PHÂN TÍCH HỆ THỐNG,CÂN BẰNG CÔNG SUẤT.DOC

PHÂN TÍCH HỆ THỐNG,CÂN BẰNG CÔNG SUẤT.

Ch ¬ng I Ph©n tÝch hÖ thèng,c©n b»ng c«ng suÊt

2 Nguồn điện : Mạng gồm hai nguồn cung cấp :

a) Nhà máy I : Là nhà máy nhiệt điện có các thông số nh sau :

3 Phụ tải : Các số liệu về phụ tải cho trong bảng 1 - 1

Bảng 1.1 - Các số liệu về phụ tải

- Phụ tải cực tiểu : Pmin = 0,6Pmax

- Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 5.500h

II - Phân tích nguồn và phụ tải :

Các phụ tải 1;2;4;5;7;8 là hộ loại I, phụ tải 3 là hộ loại III với chế độ điều chỉnh

điện áp cho các phụ tải 4;5;6;7;8 là khác thờng Còn các phụ tải 1;2;3 là thờng

Tổng công suất của nguồn I là 200MW

Tổng công suất nguồn II là 200MW

Do khoảng cách giữa các nhà máy và giữa các phụ tải tơng đối lớn nên ta dùng ờng dây trên không để dẫn điện

đ-Các hộ loại I là phụ tải quan trọng nếu ngừng cấp điện có thể gây ảnh hởng xấu đến

an ninh, chính trị, xã hội, gây thiệt hại lớn về kinh tế Do vậy yêu cầu cung cấp điện phải

đảm bảo tính liên tục và ở mức độ cao nên ta phải thiết kế mỗi phụ tải đợc cung cấp bằng

đờng dây 2 mạch hoặc cung cấp theo mạch vòng kín

Các hộ loại III là phụ tải không quan trọng khi mất điện không gây thiệt hại lớn nên mỗi phụ tải chỉ cần cung cấp bằng đờng dây 1 mạch

Đối với dây dẫn để đảm bảo độ bền cơ cũng nh yêu cầu về khả năng dẫn điện ta dùng loại dây dẫn AC để truyền tải điện

Đối với cột thì tuỳ từng vị trí mà ta dùng cột bê tông cốt thép hay cột thép định hình Với cột đỡ thì dùng cột bê tông ly tâm, các vị trí góc, vợt sông, vợt quốc lộ thì ta dùng cột thép Trong đồ án nàydự kiến sử dụng cột thép cho toàn tuyến đờng dây

Về mặt bố trí dây dẫn trên cột để đảm bảo về kinh tế, kỹ thuật Đối với đờng dây 2 mạch ta bố trí trên cùng một tuyến cột

- Cân bằng công suất tác dụng P :

1 - Mục đích :

Đặc điểm đặc biệt của ngành sản xuất điện là điện năng do các nhà máy điện trong

hệ thống sản xuất ra cân bằng với điện năng tiêu thụ của các phụ tải

Cân bằng công suất trong hệ thống điện trớc hết là xem xét khả năng cung cấp và tiêu thụ điện trong hệ thống điện có cân bằng hay không Sau đó định ra phơng thức vận hành cho từng nhà máy điện trong hệ thống ở các trạng thái vận hành khi phụ tải cực đại, cực tiểu và chế độ sự cố Dựa trên sự cân bằng của từng khu vực, đặc điểm và khả năng cung cấp của từng nguồn điện

Trong hệ thống điện, chế độ vận hành ổn định chỉ có thể tồn tại khi có sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng

Cân bằng công suất tác dụng để giữ ổn định tần số trong hệ thống điện

Cân bằng công suất phản kháng ở hệ thống điện nhằm ổn định điện áp toàn mạng

Sự mất ổn định về điện áp cũng làm ảnh hởng đến tần số trong toàn hệ thống và

ng-ợc lại

Ta có phơng trình cân bằng công suất tác dụng nh sau :

ΣPf = m Σ81 Ppt max + Σ∆mđ + ΣPtd + ΣPdtTrong đó :

- ΣPf : Là tổng công suất tác dụng định mức của các nhà máy điện

Thay số vào ta có : ΣPf = PNĐI + PNĐII = 200 + 200 = 400MW

- m : Là hệ số đồng thời trong đồ án này lấy (m = 1)

- Σ81 Pptmax : Là công suất tác dụng của các phụ tải trong hệ thống ở chế độ cực đại

Σ81 Pptmax = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + P7 + P8

= 25 + 35 + 10 + 20 + 40 + 45 + 36 + 30 = 241 MW

- Σ∆Pmđ : Là tổng tổn thất công suất tác dụng trên đờng dây và máy biến

áp trong mạng điện đang thiết kế Tổn thất này phụ thuộc vào bình ph ơng

phụ tải Nhng trong thiết kế sơ bộ coi nh một số không đổi lấy bằng 5%Σ81 Ppt.

Σ∆Pmđ = 5% ì 241 = 12,05 MW

- ΣPtd : Là tổng công suất tác dụng tự dùng trong các nhà máy điện Ta chọn :

ΣPtd = 10% (m Σ81 Ppt + Σ∆Pmđ)

ΣPtd = 0,1 (241 + 12,05) = 25,305 MW

- ΣPdt : Tổng công suất tác dụng dự trữ trong hệ thống điện (bao gồm dự trữ sự cố,

dự trữ phụ tải, dự trữ bảo dỡng, tu sửa, dự trữ phát triển )

ΣPdt = ΣPf - m ΣPptmax - Σ∆Pmđ - ΣPtd = 400 - 241 - 12,05 - 25,305 = 121,645 MW

ΣPdt thờng nằm trong khoảng 10 - 15% tổng công suất phụ tải và không đợc bé hơn công suất của 1 tổ máy lớn nhất trong hệ thống nh vậy mới đảm bảo đợc cung cấp điện liên tục và không phải cắt bớt phụ tải khi tổ máy phát lớn nhất của hệ thống gặp sự cố phải ngừng làm việc

ΣPdt = 121,645 MW > 100MW là công suất của tổ máy lớn nhất, nh vậy hệ thống

đảm bảo đủ công suất tác dụng trong mọi chế độ vận hành của hệ thống

2 - Cân bằng công suất phản kháng Q :

Để giữ điện áp bình thờng cần có sự cân bằng công suất phản kháng ở hệ thống điện nói chung và từng khu vực nói riêng Sự thiếu hụt công suất phản kháng sẽ làm cho chất l-ợng điện áp giảm khi d thừa công suất phản kháng sẽ làm cho điện áp tăng, cả hai trờng hợp quá áp và sụt áp đều ảnh hởng đến chất lợng điện năng của hệ thống điện

Phơng trình cân bằng công suất phản kháng :

ΣQf + ΣQb = m Σ81 Qpt max + Σ∆QB + Σ∆QL - Σ∆QC + ΣQtd + ΣQdtTrong đó :

- ΣQf : Là tổng công suất phản kháng định mức của các nhà máy điện đợc tính nh sau :

- Σ∆QL : Tổng tổn thất công suất phản kháng trên đờng dây của mạng điện.

- Σ∆QC : Tổng công suất phản kháng do dung dẫn của đờng dây cao áp sinh ra Đối với bớc tính sơ bộ, với mạng điện khu vực coi :

Σ∆QL = Σ∆QC

- ΣQtd : Tổng công suất phản kháng tự dùng của các nhà máy điện

ΣQtd = ΣPtd tgϕtd với cosϕtd = 0,7 → 0,8;chọn cosϕtd =0,8→ tgϕtd = 0,75 nên ∑Qtd = 25,305 ì 0,75 = 18,98 MVAr

- ΣQdt : Tổng công suất phản kháng dự trữ của toàn hệ thống Lấy ΣQdt bằng công suất phản kháng của tổ máy lớn nhất trong hệ thống

ΣQdt = PfNĐI tgϕf = 100 ì 0,62 = 62MVAr

Từ phơng trình cân bằng công suất phản kháng :

ΣQf + ΣQb = m ΣQpt + ΣQB + ΣQtd + ΣQdtThay số vào ta có : 248 + ΣQb = 115,68 + 17,352 + 18,98 + 62 = 214,012

Suy ra : ΣQb = 214,012 - 248 = - 33,988 MVArVậy ΣQb < 0 nên ta không phải tiến hành bù sơ bộ công suất phản kháng cho mạng

3 - Sơ bộ xác định ph ơng thức vận hành cho hai nhà máy :

a Khi phụ tải cực đại :

Nếu cha kể đến dự trữ, tổng công suất yêu cầu của hệ thống là :

Công suất của 1 nhà máy làm chủ đạo (chẳng hạn nhà máy I) phát lên lới là :

PvhI = Pf1 - Ptd1 = 80% Pđm1 - 10% (80% Pđm1) = 144MW

Nh vậy nhà máy II sẽ còn phải đảm nhận :

Pf2= ΣPyc - Pf1 = 278,805 - 160 = 118,808 MW (chiếm 59,4% PđmII)Trong đó tự dùng là :

Nhà máy I vẫn giữ vai trò chủ đạo nhng chỉ phát lên lới một tổ máy công suất định mức là 100MW

Pvh1 = Pf1 - Ptd1 = 80%Pđm1 - 10% (80%Pđm1) = 72MW

Nh vậy nhà máy II sẽ cón phải đảm nhận :

Pf2 = ΣPycmin - Pf1 = 167,283 - 80 = 87,293 MW

Để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế với công suất còn lại phải phát, nhà máy II cũng chỉ nên phát 1 tổ máy có công suất định mức là 100 MW Tự dùng của nhà máy II là :

Ptd2 = Ptd - Ptd1 = 15,183 - 8 = 7,183 MW

c Trờng hợp sự cố :

Ta xét trờng hợp sự cố 1 tổ máy bên nhà máy I trong khi phụ tải cực đại

Theo tính toán và phân bố công suất cho từng nhà máy khi phụ tải cực đại nh trên,

ta thấy rằng nếu trớc khi sự cố, nhà máy I phát 80% Pđm thì khi sự cố 1 tổ máy lợng công suất nhà máy II phải phát tăng lên để gánh cho nhà máy I là 72MW, Công suất phát của nhà máy NĐII là :

Nh vậy trong trờng hợp sự cố nguy hiểm nhất hai nhà máy vẫn đảm bảo cung cấp

đủ công suất yêu cầu của hệ thống

Ch ơng II Các ph ơng án của l ới điện,chọn điện áp và dây dẫn,

kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật

I - Nguyên tắc chung :

Lựa chọn cấp điện áp vận hành cho mạng điện là một nhiệm vụ rất quan trọng, bởi vì trị số điện áp ảnh hởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện Để chọn đợc cấp điện áp hợp lý phải thoả mãn yêu cầu sau ;

- Phải đáp ứng đợc yêu cầu mở rộng phụ tải sau này

- Cấp điện áp phù hợp với tình hình lới điện hiện tại và phù hợp với tình hình lới

điện quốc gia

- Bảo đảm tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải trong quy phạm

.2

2

2 +

Khi điện áp càng cao thì tổn hao công suất càng bé, sử dụng ít kim loại màu (do I nhỏ) tuy nhiên lúc điện áp tăng cao thì chi phí cho xây dựng mạng điện càng lớn và giá thành của thiết bị tăng cao

II - Tính toán cấp điện áp của mạng điện :

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

điện Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị của công xuất trên mỗi đờng dây trong mạng điện đang thiết kế

Từ sơ đồ hình tia cấp điện cho các phụ tải (theo phơng án 1) Từ bản đồ cấp điện đã cho (theo tỷ lệ 1 đơn vị = 10km) ta tính đợc chiều dài mỗi đờng dây (theo tam giác vuông) Rồi tính U của các nhánh đó theo công thức kinh nghiệm sau :

Ui = 4,34 l i +16P i.kV

Trong đó :

- Ui : Là điện áp vận hành trên đờng dây thứ i tính bằng (kV)

- li : Là chiều dài đờng dây thứ i (km)

- Pi : Là công suất tác dụng chuyên tải trên đờng dây thứ i (MW)

Để đơn giản ta chỉ chọn phơng án hình tia nh sau :

1) Tính điện áp vận hành trên đờng dây NĐI-1 :

Dựa vào sơ đồ địa lý của mạng điện thiết kế (hình 1.1 và số liệu bảng 1.1) ta có :

6) Tính điện áp vận hành trên đờng dây NĐI-6 :

Nguồn I và II có công suất phát bằng nhau,do đó : PNĐI-6 = PNĐII-6 = 45:2 = 22,5 MWCông suất phản kháng do NĐI (và NĐII) truyền vào đờng dây (NĐII-6) có thể tính gần đúng nh sau :

QNĐI-6 = PNĐI-6 tgϕ6 = 22,5 ì 0,484 = 10,89 MVAr

Nh vậy : SNĐI-6 = SNĐII-6 = 22,5 + j10,89 MVA

- Điện áp tính toán trên đờng dây NĐI-6 bằng :

UNĐI-6 = 4,34 58,3 16 22,5 88,76kV+ ì =

- Điện áp tính toán trên đờng dây NĐII-6 bằng :

UNĐII-6 = 4,34 50 16 22,5 87,88kV+ ì =7) Tính điện áp trên đờng dây NĐII-7 bằng :

NĐII-7 = 4,34 80 16 36 111,16kV+ ì =8) Tính điện áp trên đờng dây NĐII-8 bằng :

NĐII-8 = 4,34 58,3 16 30 100,69kV+ ì =

Ta có bảng kết quả sau :

Bảng 2.1 - Kết quả tính toán điện áp của mạng điện

NĐI-1 41,23 25 + j12,1 91,16NĐI-2 44,72 35 + j16,94 106,72NĐI-3 78,1 10 + j4,84 66,97NĐI-4 82,46 20 + j9,68 87,07NĐI-6 58,3 22,5 + j10,89 88,76NĐII-5 44,72 40 + j19,36 113,56NĐII-6 50 22,5 + j10,89 87,88NĐII-7 80 36 + j17,42 111,16NĐII-8 58,3 30 + j14,52 100,69

Từ kết quả trong bảng trên ta thấy U thấp nhất tính đợc là 66,97kV và U cao nhất tính đợc là 113,56kV Để thuận tiện cho việc lựa chọn các phần tử của mạng điện ta chọn

điện áp định mức của mạng thiết kế là 110kV

III: Dự kiến các ph ơng án nối dây của mạng điện, lựa chọn sơ bộ các ph

Từ các vị trí đã cho của các phụ tải và các nguồn cung cấp cần dự kiến một số

ph-ơng án tốt nhất sẽ chọn đợc phph-ơng án tối u trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phph-ơng

án đó

Những phơng án đợc lựa chọn để tiến hành so sánh về mặt kinh tế phải là những

ph-ơng án thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật của mạng điện

Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng điện là độ tin cậy và chất lợng cao của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I, cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đợc đóng tự động Vì vậy để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I có thể

sử dụng đờng dây hai mạch hay mạch vòng kín

Các hộ loại III đợc cung cấp điện bằng đờng dây một mạch

Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của nguồn cung cấp và các phụ tải cũng nh vị trí của chúng có thể dự kiến 4 phơng án hợp lý nhất đó là 4 phơng án nh ở hình 2-2a,b,c,d

IV - Các chỉ tiêu để so sánh về mặt kỹ thuật giữa các ph ơng án :

1 Chọn tiết diện dây dẫn :

Các mạng điện 110kV đợc thực hiện chủ yếu bằng các đờng dây trên không, các dây dẫn đợc sử dụng là dây nhôm lõi thép, đồng thời các dây dẫn thờng đợc đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tuỳ theo địa hình đờng dây đi qua Đối với đờng dây 110kV khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (Dtb = 5m)

Đối với các mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn đợc chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện

S

dm

3 max 10

3Trong đó : - n : Số mạch của đờng dây (đờng dây một mạch n=1,

đờng dây 2 mạch n=2)

- Uđm : Điện áp định mức của mạng điện (kV)

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

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính đợc 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 đồ bền cơ của đờng dây và phát nóng dây dẫn trong các chế độ sau sự cố

Đối với đờng dây 110kV để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện ≥ 70mm2

Đồ bền cơ của đờng dây trên không thờng đợc phối hợp điều kiện về vầng quang của dây dẫn, cho nên không cần kiểm tra điều kiện này.

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

có điều kiện sau :

Isc ≤ IcpTrong đó : - Isc : Dòng điện chạy trên đờng dây trong chế độ sự cố

- Icp : Dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

2 Kiểm tra lại các điều kiện sau :

- Kiểm tra phát nóng dây dẫn :

Theo điều kiện : Iscmax < K Icp

Trong đó : - Iscmax : Là dòng điện lớn nhất trong các trờng hợp sự cố

- Kiểm tra tổn thất điện áp trong điều kiện bình thờng và điều kiện sự cố :

Tổn thất điện áp đợc tính theo biểu thức :

∆U = . 2 . 100

U

X Q R

Σ

Phải thoả mãn điều kiện :

- Lúc bình thờng : ∆Ubtmax % ≤ ∆Ubtcp% = 10%

- Lúc sự cố : ∆Uscmax % ≤ ∆Usccp% = 20%

Với hộ tiêu thụ dùng máy biến áp có điều chỉnh điện áp dới tải thì xét theo điều kiện sau :

- Lúc bình thờng : ∆Ubtmax % ≤ 15%

- Lúc sự cố : ∆Uscmax % ≤ 25%

V - Tính toán về mặt kỹ thuật của các ph ơng án :

A Ph ơng án 1 : Sơ đồ mạng điện của phơng án I cho trên hình 2.2a

1 Chọn tiết điện dây dẫn :

Khi tính tiết diện các dây dẫn cần sử dụng các dòng công suất ở bảng 3.1

a) Chọn tiết diện dây dẫn của đờng dây NĐI-6 :

Công suất từ NĐI truyền vào đờng dây NĐI-4 đã đợc xác định ở mục trớc là :

S = 22,5 + j10,89 MVADòng điện trên đờng dây khi phụ tải cực đại bằng :

- Ngừng một tổ máy phát điện của NĐI

Nếu ngừng một mạch của đờng dây thì dòng điện trên mạch còn lại bằng :

I1sc = 2INĐI-6 = 2 ì 65,9 = 131,8 A

Nh vậy I1sc = 131,8A < 0,8Icp = 212A vậy đảm bảo điều kiện phát nóng khi sự cốKhi ngừng một tổ máy phát điện NĐI thì một máy phát còn lại sẽ phát 100% công suất NĐI bằng :

Pf1 = 1 ì 100 = 100MWCông suất tự dùng của nhà máy bằng :

Công suất chạy trên đờng dây bằng :

PNĐI-6 = Pf1 - Ptd - PNĐI-6 - ∆PNĐI

I2sc =

34,5 2,79

.10 13,89

Kết quả tính cho thấy rằng : I2sc < 0,8Icp = 212 A ⇒ đảm bảo vận hành

b) Tính tiết diện đờng dây NĐII-6 :

Dòng điện chạy trên đờng dây trong chế độ phụ tải cực đại

Khi ngừng một đờng dây, dòng điện chạy trên mạch còn lại có giá trị

I1sc = 2 ì 65,6 = 131,2A < 0,8Icp = 212ATrờng hợp hỏng một tổ máy của NĐI, dòng điện chạy trên đờng bằng :

I2sc =

349,5 24,57

.10 145,03 0,8 212

c) Tính tiết diện dây dẫn của đờng dây NĐI-1 :

Dòng điện chạy trên đờng dây bằng :

Nh vậy Iscmax < 0,8Icp = 264A

d) Tính tiết diện dây dẫn của đờng dây NĐI-2 :

Dòng điện chạy trên đờng dây bằng :

e) Tính tiết diện dây dẫn của đờng dây NĐI-3 :

Dòng điện chạy trên đờng dây bằng :

f) Tính tiết diện dây dẫn của đờng dây NĐI-4 :

Dòng điện chạy trên đờng dây bằng :

g) Tính tiết diện dây dẫn của đờng dây NĐII-5 :

Dòng điện chạy trên đờng dây bằng :

h) Tính tiết diện dây dẫn của đờng dây NĐII-7 :

Dòng điện chạy trên đờng dây bằng :

i) Tính tiết diện dây dẫn của đờng dây NĐII-8 :

Dòng điện chạy trên đờng dây bằng :

Nh vậy Iscmax < 0,8Icp = 264A

So sánh Isci với KIcpi trên các đoạn ta thấy KIcpi > Isci

Do đó dây dẫn đã chọn trên đều thoả mãn về điều kiện phát nóng lúc sự cố

Bảng2.2 - Kết quả tính toán của phơng án I

Lộ ĐD S imax (MVA) I imax (A) F i tính toán

(mm 2 )

F i chọn (mm 2 )

Với dây dẫn AC khoảng cách TB hình học giữa các pha DTB = 5m tra bảng ta đợc các thông số r0 ; x0 ; b0 của các đoạn đờng dây, rồi từ đó tính đợc R ; X ;

2

B

Trong sơ đồ thay thế hình ∏ của các đờng dây theo các công thức sau :