đồ án thiết kế lưới điện khi vực

- L: là chiều dài đường dây km- P: công suất tác dụng cực đại MW 3.1.3 Chọn dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế Mạng điện 110kv được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

Giảng viên hướng dẫn : TRẦN ANH TÙNG

Sinh viên thực hiện : MAI MẠNH DŨNG

Hà Nội, tháng 06 năm 2018

M c L c ụ ụ

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

Chương 1 PHÂN TÍCH NGUỒN, PHỤ TẢI, CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

1.1 Phân tích nguồn, phụ tải

1.1.1.Phân tích nguồn

Hệ thống công suất vô cùng lớn có hệ số công suất là 0,88

1.1.2 Phân tích phụ tải

Trong hệ thống thiết kế có 5 phụ tải Có 4 phụ tải loại III và 1 phụ tải loại I Các phụ tải

có hệ số công suất cosφ là 0,88

Thời gian sử dụng công suất lớn nhất: Tmax = 4800h

Tổng công suất cực đại: ∑Pmax = 126 (MW)

Điện áp danh định thứ cấp là 10 kV

Kết quả tính toán giá trị công suất của phụ tải trong chế độ cực đại và cực tiều ở bảng 1.1

Bảng 1.1: Thông số của các phụ tải

1.2 Cân bằng công suất

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng

• Pdt - công suất tác dụng dự trữ (Pdt=0 vì nguồn công suất vô cùng lớn)

Tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ cực đại là:

5 max 1

max 1

- tổng công suất phản kháng do điện dung của đường dây sinh ra, khi tính

toán sơ bộ có thế lấy

Hệ số công suất của nhà máy là cosφ = 0,88 => tgφN = 0,54

Như vậy tổng công suất phản kháng do nguồn phát ra là:

QN = PN.tgφN = 132.3*0.54 = 71.442(MVAr)

QYC = 1*68.4+3.4 = 71.44(MVAr)

So sánh: Qyc >< QN

• Qyc < QN : không bù công suất phản kháng

Sơ đồ mặt bằng vị trí nguồn điện và các phụ tải:

Ch ươ ng 2 :

D KI N PH Ự Ế ƯƠ NG ÁN N I DÂY Ố

2.1 Đề suất các phương án nối dây

Một trong các yêu cầu của thiết kế mạng điện là đảm bảo cung cấp điện an toàn và liêntục, nhưng vẫn đảm bảo tính kinh tế Muốn đạt được yêu cầu này người ta phải tìm ra cácphương án hợp lý nhất trong các phương án vạch ra đồng thời đảm bảo được các chỉ tiêu kỹthuật

Các yêu cầu chính đối với mạng điện:

• Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

• Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

• 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

Để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I có thể sử dụng hai mạch đường dây

Để vạch ra được các phương án nối dây, ta phải dựa trên ưu điểm, nhược điểm của các

sơ đồ hình tia, liên thông, mạch vòng và yêu cầu về độ tin cậy của các phụ tải

2.2 Phương án hình tia

- Ưu điểm:

+ Sử dụng các thiết bị đơn giản, rẻ tiền và bảo vệ rơle đơn giản

+ Thuận tiện khi phát triển và thiết kế cải tạo các mạng điện hiện có

- Nhược điểm:

+ Độ tin cậy cung cấp điện thấp

+ Khoảng cách dây lớn nên thi công tốn kém

2.3 Phương án liên thông

- Ưu điểm:

+ Việc thi công sẽ thuận lợi hơn vì hoạt động trên cùng một đường dây.+ Độ tin cậy cung cấp điện tốt hơn hình tia

- Nhược điểm:

+ Tiết diện dây dẫn lớn

+ Tổn thất điện áp và tổn thất điện năng cao

2.4 Phương án lưới kín

Chương 3 TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN3.1 Phương án hình tia

3.1.1 Phân bố công suất

- L: là chiều dài đường dây (km)

- P: công suất tác dụng cực đại (MW)

3.1.3 Chọn dây dẫn (theo mật độ dòng điện kinh tế )

Mạng điện 110kv được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không Các dâydẫnđược sử dụng thường là dây nhôm lõi thép, đồng thời các dây dẫn thường được đặt trêncột bê tông cốt thép hoặc cột thép tùy theo địa hình đường dây chạy qua Đối với đường dây110kv, khoảng cách trung bình DTB=5m

Phương pháp chọn tiết diện dây dẫn ở đây được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế Tiết diện kinh tế của đường dây:

Fkt=

Trong đó

+)Imax: dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, (A)

+) Jkt:mật độ kinh tế của dòng điện, (A/mm2) Với dây AC và Tmax=5000 giờ thì Jkt

=1,1 A/mm2

Dòng điện lớn nhất chạy trên đường dây:

Imax=

• n : số mạch đường dây

• Uđm : điện áp định mức của mạng điện Uđm=110kv

• Smax: công suất chạy tên đường dây khi phụ tải cực đại, (MVA)

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức trên, tiến hành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang, độ bền cơ học của đường dây và phát nóng dây dẫn.

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

.

Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự cố cần phải

có điều kiện Iscmax ≤ Icp

 Tương tự với các đường dây khác ta có bảng sau

Bảng 3.2: Chọn tiết diện dây dẫn

=> Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ học và điều kiện xuất hiện vầng quang

Gỉa sử sự cố một mạch của đường dây

Ta có Iscmax = 2.Imax

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

• Ri, Xi: điện trở và điện kháng trên đường dây thứ i

Chế độ sự cố: khi đứt một trong hai mạch đường dây thì dây dẫn còn lại sẽ phải tảilượng công suất gấp đôi, do vậy tổn thất điện áp ở các mạch cũng sẽ tăng gấp đôi

Các thông số tập trung R,X,B của đường dây được tính như sau:

R =r0*L (Ω); X = x0*L (Ω); B= b0*L (S)Tính tổn thất điện áp trên đường dây N-1:

.100

 Đường dây N-1 là đường dây AC-150 thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp

 Tương tự ta tính được tổn thất điên áp trên đường dây khác :

3.2.1 Phân bố công suất

L: chiều dài đường dây (km)

P: công suất tác dụng cực đại (MW)

Bảng 3.6: Bảng tính toán điện áp

Vậy ta chọn điện áp định mức là 110kv

3.2.3 Chọn dây dẫn ( theo mật độ dòng điện kinh tế )

Phương pháp chọn tiết diện dây dẫn ở đây được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế

Tiết diện kinh tế của đường dây:

Fkt=

Trong đó

+)Imax: dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, (A)

+) Jkt:mật độ kinh tế của dòng điện, (A/mm2) Với dây AC và Tmax=4000 giờ thì Jkt =1,1A/mm2

Dòng điện lớn nhất chạy trên đường dây:

Imax=

• n: số mạch đường dây n=2

• Uđm: điện áp định mức của mạng điện Uđm=110kv

• Smax: công suất chạy tên đường dây khi phụ tải cực đại, (MVA)

 Tương tự với các đường dây khác ta có bảng sau:

Bảng 3.7: Chọn tiết diện dây dẫn

Ta có Imax Icp

=> Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ học và điều kiện xuất hiện vầng quang

Giả sử sự cố một mạch của đường dây: Isc = 2.Imax

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

• Ri, Xi: điện trở và điện kháng trên đường dây thứ i

Chế độ sự cố: khi đứt một trong hai mạch đường dây thì dây dẫn còn lại sẽ phải tải lượng công suất gấp đôi, do vậy tổn thất điện áp ở các mạch cũng sẽ tăng gấp đôi

Tổn thất điện áp trong chế độ sự cố:

∆Uisc% = 2.∆Uibt%

Tổn thất điện áp phải thỏa mãn điều kiện :

o Lúc bình thường : ∆Ubtmax% ≤ ∆Ubtcp% = 15%

o Lúc sự cố : ∆Uscmax% ≤ Usccp% = 20%

Bảng 3.9: Thông số đường dây

Các thông số tập trung R,X,B của đường dây được tính như sau:

R =r0.L (Ω); X = x0.L (Ω); B= b0.L (S)

Tính tổn thất điện áp trên đường dây 1-3:

 Đường dây 1-3 là đường dây AC-70 thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp

Áp dụng tương tự đối với đường dây còn lại: N-2,N-3;N-4;N-5

Bảng 3.10: Tính tổn thất điện áp

Từ bảng 10 =>

Các đường dây thảo mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép.

3.3 Phương án lưới kín

3.3.1 Phân bố công suất

Giả thiết tất cả các đường dây giống nhau Tính toán bỏ qua tổn thất trên đường dây Xét lưới kín: Gỉa sử chiều như chiều hình vẽ

SN-1 S1-3 SN-3

S1 S3

1 3 N N

Ta tìm được điểm 1 là điểm phân bố công suất

3.3.2 Chọn điện áp định mức (U đm )

Ta có điện áp tối ưu

Utính toán = (KV)

Trong đó L: chiều dài đường dây (km)

P: công suất tác dụng cực đại (MW)

Bảng 3.11: Bảng tính toán điện áp

Vậy ta chọn điện áp định mức là 110 kv

3.3.3 Chọn dây dẫn (theo mật độ dòng điện kinh tế )

Phương pháp chọn tiết diện dây dẫn ở đây được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế

Tiết diện kinh tế của đường dây:

Fkt=

Trong đó

+)Imax: dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, (A)

+) Jkt: mật độ kinh tế của dòng điện, (A/mm2) Với dây AC và

Tmax=4000 giờ thì Jkt =1,1 A/mm2

Dòng điện lớn nhất chạy trên đường dây:

Imax=

• n : số mạch đường dây n=2

• Uđm : điện áp định mức của mạng điện Uđm=110kv

• Smax: công suất chạy tên đường dây khi phụ tải cực đại, (MVA)

=> Kiểm tra:

• 1) Độ bền cơ học

• 2) Kiểm tra điều kiện xuất hiện vầng quang (để giảm tối thiểu tổn thất vầng quang ở lưới điện 110kv thì các dây nhôm lõi thép cần có Fmin = 70

 Tương tự với các đường dây khác ta có bảng sau:

Bảng 3.12: Chọn tiết diện dây dẫn

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

• Ri, Xi: điện trở và điện kháng trên đường dây thứ i

Tổn thất điện áp phải thỏa mãn điều kiện :

o Lúc bình thường : ∆Ubtmax% ≤ ∆Ubtcp% = 15%

o Lúc sự cố : ∆Uscmax% ≤ Usccp% = 20%

Bảng 3.13: Thông số đường dây

Các thông số tập trung R,X,B của đường dây được tính như sau:

R =r0*L (Ω); X = x0*L (Ω); B= b0*L (S)

Xét ở lưới kín tổn thất điện áp lớn nhất khi làm việc ở chế độ bình thường là tổnthất từnguồn đến điểm phân bố công suất là đoạn N-1

Tính tổn thất điện áp trên đường dây N-1:

100

 Đường dây N-1 là đường dây AC-120 thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp

Áp dụng tương tự đối với đường dây còn lại: 1-3, N-2;N-3;N-4;N-5

= 100

= 100 = 10(%)

= 100

= 100 = 6.91 (%)

Vậy sự cố nặng nề nhất khi đứt đường dây N-1:

ΔU%scmax = ΔU%scN-3+ΔU%sc1-3 = 9.88+9.68 = 19.56(%) < ΔUsccp% = 20%

Chương 4 TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KINH TẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

4.1 Cơ sở lý thuyết

Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng khi so sánh các phương án là các chi phí tính toán hàngnăm Z, được xác định theo công thức:

Trong đó: KΣ: Tổng vốn đầu tư xây dựng lưới điện

atc: hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư và được tính

atc= = = 0,25 với Ttc là thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư phụ thuộc vào từng giai đoạn, ta lấy Ttc = 4 năm

avh: hệ số vận hành lưới điện và lấy avh = 0,04 = 4%

ΔA: Tổn thất điện năng trên lưới trong 1 năm

ΔA =

ΔPmaxi : Tổn thất công suất tác dụng lớn nhất trên đường dây thứ i

τ : thời gian tổn thất công suất cực đại

τ =

Tmax : thời gian sử dụng công suất lớn nhất

c: giá tiền 1kwh tổn thất điện năng (c = 1000đ/kWh)

4.2 Phương án hình tia

1 Tính vốn đầu tư

Xét N-1: K1=Vi*n*Kc1’*l1 = 1*1*150*58.31 =8746.5 đ

Bảng4.1: Tính toán vốn đầu tư.

2 Tính toán tổn thất công suất.

Xét N-1 : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất bằng:

ΔAN-1= τ = 356.25*3195.788=1138568.562(KWh)

Bảng 4.2: Tính tổn thất điện năng

3 Chí phí tính toán hàng năm của đường dây

= (0,25+0,04).41642.8+4075983.185*1000 = 1.615 (đ)

4.2 Phương án liên thông

1 Tính vốn đầu tư

Xét N-3 : K3=Vi*n*Kc1’*l1 = 1.6*2*120*50=19200 đ

Bảng 4.3: Tính toán vốn đầu tư.

2 Tính toán tổn thất công suất.

Xét N-1 : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất bằng:

= 19257.41 (đ)

4.3 Phương án lưới kín

1 Tính vốn đầu tư

Xét N-1: K1=Vi*n*Kc1’*l1 = 1*1*120*58.31=6997 đ

Bảng 4.5: Tính toán vốn đầu tư.

2 Tính toán tổn thất công suất.

Xét N-1 : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất bằng:

ΔAN-1= τ =312.79*10-3*3195.788=999609.949(KWh)

Bảng 4.6: Tính tổn thất điện năng

3 Chí phí tính toán hàng năm của đường dây:

= (0,25+0,04) +4699078.5121000

=1.6 (đ)

Từ số liệu tính trên ta thấy phương án 1 và phương án 3 có chi phí tính toán hằng nămcủa đường dây là tương đương nhau nhưng tổng tổn thất điện năng của phương án 1 thấphơn phương án 3 nên ta chọn phương án 1 là phương án tối ưu nhất

Chương 5 CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH

5.1 Chọn máy biến áp

1) Số lượng: Trạm điện cấp cho phụ tải loại I chọn 2 máy

2) Công suất: Trạm 2 máy

Kiểm tra

α%: phần trăm phụ tải loại 3 trong phụ tải loại 1 (α%=0)

kqtsc: hệ số quá tải sự cố lấy bằng 1,4

Bảng 5.1: Chọn số lượng và công suất các máy biến áp

Trạm Smax kqtsc n Smax/n SđmB(MVA)N-1 31.818 1,4 1 31.818 32N-2 28.409 1,4 1 28.409 32N-3 22.727 1,4 2 11.364 16N-4 27.273 1,4 1 27.273 32N-5 32.955 1,4 1 32.955 40 Sau khi chọn ta tiến hành kiểm tra để cuối cùng lấy được máy biến áp phù hợp nhất

Vậy ta chọn máy hiến áp có công suất là 40 MVA cho tất cả các trạm

Bảng5.2 :Các thông số máy biến áp

Sđ ΔP N ΔQ 0 ΔP 0 (KW U N I N R(Ω

Nếu là phụ tải loại III ta dùng sơ đồ đơn giản

Nếu là phụ tải loại I ta sử dụng sơ đồ cầu và có sơ đồ cầu trong và sơ đồ cầu ngoài

+) Chọn theo chiều dài đường dây

Các phụ tải có chiều dài trên 70 km thì xác suất xảy ra sự cố trên đường dây lớn, sốlần sửa chữa, bảo dưỡng định kỳ nhiều nên phải đóng cắt mạch đường dây nhiều vì vậy nên

sử dụng máy cắt đặt về phía đường dây gọi là sơ đồ cầu trong Khi xảy ra sự cố trên đườngdây nào thì chỉ đường dây đó mất điện, các máy biến áp vẫn làm việc bình thường

Các phụ tải có chiều dài ngắn hơn 70 km thì ta sử dụng sơ đồ cầu ngoài theo quy ướcnhư sau: một mạch đường dây hay thiết bị đều phải đặt máy cắt, để giảm chi phí máy cắt thìngười ta sử dụng máy cắt cầu

Hình 6.1 Sơ đồ cầu trong và sơ đồ cầu ngoài

Chương 6 TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CHẾ ĐỘ XÁC LẬP LƯỚI ĐIỆN

6.1 Chế độ phụ tải max

Trong chế độ phụ tải cực đại ta chọn Ung = 121kv

Bảng 6.1 Thông số đường dây

Xét đường dây N-1

Sơ đồ nguyên lý

58.31km AC-150

TPDH-40000/110*

S1= 28+j15.113 MVA N

1q So1

B/2

ZN1 = 12.25+j24.26 (Ω)

Gỉa sử U1q = U1c=Uđm = 110kv

Tổn thất công suất không tải của trạm biến áp là:

Δ01=n.(ΔP0+jΔQ0) =

Tổng trở máy biến áp

1q = 1 = 28+j13.494(MVA)

Tổn thất công suất trên tổng trở ZB

Công suất trước tổng trở máy biến áp

Công suất điện dung cuối đường dây N-1

jQccN1 =

Công suất sau tổng trở ZN-1

.12

Tổn thất công suất trên tổng trở ZN-1

Công suất trước tổng trở ZN-1

Công suất điện dung đầu đường dây N-1

jQcđN1= (MVAr)

Công suất nguồn

Tương tự đối đường dây khác ta có bảng sau

Bảng 6.2: Công suất và tổn thất công suất trên các đường dây ở chế độ

cực đại

Qua bảng kết quả ta có công suất tác dụng về hệ thống là :

Syc=Pyc+jQyc

Nguồn cần cung cấp công suất tác dụng : PN = Pyc = 131.886(MW)

QN = PN.tagφN = 131.886*0.54=71.22(MVAr) <Qyc = 77.525(MVAr)

Vì vậy ta cần bù công suất phản kháng bằng cá thiết bị bù

Qua bảng kết quả ta có công suất tác dụng về hệ thống là : S yc =P yc +jQ yc

Nguồn cần cung cấp công suất tác dụng : P N = P yc =4.256(MW)

Công suất phản kháng âm

Vì vậy ta cần sử dụng thiết bị bù công suất.

6.3 Chế độ sự cố (U N =121kv)

Khi xét sự cố chúng ta không giả thiết sự cố xếp chồng, đồng thời chỉ xét trường hợp ngừng một mạch trên các đường dây nối từ hệ thống và nhà máy điện đến các phụ tải khi phụ tải cực đại

Bảng 6.4 Thông số đường dây sau sự cố

Bảng 6.5: Công suất và tổn thất công suất trên các đường dây sau sự cố

Qua bảng kết quả ta có công suất tác dụng về hệ thống là : S yc =P yc +jQ yc

Nguồn cần cung cấp công suất tác dụng : P N = P yc =122.405(MW)

Q N = P N tagφ N = 122.405*0.54=66.1(MVAr) < Q yc = 80.332(MVAr)

Vì vậy ta cần sử dụng thiết bị bù công suất

Chương 7 TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

7.1 Tính điện áp các nút

1) Chế độ max (UN=121KV)

Xét N-1

Tổn thất điện áp trên đường dây N-1 :

Điện áp tại điểm 1c:

U1c = UN-UN1 =121-6.878=114.122(Kv)

Tổn thất điện áp trong máy biến áp:

Điện áp tại điểm 1

Bảng7.2 Giá trị điện áp các nút trong mạng điện ở chế độ phụ tải cực tiểu

3) Chế độ sự cố (U N =121kv)

Sự cố trong mạng điện thiết kế có thể xảy ra khi ngừng một mạch trên các đường dây hai mạch nối từ nguồn cung cấp đến các phụ tải Khi xét sự cố chúng ta không giả thiết sự cố xếp chồng

Bảng 7.3 Giá trị điện áp các nút trong mạng điện ở chế độ sự cố

7.2 Điều chỉnh điện áp

7.2.1 Yêu cầu điều chỉnh điện áp

Điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng của chất lượng điệnnăng Trong thực tế, việc giữ ổn định điện áp cho thiết bị điện của các hộ tiêuthụ là việc cần thiết vì điện áp quyết định chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của cácthiết bị tiêu thụ điện và độ lệch điện áp cho phép của thiết bị điện tương đốihẹp

Theo nhiệm vụ thiết kế và kết quả tính toán điện áp nút ở các chế độvận hành khác nhau thì một trong những biện pháp cơ bản và hiệu quả nhất