đồ án thiết kế lưới điện

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, nguồn của hệ thống cần phải cung cấp công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất trong mạng điện nghĩa là cần p

003TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

=

SINH VIỆN THỰC HIỆN: NGUYỄN TRUNG HIẾU MSV : 20810170385

LỚP :D15TDHHTD2

GIÁO VIÊN : ĐINH QUANG HÙNG

THỜI HẠN: 23/8/2022-8/12/2022

HÀ NỘI 12/2022

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

Chương I: cân bằng công suất trong hệ thống.

1.Phân tích đặc diểm của các nguồn cung cấp và các phụ tải

a.Nguồn điện cung cấp.

b.Phụ tải.

2.Cân bằng công suất trong hệ thống điện

a.Cân bằng công suất tác dụng.

b.Cân bằng công suất phản kháng.

Chương II: lựa chọn phương án hợp lý về kinh tế - kĩ thuật.

1.Dự kiến các phương án nối dây

2.Tính toán kỹ thuật các phương án:

a.Phân bố công suất, chọn điện áp định mức của mạng.

b.Chọn tiết diện dây dẫn.

c Xác định tổn thất công suất cực đại.

d.Tính toán kĩ thuật các phương án.

Chương III: lựa chọn số lượng, công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp.

Chương IV: lựa chọn sơ đồ nối điện chính.

1.Chọn sơ đồ nối dây cho các trạm

2.Kết luận

3 Sơ đồ trạm và sơ đồ hệ thống điện

Chương V; phân tích các chế độ điển hình của hệ thống diện.

1.Chế độ phụ tải cực đại

2.Chế độ phụ tải cực tiểu

3 chế độ sau sự cố

Chương VI: tính toán phương pháp điều chỉnh điện áp tại các nút.

1 Tính điện áp tại các nút phụ tải điện áp:

a.Chế độ phụ tải cực đại.

b.Chế độ phụ tải cực tiểu.

c chế độ sau sự cố

2 Lựa chọn phương pháp điều chỉnh

Chương VII: tính toán giá thành tải điện.

1.Vốn đầu tư xây dựng lưới điện

2.Tổn thất công suất tác dụng trong lưới điện

3.Tổn thất điện năng trong lưới điện 4.Các loại chi phí và giá thành 5.Kết luận

6.Kết luận chung

Chương I: cân bằng công suất trong hệ thống.

1.Phân tích đặc diểm của các nguồn cung cấp và các phụ tải

Nguồn điện cung cấp Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn nên chọn nút nguồn là nút cân bằng công suất và nút điện áp cơ sở Điện áp trên thanh cái nguồn khi phụ tải cực tiểu UA=1,05Uđm, khi phụ tải cực đại UA=1,1Uđm, khi

sự cố nặng nề UA=1,1Uđm Hệ số công suất trung bình của nguồn là cosφ=0,85 2.Phụ tải

Hệ thống điện cần thiết kế có 7 phụ tải trong đó có 6 phụ tải loại 1 có mức đảm bảo cung cấp điện cao nhất nghĩa là nếu mất điện sẽ gây hậu quả nghiêm trọng

và 1 phụ tải loại 3 có mức đảm bảo cung cấp điện thấp hơn nghĩa là nếu mất điện sẽ không gây ra hậu quả nghiêm trọng Trong các phụ tải có 3 phụ tải có

hệ số cos φ = 0,91, 2 phụ tải có hệ số cos φ = 0,8 và 2 phụ tải có hệ số cos φ = 0.85 Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax= 4400 h và hệ số đồng thời m=1 các phụ tải sẽ cùng đồ thị phụ tải và đạt cực đại tại cùng thời điểm Có 4 phụ tải yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường (KT) và 3 phụ tải yêu cầu điều chỉnh điện áp thường (T) Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp các trạm hạ áp bằng 10kV Phụ tải cực tiểu bằng 65% phụ tải cực đại Từ số liệu các phụ tải sau khi tính toán giá trị công suất các phụ tải ở chế độ cực đại và cực tiểu ta lập được bảng sau:

Phụ tải Ṡmax =Pmax + jQmax

(MVA)

Smax (MVA) L N-I(km) Cosφ

Lựa chọn kỹ thuật cơ bản :

_ Chọn cột thép nếu đường dây 2 mạch sẽ được đặt trên cùng một cột

_ Sử dụng đường dây trên không dây dẫn trần (ĐDTK dây dẫn trần)

_ Vật liệu làm dây dẫn dây nhôm lõi thép (AC)

_ Máy biến áp

2 Cân bằng công suất trong hệ thống điện

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, nguồn của hệ thống cần phải cung cấp công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất trong mạng điện nghĩa là cần phải thực hiện đúng sự cân bằng giữa công suất cung cấp và công suất tiêu thụ Dựa vào điều kiện cân bằng công suất ta kiểm tra khả năng cung cấp điện năng của nguồn trước yêu cầu của phụ tải, để sợ bộ định ra các phương án vận hành cho từng nhà máy điện trong hệ thống ở các trang thái vận hành phụ tải cực đại, cực tiểu và sau sự cố

a.Cân bằng công suất tác dụng

sự cân bằng công suất tác dụng phẩn ánh tần số của lưới điện

PF: Công suất nguồn phát

Ppt:Công suất phụ tải

– PF = Ppt => f = fđm

– PF> Ppt=> f > fđm

– PF < Ppt=> f < fđm

Biểu thức cân bằng công suất trong hệ thống điện :

ΣPyc = ΣPF= m ΣPptmaxi + ΣΔPmd + ΣPtd + ΣPdt (1.1)

Trong đó: ΣPyc : Tổng công suất tác dụng của các hộ tiêu thụ

m: hệ số đồng thời, phản ánh khả năng đồng thời cùng một lúc cùng sử dụng công suất cực đại, trong thiết kế lấy m=1

ΣPptmaxi : Tổng phụ tải tác dụng cực đại của hộ tiêu thụ thứ i

ΣΔPmd : Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp,

ΣΔPmd = 5% m ΣPptmaxi (1.2)

ΣPtd: Tổng công suất tự dùng các nhà máy điện

ΣPdt: Tổng công suất dự trữ trong hệ thống

Song theo yêu cầu đồ án ta có nguồn điện

* Xét từ thanh góp cao áp => ΣPtd = 0; ΣPdt= 0, (vì nguồn có công suất vô cùng lớn)

Từ (1.1) và (1.2) ta có:

ΣPHT: = ΣPyc = m ΣPptmaxi + 5% m. ΣPptmaxi = 1.(23+15+19+25+14+20+13) + 5%.1.(23+15+19+25+14+20+13 ) =135,45(MW)

b.Cân bằng công suất phản kháng

Sự cân bằng công suất phản kháng phản ánh điện áp trong hệ thống điện Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng điện sẽ tăng, ngược lại nếu công suất phản kháng phát ra nhỏ hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng điện sẽ giảm Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp của các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong hệ thống, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng Biểu thức cân bằng công suất phản kháng:

ΣQHT ≥ Σ Qyc = m Σ Qpt max i + ΔQMBA + ΔQL – QC + Qdt + Qtd

Trong đó:

ΣQHT: Công suất phản kháng của nguồn

cosφ =0,85 => tanφ = 0,619

ΣQHT = ΣP.tanφ = 135,45 0,619 = 83,84 (MVAr)

m. ΣQptmaxi : Công suất phản kháng cực đại của các phụ tải thứ i

m: Hệ số đồng thời (m=1)

ΣQptmaxi = ΣPptmaxi tan φ = (23+15+19+25+14+20+13).0,619= 79,851

(MVAr)

ΔQ MBA : Tổn thất công suất phản kháng trên máy biến áp

ΔQ MBA = 15% ΣQptmaxi = 79,851.15% = 11,97 (MVAr)

ΔQL: Tổn thất công suất phản kháng trên điện cảm của đường dây

Δ QC: Công suất phản kháng sinh ra bởi điện dung của đường dây

Sơ bộ coi: QL= QC

Qdt: Công suất phản kháng dự trữ của hệ thống

Qtd: Công suất phản kháng tự dung của các nhà máy điện trong hệ thống

*Xét từ thanh góp cao áp của nguồn công suất vô cùng lớn, ta coi Qtd = 0 , Qdt

= 0

Công suất phản kháng tiêu thụ yêu cầu theo: Σ Q yc = m. ΣQptmaxi + ΔQ MBA = 79,851 + 11,97 = 91,821 (MVAr)

So sánh công suất phản kháng của nguồn và công suất phản kháng tiêu thụ yêu cầu

ΣQHT = 83,84 (MVAr)

ΣQ yc = 91,821 (MVAr)

ΣQHT < ΣQ yc: Công suất phản kháng do nguồn cung cấp bé hơn công suất phản kháng tiêu thụ yêu cầu.Vậy cần bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết

kế là:

Qb= Σ Q yc – ΣQHT = 91,821– 83,84 = 7,981 (MVAr)

Ta phải tiến hành bù ưu tiên cho những hộ ở xa và có cosφ thấp

Cosφ sau bù (0,8 ÷ 0,9)

Phụ tải 7: bù 1 lượng Qb7= 4.281 (MVAr) Qpt7 ’= Qpt7 – Qb7 = 9,75- 4.11= 5,469(MVAr) → cosφ7’= 0,85

Phụ tải 2: bù 1 lượng Qb2= 1,1 (MVAr) Qpt2 ’= Qpt2 – Qb2 = 11,25- 1,1=

10,15(MVAr) → cosφ2’= 0,84

Phụ tải 5: bù 1 lượng Qb5= 2,6(MVAr) Qpt5 ’= Qpt5 – Qb5 = 8,67- 2.6=

6,07(MVAr) → cosφ5’= 0,86

Chương II: lựa chọn phương án hợp lý về kinh tế - kĩ thuật.

1.Dự kiến các phương án nối dây

Cơ sở vạch phương án:

+ Vị trí nguồn và phụ tải: Mặt bằng, khoảng cách giữa nguồn và phụ tải

+ Độ tin cậy cung cấp điện :

.Phụ tải điện loại 1 sử dụng đường dây 2 mạch

Phụ tải điện loại 3 sử dụng đường dây 1 mạch

+ Công suất phụ tải

Theo dữ liệu đề tài dự kiến chọn 5 phương án cung cấp điện như sau:

Phương án 1:

Phương án 2:

Phương án 3:

Phương án 4:

Phương án 5:

- Sơ đồ hình tia có ưu điểm là : Đơn giản về sơ đồ nối dây, bố trí thiết bị đơn giản; các phụ tải không liên quan đến nhau , khi sự cố trên 1một đường dây không ảnh hưởng đến đường dây khác, tổn thất nhỏ hơn sơ đồ liên thông Tuy vậy sơ đồ hình tia có nhược điểm là : khảo sát thiết kế thi công mất nhiều thời gian và tốn nhiều chi phí

- Sơ đồ liên thông có ưu điểm là khảo sát thiết kế giảm nhiều so với sơ đồ hình tia, thiết bị dây dẫn có chi phí giảm Tuy vậy nó có nhược điểm là cần có thêm trạm trung gian , thiết bị bố trí đòi hỏi bảo vệ rơle , thiết bị tự động hoá phức tạp hơn, độ tin cậy cung cấp điện thấp hơn so với sơ đồ hình tia

- Mạng kín có ưu điểm là độ tin cậy cung cấp cao, khả năng vận hành lưới linh hoạt, tổn thất ở chế độ bình thường thấp Tuy nhiên nhược điểm của mạng kín là bố trí bảo vệ rơle và tự động hoá phức tạp, khi xảy ra sự cố tổn thất lưới cao, nhất là ở nguồn có chiều dài dây cấp điện lớn

Yêu cầu chủ yếu đối với mạng điện là độ tin cậy và chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ Đối với các hộ tiêu thụ loại I cần sử dụng đường dây hai mạch hay mạch vòng Các hộ tiêu thụ loại III được cung cấp điện bằng đường dây một mạch

Do vậy sau khi xem xét các ưu vvà nhược điểm của các phương án nối dây,

em quyết định lựa chọn phương án 1 và phương án 4 để tính toán tiếp

2.Tính toán kỹ thuật các phương án:

a Phân bố công suất, chọn điện áp định mức của mạng

-Phân bố công suất

+Bỏ qua tổn thất công suất khi phân bố công suất

+Phân bố công suất trong mạng điện kín (mạch vòng) thực hiện theo chiều dài đường dây

-Chọn điện áp định mức của mạng

Lựa chọn đúng điện áp của đường dây tải điện là một việc rất quan trọng lúc thiết kế hệ thống điện bởi vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính kinh tế và kĩ thuật của mạng điện Giá trị điện áp định mức lựa chọn có ảnh hưởng tới khả năng tải của các hộ tiêu thụ, giá trị tổn thất điện áp và tổn thất điện năng của mạng điện

Để chọn được cấp điện áp hợp lí phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Phải đáp ứng được nhu cầu mở rộng phủ tải sau này

+ Đảm bảo tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải

+ Điện áp càng cao thì tổn thất công suất càng bé, sử dụng ít kim loại màu(I nhỏ) Nhưng điện ấp càng cao thì chi phí xây dựng mạng điện càng lớn và giá thành thiết bị càng cao Vì vậy phải chọn điện áp định mức sao cho phù hợp về

cả kinh tế và kĩ thuật

Điện áp định mức phụ thuộc vào :

.Khoảng cách truyền tải

.Điện áp định mức đã có trong mạng điện

.Công suất truyền tải

Dựa vào công thức kinh nghiệm (Still) sau để xác định trị số điện áp định mức của mạng điện:

U= 4,34 √L+16.P (kV) - đối với lộ đơn (2.1) U= 4,34√L+16 P

2 (kV) - đối với lộ kép (2.2) L: Là khoảng cách truyền tải (km)

P: Là công suất tải (kW)

b Lựa chọn tiết diện dây dẫn

- Để chọn tiết diện dây dẫn có các phương pháp sau:

+Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế (ĐDTK lưới cao áp) +Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng(Lưới hạ áp trong nhà và khu công nghiệp)

+Chọn tiết diện dây dẫn theo tổn thất cho phép của điện áp (Lưới trung và hạ áp)

các mạng điện 10 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên

không.Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC), và khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5 m (Dtb= 5m)

Đối với các mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện: Fkt=I max

J kt (2.3)

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

(2.4) n: Số mạch của đường dây

Uđm: Điện áp định mức của mạng điện, kV

Smax: Công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại(MVA)

Jkt: Mật độ kinh tế của dòng điện( A/mm2) Với dây AC và Tmax = 4400 h thì Jkt = 1.1 A/mm2

* Việc sử dụng phương pháp nào còn phụ thuộc vào trị số điện áp định mức của mạng điện vì vậy trong quá trình tính toán cho các phương án khi tìm được trị

số điện áp định mức của mạng điện ta sẽ chọn phương pháp để tìm tiết diện dây dẫn

* Sau khi chọn kiểm tra lại bằng các điều kiện kỹ thuật

+Điều kiện phát nóng lâu dài

+Điều kiện vầng quang điện

+Điều kiện độ bền cơ

c Xác định tổn thất công suất cực đại

Tính tổn thất điện áp max của mạng điện là tổn thất điện áp tính từ nguồn điện tới điểm có điện áp thấp nhất trong mạch

-Chế độ làm việc bình thường

ΔUi % = (PiR i + QiXi).100% / Uđm ❑2❑ (2.5)

Trong đó:

Pi ,Qi: Công suất tác dụng và phản kháng cực đại trên nhánh thứ i

Ri,Xi: Giá trị điện trở, điện kháng nhánh thứ i

Uđm: Điện áp định mức mạng điện

Ri = 1n r0 Li

Xi = 1n x0 Li (2.6)

n: số mạch đường dây

-Chế độ làm việc sự cố:

+Ngừng 1 mạch trên đường dây 2 mạch ΔUsc max% = 2.ΔUbt max% (2.7)

+Ngừng đường dây 1 mạch ở mạch vòng

Các phương án phải thỏa mãn điều kiện về tổn thất điện áp trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện 1 cấp điện áp không vượt quá

* Lúc chế độ vận làm việc bình thường: ΔUbt max = 10÷15 %

* Lúc chế độ làm việc sự cố : ΔUsc max = 10÷20 %

d.Tính toán kĩ thuật các phương án

d.1.Phương án 1:

d.1.1 Phân bố công suất, chọn điện áp định mức của mạng

+ Phân bố công suất:

Theo sơ đồ đi dây, phân bố công suất phương án 1 như sau

ṠHT-1= 23 + j11 (MVA) ṠHT-5= 14 + j6,07(MVA)

ṠHT-2= 15 + j10,15(MVA) ṠHT-6= Ṡ6 + Ṡ5= 20 + j9,68 + 14 + j6,07 ṠHT-3= 19 + j11,77(MVA) =34 + j15,75(MVA)

ṠHT-4= 25 + j12,1(MVA) ṠHT-7= 13 + j5,469(MVA)

+ Chọn điện áp định mức mạng Tính điện áp trên các đoạn đường dây theo công thức ta có bảng sau: Bảng 2.1 Tính toán điện áp định mức phương án 1

Đường dây Công suất (Pmax,MW) Chiều dài đường

dây ( L, km) Điện áp tính theoCT (2.1),(2.2)

Dựa vào bảng trên, ta chọn Uđm=10kV

d.1.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Theo công thức (2-3) và (2-4) ta tính tiết diện dây dẫn rồi chọn theo dây dẫn tiêu chuẩn từ đó cùng với Dtb= 5(m) tra theo các bảng phụ lục 2,3,4 T258-261 sách Thiết kế các mạng và hệ thống điện ta có thông số các dây dẫn đó Toàn bộ kết quả ghi trong bảng: Kết quả tính toán chọn đường dây

Lộ Li(km) Pmaxi Qmaxi Smaxi Imaxi Fi(mm2) ChọnĐD Icp(A)

HT-3 50 19 11,77 22,35 104,6 95,09 AC-120 380 HT-4 30 25 12,1 27,7 121,5 110,45 AC-120 380

HT-6 53,8 34 15,75 38,67 142,5 129,54 AC-150 445 HT-7 70 13 5,469 16,25 129,6

5 117,86 AC-120 380 -Thông số đường dây:

mạch Li(km) r(Ω/km)0 x0

(Ω/km) Icp(A) Ri(Ω) Xi(Ω)

-Kiểm tra các điều kiện kỹ thuật :

+Điều kiện phát nóng khi sự cố

*Ngừng 1 mạch của đường dây 2 mạch, lộ HT-7 đường dây 1 mạch không cần kiểm tra Khi đó: Dòng điện sự cố Isc = 2.Imax

+Điều kiện vầng quang điện Điện áp 110 kV: Fmin = 70 mm2 các đường dây

đã chọn đều có F70 mm2 Các đường dây đã chọn đều thỏa mãn điều kiện vầng quang điện +Điều kiện độ bền cơ Các đường dây đã chọn đều thỏa mãn điều kiện vầng quang điện  sẽ thỏa mãn điều kiện độ bền cơ - Xác định tổn thất điện áp lớn nhất Theo công thức (2.2) và (2.4) với số liệu đã có ta lập bảng