kl le sy tam 910646d

PHẦN I : THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CHƯƠNG I CÂN BẲNG CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NỘI DUNG nguồn phụ tải thơng qua mạng điện Tại mỗi thời điểm luơn phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năn

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, chúng ta bước vào giai đoạn chạy dua về tiềm lực công nghệ đang diển ra mạnh mẽ trên phạm

vi toàn cầu Trong xu thế đó, phát triển tiềm lực công nghệ nội sinh đã và đang là bài toán nan giải đối với mọi ngành công nghiệp của chúng ta va với ngành điện lực nói riêng

Với những yêu cầu khắt khe về chất lượng dòng điện, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải, làm cho việc sản xuất điện năng và truyền tải có trọng trách nặng nề, vừa đảm bảo được tính kỹ thuật, kinh tế, an toàn Do đó sơ đồ bố trí đường dây truyền tải và việc áp dụng các thiết bị tự động hóa trong công nghệ cao đóng vai trò hết sức quan trọng

Đề tài tốt nghiệp của em bao gồm 3 nhiệm vụ chính sau :

Phần 1 : Thiết kế mạng truyền tải Phần 2 : Thiết kế trạm biến áp Phần 3 : Bảo vệ rơ le

Trong thời gian qua , được sự hướng dẩn tận tình của thầy nguyễn hoàng việt em đã hoàn thành được luận văn này Em xin cảm ơn đến các thầy cô đã giúp đỡ, chỉ bảo em tận tình trong những năm học tại nhà trường để em có được như ngày hôm nay

Tp.Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2009

Sinh Viên

LÊ SỸ TAM

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẨN

SVTH : LÊ SỸ TAM

MSSV : 910646D

ĐỀ TÀI :

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI, TRẠM VÀ BẢO VỆ RƠLE

Nhiệm vụ :

™ Thiết kế mạng điện truyền tải

™ Thiết kế trạm biến áp

™ Bảo vệ rơle cho mạng điện và trạm biến áp

GVHD : PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Nhận xét của giảng viên hướng dẩn :

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp hồ chí minh, tháng 01 năm 2010 Giảng viên hướng dẩn

PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

SVTH : LÊ SỸ TAM

MSSV : 910646D

ĐỀ TÀI :

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI, TRẠM VÀ BẢO VỆ RƠLE

Nhiệm vụ :

™ Thiết kế mạng điện truyền tải

™ Thiết kế trạm biến áp

™ Bảo vệ rơle cho mạng điện và trạm biến áp

GVHD : PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Nhận xét của giảng viên hướng dẩn :

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp hồ chí minh, tháng 01 năm 2010 Giảng viên hướng dẩn

PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

MỤC LỤC

PHẦN 1 : THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN

Chương 1 : CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 8

Chương 2 : DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT 11

2.1 lựa chọn điện áp tải điện 11 2.2 chọn sơ đồ nối dây của mạng điện 12

Chương 4 : SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN 45

Chương 5 : XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG BÙ KINH TẾ VÀ GIẢM TỔN

THẤT ĐIỆN NĂNG 47

5.2 Yêu cầu tính toán bù kinh tế 47 5.3 Tính toán bù kinh tế 47 Chương 6 : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT KHÁNG VÀ TÍNH

TOÁN THIẾT BỊ BÙ CƯỠNG BỨC 53

6.1 Nội dung45

Chương 7 : TÍNH TOÁN TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA MẠNG ĐIỆN 60

7.2.1 Tính toán tình trạng làm việc lúc phụ tải cực đại 60 7.2.2 Tính toán tình trạng làm việc lúc phụ tải cực tiểu 65 7.2.3 Tính toán tình trạng làm việc lúc phụ tải gắp sự cố 75 Chương 8 : ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN 81

PHẦN 2 : THIẾT KẾ TRẠM VÀ BẢO VỆ RƠLE

Chương 11 : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE 92

11.1 Tính toán thông số các phần tử 92 11.2 Sơ đồ thay thế 93

11.5 máy biến điện áp,máy biến dòng điện, đồng hồ đo 106

11.5.2 máy biến dòng điện 107 Chương 12 : LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 109

12.2 Bảo vệ máy biến áp

12.2.1 Các dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dùng 109 12.2.2 Các bảo vệ chống ngắn mạch 110 12.2.3 Các bảo vệ chống quá tải 110

đường dây truyền tải điện 12.3.2 các bảo vệ chống ngắn mạch 111

12.4 Lựa chọn phương thức bảo vệ thanh góp 114

13.1.3 chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của role 7UT613 119 13.1.4 chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế 122

13.3.1 chức năng bảo vệ 129

13.4.2 Phương pháp làm việc 135 13.4.3 Bảo vệ từ chối cắt 136 13.4.4 Chi tiết kỹ thuật 136

KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ

14.1 Các số liệu 138

14.2.3 bảo vệ chống chạm đất hạn chế 140

14.4 kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 144

14.4.1 Ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ 144 14.4.2 Ngắn mạch trong vùng bảo vệ 145

TÀI LIỆU THAM KHẢO 151

PHẦN I : THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN

CHƯƠNG I

CÂN BẲNG CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

NỘI DUNG

nguồn phụ tải thơng qua mạng điện

Tại mỗi thời điểm luơn phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất

và tiêu thụ Mỗi mức cân bằng cơng suất tác dụng P và cơng suất phản kháng Q xác định một giá trị tần số và điện áp

Quá trình biến đổi cơng suất và các chỉ tiêu chất lượng điện năng khi cân bằng cơng suất bị phá hoại , xảy ra rất phức tạp , vì giữa chúng cĩ quan hệ tương hỗ

Để đơn giản bài tốn, ta coi sự thay đổi cơng suất tác dụng P ảnh hưởng chủ yếu đến tần số , cịn sự cân bằng cơng suất phản kháng Q ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp.Cụ thể là khi nguồn phát khơng đủ cơng suất P cho phụ tải thì tần số bị giảm

đi ,và ngược lại khi thiếu cơng suất Q điện áp bị giảm thấp và ngược lại

Trong mạng điện ,tổn thất cơng suất phản kháng lớn hơn cơng suất tác dụng,

nên khi các máy phát điện được lựa chọn theo sự cân bằng cơng suát tác dụng, trong mạng thiếu hụt cơng suất kháng Điều này dẫn đến xấu các tình trạng làm việc của các hộ dùng điện, thậm chí làm ngừng sự truyền động của các máy cơng

cụ trong xí nghiệp gây thiệt hại rất lớn Đồng thời làm hạ điện áp của mạng và làm xấu tình trạng làm việc của mạng Cho nên việc bù cơng suất kháng là vơ cùng cần thiết [ mục đích của bù sơ bộ trong phần này là để cân bằng cơng suất kháng và số liệu để chọn dây dẫn và cơng suất máy biến áp cho chương sau ]

Sở dĩ bù cơng suất kháng mà khơng bù cơng suất tác dụng P là vì khi bù Q, giá thành kinh tế rẻ hơn, chỉ cần dùng bộ tụ điện để phát ra cơng suất phản kháng Trong khi thay đổi cơng suất tác dụng P thì phải thay đổi máy phát, nguồn phát dẫn đến chi phí tăng lên nên khơng được hiệu quả về kinh tế

1.1) Cân bằng cơng suất tác dụng :

Cân bằng cơng suất tác dụng là cân bằng cơng suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống và được biểu diễn bằng biểu thức sau:

∑pdt : tổng công suất dự trữ

m : hệ số đồng thời ( giả thiết chọn 0.8 )

1.2) Cân bằng công suất phản kháng

Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống điện và được biểu diễn bằng biểu thức :

mạng điện 110KV trong tính toán sơ bộ có thể coi tổn thất công suất phản kháng trên cảm kháng đường dây bằng công suất phản kháng do điện dung đường dây cao

áp sinh ra

∑∆Qtd = ∑ptd* tgϕtd

Qdt : công suất phản kháng dự trữ của hệ thống

Sau đó tính S’j và cosϕ sau khi bù với :

Dựa vào số liệu ban đầu ta lập được số liệu phụ tải sau khi bù sơ bộ :

Phụ tải P (MW) Q (MVar) COSϕ Qbu (MVar) Q-Qbu (MVar) S’ (MVA) COSϕ’

CHƯƠNG 2

DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT

Đưa ra các phương án về mặt nối dây của mạng điện một cách cụ thể và đúng

kĩ thuật Để so sánh và lựa chọn phương án tối ưu nhất

2.1) LỰACHỌN ĐIỆN ÁP TẢI ĐIỆN

Cấp điện áp tải điện phụ thuộc vào công suất và khoảng cách truyền tải Ngoài ra còn phụ thuộc rất nhiều yếu tố khác ngoài P và L , do đó công thức dưới đây chỉ là sơ bộ gần đúng

Dựa vào công thức STILL để tìm điện áp tải điện U(kV)

Trong đó :

P : công suất truyền tải (kW)

L : khoảng cách truyền tải (kM)

Tính cho các phụ tải ta được :

2.2) CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN

Sơ đồ nối dây của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố : sản lượng phụ tải , vị trí phụ tải, mức độ liên tục cung cấp điện, công tác vạch tiến, sự phát triển của mạng điện

Dựa vào sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải gồm nguồn (N) và 5 phụ tải Ta chia sơ đồ theo 3 khu vực sau:

¾ Khu vực 1gồm phụ tải 1,2&3 yêu cầu cung cấp điện liên tục

¾ Khu vực 2 gồm phụ tải 4,5

™ Đối với vùng cần cung cấp điện liên tục thì có 3 phương án

™ Hai tải mắc liên thông lộ kép

™ Hai tải mắc thành vòng kín

™ Hai tải mắc thành hình tia lộ kép

™ Đối với vùng không cần cung cấp điện liên tục thì có 1 phương án

™ Hai tải mắc liên thông lộ đơn

Đối với mạng truyền tải cao áp, chọn dây theo mật độ dòng kinh tế Có rất nhiều phương pháp để chọn dây dẫn chẳng hạn như :

¾ Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép, đồng thời thỏa mãn điều kiện tổn thất công suất thấp nhất

¾ Chọn theo điều kiện phát nóng cho phép

¾ Chọn theo điều kiện kinh tế

Mật độ kinh tế số ampe lớn hất chạy trong 1 đơn vị tiết diện kinh tế của dây

kinh tế nhất, thỏa mãn chi phí tính toán hàng năm thấp nhất

Jkt = 3τρβ

) (avh atc

Mật độ dòng kinh tế không phụ thuộc vào điện áp mạng điện

ƒ Jkt tỷ lệ nghịch với điện trở suất nếu dây dẫn có bé thì Jkt lớn

ƒ Jkt tỷ lệ nghịch với điện trở suất nếu càng lớn thì Jkt có giá trị càng nhỏ

™ Quy tắc Kelvin: khi dây dẫn có tiết diện tối ưu, phần giá cả phụ thuộc tiết diện dây dẫn bằng chi phí hiện thời hóa do tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong thời gian sống của đường dây

™ Điều kiện thỏa hiệp tối ưu

tối Ưu quy tắc Kelvin

K’’ Fcp = 3 ρ I2maxLR / fcp

Lúc này chọn dây dẫn thì sẽ thõa mãn chi phí tính toán hàng năm thấp nhất

− Lựa chọn dây dẫn và kiểm tra sự cố :

Đối với đường dây truyền tải cao áp trên không, do điều kiện hạn chế về tổn hao vầng quang, qui định đường kính dây tối thiểu với các cấp điện áp :

− Với điện áp 110kv, d>9.9mm dây AC tối thiểu là AC-70

− Với điện áp 220kv, d>21.5mm dây AC tối thiểu là AC-240

− Theo bảng 2.4 chương II – sách thiết kế mạng điện – NXB ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM có khoảng cách trung binh hinh học như sau:

™ Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự cố

Khi đứt 1 dây trên đường dây lộ kép, dây còn lại phải tải toàn bộ dòng điện phụ tải còn gọi là dòng điện cưỡng bức (Icb).Khi đó:

Bảng dòng cho phép : tra phụ lục 2.6& 2.7

Đoạn Loại dây Dòng cho phép (I cp ) N- 1 AC - 70 0.81*275= 242 N- 4 AC – 120 0.81*360= 291.6 N- 5 AC - 95 0.81*335= 271.35

(l/Ω)10 -6 N1 – 1 kép AC- 70 44.72 0.23 0.22 5.16 10.29 9.838 230.75 N2 - 4 đơn AC- 120 72.8 0.27 0.423 2.685 19.66 30.79 195.47 N2 - 5 đơn AC- 95 53.85 0.33 0.428 2.645 17.77 23.05 142.43

Đối với tải N1-2-3-N2 ta có :

Tiết diện kinh tế mỗi đoạn và chọn dây

F1kt =

2

1 2110* 3

Các dòng điện cho phép sau khi hiệu chỉnh nhiệt độ, giả thiết nhiệt độ môi trường là 400c Tra phụ lục 2.6&2.7

Bảng dòng cho phép

Loại dây Dòng cho phép (I cp )

AC - 120 0.81*360= 291.6 AC- 70 0.81*275= 222.75 AC- 95 0.81*335= 271.35

Trường hợp sự cố nặng nề nhất là đứt đoạn N2- 3 mạng trở thành hở và dòng cưởng bức trên các đoạn còn lại là:

Với Tmax = 5100 (giờ \ năm) và mật độ dòng kinh tế Jkt = 1(A/mm2)

Tiết diện kinh tế mỗi đoạn và chọn dây

F1kt =

2

1 1110*1.1* 3

Các dòng điện cho phép sau khi hiệu chỉnh nhiệt độ, giả thiết nhiệt độ môi trường là

400c Tra phụ lục 2.6&2.7

Bảng dòng cho phép

Loại dây Dòng cho phép (I cp )

AC - 95 0.81*335= 271.35 AC- 70 0.81*275= 222.75 AC- 70 0.81*275= 222.75

Trường hợp sự cố nặng nề nhất là đứt đoạn N- 2 mạng trở thành hở và dòng cưởng bức trên các đoạn còn lại là:

™ Đối với đường dây từ nút 2,3 đến nguồn N2

ta giả sử nguồn 1 hoàn toàn đổ vào nút 2 Đối với tải N1-2-3-N2 ta có :

Tiết diện kinh tế mỗi đoạn và chọn dây

F2kt =

2

2 3110* 3

Các dòng điện cho phép sau khi hiệu chỉnh nhiệt độ, giả thiết nhiệt độ môi trường là

400c Tra phụ lục 2.6&2.7

Bảng dòng cho phép

Loại dây Dòng cho phép (I cp )

AC - 120 0.81*360= 291.6 AC- 70 0.81*275= 222.75 AC- 95 0.81*335= 271.35

Trường hợp sự cố nặng nề nhất là đứt đoạn N2- 3 mạng trở thành hở và dòng cưởng bức trên các đoạn còn lại là:

™ đối với tải 4,5:

• Dòng điện trên mỗi dây dẫn của từng đoạn dây

• Tiết diện kinh tế mỗi đoạn và chọn dây:

• Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự cố

Khi đứt 1 dây trên đường dây lộ kép N2-3, dây còn lại phải tải toàn bộ dòng điện phụ tải còn gọi là dòng điện cưỡng bức (Icb).Khi đó:

Bảng dòng cho phép : tra phụ lục 2.6& 2.7

Đoạn Loại dây Dòng cho phép (I cp ) N- 4 AC – 120 0.81*360= 291.6 N- 5 AC - 95 0.81*335= 271.35

(l/Ω)10 -6 N2 - 4 đơn AC- 120 72.8 0.27 0.423 2.685 19.66 30.79 195.47 N2 - 5 đơn AC- 95 53.85 0.33 0.428 2.645 17.77 23.05 142.43

2.2.3) Phương án 3

™ đối với tải 2,3,4

• Dòng điện trên mỗi dây dẫn của từng đoạn dây

• Kiểm tra điều kiện phát nóng lúc sự cố

Khi đứt 1 dây trên đường dây lộ kép, dây còn lại phải tải toàn bộ dòng điện phụ tải còn gọi là dòng điện cưỡng bức (Icb).Khi đó:

Bảng dòng cho phép : tra phụ lục 2.6& 2.7

Đoạn Loại dây Dòng cho phép (I cp ) N- 2 AC - 70 0.81*275= 242 N- 3 AC - 70 0.81*275= 242 N- 4 AC – 120 0.81*360= 291.6

(l/Ω)10 -6 N1 – 2 kép AC- 70 44.72 0.23 0.22 5.16 10.29 9.838 230.75 N2 - 3 kép AC- 70 64.03 0.23 0.22 5.16 14.73 14.1 330.39 N2 - 4 đơn AC- 120 72.8 0.27 0.423 2.685 19.66 30.79 195.47

Tiết diện kinh tế mỗi đoạn và chọn dây

F1kt =

2

1 1110* 3

F1-5kt =

2

1 5110* 3

Bảng dòng cho phép

Loại dây Dòng cho phép (I cp )

AC - 120 0.81*360= 291.6

AC - 70 0.81*275= 242 AC- 95 0.81*335= 271.35

Trường hợp sự cố nặng nề nhất là đứt đoạn N1- 1 mạng trở thành hở và dòng cưởng bức trên các đoạn còn lại là:

BẢNG SỐ LIỆU TỔNG TRỞ CÁC ĐƯỜNG DÂY

Phương

án

Đường dây R = r 0 * l X = x 0 *l Y = b 0 *l N1-1 10.29 9.838 230.75 N2-4 19.66 30.79 195.47 N2-5 17.77 23.05 142.43

• Công suất cuối tổng trở trên đoạn N-1

N

Y −

∆UN1-1 % = N 1

đm

U U

• Công suất cuối tổng trở trên đoạn N-4

N

Y −

™ Sơ đồ thay thế đường dây N2-5

• Công suất cuối tổng trở trên đoạn N2-5

™ sơ đồ thay thế trên đoạn N1-2-3-N2:

• Công suất do phân nửa điên dung của đường

N

Y −

S2 S2-3 S3

j 22

2

Y

j 2 32

2

Y

∆UN1-2 % = N1 2

đm

U U

• Sụt áp trên toàn đường dây

∆UN-1 -2%= ∆UN-1% +∆U1-2 % =3.64%+1.48% = 5.12%

−

∆

*100% =6.1%

• Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn N2-3

™ sơ đồthay thế trên đường dây N1-1-2-N1

• Công suất do phân nửa điên dung của đường

Áp dụng phân bố công suất gần đúng theo tổng trở để tính dòng công suất trên

dây nối với nguồn

S1

S2

S1 S1-2 S2

j 12

2

Y

j 1 22

2

Y

• Công suất cuối tổng trở trên đoạn N1-1

đm

U U

• Sụt áp trên toàn đường dây

∆UN-1 -2%= ∆UN-1% +∆U1-2 % =2.59%+3.94% = 6.53%

• Công suất đầu tổng trở trên đoạn N-2

N1

S3 S2-3 S2

j 32

2

Y

j 2 32

2

Y

• Sụt áp trên toàn đường dây

∆UN2-3 -2%= ∆UN2-3% +∆U3-2 % =7.1%+1.48% = 8.58%

Đối với tải 4,5 tương tự như phương án 1

2.3.3) Phương án 3

™ Sơ đồ thay thế đường dây N2-4

• Công suất cuối tổng trở trên đoạn N-4

N

Y −

• Tổn thất công suất phản kháng trên đoạn N-4

• Công suất cuối tổng trở trên đoạn N2-3

N

Y −

• Công suất cuối tổng trở trên đoạn N1-2

™ Sơ đồ thay thế đường dây N1-1-5-N2:

• Công suất do phân nửa điên dung của đường

S1 S1-5 S5

j 12

2

Y

j 1 52

2

Y

∆UN1-1 % = N1 1

đm

U U

• Sụt áp trên toàn đường dây

∆UN-1 -2%= ∆UN-1% +∆U1-2 % =1.34%+3.7% = 5.04%

STT Tên dương dây Tổn thất ∆P (MW) Tổn thất ∆U%

Bảng tổn thất công suất tác dụng và phần trăm tổn thất điện áp, phương án 2

STT Tên dương dây Tổn thất ∆P (MW) Tổn thất ∆U%

Bảng tổn thất công suất tác dụng và phần trăm tổn thất điện áp, phương án 3

STT Tên dương dây Tổn thất ∆P (MW) Tổn thất ∆U%

− Bảng tổn thất công suất tác dụng nguồn 1 của cả 3 phương án

Chuỗi sứ đường dây 110KV, gồm 8 bát sứ Điện áp trên chuỗi sứ thứ nhất có

e1/ E =21%

155.56 (KV đỉnh) Vậy số bát sứ được chọn đã thỏa mãn

2.6) CHỈ TIÊU VỀ CÔNG SUẤT KHÁNG

0 0

C

x L R

C b

2

0(100 )

Vầng quang điện xuất hiện thành các vầng quang xung quanh dây dẩn, nhất là

ở chổ sù xì và đồng thời có tiếng ồn tạo ra khí ôzone , và nếu không khí ẩm ướt thì phat sinh axit nitơ ăn mòn kim loại và vật liệu cách điện

Điện áp tới hạn phát sinh vầng quang

Uo =21,1 mo r 2,303 logD/ r (KV) : với m=1

- Thừa số mật độ không khí

- Khoảng cách trung bình giữa các pha (cm)