Đồ án thiết kế lưới điện

MỤC LỤC CHƯƠNG I PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 4 1 1 Phân tích nguồn 4 1 1 1 Sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải 4 1 1 2 Phân tích nguồn 4 1 2 Phân tích phụ tải 5 1 3 Kết luận 6 CHƯƠNG II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TR.

MỤC LỤC

1

LỜI NÓI ĐẦU

Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá của nước ta trong giai đoạn hiện nay yêu cầutăng không ngừng sản lượng điện Để thực hiện điêu đó cần phát triển và mở rộng các nhàmáy điện cũng như các mạng và hệ thống điện công suất lớn Điều này đặt ra những nhiệm vụ quan trọng đối với các kỹ sư ngành hệ thống điện Một trong những nhiệm vụ

đó là thiết kế các mạng và hệ thống điện Thiết kế các mạng và hệ thống điện đòi hỏi phải biết vận dụng tốt những kiến thức lý thuyết và kinh nghiệm để giải quyết những vấn đé cótính chất tổng hợp, phức tạp thường gặp trong thực tế

Đồ án môn học đã đưa ra các phương án có khả năng thực thi nhất trong việc thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm nguồn và năm phụ tải Nhìn chung, phương án được đưa ra đã đáp ứng được những yêu cầu cơ bản của một mạng điện

Nội dung phần thiết kế lưới điện khu vực gồm những phần sau:

Chương I: Phân tích nguồn và phụ tải

Chương II:Cân bằng công suất trong hệ thống điện

Chương III:Lựa chọn phương án hợp lý về kinh tế - kỹ thuật

Chương IV: Tính toán chỉ tiêu kinh tế

Chương V: Lựa chọn số lượng công suất máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

Chương VI: Phân tích các chế độ điển hình của hệ thống điện

Chương VII: Tính toán phương thức điều chỉnh điện áp tại các nút

Chương VIII: Tính toán giá thành tải điện

Do kiến thức còn hạn chế nên đồ án này của nhóm chúng em không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong thầy cô trong bộ môn góp ý để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn Trong quá trình làm đồ án , chúng em xin trân thành cảm ơn cô Đặng Thu Huyền đã trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này!

Sinh viên thực hiện

Mai Xuân Minh Hoàng Phượng Mỹ

Lê Hồng Minh

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

*************

1.1 Phân tích nguồn:

1.1.1 Sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải:

(1 ô = 10km 10km)Hình 1.1

- Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn , hệ số cosφ = 0,85

Bảng 1.1 Khoảng cách từ nguồn đến các phụ tải.

- Hệ thống điện thiết kế có 5 phụ tải :

+ Bốn phụ tải loại I: Các hộ phụ tải lọai 1 là những hộ quan trọng, vì vậy phải dự phòng chắc chắn Mỗi phụ tải phải được cấp điện bằng một lộ đường dây kép và hai máy biến áplàm việc song song để đảm bảo cấp điện liên tục cũng như đảm bảo chất lượng điện năng

ở mọi chế độ vận hành Khi ngừng cấp điện có thể làm hư hỏng sản phẩm, hư hại thiết bị gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động của phụ tải

+ Một phụ tải loại 3: Các hộ tiêu thu loai III cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian cần thiết để sửa chữa hay thay thế phần tử hư hỏng, nhưng không quá một ngày Phụ tải loại này có thể cấp điện bằng một lộ đường dây đơn và 1 máy biến áp

- Yêu cầu trong điều chỉnh điện áp :

+ Trong mạng điện thiết kế có yêu cầu điều chỉnh điện áp phải thỏa mãn các chế độ sau:

- Chế độ phụ tải cực đại: du% = ±5%Udm

- Chế độ phụ tải cực tiểu : du% = ±5%Udm

- Chế độ sau sự cố : du% = ±5%Udm-Số liệu của các phụ tải như bảng sau:

Trong đó :

Bảng 1.3 Số liệu tính toán của các phụ tải

Sau khi phân tích nguồn và phụ tải ta khái quát được :

- Nguồn có thể đáp ứng ứng được mọi yêu cầu về công suất của phụ tải và đảm bảo chất lượng điện áp và đảm bảo điện áp trên thanh góp cao áp không đổi khi xảy ra mọi biến động về công suất phụ tải dù xảy ra ngắn mạch

- 5 phụ tải nằm ở các vị trí khác nhau xung quanh Nguồn, các phụ tải có công suất tiêu thụ khác nhau: 19 - 38 MW khi lớn nhất và 12,16 - 28,88 MW khi nhỏ nhất Gồm 4 phụ tải loại I và 1 phụ tải loại III

5

CHƯƠNG II: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

*************

- Cân bằng công suất trong hệ thống trước hết là xem khả năng cung cấp và tiêu thụ điện trong hệ thống có cân bằng hay không? Sau đó sơ bộ định phương thức vận hành chotừng nhà máy trong hệ thống, trong các trạng thái vận hành cực đại, cực tiểu và sau sự cố

Để hệ thống điện làm việc ổn định ta cần cân bằng công suất tác dụng và cân bằng công suất phản kháng

2.1 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG:

- Trong đồ án ta giả thiết:

+ Nguồn điện đủ cung cấp cho nhu cầu công suất tác dụng

+ Tổng công suất tự dùng và công suất dự trữ trong hệ thống bằng không

Sự cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống được biểu diễn bằng biểu thức:

ΣPF = ΣPyc = m.ΣPpt+ΣΔP mđ +∑P td+∑Pdt Trong đó: ΣPF : Tổng công suất phát

ΣPyc : Tổng công suất yêu cầu

m: Hệ số đồng thời (trong đồ án môn học lấy m = 1)

∑Ptd : Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện trong hệ thống

∑Pdt:Tổng công suất dự trữ trong hệ thống

2.2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG:

- Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm Sự cân bằng đòi hỏi không những chỉ đối với công suất tác dụng, mà cả đối với công suất phản kháng

- Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp Phá hoại sự cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn đến thay đổi điện áp trong mạng điện Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong hệ thống, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng

- Sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống được biểu diễn bằng biểu thức:

ΣQF = Σqyc

- Trong đó: + ΣQF là tổng công suất phản kháng phát ra trên lưới

+ ΣQyc là tổng công suất phản kháng yêu cầu

Ta có: ΣQF = ΣPF*tgϕF

cosϕF = 0,85 ⇒ tgϕF = 0,62

⇒ ΣQF = 138,6*0,62 = 85,932 (MVAr)

∑Qyc = m*∑Qpt + ∑QL - ∑QC + ∑Qdt + ∑Qtd + ∑Qba

- Trong đó: ∑QL: Tổng tổn thất công suất phản kháng trên đường dây

∑QC: Tổng tổn thất công suất do điện dung của các đường dây sinh ra

(Trong khi tính sơ bộ ta giả thiết ∑QL = ∑QC ) ∑Qdt: Tổng công suất phản kháng dự trữ (lấy = 0)

∑Qtd: Tổng công suất phản kháng tự dùng (lấy = 0)

⇒ ∑Qyc = m*∑Qpt + ∑ΔQba

ΣQpt là tổng công suất phản kháng của phụ tải

ΣQpt = Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5 = 8,66+17,31+16,40+7,29+10,48= 60,14 (MVAr) ΣΔQba: Tổng tổn thất công suất phản kháng trên máy biến áp

ΣΔQba = 15%*ΣQpt = 15%*60,14= 9,021 (MVAr)

⇒ ΣQyc= ΣΔQba + ΣQpt = 60,14+9,021= 69,161 (MVAr)

=> Ta thấy: ΣQyc = 69,161 MVAr < ΣQF= 85,932 MVAr, nên không phải bù công suất phản kháng

7

CHƯƠNG III: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ VỀ KINH TẾ KỸ

THUẬT *************

- Điện áp định mức của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện

- Điện áp định mức của mạng sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị của côngsuất trên mỗi đường dây trong mạng điện và theo chiều dài của nguồn đến phụ tải

- Có thể tính điện áp định mức của đường dây bằng công thức kinh nghiệm của Still sauđây:

Trong đó : - Li: Khoảng cách truyền tải của đoạn đường dây thứ i(km)

- Pi: Công suất truyền tải của đoạn đường dây thứ i(MW)

- Ui: Điện áp vận hành trên đoạn đường dây thứ i (kv)

- Từ bảng số liệu trên ta thấy điện áp U nằm trong khoảng (60,33 ÷ 80,78) nên ta chọnđiện áp định mức là Uđm= 110kV.

3.2 Đề suất các phương án:

- Một trong các yêu cầu của thiết kế mạng điện là đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục, nhưng vẫn phải đảm bảo tính kinh tế Muốn đạt được yêu cầu này người ta phải tìm ra

phương án hợp lí nhất trong các phương án vạch ra đồng thời đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật

- Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng là độ tin cậy và chất lượng cao của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ Khi dự kiến sơ đồ của mạng thiết kế, trước hết cần chú ý đến hai yêu cầu trên

- Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 1, cần đảm bảo dựphòng là 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động Vì vậy để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I có thể dùng đường dây hai mạch hay mạch vòng Các hộ tiêu thụ loại III cung cấp bằng đường dây một mạch

- Để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện ta đề ra phương án nối dây, dựa trên các chỉ tiêu

về kinh tế kỹ thuật ta chọn được phương án nối dây tối ưu nhất

- Một phương án nối dây hợp lí phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Đảm bảo cung cấp điện liên tục

 Đảm bảo chất lượng điện

 Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

 Đảm bảo thuận lợi cho thi công ,vận hành và phải có tính linh hoạt cao

 Đảm bảo tính kinh tế

 Đảm bảo tính phát triển của mạng điện trong tương lai

- Khi dự kiến các phương án nối dây phải dựa trên các ưu khuyết điểm của một số sơ đồ mạng điện cũng như phạm vi sử dụng của chúng:

- Mạng hình tia:

+ Ưu điểm: Có khả năng sử dụng các thiết bị đơn giản,rẻ tiền và các thiết bị bảo vệ role đơn giản, thuận tiện khi phát triển và thiết kế cải tạo mạng điện hiện có, khi xảy ra sự cố không gây ảnh hưởng đến các đường dây khác Tổn thất nhỏ hơn lưới liên thông

+ Nhược điểm: Chi phí đầu tư dây cao, khảo sát thiết kế thi công mất nhiều thời gian, lãng phí khả năng tải

- Mạng liên thông:

+ Ưu điểm: Việc tổ chức thi công sẽ thuận lợi vì hoạt động trên cùng một đường dây

9

+ Nhược điểm: Cần có thêm trạm trung gian, thiết kế bố trí đòi hỏi phải bảo vệ bằng role Thiết kế cắt tự động khi gặp sự cố phức tạp hơn Độ tin cậy cung cấp điện thấp hơn so với lưới hình tia.

- Mạch điện vòng:

+ Ưu điểm: Độ tin cậy cung cấp điện cao, khả năng vận hành lưới linh hoạt

+ Nhược điểm: Số lượng máy cắt cao áp nhiều hơn,bảo vệ role phức tạp hơn, tổn thất điện áplúc sự cố lớn

Ta có phương án như sau

2 1

76,16km

4

42,43km 1

76,16km

40km

4

5

3.2.5 Phương án 5

3.3 Chọn tiết diện dây dẫn,so sánh các phương án về mặt kĩ thuật:

- Dây dẫn lựa chọn là dây nhôm lõi thép (AC) là loại dây dẫn có độ dẫn điện tốt, đảmbảo độ bền cơ học cao, sử dụng ở mọi cấp điện áp và được sử dụng rộng rãi trong thực tế

Do mạng điện thiết kế có Uđm=110kV nên tiết diện dây dẫn thường được chọn theo

phương pháp mật độ kinh tế của dòng điện Jkt

41,23km

N 1

41,23km 1

là công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại (MVA)

N là số lộ đường dây

là dòng điện cực đại trên đường dây ở chế độ làm việc bình thường

- J kt được tra trong bảng 4.1 mật độ kinh tế dòng điện trang 143 sách Mạng Lưới Điện –Nguyễn Văn Đạm.Với dây AC và T max =4500(h) thì J kt = 1,1 A/mm 2

Dựa vào công thức : chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về

sự tạo thành vầng quang Độ bền cơ về đường dây và điều kiện pháp nóng của dây dẫn

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang :

-Để không xuất hiện hiện tượng vầng quang trên các dây dẫn AC,đối với cấp điện áp 110kV thì tiết diện các dây tối thiểu cho phép là 70mm2

+ Kiểm tra phát nóng dây dẫn :

Trong đó : là hệ số quy đổi theo nhiệt độ, lấy = 0,88 ứng với nhiệt độ t =

là dòng điện cho phép của dây dẫn, nó phụ thuộc vào bản chất vàtiết diện của dây

- Đối với đường dây đơn khi gặp sự cố sẽ mất điện nên không cần xét sau sự cố

- Đối với đường dây kép :

3.4 Tiêu chuẩn tổn thất điện áp:

- Các mạng điện 1 cấp điện áp đạt chỉ tiêu kĩ thuật nếu trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ làm việc bình thường và chế độ sau sự cố nằm trongkhoảng sau:

∆Ubt max =10% ÷ 15%

∆Usc max =15% ÷ 20%

- Đối với những mạng điện phức tạp (mạng điện kín), có thể chấp nhận tổn thất

điện áp lớn nhất trong chế độ phụ tải cực đại và chế độ sau sự cố nằm trong khoảng:

∆Ubt max =15% ÷ 20%

∆Usc max =20% ÷ 25%

Trong đó: ∆Ubt max là tổn thất điện áp khi bình thường lớn nhất

∆Usc max là tổn thất điện áp lúc sau sự cố lớn nhất

- Nếu không thỏa mãn ta chọn lại tiết diện dây dẫn

- Tổn thất điện áp được tính theo công thức :

Pi ,Qi là công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây thứ i (MW, MVAr)

13

Ri, Xi là điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây thứ i (Ω

)

Ri= và Xi=

- Dây đơn n=1, dây kép n=2

- Đối với dây kép nếu đứt một dây thì tổn thất điện áp trên đường dây là:

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd = 70 mm2 (thỏa mãn điều kiện)

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng: vì đoạn N-1 là đường dây kép nên khi hỏng một lộ thì lộ còn lại vẫn phải làm việc bình thường

IscN-1= 2.ImaxN-1 = 2 54,80 = 109,6 (A) < 0,88.Icp= 0,88 265 = 233,2 (A)

50km

50km N 41,23km

42,43km 21

76,16km

4

 Dây AC-70 thỏa mãn điền kiện phát nóng

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên N-1

+ Các đường dây còn lại tính toán tương tự

Ta có bảng số liệu tính toán phương án 1 như sau:

41,23km

42,43km 1

2

- Chọn tiết diện dây dẫn:

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang:Fdd=150 mm2(thỏa mãn điều kiện)

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng: vì đoạn N-2 là đường dây kép nên khi hỏng một lộ thì lộ còn lại vẫn phải làm việc bình thường

IscN-2=2.ImaxN-2=2 155,72 =311,44 (A) <0,88.Icp=0,88.445=391,6(A)

 Dây AC-120 thỏa mãn điền kiện phát nóng

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên N-2

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd= 95 mm2 (thỏa mãn điều kiện)

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng: vì đoạn 3-4 là đường dây đơn khi gặp sự cố sẽ mất điện nên không cần xét sau sự cố

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên 2-4:

R2-4 = = = 13,2 (Ω) và X2-4= = = 17,16 (Ω)

- Chế độ bình thường:

= .100 %= 2,78 %

2,78 % < 15% (thỏa mãn)

+ Các đường dây còn lại tính toán tương tự như trên và phương án 1

Ta có bảng số liệu tính toán phương án 3 như sau:

- Gỉả sử mạch điện đồng nhất và các đoạn đường dây có cùng tiết diện

- Ta tính công suất trên các đoạn N-1; 1-5; 5-N như sau:

76,16km

40km

4

Smax1-5 = SmaxN-1 – Smax1 = (21,79+j9,93) - (19+j8,66)= 2,79+j1,27(MVA)

SmaxN-5 = Smax5 - Smax1-5 = (23+j10,48) – (2,79+j1,27)= 20,21+j9,21 (MVA)

- Ta có sơ đồ phân bố dòng công suất các đoạn dây trong mạch kín :

- Vậy phụ tải 5 là điểm phân công suất trong mạch kín trên

- Chọn tiết diện dây dẫn

N

1 21,79+j9,93

) = 116,54 (A)

=

- Tra bảng lựa chọn tiết diện dây dẫn ta chọn loại dây AC-120 thông số như sau: ro=0,27 Ω/km, xo=0,423 Ω/km,có I,có Icp=380A

+Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=120 mm2>70mm2(thỏa mãn điều kiện)

+Kiểm tra điều kiện phát nóng

Sự cố đứt dây N-5

IscN-1 = 103 = 242,25 (A), Đoạn N-1 sử dụng dây AC-120 có Icp = 380 (A)

Ta thấy IscN-1= 242,25 < 0,88Icp=0,88.380= 334,4(A)

Vậy dâyAC-120 thỏa mãn điều kiện phát nóng

Isc1-5 = .103= 132,66 (A) , Đoạn 1-5 sử dụng dây AC-70 có Icp=265(A)

Ta thấy Isc1-5 = 132,6 < 0,88.Icp=0,88.265=233,2 (A)

Dây AC-70 thỏa mãn điều kiện phát nóng

Sự cố đứt dây N-1

IscN-5 = 103 = 242,25 (A), Đoạn N-5 sử dụng dây AC-120 có Icp = 380 (A)

Ta thấy IscN-5= 242,25 < 0,88Icp=0,88.380= 334,4(A)

Vậy dâyAC-120 thỏa mãn điều kiện phát nóng

Isc1-5 = = 103= 109,59 (A), Đoạn 1-5 sử dụng dây AC-70 có Icp=265 (A)

Ta thấy Isc1-5 =109,59 < 0,88Icp=0,88.265=233,2(A)

Vậy dây AC-70 thỏa mãn điều kiện phát nóng

Sự cố đứt dây 1-5

IscN-1 = .103= 109,59 (A), IscN-1< 0,88.IcpN-1 = 0,88.380 = 334,4(A)

Vậy dây AC-120 thỏa mãn điều kiện phát nóng

IscN-5 = .103= 132,66 (A),IscN-5<0,88IcpN-5 =0,88.380= 334,4 (A)

Vậy dây AC-120 thỏa mãn điều kiện phát nóng

- Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây:

+ Đoạn N-1: dây AC-120 ta có: r0=0,27 Ω/km, x0=0,423 Ω/km , điện trở, điện kháng của

- Các đường dây được tính toán tương tự như 3 phương án trên , ta có bảng sau:

41,23km

N 1

42,43km 2

40km

4

41,23km 1

Đd P Q n L(km) Imax Ftt Loạidây Icp ro xo bo R X

25

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KINH TẾ

*************

4.1 Mở đầu:

- Thực tế, việc ta quyết định chọn phương án thiết kế nào của hệ thống điện đều phải dựa trên cơ sở so sánh về mặt kinh tế, kỹ thuật Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kinh tế là chi phí tính toán hằng năm phải bé nhất Với các phương án trên đều thoả mãn chỉ tiêu về mặt kỹ thuật nên ta phải so sánh các phương án về mặt kinh tế để chọn 1 phương án tối ưu

4.2 Phương pháp tính chỉ tiêu kinh tế

- Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định mức, do đó để đơn giản không cần tính vốn đầu tư vào các trạm hạ áp

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

Z = (atc + avh).K + ∆A.CTrong đó: atc: hệ số hiệu quả của vốn đầu tư, atc= 0,125

avh: hệ số vận hành đối với các đường dây trong mạng điện avh= 0,04 K: Tổng các vốn đầu tư về đường dây

K = x.ΣK0i.li

Với K0i : giá thành 1km đường dây một mạch, đ/km

Li: chiều dài đường dây thứ i, km

x : với đường dây đơn thì x = 1,với đường dây kép thì x = 1,6

C: giá tổn thất điện năng , C = 1500đ/1kWh

- Tổn thất điện năng trên đường dây:

∆A = Σ ∆Ai = Σ ∆Pi max τ

τ: thời gian tổn thất công suất cực đại

τ = (0,124+Tmax.10-4)2 8760

với Tmax: thời gian sử dụng phụ tải cực đại trong năm

Bảng 4.1 Giá của từng loại dây dẫn

(số liệu lấy từ Bảng 8.39 tr256, cuốn thiết kế các mạng và hệ thống điện – 2008)

4.3 Tính toán cụ thể cho từng phương án

N-1 là đường dây kép nên x = 1,6, chiều dài đoạn đường dây N-1 là: L1 = 41,23 km

- Đường dây N-1 là loại AC-70 nên giá thành 1km đường dây là: K0i = 208.106 đ/km

- Vậy ta có vốn đầu tư xây dựng đường dây N-1 tính như sau:

KN-1 = 1,6 208.106 41,23 = 13721,34.106 (đồng)

27