Thiết kế mạng điện khu vực

Đồ án tốt nghiệp - Lưới điện - Thiết kế mạng điện khu vực

Thiết kế mạng điện khu vực

Chơng I Phân tích nguồn và phụ tải.

Các số liệu về nguồn và phụ tải:

- Điện áp định mức thứ cấp : Uđm = 10,5 kV

Nh vậy, tổng công suất định mức của NĐ bằng 4*55 = 220 MW

Công suất phát kinh tế của nhà máy nhiệt điện thờng bằng (80 ữ 90)%Pđm

Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 85% Pđm nghĩa là:

Pkt = 85%Pđm

Do đó khi phụ tải cực đại, cả bốn máy phát vận hành nên có tổng công suất là:

3 Những số liệu về phụ tải:

Có tất cả là 9 phụ tải bao gồm 8 phụ tải loại I và một phụ tải loại III.Thời gian

sử dụng phụ tải cực đại là Tmax=5000 h Các phụ tải loại I yêu cầu điều chỉnh ở

điên áp khác thờng và các phụ tải loại III yêu cầu điều chỉnh ở điện áp thờng

Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp của trạm hạ áp bằng 10 kV Phụ tải tiêu thụ cực tiểu bằng 60% phụ tải cực đại

Kết quả tính giá trị công suất của các phụ tải trong các chế độ cực đại và cực tiểu đợc ghi trong bảng sau:

Phụ tải

Pmin (MW) 21 20,4 22,8 27 22,8 18 19,2 15,6 22,8Cosφ 0,86 0,84 0,88 0,92 0,88 0,87 0,88 0,89 0,85

Qmax (MVAr) 20,77 21,96 20,51 19,17 20,51 17 17,27 13,32 23,55

Qmin (MVAr) 12,46 13,18 12,31 11,5 12,31 10,2 10,36 7,99 14,13

∑Pkt : Tổng công suất phát kinh tế của nhà máy nhiệt điện.

∑Pmd : Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đờng dây và trong máy biến

áp lấy trong khoảng (5 ữ 10)% ∑PPT , ở đây ta lấy 10%

∑QL: Tổng công suất phản kháng trên các đoạn đờng dây của mạng điện.

∑QC : Tổng công suất phản kháng do dung dẫn của đờng dây sinh ra, khi đánh giá sơ bộ có thể coi : ∑QL =∑QC

∑Qtd : Tổng công suất phản kháng tự dùng của NMĐ, ở đây hệ số cosϕ đợc lấybằng 0,75

∑Qtd = ∑ Ptd tgφ = 187* 0,88 = 16,46 MVAr

∑Qdt: Công suất phản kháng dự trữ của hệ thống, do hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên công suất phản kháng dự trữ sẽ đợc lấy ở hệ thống ,do đó có thể xem ∑ P dt = 0

∑Qb : Tổng công suất phản kháng của thiết bị bù :

Vậy, công suất bù phản kháng yêu cầu cho mạng điện này là:

Trong đó: L: khoảng cách giữa NMĐ và phụ tải ( Km)

P: công suất của phụ tải (MW)

Sau đây ta chọn cấp điện áp cho một phơng án mạng hình tia, các phơng án sau

a sơ đồ

b chọn điện áp vận hành.P

Dựa vào công thức tổng quát đã giới thiệu ở trên, ta tính đợc các giá trị

điện áp gần đúng của các phụ tải, kết quả tính toán đơc ghi trong bảng 1

Riêng với phụ tải 4 đợc tính nh sau:

Chơng IV

các phơng án nối dây của mạng điện

lựa chọn phơng án hợp lý

1 Những yêu cầu chính đối với mạng điện:

- Cung cấp điện liên tục

- Đảm bảo chất lợng điện năng

- Các sơ đồ nối dây có tính linh hoạt cao

- Đảm bảo an toàn cho mạng điện

2 lựa chọn dây dẫn:

Dây nhôm lõi thép là loại dây đợc sử dụng rộng rãi nhất cho tất cả các đ-ờng dây trên không vì đảm bảo đợc độ bền cơ học và chi phí nhỏ

3 Chọn tiết diện dây dẫn:

Với mạng điện khu vực có điện áp cao, công suất truyền tải lớn, đờng dây dài chi phí tổn thất lớn nên phải chọn tiết diện dây sao cho chi phí tính toán có giá

trị nhỏ nhất theo chiều tiết diện Jkt (Tra bảng 4.1.tài liệu mạng lới điện của

TS.Nguyễn Văn Đạm,thì vớiTmax=5000h => Jkt=1)

Fkt J= Imaxkt , max.103

max P3 .Cos

I

=

4 Tính toán kiểm tra so sánh các phơng án:

- Kiểm tra tổn thất vầng quang : Fmin ≥70mm2

- Kiểm tra phát nóng dây dẫn : I sc ≤I cp

% 15%

Um

2)Ph¬ng ¸n 2:

3)Ph¬ng ¸n 3:

4) Ph¬ng ¸n 4:

5) Ph¬ng ¸n 5:

Trong đó Imax là trị số dòng điện lớn nhất chạy qua dây dẫn Căn cứ vào

Fkt ta chọn tiết diện tiêu chuẩn (Ftc) gần nhất và lớn hơn giá trị Fkt vừa tính đợc

để phục vụ cho việc phát triển mạng điện trong tơng lai

+ Sau khi đã chọn đợc tiết diện tiêu chuẩn cần kiểm tra lại theo các điều kiện sau:

- Điều kiện vầng quang:

Theo điều kiện này tiết diện dây dẫn không đợc bé hơn trị số cho phép của mỗi cấp điện áp

- Điều kiện phát nóng dây dẫn: Iscmax < Icp

Trong đó:

Iscmax là dòng điện lớn nhất chạy trong dây dẫn khi sự cố đờng dây hai lộ

đứt một lộ

Icp là dòng điện cho phép lâu dài chạy trong dây dẫn

Iscmax = 2.Imax (Đối với đờng dây lộ kép)

Imax là dòng điện bình thờng chạy trong dây dẫn ở chế độ phụ tải max

ϕ

=

=

cos U

P U

.

S I

dm dm

max

3 2 3

ϕ

=

=

cos U

P U

.

S I

dm dm

max

3

S là công suất biểu kiến truyền tải trên đờng dây ở chế độ phụ tải max

P là công suất tiêu thụ chạy trên đờng dây ở chế độ phụ tải max

- Điều kiện tổn thất điện áp và tổn thất công suất

% U

dm max

R: Điện trở của đờng dây

X: Điện cảm của đờng dây

Khi sự cố đứt 1 lộ ở đờng dây lộ kép:

% U

Từ kết quả vừa tìm đợc,chọn loại dây dẫn có tiết diện tiêu chuẩn là AC-120 có các số liệu sau:

-Trong điều kiện sự cố đứt dây 1 lộ, điện trở và điện kháng của đờng dây tăng lên gấp 2 lần dẫn đến tổn thất điện áp cũng tăng lên gấp 2 lần:

∆Usc%= 2*5,36%=10,72%

1-4 Tính cho đờng dây: HT - 4 (lộ kép ; l = 73,98 km):

theo bảng 1 ở chơng III ,trang 6 ta có : P HT−4=57,1MW, do dó:

-Trong điều kiện sự cố đứt dây 1 lộ, điện trở và điện kháng của đờng dây tăng lên gấp 2 lần dẫn đến tổn thất điện áp cũng tăng lên gấp 2 lần:

∆Usc%= 2*5,35=10,7%

1-5 Tính cho đờng dây: NĐ - 3 (lộ kép ; l = 62,12 km):

80,1109

,0.110.3.2

10.38

110,80

1

80,110

10.38I

3 max

110,80

1

80,110

3 max

49,45

1

45,49

∆Ubt%= 2 .100 32.16,85 17,27.17,582 .100 6,96%

110

PR QX Udm

- Trong điều kiện sự cố đứt dây 1 lộ), dòng điện tăng lên gấp 2 lần, điện trở và

điện kháng của đờng dây tăng lên gấp 2 lần dẫn đến tổn thất điện áp cũng tăng lên gấp 2 lần:

Đoạn HT-4 là loại dây AC – 185 có Icp = 510 A ,thoã mãn điều kiện

phát nóng của dây dẩn : Iscmax < Icp.

Nh vây đối với phơng án I ta có:

∆Uscmax%=∆Usc-6=14,46%

Nh vậy tổn thất điện áp trên đờng dây đoạn NĐ-5-6 bằng:

∆UN-5-6% = ∆UN-5% + ∆U5-6% = 5,53%+ 3,12% = 8,65%

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chết độ sau sự cố đối với đờng dây bằng:

∆UN-5sc% = 2*5,53% + 3,12% = 14,18%

Còn các đoạn khác ta đã có kết quả tính toán ở phơng án I

Kết quả tính toán tổn thất điện áp trên các đoạn đờng dây đơc ghi trong bảng sau:

Từ trên ta có bảng kết quả của ph ơng án II:

STT L(km) Ibt(A) Isc(A) Mã dây R(Ω) X(Ω) Lộ (A)Icp (MW)P MVArQ ∆U% ∆Usc%

HT - 1 55,04 106,8 213,6 AC-120 6,16 11,64 2 375 35 20,77 3,78 7,56

HT - 2 87,2 212,44 AC-240 5,15 17,48 1 590 34 21,96 4,62

HT - 9 67,48 117,32 234,64 AC-120 8,23 14,27 2 375 38 23,55 5,36 10,72HT-4 73,98 162,88 325,76 AC-185 6,28 15,12 2 510 57,1 19,17 5,35 10,7NĐ - 3 62,12 113,32 226,64 AC-120 7,58 13,14 2 375 38 20,51 4,6 9,2NĐ - 4 72,6 34,5 69 AC-70 15,3 15,97 2 265 12,1 5,15 2,2 4,4NĐ -5 58,00 202,79 405,58 AC-240 3,43 11,63 2 590 68 37.51 5.53 11,06

5 -6 43,9 90,49 180,98 AC-95 7,24 9,42 2 330 30 17 3,12 6,24NĐ - 7 79,92 49,45 98,9 AC-70 16,85 17,58 2 265 32 17,27 6,96 13,92NĐ-8 89,00 76,66 153,32 AC-95 14,68 19,09 2 330 26 13,32 5,25 10,5

Từ các kết quả trên ta nhận thấy rằng tổn thất điện áp cực đại khi vận hành bìnhthờng bằng:

∆Ubtmax% = ∆UNĐ5%+∆U5-6% = 5,53% + 3,12% =8,65%

Trong chế độ sự cố tổn thất điện áp lớn nhất bằng:

∆Uscmax% =11,06%+6,24%=17,3%

3)Phơng án 3:

3-1 Tính cho đờng dây: HT- 1(lộ kép ; l = 55,04Km):

-Trong điều kiện sự cố đứt dây 1 lộ, điện trở và điện kháng của đờng dây tăng lên gấp 2 lần dẫn đến tổn thất điện áp cũng tăng lên gấp 2 lần:

Ta có bảng thông số đờng dây và tổn thất điện áp của phơng án III:

STT L(km) Ibt(A) Isc(A) Mã dây R(Ω) X(Ω) Lộ Icp

(A) (MW)P MVArQ ∆U% ∆Usc%

HT - 1 55,04 210,55 421,1 AC-240 3,25 11,03 2 590 69 42,73 5,75 11,5

1 - 2 52,8 212,44 AC-240 6,24 21,17 1 590 34 21,96 5,59

HT - 9 67,48 117,32 234,64 AC-120 8,23 14,27 2 375 38 23,55 5,36 10,72

HT - 4 73,98 162,88 325,76 AC-185 6,28 15,12 2 510 57,1 19,17 5,35 10,7

NĐ - 3 62,12 113,32 226,64 AC-120 7,58 13,14 2 375 38 20,51 4,6 9,2NĐ - 4 72,6 34,5 69 AC-70 15,3 15,97 2 265 12,1 5,15 2,2 4,4NĐ -5 58,00 113,32 226,64 AC-120 7,08 12,26 2 375 38 20,51 4,3 8,6NĐ -6 101,8 90,49 180,98 AC-95 16,79 21,84 2 330 30 17 7,23 14,46NĐ - 7 79,92 49,45 98,9 AC-70 16,85 17,58 2 265 32 17,27 6,96 13,92NĐ - 8 89,00 76,66 153,32 AC-95 14,68 19,09 2 330 26 13,32 5,25 10,5

Từ các kết quả trên ta nhận thấy rằng tổn thất điện áp cực đại khi vận hành bìnhthờng bằng:

∆Ubtmax% =∆UH-1% +∆U1-2% =5,75% +5,59% = 11,34%

Trong chế độ sự cố tổn thất điện áp lớn nhất bằng:

∆Uscmax% = ∆UscHT1-2% = 11,5% + 5,59% = 17,09%

4) Phơng án 4:

Ta có bảng thông số đờng dây và tổn thất điện áp của phơng án IV

STT L(km) Ibt(A) Isc(A) Mã dây R(Ω) X(Ω) Lộ (A)Icp (MW)P MVArQ ∆U% ∆Usc%

HT - 1 55,04 210,55 421,1 AC-240 3,25 11,93 2 590 69 42,73 5,75 11,5

1 - 2 52,8 212,44 AC-240 6,24 21,17 1 590 34 21,96 5,59

HT - 9 67,48 117,32 234,64 AC-120 8,23 14,27 2 375 38 23,55 5,36 10,72

HT - 4 73,98 162,88 325,76 AC-185 6,28 15,12 2 510 57,1 19.17 5,35 10,7NĐ - 3 62,12 113,32 226,64 AC-120 7,58 13,14 2 375 38 20,51 4,6 9,2NĐ - 4 72,6 34,5 69 AC-70 15,3 15,97 2 265 12,1 5,15 2,2 4,4NĐ -5 58,00 202,79 405,58 AC-240 3,43 11,63 2 590 68 37,51 5,53 11,06

5 -6 43,9 90,49 180,98 AC-95 7,24 9,42 2 330 30 17 3,12 6,24NĐ - 7 79,92 49,45 98,9 AC-70 16,85 17,58 2 265 32 17,27 6,96 13,92NĐ - 8 89,00 76,66 153,32 AC-95 14,68 19,09 2 330 26 13,32 5,25 10,5

Từ các kết quả trên ta nhận thấy rằng tổn thất điện áp cực đại khi vận hành bìnhthờng bằng:

∆Ubtmax% = ∆UbtHT-1% + ∆Ubt1-2% = 5,75% +5,59% =11,34%

Trong chế độ sự cố tổn thất điện áp lớn nhất bằng:

∆Uscmax% = ∆UscNĐ-5% +∆Usc5-6% = 11,06% +6,24% = 17,3%

5) Phơng án 5:

5-2 Tính cho đờng dây: NĐ - 8 (lộ đơn ; l = 89,00 Km):

Ilvmax= 25,39.103 149,7( )

110.0,89 3 = A

Fkt=149,7 149,7( 2)

Chọn loại dây dẫn có tiết diện xấp xỉ là AC-185 có Icp = 510 A

b-3 Tính cho đờng dây: 5 8 (lộ đơn ; l = 34,4 Km):

Isc= 26.103 153,33( )110.0,89 3 = A

U

∆ = ΔUcsN-8% + ΔUsc8-5% = 11,93% + 7,12% = 19,05%

Các đoạn khác đã tính ta có bảng ph ơng án V sau:

STT L(km) Ibt(A) Isc(A) Mã dây R(Ω) X(Ω) Lộ Icp

(A)

P(MW)

QMVAr ∆U% ∆Usc%

HT - 1 55,04 106,8 221.6 AC-120 6,16 11,64 2 375 35 20,77 3,78 7,56HT- 2 87,2 212,44 AC-240 5,15 17,48 1 590 34 21,96 4,62

HT –

4 73,98 162,88 325,76 AC-185 6,28 15,12 2 510 57,1 19,17 5,35 10,7

HT -9 67,48 117,32 234,64 AC-120 8,23 14,27 2 375 38 23,55 5,36 10,72NĐ-3 62,12 113,32 226,64 AC-120 7,58 13,14 2 375 38 20,51 4,6 9,2NĐ - 4 72,6 34,5 69 AC-70 15,3 15,97 2 265 12,1 5,15 2,2 4,4NĐ - 5 58,00 230,22 381,17 AC-240 6,85 23,26 1 590 38,6 16,98 5,45 10,13NĐ -6 101,8 90,49 180,98 AC-95 16,79 21,84 2 330 30 17 7,23 14,66NĐ -7 79,92 49,45 98,9 AC-70 16,85 17,58 2 265 32 17,27 6,96 13,92

NĐ - 8 89,00 149,7 377,43 AC-185 15,13 36,4 1 510 25,39 15,62 7,87 11,93

5 - 8 34,4 3,54 153,33 AC-70 14,5 15,14 1 265 0,6 -3,53 2,1 4,78

Từ các kết quả trên ta nhận thấy rằng tổn thất điện áp cực đại khi vận hành bìnhthờng bằng:

∆Ubtmax% = ∆UNĐ-8% =7,87%

Trong chế độ sự cố tổn thất điện áp lớn nhất bằng:

Tiêu chuẩn để so sánh các phơng án về mặt kinh tế là chi phí tính toán

hàng năm bé nhất, công thức tính phí tổn của mỗi phơng án theo biểu thức sau:

Z = ( avh + atc )K + ΔA.CTrong đó:

K: Vốn đầu t của mạng điện chỉ gồm những thành phần nh đờng dây, máy cắt cao áp

K= n k0 l

- k0 : Chi phí đầu t 1 Km đờng dây 1 mạch

- l: Chiều dài đờng dây 1 mạch

- n: Số lộ ( lộ kép lấy = 1,6 lộ đơn)

avh : Hệ số vận hành, khấu hao, tu sửa với mạng thiết kế dùng cột bê tông tra bảng đợc avh = 4% = 0,04

a tc : Hệ số thu hồi vốn đầu t phụ; atc = 1/Ttc

T tc : Thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu t phụ lấy bằng 8 năm

atc = 1/8 = 0,125

ΔA: Phí tổn về tổn thất điện năng hàng năm

∆P:là tổn thất công suất trên đờng dây khi phụ tải cực đại.

RU

QP

dm

2 max

2 max +

=

∆

Pmax, Qmax là công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy trên đờng dây trong chế độ phụ tải cực đại

R là điện trở tác dụng của đờng dây

Uđm là điện áp định mức của mạng điện

τ: Thời gian tổn thất công suất lớn nhất

C: giá tiền 1 KWh điện năng tổn thất ( 500đ/ 1KWh)

Lộ kép, loại dây AC-120, đơn giá 0,28.109 đ/km, chiều dài l = 55,04 km

+ Vốn đầu t xây dựng mạng điện

dm

2

2 max

2 max 6 , 16 0 , 843254(MW)

110

77 , 20 35

2

2 2

= +

⇒ ZH-1 = (0,04 + 0,125).24,66.109+0,843254.3411.5.105= 5,507.109đ

Các đoạn khác tính tơng tự ,ta lập đợc bảng kết quả tính toán nh sau:

STT Mã dây Chiều dài Giá(106) K.109 ∆P(MW) Z.109

Tõ b¶ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n trªn, ta kÕt luËn r»ng: ph¬ng ¸n II

Chơng VI

Chọn số lợng, công suất các MBA trong các trạm, sơ đồ nối điện chính tại các trạm và sơ đồ hệ thống

1 Chọn các MBA tăng áp cho nhà máy nhiệt điện:

Nhà máy có 4 tổ máy PF =55 MW; COS φ = 0,85

QF = 34,045MVAr ; SF = Sđm = 64,68 MVA

Do nhà máy phát điện tất cả công suất vào mạng điện áp 110 kV (Trừ công suất tự dùng), do đó nối các máy biến áp theo sơ đồ khối máy phát điện – máy biến áp Trờng hợp này công suất của mỗi máy biến áp đợc xác định theo công thức:

S ≥ Sđm ≥ 64,68 MVATrong đó Sđm là công suất định mức của mỗi máy phát điện

Ta chọn MBA loại: TDH-80000/110 kV có các thông số nh sau:

2 Chọn số lợng và công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp

có tất cả 9 phụ tải bao gồm 8 phụ tải loại I và một phụ tải loại III với phụ tải loại I để đảm bảo cung cấp điện cần đặt hai máy biến áp trong mỗi trạm và các máy biến áp này yêu cầu điều chỉnh ở điện áp khác thờng Với phụ tải loại III chỉ cần đặt một máy biến áp trong trạm và máy biến áp này yêu cầu điều chỉnh

ở điện áp thờng

Khi chọn công suất của máy biến áp cần xét đến khả năng quá tải của máy biến

áp còn lại ở chế độ sau sự cố Với phụ tải loại I, Xuất phát từ điều kiện quá tải cho phép bằng 40% trong thời gian phụ tải cực đại Công suất của mỗi máy biến áp trong trạm có n máy biến áp đợc xác định theo công thức:

)1n(k

S

−

≥Trong đó:

S - phụ tải cực đại của trạm

k- hệ số quá tải của máy biến áp trong chế độ sau sự cố, k=1,4

n- số máy biến áp trong trạm

Đối với trạm có hai máy biến áp, công suất mỗi máy biến áp bằng:

4,1

S

S≥ max

Đối với phụ tải loại III ta chọn MBA theo công thức sau: S S≥ max

Tính công suất của các máy biến áp trong mỗi trạm ,ta có bảng chọn máy biến

3 Chọn sơ đồ trạm và sơ đồ hệ thống điện:

các trạm phân phối cấp điện cho các hộ phụ tải loại I quan trọng, cần đợc

đảm bảo cung cấp điện an toàn liên tục với độ tin cậy cao, ta chọn loại sơ đồ 1

hệ thống thanh góp có phân đoạn:

Sơ đồ nh sau :

Sơ đồ trạm tăng áp của nhà máy nhiệt điện, trạm trung gian 4, các trạm cuối và sơ đồ hệ thống điện thiết kế cho trên hình sau Trong đó các máy cắt

điện 110kV đợc chọn là máy cắt SF6, còn phía 10kV sử dụng các máy cắt hợp

bộ Các máy phát trong nhà máy nhiệt điện là máy phát điện đồng bộ tuabin hơi kiểu TBΦ-55-2

Đối với phụ tải 2 ta có sơ đồ nh sau:

Chơng VII Tính các chế độ vận hành của mạng điện

Để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật của mạng điện thiết kế, cần xác định các thông số chế độ xác lập trong các trạng thái phụ tải cực đại, cực tiểu và sau sự cố khi phụ tải cực đại Khi xác định các dòng công suất và tổn thất công suất, ta lấy điện áp ở tất cả các nút trong mạng điện bằng điện áp

1 Chế độ phụ tải cực đại

1.1 Đ ờng dây HT-1

Sơ đồ nguyên lý và thay thế của mạng điện

a)

Hình tính chế độ mạng điện a- Sơ đồ mạng điện; b- Sơ đồ thay thế của mạng điện

Trong chơng IV ta đã tính đợc các thông số của đờng dây:

.6,16 11,64

Tổn thất công suất trong tổng trở MBA có thể tính theo công thức:

b 2

dm

2 2

U

QP

2

2 2

+

= +

+Công suất trớc tổng trở MBA bằng:

204,3j138,04,18j38S

Sc = b +∆0 = + + +

= 38,208 + j 22,08 MVA

Công suất điện dung ở đầu đờng dây bằng:

054,210.697,1.1102

B.U

Công suất sau tổng trở đờng dây có giá trị :

054,2j08,22j208,38jQ

054,210.695,1.1102

B.U

Công suất từ nhà máy điện truyền vào đờng dây có giá trị:

' 39,157 21,822 2,054 39,157 19,7681

S&H = −S& jQ cc = + j − j = + j MVA

a- Sơ đồ mạng điện; b- Sơ đồ thay thế của mạng điện

Trong chơng IV ta đã tính đợc các thông số của đờng dây:

.7,24 9,42

41,165.102