ĐỒ ÁN LƯỚI ĐIỆN KỸ THUẬT ĐIỆN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110KV

CHƯƠNG 1 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐIỆN1.1 Thu thập số liệu và phân tích về phụ tải: Có nhiều cách để định nghĩa phụ tải điện, nhưng ở đây chúng ta có thể hiểumột cách đơn giản như s

111Equation Chapter 1 Section 1TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG

VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban giám hiệuTrường Đại học Tôn Đức Thắng, quý Giảng viên và cán bộ khoa Điện – Điện tử đãtận tình giúp đỡ em trong quá trình theo học tại trường

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến với ThS Phan Thành Tài, người

đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn em một cách tận tình trong suốt quá trình thực hiện

đồ án để em có thể hoàn thành đồ án này

Cũng không quên gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôngiúp đỡ động viên em hoàn thiện đồ án lưới điện này

Em xin trân trọng cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 03 năm

2023 Tác giả Trần Anh Khoa

TRƯỜNG ĐH TÔN ĐỨC THẮNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN

(Ghi chú: Bảng nhiệm vụ này đóng vào trang thứ nhất của đồ án)

A Đề tài:

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110 KV

B Nhiệm vụ đề tài:

1 Cân bằng công suất trong mạng điện Xác định dung lượng bù công suất kháng

2 Đề ra phương án nối dây của mạng điện và chọn các phương án thoả mãn kỹ thuật

3 So sánh kinh tế chọn phương án hợp lý

4 Xác định số lượng công suất máy biến áp của trạm phân phối Sơ đồ nối dây của

trạm Sơ đồ nối dây của mạng điện

5 Xác định dung lượng bù kinh tế và giảm tổn thất điện năng

6 Tính toán cân bằng công suất trong mạng điện Xác định và phân phối thiết bị bù

cưỡng bức

7 Tính toán các tình trạng làm việc của mạng điện lúc phụ tải cực đại, cực tiểu và sự

cố

8 Điều chỉnh điện áp: chọn đầu phân áp của máy biến áp

9 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện thiết kế

10 Các bản vẽ A3: sơ đồ nối dây các phương án, sơ đồ nguyên lý của mạng điện thiết

kế, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

C Ngày giao đồ án: 03/02/2023

D Ngày nộp đồ án: 23/4/2023

E Ngày bảo vệ trước hội đồng: 28/4/2023

F Họ và tên giảng viên hướng dẫn: ThS Phan Thành Tài

Tp HCM, ngày 03 tháng 02 năm 2023

TS Đinh Hoàng Bách ThS Phan Thành Tài

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ

-CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC HK1/2022-2023

1 01-05/02/2023 SV liên hệ GVHD nhận đề tài

2 2/6/2023 Bắt đầu tính thời gian thực hiện đồán SV báo cáo tiến độ hàng tuầntheo yêu cầu GVHD.

3 13-19/3/2023 Kiểm tra 50% tiến độ đồ án thiết kếlưới điện

SV không tham gia kiểm trahoặc SV không thực hiệnđúng tiến độ sẽ bị đình chỉ đồán

4 20-26/3/2023 Kiểm tra 50% tiến độ đồ án Chuyênngành

SV không tham gia kiểm trahoặc SV không thực hiệnđúng tiến độ sẽ bị đình chỉ đồán

5 17-23/4/2023 SV nộp đồ án thiết kế lưới điện (nộpfile lên đường link drive) Nộp file lên hệ thống kiểm trađạo văn Phải cho GVHD sửa

báo cáo trước khi nộp

6 24-30/4/2023 Tổ chức hội đồng chấm đồ án thiếtkế lưới điện Nộp cuốn báo cáo và bảo vệ

7 24-30/4/2023 SV nộp đồ án Chuyên ngành (nộpfile lên đường link drive) Nộp file lên hệ thống kiểm trađạo văn Phải cho GVHD sửa

báo cáo trước khi nộp

8 01-07/5/2023 Tổ chức hội đồng chấm đồ ánChuyên ngành Nộp cuốn báo cáo và bảo vệ:bìa cứng màu xanh dương.

CHƯƠNG 1 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐIỆN

1.1 Thu thập số liệu và phân tích về phụ tải:

Có nhiều cách để định nghĩa phụ tải điện, nhưng ở đây chúng ta có thể hiểumột cách đơn giản như sau:

Phụ tải điện là những số liệu ban đầu được nêu ra để giải quyết những vấn đề

có tính kinh tế kỹ thuật phức tạp khi thiết kế một hệ thống điện Trong bất kì mộtbản thiết kế nào, việc đầu tiên cần làm là xác định phụ tải Đây là bước tiến hành cơbản và quan trọng của một bản thiết kế nhằm vạch ra ý tưởng thiết kế, lựa chọn thiết

bị và kiểm tra, tính toán cho các phần tử trong hệ thống điện như: Máy phát điện;Máy biến áp; Đường dây và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của bản thiết kế Do đó,việc phân tích phụ tải có một vị trí rất quan trọng và phải được tiến hành một cách

kỹ lưỡng, chu đáo và đòi hỏi độ chính xác

Mục đích của việc thu thập số liệu về phụ tải là để nắm vững vị trí, yêu cầu

và đặc điểm của các hộ tiêu thụ lớn, dự báo nhu cầu tiêu thụ, sự biến động hay pháttriển của phụ tải trong tương lai Đa phần công tác xác định phụ tải thường dựa trên

cơ sở khoa học mà có những phương pháp xác định khác nhau cho từng loại phụ tải

Tùy thuộc vào đặc điểm, tính chất và yêu cầu cung cấp điện mà phụ tải đượcchia làm 3 loại chính:

Loại 1: Là những phụ tải đặc biệt quan trọng, không thể ngưng cungcấp điện (như Bệnh viện, Khu quân sự…) Việc ngưng cung cấp điện cho loại phụtải này sẽ nguy hiểm đến tính mạng con người, an ninh quốc phòng, sản xuất

Loại 2: Bao gồm các loại phụ tải tuy quan trọng nhưng khi mất điệnkhông ảnh hưởng đến tính mạng con người, chỉ thiệt hại về sản phẩm và gâytrì truệ quá trình sản xuất (như Nhà máy, Công ty, Doanh nghiệp…)

Loại 3: Là những phụ tải không quan trọng, việc mất điện không ảnhhưởng lớn đến mức nghiêm trọng (như hộ dân, phân xưởng nhỏ…)

Điều đáng chú ý là khi nghiên cứu thiết kế một dự án thì không nên nhìntheo từng loại phụ tải để vạch ra sơ đồ mà phải luôn đặt các điều kiện yêu cầu liêntục cung cấp điện lên hàng đầu

Theo số liệu thống kê, hầu hết các phụ tải sản xuất có thời gian sử dụng côngsuất cực đại Tmax như sau:

1 2400-3000 giờ/năm

2 3000-4000 giờ/năm

3 4000-7700 giờ/nămThông thường, các hệ số của phụ tải được xác định dựa theo kinh nghiệm hoặc

số liệu thống kê nhằm sử dụng làm dữ liệu tin cậy ban đầu để tính toán phụ tảithiết kế Ngày nay, sự thay đổi của phụ tải điện được biểu diễn bằng đồ thị phụtải (đồ thị phụ tải ngày; đồ thị phụ tải tháng; đồ thị phụ tải năm) và số liệu tínhtoán là phụ tải cực đại Pmax Trong thuật ngữ kỹ thuật Pmax được gọi là phụ tảitính toán Ptt (hay Pcomp) vào thời điểm phụ tải có trị số Pmin

Sau khi thu thập số liệu và phân tích phụ tải, ta có bảng số liệu ban đầu như sau:

Bảng 1.1: Số liệu ban đầu

Điện áp định mức phía thứ cấp

Yêu cầu điều chỉnh điện áp

- Giá tiền 1 kWh điện năng tổn thất: 0,05$

- Giá tiền 1 Kvar thiết bị bù: 5$

1.2 Phân tích nguồn cung cấp cho phụ tải [1, tr.11]

Theo lý thuyết thiết kế ở các môn học, nguồn điện cấp cho phụ tải trong vùngthường được cung cấp bởi một nhà máy điện và chỉ yêu cầu thiết kế từ thanh cáicao áp của nhà máy

Từ bảng 1.1 ta thấy, nguồn điện được giả thiết cung cấp đủ công suất tác dụngcho phụ tải với hệ số công suất cosφ=0,9 Do đó, trên cơ sở kinh nghiệm thìnguồn có khả năng không thể cung cấp đủ yêu cầu về công suất phản kháng vàđảm bảo nhu cầu điện năng phản kháng Để khắc phục tình trạng này, khi thiết

kế cần phải lắp đặt thêm thiết bị bù công suất phản kháng Q tại phụ tải màkhông cần phải sử dụng công suất phản kháng từ nguồn

1.3 Cân bằng công suất trong hệ thống điện [1, tr.12 - 14]

Trong mạng điện, việc đảm bảo cân bằng công suất trong hệ thống điện được điếnhành nhằm xem xét khả năng cung cấp điện của các nguồn cho phụ tải

Do sự biến động của phụ tải mà tại mỗi thời điểm phải luôn đảm bảo việc cânbằng công suất giữa lượng công suất sinh ra và công suất tiêu thụ Ở mỗi mứccân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng sẽ có một giá trị tần số vàđiện áp đặc trưng Các giá trị này không ổn định theo thời gian và luôn luônthay đổi

Năng lượng điện là dạng năng lượng phổ biến có thể truyền tải với hiệu suất cao.

Do tính chất đặc biệt nên nó dễ dàng chuyển hóa từ dạng năng lượng này sang dạngnăng lượng khác (cơ, nhiệt, hóa năng) mà tích trữ với lượng rất nhỏ thậm chí làkhông tích trữ được

Trong hệ thống điện, mục đích cân bằng công suất cần thiết là bảm đảm tần sốkhông bị thay đổi và giữ cố định ở một giá trị Trong kỹ thuật, cân bằng côngsuất tác dụng được biểu diễn theo hàm toán học mà cụ thể là theo biểu thức:

231Equation Chapter 1 Section 3MERGEFORMAT ( )Trong đó,

: Tổng công suất tác dụng phát ra từ nhà máy điện trong hệ thống

: Tổng công suất tác dụng cực đại của phụ tải

: Tổng công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp

: Tổng công suất tự dùng của nhà máy điện

: Tổng công suất dự trữ

m: Hệ số đồng thời (thông thường chọn 0,8)

Để xác định hệ số đồng thời phù hợp với thiết kế cần căn cứ vào tình trạng phụ tải,

số nhánh thiết bị và tính chất của mạng điện (mạng phân xưởng cơ khí, mạng chiếusáng…)

Theo tài liệu thống kê về điện, lượng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây vàcủa máy biến áp ở mạng cao áp khoảng từ 8÷10% tích hệ số đồng thời và tổngcông

suất tác dụng cực đại Lượng tổn thất công suất tác dụng được tình theo công thức:

Thông thường chọn

Từ Bảng 1.1 ta có,

- Tổng công suất tác dụng cực đại của phụ tải:

Hệ số đồng thời m = 0,8

- Tổng thất công suất tác dụng của đường dây và máy biến áp:

- Công suất tự dùng của các nhà máy điện được tính theo phần trăm của

Quy ước,

- Nhà máy nhiệt điện 3 ÷ 7%

- Nhà máy thủy điện 1 ÷ 2%

Công suất dự trữ của hệ thống trong các trường hợp:

- Công suất dự trữ khi xảy ra sự cố thường lấy bằng công suất của tổmáy lớn nhất trong hệ thống điện

- Công suất dự trữ phụ tải dự trù khi có sự biến động bất ngờ phía phụtải (thường là tăng phụ tải) nằm ngoài dự tính bằng 2 ÷ 3% công suất phụ tảitổng

- Công suất dự trữ phát triển là lượng công suất được tính toán nhằmđáp ứng nhu cầu phát triển mạng điện (phụ tải phát triển) trong một khoảngthời gian từ 5 – 15 năm sau

Nhìn chung, công suất dự trữ của toàn bộ hệ thống sẽ được tính theo công thức:

Theo số liệu ban đầu ở bàng 1.1, giả thiết rằng nguồn điện đủ cung cấp côngsuất cho toàn bộ hệ thống nghĩa là cung cấp đủ hoàn toàn nhu cầu công suất tácdụng và chỉ cân bằng bắt đầu từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng áp tạinhà máy điện Do đó, có thể bỏ qua và

Khi đó, biểu thức cân bằng công suất được xây dựng như sau:

1.3.2 Cân bằng công suất phản kháng (Q) hệ thống điện [1, tr 13-14]

Trong hệ thống điện, việc bảo đảm điện áp không bị biến động là rất quan trọng

Do đó, để đảm bảo yêu cầu này cần phải cân bằng công suất phản kháng Cânbằng công suất phản kháng được biểu diễn theo biểu thức:

với

: Tổng tổn thất công suất kháng trên các đường dây của mạng Với mạngđiện 110kV, trong tính toán sơ bộ có thể coi tổn thất công suất kháng trên cảmkháng đường dây bằng công suất phản kháng do điện dung đường dây cao ápsinh ra (điện dung tụ kí sinh):

Tương tự như cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống, cân bằng công suấtphản kháng cũng được tính từ thanh cái cao áp của trạm tăng áp tại nhà máyđiện Khi đó, tổng tổn thất công suất phản kháng của đường dây , tổng tổnthất công suất tự dùng của máy biến áp và công suất phản kháng tụ kí sinh

có thể được bỏ qua và cân bằng công suất phản kháng được biểu diễn nhưsau:

Bảng 1.3.2: Công suất phụ tải suy ra từ bảng số liệu ban đầu

14,22

13,44

14,11

14,25

14,24

23,53

154,09

Chọn hệ số đồng thời ; ;

Công thức tính S và Q:

chọn 8%

Chọn dung lượng cần bù Qbù = 21.471 (MVar)

Dễ thấy, từ giá trị là đại lượng dương nên cần phải tiến hành

bù công suất phản kháng tại phụ tải và bù với lượng công suất theo nguyên tắc nhưsau:

Việc bù công suất phản kháng tại phụ tải nhằm đảm bảo cân bằng công suấttrong toàn hệ thống, công việc này được thực hiện sơ bộ song phải tuân thủnguyên tắc: Bù ưu tiên cho phụ tải ở xa nguồn, phụ tải có hệ số công suất nhỏ.Theo tiêu chuẩn quy định trong ngành điện, giới hạn bù công suất phản khángcho phép:

0,9 ≤ ≤ 0,95

Giả sử, một hệ thống có n phụ tải thì bù công suất phản kháng tại phụ tải thứ i đượctính như sau:

4134\* MERGEFORMAT( )

Xét về kinh tế và đảm bảo hiệu suất làm việc của hệ thống là tốt nhất thì công suất phản kháng bù vào phải bằng công suất phản kháng của hệ thống vì:

Tổn hao điện áp:

Tổn hao công suất:

Công suất biểu kiến S và hệ số công suất cosφ mới sau khi bù:

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LỰA

CHỌN PHƯƠNG ÁN THỎA MÃN TIÊU CHÍ KỸ THUẬT

2.1 Lựa chọn điện áp tải điện [1, tr.15].

Trong một hệ thống điện, điện áp định mức chịu sự ảnh hưởng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: công suất phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải tới nguồn cấp điện, vị trí tương đối của từng phụ tải và sơ đồ đi dây của từng hệ thống.Tùy thuộc vào sơ đồ cung cấp điện sẽ có điện áp định mức tương ứng Điện áp định mức sơ bộ của một hệ thống điện được xác định theo giá trị công suất trên mỗi đường dây và phân phối công suất trong mạng điện

Do yêu cầu thiết kế với cấp điện áp 110kV và chưa có sơ đồ đi dây cụ thể hay sơ

bộ nào nên tạm thời sử dụng phương pháp đi dây hình tia nối từ nguồn đến các phụ tải nằm ở xa nguồn hoặc có công suất tiêu thụ lớn

Để đảm bảo thiết kế có cấp điện áp phù hợp với công suất phụ tải và khoảng

cách truyền tải, việc kiểm tra cấp điện áp của mạng là rất quan trọng và thường được kiểm tra theo các phương pháp sau:

Dựa vào công suất Still để tìm điện áp tải điện U (kV):

Trong đó, P là công suất truyền tải (kW); l là khoảng cách truyền tải

(km) - Theo công thức:

Với P là công suất truyển tải (kW); l là khoảng cách truyền tải (km); S là công suất

hệ thống (MVA)

- Theo cẩm nang kỹ thuật của Thụy Điển:

Với P vẫn là công suất truyền tải (kW) và l là khoảng cách truyền tải (km)

Theo thống kê, mạng điện 110kV và 220kV được tính theo P l (kW.km):

Hoặc tính theo khoảng cách truyền tải l (km):

Theo yêu cầu thiết kế và sơ đồ bố trí phụ tải, ta có bảng điện áp tải điện sau khi kiểm tra theo công thức Still như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ nối dây sơ bộ của bản thiết kế

Bảng 2.1: Kiểm tra điện áp theo công thức still

STT

km 10

5

Kết luận: Từ bảng số liệu kiểm tra điện áp tải, ta thấy điện áp thiết kế yêu cầu

110 kV là phù hợp với điện áp tải và khoảng cách truyền tải từ nguồn đến từng phụ tải

2.2 Lựa chọn sơ đồ nối dây cho mạng điện [1, tr.16 - 17].

Lựa chọn sơ đồ nối dây cho mạng điện là công việc quan trọng khi thiết kế,

công việc này phụ thuộc vào số lượng phụ tải trong mạng, vị trí lắp đặt củng phụtải, nhu cầu cung cấp điện liên tục, công tác bảo trì, vạch tuyến, sự phát triển củaphụ tải trong tương lai và khả năng vận hành tốt của hệ thống

Tùy theo yêu cầu thiết kế mà có những phương án nối dây phù hợp nhằm đãm bảo các tiêu chí về mặt kỹ thuật, thẩm mĩ và tiết kiệm kinh phí đầu tư ban đầu Thông thường, đối với các loại phụ tải yêu cầu khả năng cung cấp điện liên tục thì có thể chọn phương án đi dây lộ kép hoặc dạng mạch vòng kín

Trong phạm vi thiết kế của đồ án, ta có thể chia sơ đồ hệ thống thành 3 khu vực nhưsau:

- Khu vực 1: Gồm phụ tải 1 và phụ tải 2, không yêu cầu khả năng cung cấpđiện liên tục

- Khu vực 2: Gồm phụ tải 3 và phụ tải 4, có yêu cầu khả năng cung cấp điệnliên tục (phương án nối dây kép)

- Khu vực 3: Gồm phụ tải 5 và phụ tải 6, có yêu cầu khả năng cung cấp điệnliên tục (phương án nối dây vòng)

Hình 2.2a: Sơ đồ nguồn và phụ tải từ số liệu ban đầu

Dựa trên yêu cầu về khả năng cung cấp điện, chọn phương án nối dây như sau: Khu vực 1: phụ tải và phụ tải 2, không yêu cầu cung cấp điện liên tục, sử dụng dây đơn và có 2 phương án đi dây

Phương án 1: Hai phụ tải mắc hình tia, dây đơn

Phương án 2: Hai phụ tải mắc liên thông nối tiếp, dây đơn

6 5

Khu vực 2: Gồm phụ tải 3 và 4, yêu cầu khả năng cung cấp điện liên tục sử dụng dây kép và có 2 phương án đi dây

Phương án 1: Hai phụ tải mắc tia kép

6 5

km 10

5

Khu vực 3: Gồm phụ tải 5 và 6, yêu cầu cung cấp điện liên tục, đi dây dạng

vòng nên có 1 phương án đi dây là dây đơn mắc vòng Phương án: Hai phụ tải

mắc dây đơn vòng kín

km 10

N

2

1

4 3

6 5

km 10

N

2

1

4 3

6 5

Từ phương án đi dây của từng khu vực, ta có được các phương án đi dây cho hệ thống như sau:

5

5

Trên số liệu thu thập ban đầu và sơ đồ bố trí phụ tải, có được các bảng thống kê sau:

Bảng 2.2a: Công suất tác dụng và phản kháng của từng phụ tải

Bảng 2.2c: Công suất phụ tải theo miền phức

5

22+j14,22 20+j13,44 21+j14,11 23+j14,25 24+j14,24 20+j12,4

Do phụ tải 5 và phụ tải 6 cần khả năng cung cấp điện liên tục và được mắc dây

dạng vòng kín nên ta tính được công suất truyền tải trên nhánh N – 5 và N – 6

lần lượt theo công thức:

km 10

N

2

1

4 3

6

44,721 40