Hướng dẫn giải bài tập lưới điện phần 1

Cuốn sách này nhằm giúp sinh viên các ngành kỹ thuật, đặc biệt là chuyên ngành điện nhận dạng bài tập, kỹ n ăng giải th u ần th ụ c các bài tập đế giúp cho họ củng cô" vững chắc kiến thứ

NGÔ HỔNG QUANG

CUNG CẤP ĐIỆN

Cơ KHÍ ĐƯỜNG DÂY

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỶ THUẬT

Hà N ội 2006

J lò ’l n ó i (T ầ n

Hiện nay đang có thực trạng là ở các Trường Đại học kỹ th u ậ t và Cao đẳng kỹ th u ậ t sô" môn học ngày càng nhiều thêm, nhưng số học trìn h của môn học lại giảm xuống, thời lượng dành cho việc thảo luận và chữa bài tập trên lớp rấ t ít Cuốn sách này nhằm giúp sinh viên các ngành kỹ thuật, đặc biệt là chuyên ngành điện nhận dạng bài tập, kỹ

n ăng giải th u ần th ụ c các bài tập đế giúp cho họ củng cô" vững chắc kiến thức lý thuyết, giúp cho họ có tư duy xử lý chính xác các dạng bài toán chuyên ngành không những chỉ gặp phải trong các kỳ thi cuối kỳ, kỳ thi chuyển hệ mà còn giúp họ làm tốt các bài tập lớn, đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp cũng như công việc tính toán thiết k ế lưới điện sau khi đã ra trường

Với mục đích đó, cuốn sách này được biên soạn gồm mười phần Nội dung mỗi phần nêu một vấn đề, một yêu cầu tính toán không thể thiếu trong các giáo trìn h lưới điện, cung cấp điện và cơ khí đường dây Trong mỗi phần đều hướng dẫn cách nhận biết, phân loại bài toán; cách sử dụng công thức, cách lấy hệ số, cách tra cứu phụ lục và sau đó đưa ra các dạng bài toán vừa đa dạng vừa điển hình từ dễ đến khó và trìn h bày cách giải từng bài sao cho vừa chặt chẽ vừa ngắn gọn

Hy vọng cuốn sách không chỉ giúp ích cho sinh viên đang học trên ghế nhà trường mà còn giúp ích cho các kỹ sư trẻ mới ra trường làm việc trong lĩnh vực vận hành, th iết kế, xây lắp điện

Tác giả rấ t mong n hận được nhiều ý kiến đóng góp phê bình của bạn đọc để cuổn sách được hoàn thiện hơn trong những lần tái bản sau

Tác giả

XÁC ĐỊNH TỔN THẤT ĐIỆN ÁP,

TỔN THẤT CÔNG SƯÂT, TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

HƯỚNG DẨN

1 Đe tín h toán tốn thât đ iện áp, tổn th ất cô n g su ất, tốn th ất

đ iện năng, n hất th iết phải lập sơ đồ th ay th ế

- Với bài toán lưới điện phải dùng sơ đồ thay th ế hình 'V cho đường dây, nghĩa là trên sơ đồ phải kể đến thành phần công su ất phản kháng

do đường dây sinh ra (hình 1.1) Chỉ khi so sánh sơ bộ các phương án mối cho phép sử dụng sơ đồ tổng trơ (hình 1.2)

- Với bài toán cung cấp điện chỉ cần dùng sơ đồ tổng trở để thay thế đường dây Chỉ khi yêu cầu tính toán thật chính xác mói dùng sơ đồ hình 'V , ví dụ như cần tính toán chính xác đường dây 35 kV dài vài chục km

- Cho phép dùng sơ đồ thay th ế gần đúng máy biến áp cho cả bài toán lưới điện và bài toán cung cấp điện (hình 1.3)

N S/ N s ' £ g

N ZD

{ZZ> 5, 1 Sẻ - ZB s

Hình 1.2.Sơ đồ tổng trở.

A S0 Hình 1.3.Sơ đồ thay thế biến áp.

2 Các cô n g thức d ù n g trong tín h toán

- Tổng trở đường dây.

Ỉ » = ' Ẩ ± Ẻ Â , Q

n trong đó: r 0, Q/km; x0, Q/km - tra sổ tay;

l - chiều dài đường dây, km;

n - sô" mạch đường dây

- Công suất phản kháng do đường dây sinh ra:

(1 1)

(1.2)

j Q " c ■ n b p i.u

trong các công thức trên:

n - số mạch đường dây;

d - chiều dài đường dây, km;

u dm, ƯN, Uj - điện áp định mức, điện áp điểm N và 1, kV;

1

(1.3)

b0 - dung dẫn của đường dầy trên không

Q k m Với các đơn vị lấy như trên, đơn vị của Qc sẽ là MVAr

.10 6, tra sổ tay

- Tổn thất không tải (tổn thất sắt) trong biến áp

trong đó: n - sô" máy biến áp làm việc song song;

p„ - tổn hao không tải, kW;

I0(%) - dòng điện không tải phần trăm ; SUmB • công su ấ t định mức của máy biến áp, kVA

- Tổng trở biến áp

trong đó: n - số máy biến áp làm việc song song:

SđmB> kVA; ư <lmB, kV;

UN(%) - điện áp ngắn mạch phần trăm

- Tôn thất điện áp

a) Với bài toán lưới điện Tổn th ấ t điện áp trên đường dây:

(1.6a)

hoặc:

(1.6b)

Tổn th ấ t điện áp trong máy biến áp:

(1.7a)

hoặc:

P' ,R„ + 0 ', X.

'-’1 trong đó: P2, Q2 - công suất sau tổng trở biến áp, chính là công suất của

tải, MW, MVAr;

P’B, Qri - công su ẫt trước tổng trở biến áp, MW; MVAr;

U2 - điện áp th an h cái hạ áp đã quy đổi về cao áp, kV

b) Với bài toán cung cáp điện

Tổn th ấ t điện áp trên đường dầy:

uUm , V (1.8)

trong đó: Pj, Qj - công su ất tải (kW, kVAr);

Udm - điện áp định mức của đường dây, kV

a) Với bài toán lưới điện

Tổn th ấ t công su ất trên đường dây:

hoặc:

u KI

(P ")- + (Ọ " )2

a sNi = ~ -L ^ t L— z n1 m v a

Tổn th ấ t công su ất trong trạm biến áp:

hoặc:

u

(1.9a)

(1.9b)

(1.1Oa)

(l.iob)

Với bài toán cung cấp điện

Tổn th ấ t công suất trên dường dây:

AS = P'2,+ Q '.Z ĩ = g , -I Ị 2 ^ N 1 " t t 2 '

(1.11)

trong đó: Pị Q,, Sj - là công su ấ t tải, kW; kVAr; kVA

Tổn th ấ t công su ất trong trạm biến áp:

n

' s A

s

V đmB J

+ J nIo(%)S„nB | 1 U N(%)SdmB

f s N

s

°đmB

trong đó: APC, kW; APn, kW:

s - công su ất tải, kVA;

SdmB ■ công su ất định mức của biến áp, kVA;

n - số máy trong trạm

(1.12)

Tổn thất điện năng

Tổn th ấ t điện năng trên đường dây:

trong đó AP - tổn th ấ t công su ất tác dụng, tuỳ theo bài toán lưói điện

hay bài toán cung cấp điện xác định từ các công thức thích hợp ở trên;

X - thời gian tổn th ấ t công suât lớn nhất, có thể xác định bằng cách tra đồ thị theo Tmnx và cos(p hoặc xác định theo Tmax theo công thức gần đúng:

X = (0,124 + 10’4 Tmax)2 8760, h Tổn th ấ t điện năng trong trạm biến áp n máy:

(1.14)

Với bài toán lưới điện, tốn th ấ t điện năng trong biến áp được tính

chính xác trên cơ sở tính được chính xác tổn th ấ t công su ất trong biến áp

(l.lO a, l.lOb):

n.U|

hoặc:

n.Ư2

khi tính toán tổn th ấ t công suất, tổn th ấ t điện năng, tổn th ấ t điện áp, ta

thay th ế phụ tải phân bô’ đều bằng phụ tải tập tru n g đ ặt tại giữa đường

dây (tính AU) hoặc đ ặt tại 1/3 đường dây kể từ nguồn (tính A ồ)

' ị 1 ,v n ITT 11

*) • ị

à)

sz

1

= sji2

Hình 1.4 Đường dây có phụ tải phân bố đều (1.4a)

và sơ đồ thay thế tính toán AU (1.4b), tính toán Aồ (1.4c).

- Với m ạng điện kín, để xác định tổn th ấ t điện áp cần tìm điểm phân

công suất

Nếu m ạng điện kín có một điểm phân cóng su ất (ví dụ điểm 1, hình

1.5,a) thì đó chính là điểm có điện áp thấp nhất

Nếu m ạng điện kín có hai điểm phân công su ấ t (ví dụ điểm 1, 2,

hình 1.5,b) thì phải so sánh trị sô’điện áp tại hai điểm

Nếu m ạng điện có đường dây đi ra từ mạng kín thì phải căn cứ vào

vị trí điểm phân công su ất để kết luận

Trường hợp điểm phân công suất trùng với điểm rẽ nhánh thì điểm cuối đường dây rẽ nhánh (điểm 3, hình 16,c) là điểm có điện áp thấp nhất

Trường hợp điểm phân công suất không trù n g với điểm rẽ nhánh (ví

dụ điểm 6, hình 1.6,d) thì phải so sánh trị sô" điện áp giữa điểm 1 và 3)

N

V

b)

N

Hình 1 Mạng điện kín và các điểm phân công suất.

3 T rình tự tín h toán

Với bài toán lưới điện:

Nếu cho biết điện áp nguồn thì phải tiến hành tính toán theo hai bước:

- Bước 1 :Tính gần đúng từ phụ tải về nguồn với u lấy bằng Ưdm;

- Bước 2: Tính chính xác với điện áp nguồn.

Nếu cho biết điện áp cuối đường dây thì chỉ cần tính chính xác một bưíc

Vối bài toán cung cấp điện chỉ cần tính gần đúng một bước vối điện

áp bằng u dm

BÀI TẬP VÀ CÁCH GIẢI

BÀI 1.1.

Đường dây trên không 110 kV tải điện từ nguồn N đến phụ tải 1 có

sơ đồ và sô" liệu cho trên hình 1.6 Yêu cầu xác định tổn th ấ t điện ốp và tổn th ấ t công su ất trên đường dây

Hình 1.6 Đường dây trên không 110 kV và các số liệu tính toán.

Giải

Với điện áp đầu nguồn đã cho, bài toán được giải theo hai bước

Bước 1 Xác định công su ất đầu nguồn VỚI điện áp định mức

Trưốc hết ta có sơ đồ thay thê như hình 1.7

j Q cnị

2

-16 +j 12 MVA

Hình 1 Sơ đồ thay thế đường dây trên không 110 kV.

COS(0 = 0,8 -> sinrp = 0,6 -a tg(p = 0,75 •-> Qmnx = 16.0,75 - 12 MVAr

Z N = r0 / N + jx0/ N = 0,33.50 + j 0,429.50 = 16,5 + j 21,45 Q

Q ' cn , = Q cn, = y> jVL _ 2,65.10-6.50.IIP2 = MVAr

trong đó r 0, xu, b0 tra số tay với khoảng cách tru n g bình hình học của dây

là 5 m

S N = s , - j í h í + = 16 + j l 2 - j 0 , 8 = 16 + jll,2 M V A Tổn th ấ t công su ấ t trên đường dây N,:

ASN, = (P "n, )2 + (Qn,) 2

u L

162

= 0,52 + j 0,676 MVA Công su ấ t trước tổng trở đường dây:

S'Ni = S ” Ni+ASN| = (16 + jll,2 ) + (0,52 + j 0,676) =

= 16,52 + j 11,875 MVA

Bước 2 :Tính chính xác AU và AS

Tổn th ấ t điện áp trên đường dây:

A I T p , N R n , + Q 'n X Ni _ 16,52.16,5 + 11,867.21,45 _ „ , co

AU„ = -L - L = - —— - = 4,358 kV

Tổn th ấ t công s u ấ t trên đường dây:

Aỏ (P,n, ) 2 +(Q'ni )2 7 16,522 + 11,8762 :o,

ASn, = —77T -— Z N, = -7T7F - (16,5 + j 21,45)

= 0,466 + j 0,606 MVA

Đáp số: Aư n = 4,358 kV

BÀI 1.2

Đường dây trê n không 110 kV tải điện đến hai phụ tải có sơ đồ và số liệu cho trên hình 1.8 Cho biết U'2 = 100 kV Yêu cầu:

1 Xác định công su ấ t đầu nguồn

2 Xác định điện áp Uj ? UN ?

p2 = 12 MW

costy = 0,8 Hình 1.8 Đường dây trên không 110 kV tải điện đến phụ tải 1 và 2.

Giải

Vì đã cho biết điện áp cuối nguồn nên chỉ cần tín h chính xác theo một bước

Sơ đồ thay th ế lưới điện trên hình 1.9

/y >JN ° N f

—

đ c m J 2

2 0 +J15 (MVA ) „

//

12+J9(MVA)

Hình 1.9 Sơ đồ thay thế đường dây trên không 110 kV

tải điện đến phụ tải 1,2 và các số liệu tính toán.

Từ Pj = 20 MW và coscp = 0,8 tính được S| = 20 + j 15 MVA

Từ p , = 12 MW và cos = 0,8 tính được S2 = 12 + j 9 MVA

Lấy khoảng cách tru n g bình học giữa các dây là 5 m, tra sổ tay được:

Dây AC-70 có r0 = 0,46 Q/km, x0 = 0,44 Q/km, bQ = 2,58.10”6 1/Q.km

Dây AC-120 có r0 = 0,21 Q/km, x„ = 0,423 íì/km, b0 = 2,69.10'6 1/Q.krn

Từ đây tín h được:

o,21.50 + j0 ,423.50 = 5|25 + ) 1 0 |5 7 5 n

z ,2 = 0,46.30 + j 0,44.30 = 13,5 + j 13,21 Q

s;2 = s 2 - j% !ỉ- = (l2 + j 9 ) - j0 ,3 8 7 = 12+ j8,613MVA

trong đó:

AU., = 12.13,8 + 8,613.13,2 _ 2 793 kV 12

100

u , = u 2 + AU12 = 100 + 2,793 = 102,793 kV

S N, = s'i, + AS,, + s, j 2 1 a j 2 A

-Q'c,, _ ; 2,58.10~6.30.102,7932

= j 0,710 MV Ar

s" = (12 + j 8,613) + (0,301 + j 0,288) + (20 + j 15)

N|

- j 0,409 - j 0,710 = 31,699 + j 22,782 MV Ar

0 '

SN =S'N + A S N| - j-AHL = (31,699+ j22,782)+ (0,757+ j

1,525) j 0,710 = 32,456 + j 23,541 MVA

Đáp số: Uị = 102,793 kV

UN = 106,756

SN = 32,456 + j 23,541 MVA

BÀI 1.3

Đường dây trên không 110 kV và trạm biến áp 110/10 kV cấp điện

cho một phụ tải có sơ đồ và sô"liệu cho trên hình 1.10 Yêu cầu:

1 Xác định điện áp nguồn ƯN ?

2 Xác định giá tiền tổn th ấ t điện năng một năm trên lưói điện với

c = 1000 đ/kWh

Cho biết: Điện áp thanh cái 10 kV quy về cao áp U'2 = 1 0 5 kV

Máy biến áp 16.000 kVA - 110/10 kV có các thông sô":

Vì đã biến điện áp của phụ tải chỉ cần tính chính xác một bước

Ta có sơ đồ thay thê" lưới điện trên hình 1.11

Vối dây AC-85 và Dtb = 5 m, tra sổ tay có:

Hình 1 Đường dây và trạm biến áp cấp điện cho phụ tải.

lia i

r 0 = 0,33 n /k m , x0 = 0,429 Q/km, b0 = 2,65.10'6 1/Q.km

ZD = 0,33.40 + j0,429.40 = 13,2 + jl7 ,6 Q

= 0,015 + j 0,112 MVA

N s, NI '2—, -V /

— ^ T

# /-4 -11

Hình 1 Sơ đổ thay thê lưới điện.

Z B = — V ^ I O + j u N % L Lb

s .10

77.4.1102 1 A 3 , 10,5.1102 1A

= - - - -■■ 10 + j - — - 10

ZB = 3.658 + j 79,406 Q Tổn th ấ t điện áp trong biến áp:

105

2

12+j.9(h

Điện áp tại th a n h cái cao áp trạm biến áp:

Tổn th ấ t công su ấ t trong cuộn dây biến áp:

ASQ = -1— +T9 (3,658 + j 79,406) = 0,074 + j 1,620 MVA

Công su ất sau tổng trở đường dây SN là:

SN,= ấ 2 +ASB + AS0 - j ^

= (12 + j 9) + (0,074 + j 1,620) + (0,015 + j 0,112) = j 0.667

= 12,089+ j 10,065 MVA

Tổn th ấ t điện áp trên đường dây:

Z a U V I — — 3 k V

112,214 Tổn th ấ t công su ất trên đường dây:

Điện áp đầu nguồn:

UN = 112,214 + 3 = 115,214 kV Tổn th ấ t điện năng trên lưới:

AẦỵ — AAb + AAb

Với X = (0,124 + 10~4.5000)2 8760 = 3411 h

= 383,814 MWh = 383.814 kWh

&AZ = 833.449 + 383.814 = 1.217.263 kWh

Giá tiền tổn th ấ t điện năng trên lưới một năm là:

BÀI 1.4

Đ áp số: UN = 115,214 kV

Ya a = 1.217.263.000 đ

Đường dây trên không 110 kV lộ kép và trạm biến áp 2 X 16.000

cho trên hình 1.12 Điện năng tiêu th ụ một năm của khu công nghiệp

A = 90.000.000 kWh, Tmax = 5000 h

Yêu cầu:

1 Xác định lượng điện năng truyền tải trên lưới 1 năm ?

2 Xác định tổn th ấ t điện năng trên lưới AA (%) ?

Cho biết máy biến áp 16.000 kVA - 110/10 kV có các thông số:

Điện ốp thanh cái 10 kV qui về cao áp là ư 2 = 102 kV

- 5000h

cos f 0, 8

X 16.000 k M

Hình 1 Lưới điện 110 kV và các số liệu tính toán.

Giài

Vì đã biết điện áp tại điểm cuôi 2, chỉ cần tính chính xác một bước

Ta có sơ đồ thay th ế lưới điện trên hình 1.13

j ± 2

J—^

1

]—2 P 2 fj02

Hình 1.13.Sơ đồ thay thế lưới điện.

Với dây AC-95 và Dlb = 5 m tra sổ tay có:

Z D = ^ 3 ;B 0 + jQ ,4 2 O 0 = 1 3 2 + j l 7 6 Q

= 0,030 + j 0,224 MVA 77,4.HO2 JO 3 + j 10,5,11-°2- 10 = 1 ,829+ j 39,703 0

Căn cứ vào công thức:

x max* A max

Xác định được phụ tải tác dụng max của khu công nghiệp:

Phụ tải toàn phần khu công nghiệp:

S2 = P2 + j Q2 — 18 + j 13,5 MVA Tổn th ấ t điện áp trên hai biến áp:

102

Điện áp tại thanh cái cao áp trạm biến áp:

u , = 102 + 5,577 = 107,577 kV

Tổn th ấ t công su ất trên cuộn dây hai biến áp:

182 + 13 52

Công su ất sau tổng trở đường dây:

Qi

SNi - S2 + ASb + AS0

-= (18 + j 13,5) + (0,089 + j + 1,932) + (0,030 + j 0,224)

Tổn th ấ t công su ất trên đường dây:

N| 107,5772 v '

Công su ấ t đầu nguồn trước tổng trở đường dây:

S N = SN + A Sn = (18,119 + j 17,203) + (0,573 + j 0,764)

= 18,692 + j 13,992 MVA

Điện năng lưới điện truyền tải một năm:

Tổn th ấ t điện năng trên lưới một năm:

AAv; — A[) "t Aß AAß

= AP n t + 2 APo.8760 + AP,U.X

trong đó:

T = (0.124 + 10"4.5000)2.8760 = 3411 h

= 2 524.386 MWh Tổn th ấ t điện năng phần trăm:

A A % = ^ - - 100= 2-524,386 100 = 2,7%

BÀI 1.5

AA(%) = 2,7%

Lưối điện 110 kV có sơ đồ và sô liệu cho trên hình 1.14 Yêu cầu

40 +j30 ( m

35 i-J 30 (MVA)

A C -70

10 km

5 sì= 1Ũ +J10 MVA

Hình 1 Lưới điện 110 kV và các số hiệu tính toán

Giải

Vì đây là bài toán kiểm tra tổn th ất điện áp để lựa chọn tiết diện, chỉ cần dùng sơ đồ thay th ế gần đúng là sơ đồ tổng trở như hình 1.15