Đồ án môn học lưới điện

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU2.1 Dự kiến các phương án nối dây Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng diện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của nó .Vì vậy các sơ đồmạng điện cần phải

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG I: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 3

1.1 Phân tích nguồn và phụ tải 3

1.2 Cân bằng công suất tác dụng 3

1.3 Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống 3

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 5

2.1 Dự kiến các phương án nối dây 5

2.1.1 Phương án 1:5 2.1.2 Phương án 2:6 2.1.3 Phương án 3:6 2.1.4 Phương án 4:7 2.1.5 Phương án 5:8 2.2 Tính toán điện áp danh định của mạng điện 8

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN9 3.1 Tính toán các chỉ tiêu kĩ thuật của các phương án 9

3.1.1 Phương án 1: 9

3.1.2 Phương án 2: 11

3.1.3 Phương án 3: 13

3.1.4 Phương án 4: 14

3.1.5 Phương án 5: 18

3.2 Tính toán các chỉ tiêu kinh tế của các phương án 19

3.2.1 Phương án 1: 20

3.2.2 Phương án 2: 21

3.2.3 Phương án 4: 22

3.2.4 Phương án 3: 22

3.2.4 Phương án 5: 23

3.3 Lựa chọn phương án hợp lý nhất 23

CHƯƠNG IV: LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ TRẠM BIẾN ÁP 23

4.1 Chọn số lượng và công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp 23

4.2 Chọn sơ đồ nối dây hợp lí của các trạm hạ áp và vẽ sơ đồ của mạng điện 24

4.2.1 Trạm nguồn 24

4.2.2 Trạm trung gian 25

4.2.3 Trạm cuối 25

4.2.4 Vẽ sơ đồ toàn mạng điện 26

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA LƯỚI ĐIỆN 28

5.1 Chế độ phụ tải cực đại 28

5.1.1.Xét đoạn đường dây N-2 28

5.1.2: Đường dây NĐ-2, NĐ-3, NĐ-4, NĐ-5, NĐ-6: 29

5.1.3 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống 30

5.2 Chế độ phụ tải cực tiểu: 30

CHƯƠNG VI: TÍNH ĐIỆN ÁP CÁC NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN 33

6.1 Tính điện áp các nút trong mạng điện 33

6.1.1 Chế độ phụ tải cực đại 33

6.1.2 Chế độ phụ tải cực tiểu: 33

6.1.3 Chế độ sau sự cố: 33

6.2 Điều chỉnh điện áp trong mạng điện: 33

6.3 Chọn các đầu điều chỉnh trong máy biến áp trạm 1 35

6.3.1 Chế độ phụ tải cực đại 35

∆U max % = * 100 = *100 = 5.1% 6.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu35 6.3.3 Chế độ sau sự cố 35

CHƯƠNG VII: TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 37

7.1: Vốn đầu tư xây dựng mạng điện: 37

7.2: Tổn thất công suất tác dụng của mạng điện: 37

7.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện: 37

7.4 Tính chi phí và tính giá thành 38

7.4.1 Chi phí vận hành hàng năm 38

7.4.2 Chi phí tính toán hàng năm 38

7.4.3 Giá thành truyền tải điện năng: 38

7.4.4 Giá thành xây dựng 1KW công suất phụ tải trong chế độ cực đại: 38

LỜI NÓI ĐẦU Quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá ở nước ta hiện nay đang diễn ra hết sức mạnh mẽ.Trên khắp cả nước các khu trung tâm công nghiệp mới mọc lên ngày càng nhiều Điều này đỏi hỏi chúng ta phải xây dựng các mạng lưới điện mới để truyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ này.Thiết kế các mạng và hệ thống điện là một nhiệm vụ quan trọng của các kỹ sư nói chung và đặc biệt là các kỹ sư hệ thống điện Đồ án môn học Lưới điện “Thiết kế mạng lưới điện khu vực” giúp chúng ta vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế công việc Tuy đây mới chỉ là đồ án môn học nhưng nó đã trang bị những kỹ năng bổ ích cho đồ án tốt nghiệp đồng thời nó cũng cho chúng ta hình dung ra một phần công việc thực tế sau này Đồ án môn học Lưới điện dưới đây gồm 7 chương sau : Chương 1 : Cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng trong hệ thống Chương 2 : Dự kiến các phương án nối dây của mạng điện Chương 3 : Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật – kinh tế của các phương án Chọn phương án cung cấp điện hợp lý nhất Chương 4 : Chọn số lượng và công suất các máy biến áp trong các trạm hạ áp Chọn sơ đồ nối dây hợp lý của các trạm hạ áp và vẽ sơ đồ của mạng điện Chương 5 : Tính các chế độ vận hành của mạng điện Chương 6 : Xác định điện áp tại các nút Chọn phương thức điều chỉnh điện áp Chương 7 : Tính toán các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của mạng điện Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Phạm Năng Văn, người đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án thiết kế này Với những kiến thức chuyên môn còn hạn chế, bản đồ án của em còn nhiều sai sót cần hoàn thiện vì vậy em rất mong nhận được ý kiến nhận xét, phê bình của các thầy cô Sinh viên thực hiện:

Ng

uyễn Danh Bình

CHƯƠNG I: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG

ĐIỆN 1.1 Phân tích nguồn và phụ tải

Điện áp danh định của lưới điện thứ

cấp(KV)

10

1.2 Cân bằng công suất tác dụng

Điện xoay chiều được dùng trong sản xuất, đời sống sinh hoạt hàng ngày không thể được tích lũy thành

số lượng có thể lưu trữ do đó quá trình sản xuất và phân phối điện luôn phải đảm bảo yếu tố cân bằng giữađiện năng sản xuất và điện năng tiêu thụ Nói một cách khác thì luôn luôn cần phải đảm bảo yêu cân bằnggiữa công suất phát và công suất tiêu thụ Nếu sự cân bằng trên bị phá vỡ thì các chỉ tiêu chất lượng điệnnăng giảm ảnh hưởng đến đời sống sản xuất hoặc cũng có thể gây nên mất ổn định hay tan rã hệ thống Công suất tác dụng của các phụ tải liên quan đến tần số của dòng điện xoay chiều trong hệ thống Nếucông suất phát lớn hơn công suất của phụ tải thi tần số tăng lên, ngược lại nếu công suất phát nhỏ hơn côngsuất của phụ tải thì tần số giảm đi Để cho tần số giữ ở mức ổn định thì cần phải đảm bảo cân bằng giữacông suất phát và công suất tiêu thụ

Cân bằng công suất trong tính toán thiết kế được áp dụng trong chế độ phụ tải cực đại với phương trìnhcân bằng công suất tác dụng dạng tổng quát:

PF = Pyc với Pyc = m∑Pptimax + ∑∆P + Ptd + Pdt

PF = PNĐ

trong đó:

PNĐ – tổng công suất do nhà máy điện phát ra

m – hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tỉa cực đại (m = 1)

∑Pptimax – tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại

∑∆P – tổng tổn thất trong các mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy ∑∆P = 5%

∑Pptimax

cho là vô cùng lớn)

Pdt – công suất dự trữ trong hệ thống(ở đây lấy Pdt =0)

Pyc – công suất yêu cầu

PF – công suất phát

Như vậy ta có công suất yêu cầu đối với nguồn điện:

 Pyc = 1.∑Pptimax +5% ∑Pptimax =105%∑Pptimax

=1,05.(24+30+28+30+28+20) = 168(MW)

1.3 Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống

Bên cạnh vấn đề yêu cầu sự cân bằng về công suất phản kháng giữa điện năng sản xuất và điện năng tiêu

công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng thìđiện áp sẽ giảm Bù công suất phản kháng không những làm giảm tổn thất về điện năng là còn giữ cho chấtlượng điện áp được đảm bảo Do vậy cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng.

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong thiết kế:

QF = Qyc với QF = PF tgφF

Qyc = m∑Qptimax + Qdt + Qtd + ∑∆Qba + ∆QL - Qc

trong đó:

Qdt – công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống (Đối với mạng thiết kế ta lấy Qdt =0 )

Như vậy, ta có bảng thông số các phụ tải như sau:

7250545476106

0,9

Tổng

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

2.1 Dự kiến các phương án nối dây

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng diện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của nó Vì vậy các sơ đồmạng điện cần phải có các chi phí nhỏ nhất , đảm bảo độ tin cậy cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầucủa các hộ tiêu thụ, thuận tiện và an toàn trong vận hành ,khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhậncác phụ tải mới

Từ sơ đồ mặt bằng của nguồn điện và các phụ tải đã cho chúng ta có thể đưa ra các phương án nối dâycho mạng điện trên.Qua tiến hành đánh giá sơ bộ chúng ta có thể đưa ra 5 phương án sau và tiến hành tínhtoán các thông số cơ bản của các phương án này ( ở đây các phụ tải đều là hộ loại 1 nên tất các phương án

đi dây hình tia hoặc liên thông đều sử dụng đường dây đôi để bảo đảm độ tin cậy)

2.1.4 Phương án 5:

Sơ đồ nối dây phương án 5:

Để tính các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của mạng điện, trước hết cần chọn điện áp định mức của mạng điện

2.2 Tính toán điện áp danh định của mạng điện

Điện áp vận hành của cả mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật ,cũng nhưcác đặc trưng kỹ thuật của mạng điện

Điện áp định mức của cả mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố :công suất của phụ tải ,khoảng cáchgiữa các phụ tải và các nguồn cung cấp điện,vị trí tương đối giữa các phụ tải với nhau,sơ đồ mạng điệnĐiện áp định mức của mạng điện được 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 suất trên mỗi đoạn đường dây trong mạng điện

Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm sau:

Trong đó :

Dựa vào sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải ta có điện áp vận hành trên các đoạnđường dây (ở phương án 1) như sau:

Bảng 2.1 Điện áp vận hành trên các đoạn đường dây và điện áp vận hành của cả mạng điện

Đoạn

đường dây

Cống suất truyềntải ,MVA

Chiều dài đoạnđường dây,km

Điện áp vậnhành ,kv

Điện áp định mứccủa cả mạng diện ,kv

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN 3.1 Tính toán các chỉ tiêu kĩ thuật của các phương án

3.1.1 Phương án 1:

Hình vẽ phương án 1

Hình 3.1 Sơ đồ mạng điện phương án 1

a) Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện phát nóng:

Các mạng điện 110kv được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không.Các dây dẫn được sửdụng là dây nhôm lõi thép (AC) Đối với mạng điện khu vực ,các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độkinh tế của dòng điện nghĩa là :

(3.1)Trong đó :

Jkt : mật độ kinh tế của dòng điện,A/mm2

Với dây AC và Tmax =5000h ta tra bảng có được :

Jkt = 1.1A/mm2

Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được tính bằng công thức :

A (3.2)Trong đó :

n: số mạch của đường dây (n=1 hoặc 2)

Đối với các đường dây trên không , để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép ở cấp điện áp

Chọn tiết diện dây kinh tế gần với tiết diện tính toán theo (3.1) nhất, sau đó ta kiểm tra điều kiện phátnóng khi sự cố Ở đây ta xét trường hợp đứt dây và không xét sự cố xếp chồng

Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự cố đứt 1 dây thì cần có điều kiện

Isc ≤ Icp (3.3)

trong đó:

Isc – dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố

Icp – dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

chạy trên dây còn lại

Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong phương án 1

Đoạn N-1

Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện phát nóng:

Ở đây, cần lưu ý:

Smax(N-2) = Smax1 + Smax2 = 54+j26,15MVA

Dòng công suất chạy trên đoạn đường dây 2-1 có giá trị :

S2-1 =S1= 24 +j11,62 (MVA)

Áp dụng công thức (3.2) :

;

Tính tương tự cho các đoạn khác được bảng sau :

Smax

(MVA)

24 +j11,62

Bảng 3.1 Thông số của các đường dây trong mạng điện

Các tiết diện dây dẫn được chọn đều thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố đứt 1 dây trong 2 dây

b) Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Chất lượng điện năng phụ thuộc 2 yếu tố là điện áp và tần số Khi thiết kế mạng điện ta thường giảthiết hệ thống cung cấp đủ công suất tác dụng cho phụ tải và như vậy thì tần số được đảm bảo chấtlượng Do đó chúng ta chỉ xem xét đến khía cạnh còn lại: giá trị độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ sovới điện áp định mức ở mạng điện thứ cấp

Trong tính toán thiết kế sơ bộ có thể chấp nhận mức điện áp là phù hợp nếu trong chế độ phụ tải cựcđại các tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện một cấp điện áp không vượt quá 10 – 15% trong chế

độ làm việc bình thường và 15 – 20% trong chế độ sau sự cố tức là:

∆Uibt : tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i,%

ri, xi : điện trở và điện kháng đơn vị của đoạn đường dây thứ i

Trong chế độ sự cố , đối với mạng điện trong phương án này đều đường dây 2 mạch nên tổn thất điện áp

trong chế độ sự cố (đứt một đoạn đường dây ) được tính theo công thức :

∆Uisc =2.∆Uibt (3.5)

Hình 3.2 Sơ đồ mạng điện phương án 2

a) Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện phát nóng:

Bảng 3.3 Thông số của các đường dây trong mạng điện

Các tiết diện dây dẫn được chọn đều thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố đứt 1 dây trong 2 dây

b) Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Từ các kết quả ở bảng trên ta nhận thấy, tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường và khi sự cố có giátrị lớn nhất là:

Hình 3.3 Sơ đồ mạng điện phương án 3

a) Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện phát nóng:

Dựa vào các công thức (3.1) (3.2) và (3.3) ta có bảng chọn tiết diện dây dẫn và thông số tương ứng của dây dẫn như sau:

Bảng 3.5 Thông số của các đường dây trong mạng điện

Các tiết diện dây dẫn được chọn đều thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố đứt 1 dây trong 2 dây

b) Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

a) Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện phát nóng:

Ở đây, cần lưu ý

Do trong sơ đồ nối dây có mạch vòng nên ta phải tính dòng công suất chạy trong các đường dây trongmạch vòng N – 3– 4 – N Giả thiết mạng điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều có cùng mộttiết diện

Gọi khoảng cách N-3 là l1, khoảng cách 3-4 là l2, khoảng cách N-4 là l3

Dòng công suất chạy trên đoạn N-3 là:

Do đó dòng công suất chạy trên đoạn ND -4 bằng :

;chọn dây AC-150 có Icp = 445A

Kiểm tra dây dẫn khi sự cố:

Với các đoạn khác làm tương tự như các phương án trên ta được bảng sau:

Bảng 3.7 Thông số của các đường dây trong mạng điện.

28+j14.62

20+j9,69

1,73+j0,35

Các tiết diện dây dẫn được chọn đều thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố đứt 1 dây trong 2 dây

b) Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Tính tổn thất công suất trong mạch vòng : trong mạch vòng N_4_3_N chỉ có điểm phân chia công suất là1,do nút này có điện áp thấp nhất trong mạch vòng, nghĩa là tổn thất công suất lớn nhất trong mạch vòng ởchế độ vận hành bình thường là :

Khi ngừng đoạn N-3

Tổn thất điện áp trên đoạn N-4 là:

Tổn thất điện áp trên đoạn 4-3 là:

Khi ngừng đoạn đường dây N-4

Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-3 là

Vậy tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố là tổn thất điện áp khi đứt đoạn đường dây N-4và bằng:

∆Umaxsc = 7,12+2,86=9,98 % tinh tiep cho nay

Các tổn thất điện áp trên những đoạn khác tính tương tự như các phương án trên ta có bảng sau:

Bảng 3.8 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện

3.1.5 Phương án 5:

Hình 3.5 Sơ đồ mạng điện phương án 5

a) Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện phát nóng:

Ftc (mm2) AC-70 AC-70 AC-70 AC-120 AC_70 AC-70

Các tiết diện dây dẫn được chọn đều thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố đứt 1 dây trong 2 dây

b) Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Để thuận tiện cho việc so sánh kỹ thuật các phương án, các giá trị tổn thất công suất cực đại của các

phương án được tổng hợp theo bảng sau:

Bảng 3.11 So sánh chỉ tiêu kỹ thuật các phương án

Tổn thất điện áp

Từ các kết quả tính toán ở bảng trên, ta chọn 4 phương án II, III, IV ,V để tiến hành so sánh kinh tế –

kỹ thuật Các phương án được chọn 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 là các chi phí tính toán hàng năm, được xác định theo công thức:

Z = (avh + atc).K + ΔA.C (đồng)

Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kinh tế là chi phí tính toán hàng năm bé nhất Z → min Trong đó:

Z - là hàm chi phí tính toán hàng năm [đồng]

avh - hệ số vận hành hay hệ số khấu hao tu sửa thường kì và vận hành các đường dây của mạng

với Ttc: thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư, ở đây lấy Ttc = 8 năm

→ atc = 0,125

K: là vốn đầu tư của mạng điện Trong đồ án môn học này, vốn đầu tư chỉ tính đối với đường dây,còn các thiết bị khác như trạm biến áp, máy cắt, dao cách li ta coi là như nhau ở các phương án

k0i: chi phí cho 1 km đường dây đơn, nhánh thứ i, tiết diện Fi

Với đường dây trên không lộ kép (2 mạch) trên một cột thì k0i = 1,6 lần chi phí cho lộ đơn có cùng tiết diện, [đồng/km]

li: chiều dài truyền tải nhánh thứ i, [km]

ΔA: tổn thất điện năng của phương án đang xét, [kWh]

ΔPi max: tổn thất công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại, [kW]

chế độ phụ tải cực đại

Ri – điện trở tác dụng của đường dây thứ i

Uđm – điện áp định mức của mạng điện

τ : thời gian tổn thất công suất lớn nhất, phụ thuộc vào phụ tải (đồ thị phụ tải) và tính chất củaphụ tải và được tính bằng công thức:

Sau đây, ta sẽ tính toán cụ thể cho từng phương án:

3.2.1 Phương án 1: