trạm hay không Điều kiện để cắt bớt một máy biến áp trong trạm là:

Trong đó:

Sđm : Công suất định mức của máy biến áp

P0 : Tổn thất không tải của máy biến áp

Pn : Tổn thất ngắn mạch của máy biến áp

Xét trạm 1:

Do nên trạm 1 vận hành 1 máy biến áp ở chế độ cực tiểu

Tương tự ta có bảng sau:

Sc 22,23 25 17,38 17,38 17,38 22,23

Bảng 5.3Bảng trên cho chúng ta thấy số lượng máy biến áp làm việc còn lại ở mỗi trạm khi phụ tải cực tiểu sau khi vận hành kinh tế

Công suất trước máy biến áp B1:

Tổn thất không tải của máy biến áp B1:

Công suất phía cao máy biến áp B1:

Công suất điện dung do đường dây N-1 sinh ra:

Công suất sau tổng trở của đường dây N-1:

Tổn thất công suất trên tổng trở của đường dây N-1:

Công suất trước tổng trở của đường dây N-1:

Công suất đầu nguồn đường dây N-1:

Bước 2: tính điện áp chính xác tại các nút.

Tổn thất điện áp trên đường dây N-1:

Điện áp trên thanh góp cao áp 1 là :

Tổn thất điện áp trên máy biến áp:

Vậy điện áp trên thanh góp hạ áp đã quy về điện áp cao là:

Bảng 5.4: Bảng các điện áp nút trong chế độ cực tiểu

Tính toán tương tự ta được bảng sau:

học 2

Cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện:

Tổng công suất yêu cầu trên thanh cái của nguồn là:

Tổng công suất phản kháng theo yêu cầu:

Giả thiết nguồn cung cấp đủ công suất tác dụng:

học 2 Bước 1:

Chọn điện áp tại các của mạng điện bằng điện áp định mức của mạng điện ta có:

Bỏ qua G ta có:

Tổn thất công suất trên B1:

Công suất trước máy biến áp B1:

Tổn thất không tải của máy biến áp B1:

Công suất phía cao máy biến áp B1:

Công suất điện dung do đường dây N-1 sinh ra:

Công suất sau tổng trở của đường dây N-1:

Tổn thất công suất trên tổng trở của đường dây N-1:

Công suất trước tổng trở của đường dây N-1:

Công suất đầu nguồn đường dây N-1:

Bước 2: tính chính xác điện áp tại các nút.

Tổn thất điện áp trên đường dây N-1:

Điện áp trên thanh góp cao áp 1 là :

học 2

Tổn thất điện áp trên máy biến áp 1:

Vậy điện áp trên thanh góp hạ áp đã quy về điện áp cao là:

Tính toán tương tự ta được bảng sau:

Cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện:

Tổng công suất yêu cầu trên thanh cái của nguồn là:

Tổng công suất phản kháng theo yêu cầu:

Giả thiết nguồn cung cấp đủ công suất tác dụng:

Tổng công suất phản kháng do nguồn phát ra:

Vì nên ta không cần bù kĩ thuật khi vẫn hành ở chế độ sự cố

CHƯƠNG 6 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TẠI CÁC HỘ PHỤ TẢI

Đảm bảo chất lượng điện áp là một trong những yêu cầu thiết kế quan trọng Trong đóchỉ tiêu về độ lệch điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất Trong quá trình vậnhành phụ tải thay đổi từ cực tiểu đến cực đại hoặc bị sự cố nặng nề dẫn đến điện áp trênthanh cái hạ áp thay đổi vượt quá giới hạn cho phép vì vậy ta phải điều chỉnh để đảm bảođiện áp nằm trong giới hạn cho phép

Có nhiều phương pháp điều chỉnh điện áp khác nhau: thay đổi điện áp máy phát trongnhà máy điện, thay đổi tỉ số điện áp trong các trạm biến áp và thay đổi dòng công suất phảnkháng trong lưới điện

Trong thưc tế lưới điện lớn không thể chỉ dùng biện pháp thay đổi điện áp tại các nhàmáy điện, việc thay đổi các dòng công suất phản kháng truyền tải trên các đường dây cũngkhó khăn vì các lý do bảo đảm ổn định của hệ thống, vận hành phức tạp, vốn đầu tư cao Vìvậy phương pháp lựa chọn đầu điều chỉnh của các máy biến áp trong các trạm hạ áp được sửdụng rộng rãi để điều chỉnh điện áp trong trong hệ thống

Với yêu cầu điều chỉnh khác thường, độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp đặt lên phụtải phải thoả mãn điều kiện:

n -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0U

Điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp trong các chế độ là:

+ Khi phụ tải cực đại.

Đầu điều chỉnh trong cuộn dây cao áp khi phụ tải lớn nhất được xác định theo côngthức:

Với

 Ta chọn đầu tiêu chuẩn là n=0 khi đó

Điện áp thực trên thanh hạ áp là:

Độ lệch điện áp trên thanh hạ áp của MBA là:

Vậy đầu đã chọn là phù hợp

+ Khi phụ tải cực tiểu.

Đầu điều chỉnh trong cuộn dây cao áp khi phụ tải lớn nhất được xác định theo côngthức:

Với

 Ta chọn đầu tiêu chuẩn là n=5 khi đó

Điện áp thực trên thanh hạ áp là:

Độ lệch điện áp trên thanh hạ áp của MBA là:

Vậy đầu đã chọn là phù hợp

+ Khi sự cố.

Đầu điều chỉnh trong cuộn dây cao áp khi phụ tải lớn nhất được xác định theo côngthức:

Với

 Ta chọn đầu tiêu chuẩn là n=-6 khi đó

Điện áp thực trên thanh hạ áp là:

Độ lệch điện áp trên thanh hạ áp của MBA là:

Vậy đầu đã chọn là phù hợp

Tính tương tự cho các phụ tải còn lại ta được các bảng số liệu sau:

+ Ở chế độ phụ tải cực đại (max).

CHƯƠNG 7.

CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KĨ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN

7.1 Vốn đầu tư xây dựng lưới điện

Tổng vốn đầu tư xây dựng được xác định theo công thức ([1,3]:

K = KD+KTBA;

Trong đó:

KD: Vốn đầu tư xây dựng đường dây( đã tính ở chương trước) KD=768,85 (tỉ đ);

KTBA: Vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp (Tiền mua máy biến áp, máy cắt , dao cách ly ,thiết bị bù , BU , BI ….) xác định theo Bảng 4.1

Bảng 4.1 Giá thành xây dựng trạm biến áp 110/22kV (x109đ/km)

Vậy tổng vốn đầu tư là: K=KD+KTBA=768,85 + 230=998,85 (tỉ đ);

7.2 Tổn thất công suất tác dụng trong toàn lưới điện.

Theo kết quả tính toán ta có tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây là:

Tổng tổn thất công suất trong cuộn dây MBA là:

Tổng tổn thất công suất trong lõi thép các MBA được xác định là:

Vậy tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện là:

7.3 Tổn thất điện năng trong lưới điện.

Do đó:

Tổng điện năng các hộ tiêu thụ nhận được trong 1 năm là:

Tổn thất điện năng trong mạng tính theo % là:

7.4 Tính chi phí và giá thành tải điện.

7.4.1 Chi phí vận hành hàng năm.

7.4.2 Giá thành tải điện.

7.4.3 Giá thành xây dựng 1MW công suất phụ tải trong trong chế độ vận hành cực đại:

TỔNG KẾT CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA LƯỚI ĐIỆN

- Đường dây

- Trạm biến áp:

768,85230

Bảng 7.1

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trần Bách Lưới điện và Hệ thống điện Tập 1 Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - Hà

6 Trịnh Hùng Thám, Nguyễn Hữu Khái, Đào Quang Thạch, Lã Văn Út, Phạm Văn

Hòa, Đào Kim Hoa Phần điện của Nhà máy điện và Trạm biến áp Nhà xuất bản

Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 1999

7 Nguyễn Phiệt Quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện Trường Đại học Bách

khoa - Khoa Đại học tại chức xuất bản Hà Nội, 1969

8 Ngô Hồng Quang Thiết kế cung cấp điện Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật - Hà

Nội, 2001