BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỐ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC Sinh viên thực hiện Dương Đức Hoàng Mã sinh viên 20810170364 Giảng viên hướng dẫn TS Đặng Thu Huyền N[.]
THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC
PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI
Sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải: ( mỗi ô vuông là 10 x 10 km )
- Nguồn điện là hệ thống có đặc điểm: Công suất vô cùng lớn, có điện áp 110 kV và hệ công suất là
Trong hệ thống điện gồm 05 phụ tải: trong đó có: 02 phụ tải số 3 và 5 là phụ tải loại III, 03 phụ tải số
1,2,4, là phụ tải loại II Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax 4000 h Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp là 22kV
Bảng 1.1: Số liệu về phụ tải
1.3 Đề xuất phương án nối dây
Một trong những yêu cầu quan trọng trong thiết kế mạng điện là cung cấp điện an toàn và liên tục, đồng thời vẫn phải đảm bảo tính kinh tế Để đạt được điều này, cần phải tìm ra các giải pháp hiệu quả.
Loại hộ phụ tải II II III II III Điện áp thứ cấp (kV) 22
Tmax 4000 phương án hợp lý nhất trong các phương án vạch ra đồng thời đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật.
Các yêu cầu chính đối với mạng điện:
Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
Đảm bảo chất lượng điện năng.
Đảm bảo tính linh hoạt của mạng điện.
Đảm bảo tính kinh tế và có khả năng phát triển.
Trong thiết kế mạng điện hiện đại, việc lựa chọn sơ đồ tối ưu thường áp dụng phương pháp nhiều phương án Dựa trên các vị trí đã xác định của phụ tải và nguồn cung cấp, cần đề xuất một số phương án khác nhau Phương án tốt nhất sẽ được lựa chọn dựa trên sự so sánh về mặt kinh tế.
Khi lựa chọn kỹ thuật và phương án, cần ưu tiên sử dụng các sơ đồ đơn giản Nếu các sơ đồ này không đáp ứng được yêu cầu về kinh tế - kỹ thuật, mới xem xét đến các sơ đồ phức tạp hơn.
Những phương án được lựa chọn để tiến hành so sánh về kinh tế chỉ là những phương án thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật của mạng điện.
Các yêu cầu kỹ thuật chính đối với mạng điện bao gồm độ tin cậy và chất lượng cao của điện năng cung cấp cho hộ tiêu thụ Khi thiết kế sơ đồ mạng điện, cần chú ý đến hai yêu cầu này Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho hộ tiêu thụ loại II, cần có dự phòng 100% trong mạng điện và hệ thống dự phòng tự động Do đó, để cung cấp điện cho hộ tiêu thụ loại II, có thể sử dụng đường dây hai mạch hoặc mạch vòng.
Các hộ tiêu thụ loại III được cung cấp điện qua đường dây một mạch Để xác định sơ đồ tối ưu cho mạng điện, phương pháp chia lưới điện thành các nhóm nhỏ được áp dụng Trong mỗi nhóm, các phương án nối dây được đề xuất và lựa chọn dựa trên các tiêu chí kinh tế - kỹ thuật, từ đó tìm ra phương án tối ưu cho từng nhóm Vì các nhóm này hoạt động độc lập và không phụ thuộc lẫn nhau, việc kết hợp các phương án tối ưu của từng nhóm sẽ tạo ra sơ đồ tối ưu cho toàn bộ mạng điện Phương pháp chia nhóm có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
2 h Ưu điểm : phương pháp này giúp ta chọn được sơ đồ tối ưu mà không bị thiếu phương án nào.
Việc chia nhóm phụ thuộc vào số lượng và vị trí địa lý của các phụ tải, điều này có thể gây khó khăn khi các vị trí địa lý này đan xen nhau.
Việc chia nhóm sẽ được thực hiện dựa trên vị trí địa lý và công suất của các nguồn và phụ tải Các phụ tải gần nhau sẽ được nhóm lại, với việc xác định nguồn cung cấp công suất gần nhất Nếu phụ tải nằm gần giữa hai nguồn, chúng ta sẽ xem xét công suất của nguồn và tổng công suất của các phụ tải xung quanh để quyết định kết nối phụ tải với nguồn phù hợp Cuối cùng, chúng ta sẽ tiến hành phân chia thành các nhóm và lập phương án cho từng nhóm.
Dựa trên vị trí địa lý giữa các phụ tải, hai khu vực được chia thành các nhóm nhỏ Khu vực nhà máy nhiệt điện được phân thành hai nhóm, trong khi khu vực hệ thống cũng được chia thành hai nhóm.
▪ Nhóm 1 gồm hệ thống, phụ tải 3, phụ tải 5
▪ Nhóm 2 gồm hệ thống, phụ tải 2, phụ tải 1.
Nhóm 3 bao gồm hệ thống và phụ tải 4 Để xác định các phương án nối dây cho từng nhóm, cần xem xét ưu điểm và nhược điểm của các sơ đồ hình tia, liên thông, mạch vòng, cũng như yêu cầu về độ tin cậy của các phụ tải.
Có khả năng sử dụng các thiết bị đơn giản, rẻ tiền và các thiết bị bảo vệ rơle đơn giản.
Thuận tiện khi phát triển và thiết kế cải tạo các mạng điện hiện có.
Độ tin cậy cung cấp điện thấp.
Khoảng cách dây lớn nên thi công tốn kém.
Việc thi công sẽ thuận lợi hơn vì hoạt động trên cùng một đường dây.
Độ tin cậy cung cấp điện tốt hơn hình tia.
- Nhược điểm: Tổn thất điện áp và tổn thất điện năng cao.
- Ưu điểm: Độ tin cậy cung cấp điện cao.
Số lượng máy cắt cao áp nhiều hơn, bảo vệ rơle phức tạp hơn.
Tổn thất điện áp lúc sự cố lớn.
Vận hành phức tạp hơn
Hình 1.1: Sơ đồ chia nhóm phụ tải
Ta đề ra các phương án nối dây cho từng nhóm và loại sơ bộ một số phương án như sau:
1.3.1 Nhóm 1: gồm phụ tải 3, phụ tải 5
Hình 1.2: Sồ đố nối dây phương án 1
1.3.2 Nhóm 2: gồm phụ tải 1 và 2
Hình 1.3: Sồ đố nối dây phương án 2a, 2b, 2c 1.3.3 Nhóm 3: gồm phụ tải 4
LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TRUYÊN TẢI ĐIỆN VÀ TÍNH CHỌN TIẾT DIỆN DÂY
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN VÀ TÍNH
2.1 Chọn điện áp định mức Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng điện. Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và các nguồn cung cấp điện, vị trí tương đối giữa các phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện.
Điện áp định mức của mạng điện được lựa chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện Giá trị điện áp định mức sơ bộ có thể được xác định dựa trên công suất trên mỗi đường dây trong mạng điện.
Việc chọn điện áp cho mạng điện là một trong những vấn đề cơ bản trong thiết kế, ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật Điện áp cao giúp giảm dòng điện, tiết kiệm chi phí dây dẫn, nhưng yêu cầu xà sứ cách điện lớn Ngược lại, điện áp thấp mang lại lợi ích về cách điện và giảm kích thước cột xà, nhưng làm tăng chi phí dây dẫn Do đó, việc lựa chọn điện áp vận hành phù hợp phụ thuộc vào công suất cần truyền tải và độ dài đường dây Trong tính toán, thường ưu tiên chọn điện áp định mức cho các đoạn đường dây có công suất lớn, và các đoạn đường dây trong mạng kín cần được thực hiện với một cấp điện áp định mức.
Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm sau:
▪ Ui - điện áp tính toán của đường dây thứ i, kV;
▪ li - chiều dài đường dây thứ i, km;
▪ Pi - công suất tác dụng trên đường dây truyền tải thứ i, MW;
▪ n là số lộ đường dây (lộ đơn n = 1; lộ kép n = 2) Áp dụng lần lượt tính toán cho từng nhóm và từng phương án.
Do đó ta chọn điện áp truyền tải định mức của nhóm 1a là 110 kV.
S ˙ HT−2 = Pmax2 + j.Qmax2 = 28 + j14,28 (MVA) Điện áp tính toán trên đoạn HT-2:
UHT-2 = 4,34 √ L HT −2 + 16 P HT n −2 = 4,34 √ 36,06 +16 28/ 2 = 69,99 (kV) Điện áp tính toán trên đoạn HT-1
Như vậy, ta chọn điện áp định mức cho phương án 2a là 110 kV. b) Phương án 2b:
Dòng công suất chạy trên đoạn đường dây HT-2 có giá trị là:
Dòng công suất chạy trên đoạn đường dây 2-1:
S ˙ 2−1 = 26 + j13,32 (MVA) Điện áp tính toán trên đoạn HT-2:
U HT−2 =4,34 √ 36,056 +16 54 2 = 93,89 (kV) Điện áp tính toán trên đoạn 2-1 là:
U 2−1 =4,34 √ 53,852+ 16 26 2 = 70,23 (kV) Như vậy, ta chọn điện áp định mức cho phương án 2b là 110 kV.
Giả thiết rằng mạng điện là đồng nhất và tất cả các đường dây đều có cùng tiết diện, và chiều dòng công suất như hình vẽ:
Hình 2.1: Sơ đồ tính điểm phân bố công suất cho mạng kín HT-2-1
Để tính dòng công suất trên các đoạn đường dây trong mạch vòng HT-2-1-HT, cần giả định rằng mạch điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây có cùng một tiết diện Dòng công suất trên đoạn HT-2 được xác định như sau:
S ˙ HT−2 = S ˙ 2 ( l HT 1 +l 2−1 ) + ˙ S 1 l HT 1 l HT 2 +l 2−1 +l HT 1 ¿ ( 28+ j 14,28 ) ( 44,721+ 53,852)+( 26+ j 13,32 ) 44,721
Dòng công suất chạy trên đoạn 2-1 bằng:
Công suất chạy trên đoạn HT-1 bằng:
Do đó, nút 2 là điểm phân công suất chung. Điện áp tính toán trên đoạn HT-1:
U HT−1 = 4,34.√ 44,721 +16 24,86 ,29( kV ) Điện áp tính toán trên đoạn HT-2:
U HT−2 = 4,34.√ 36,056+16 29,14,27( kV ) Điện áp tính toán trên đoạn 1-2
U 1−2 = 4,34.√ 53,852 +16 1,14 6,85 ( kV ) Như vậy, ta chọn điện áp định mức cho phương án 2c 110 là kV.
(MVA) Điện áp tính toán trên đoạn HT-4:
Như vậy, ta chọn điện áp định mức cho phương án 3 là 110 kV.
2.2 Chọn tiết diện và tổn thất điện áp
2.2.1 Chọn tiết diện dây dẫn
Các mạng điện 110 kV chủ yếu sử dụng đường dây trên không với dây dẫn bằng nhôm lõi thép (AC) Dây dẫn thường được lắp đặt trên các cột bê tông ly tâm hoặc cột thép, tùy thuộc vào địa hình Khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn pha là 5m Đối với các mạng điện khu vực, tiết diện dây dẫn được lựa chọn dựa trên mật độ kinh tế của dòng điện.
▪ Imax - dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A;
▪ Jkt - mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm 2 Với dây AC và Tmax = 4000 h trong khoảng [3000-5000] giờ thì Jkt = 1,1 A/mm 2
Dòng điện chạy trên đường dây trong các chế độ phụ tải cực đại được xác định theo công thức:
▪ n - số mạch của đường dây (đường dây một mạch n = 1; đường dây hai mạch n 2);
▪ Uđm - điện áp định mức của mạng điện, Uđm 0 kV;
▪ Smax - công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA.
Dựa vào tiết diện dây dẫn tính được, cần chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về vầng quang, độ bền cơ học và phát nóng dây dẫn sau sự cố Đối với đường dây 110 kV, tiết diện dây nhôm lõi thép phải đạt F ≥ 70 mm² để tránh vầng quang Để đảm bảo đường dây hoạt động bình thường sau sự cố, cần thỏa mãn điều kiện I cb ≤ I cp.
▪ Icb - dòng điện chạy trên đường dây, ở chế độ làm việc bình thường: I cb =I lv max , ở chế độ sự cố: I cb = I sc max ;
I cp - dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn;
2.2.2 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện Điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ được đặc trưng bằng tần số của dòng điện và độ lệch điện áp so với điện áp định mức trên các cực của thiết bị dùng điện Khi thiết kế các mạng điện thường giả thiết rằng hệ thống hoặc các nguồn cung cấp có đủ công suất tác dụng để cung cấp cho các phụ tải Do đó không xét đến những vấn đề duy trì tần số Vì vậy chỉ tiêu chất lượng của điện năng là giá trị của độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ so với điện áp định mức ở mạng điện thứ cấp.
Khi tính toán mức điện áp trong các trạm hạ áp, cần đảm bảo rằng trong chế độ phụ tải cực đại, tổn thất điện áp lớn nhất không vượt quá 10 ÷ 15% trong điều kiện làm việc bình thường Đối với các chế độ sau sự cố, tổn thất điện áp lớn nhất không nên vượt quá 15 ÷ 20%.
Tổn thất điện áp trên đường dây thứ i khi vận hành bình thường được tính:
▪ Pi, Qi – công suất phản kháng và công suất tác dụng trên đường dây thứ i;
Điện trở và điện kháng của đường dây thứ i được ký hiệu là Ri và Xi Đối với đường dây có hai mạch, khi một mạch bị ngừng hoạt động, tổn thất điện áp trên đường dây sẽ được tính toán dựa trên các thông số này.
2.2.3 Áp dụng cho các Nhóm phụ tải a) Nhóm 2:
Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây HT-1:
Dòng điện chạy trên đường dây HT-1 khi phụ tải cực đại bằng:
I HT 1max = S HT 1 max n √ 3 U đm
1,1 W.56 (mm 2 ) Chọn dây dẫn AC- 70 có Icp = 275 A.
Sau khi chọn tiết diện tiêu chuẩn, cần kiểm tra dòng điện chạy trên đường dây trong các chế độ sau sự cố Sự cố trên đường dây HT-1 có thể xảy ra khi đứt một đường dây Khi đứt một đường dây, dòng điện sự cố lớn nhất đi qua đường dây HT-1 sẽ được xác định.
I HT 1 sc =2 I HT 1max =2.63,316.62 ( A ) Như vậy : I HT 1, sc < k1.k2.Icp = 0,88.1.275 = 242(A) ( đảm bảo điều kiện phát nóng) Với dây AC-70: r0 = 0,46 (Ω/km); x0 = 0,435 (Ω/km) ; b0 = 2,576.10^-6 (S/km)
Tổn thất điện áp trên đoạn HT-1:
Khi làm việc bình thường:
∆ U bt , HT max 1 %= P HT1 R HT 1 +Q HT1 X HT1
U đm 2 100 %=2.6671) được xác định theo công thức.
S dmMBA ≥ S pt max k ( n−1 ) (4.1) Trong đó:
+ Spt.max : Phụ tải cực đại của trạm (MVA)
+ 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
S dmMBA ≥ S tt max = S pt max
- Các phụ tải loại III: Điều kiện chọn máy biến áp cho phụ tải loại III (sử dụng 1 MBA)
S đmB ≥ S pt max (4.3) +Phụ tải 3, 5
-Công suất của máy biến áp đặt ở phụ tải 3 là :
-Chọn sơ bộ máy biến áp dùng cho tải 3 là: TPDH-25000/110; tải 5 là: TPDH-25000/110 +Phụ tải 2
-Công suất của máy biến áp đặt ở phụ tải 2 là :
- Chọn sơ bộ máy biến áp dùng cho tải 2 là: TPDH-25000/110
Ta có kết quả tính và chọn máy biến áp trong bảng sau:
Bảng 4.1: Các thông số của máy biến áp hạ áp
-Vậy cần sử dụng 8 máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây:
4.2 Chọn sơ đồ nối điện chính
4.2.1 Chọn sơ đồ nối dây chi tiết cho các trạm hạ áp phụ tải a Trạm trung gian:
Ta dùng sơ đồ 2 hệ thống thanh góp có máy cắt liên lạc ( MCLL)
Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống 2 thanh góp có máy cắt liên lạc b Trạm cuối
Đối với các hộ phụ tải loại II, trạm biến áp có 2 nguồn và 2 MBA, sơ đồ cầu được sử dụng để đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy Quyết định giữa sơ đồ cầu ngoài và cầu trong phụ thuộc vào khoảng cách truyền tải: sơ đồ cầu trong cho đường dây dài hơn 70 km và sơ đồ cầu ngoài cho đường dây ngắn hơn 70 km Đối với hộ loại I, nếu trong chế độ cực tiểu có cắt bớt 1 máy biến áp, thì dù đường dây dài hơn 70 km, vẫn phải sử dụng sơ đồ cầu ngoài do xác suất đóng cắt MBA lớn.
Để vận hành kinh tế các trạm biến áp, tại các trạm hạ áp, cần có 2 máy biến áp hoạt động song song Trong chế độ phụ tải cực tiểu, có thể cắt bớt một máy biến áp, do đó sử dụng sơ đồ cầu ngoài nếu thỏa mãn điều kiện.
S min pt ≤S gh =S dmB √ n ( n−1 ΔP N ) ΔP 0 (4.4) Trong đó:
SdmB: Công suất phát định mức của máy biến áp. n: Số máy biến áp vận hành song song.
Ta có bảng tính toán vận hành kinh tế các trạm hạ áp như sau
Bảng 4.2: Bảng tính toán sơ đồ cầu cho trạm biến áp
Ph ụ tải S ptmin (MVA) S đm (MVA) ∆P 0 (MW
4.2.2 Chọn sơ đồ nối chính cho toàn hệ thống điện
- Phía thanh góp hệ thống 110kV dùng hệ thống 2 thanh góp có máy cắt liên lạc.
- Các phụ tải loại II dùng 2 máy biến áp và 2 đường dây
- Các hộ loại III dùng một máy biến áp và 1 đường dây.
Hình 4.3: Sơ đồ 2 thanh góp 110kV phía hệ thống
CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN
6.1 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP LƯỚI ĐIỆN Để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của lưới điện thiết kế, cần xác định các thông số chế độ xác lập trong các trạng thái phụ tải cực đại, cực tiểu hay sự cố khi phụ tải cực đại Khi xác định các dòng công suất và các tổn thất công suất, ta lấy điện áp ở các nút trrong mạch điện bằng điện áp định mức Ui = Uđm 0kV.
Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế cho tuyến đường dây HT-2:
Hình 6.1: Sơ đồ nguyên lý và thay thế đường dây HT-2
Quy phụ tải về phía cao:
2.TPDH-25000/110 Đối với đường dây (theo số liệu chương 3 ta có):
Dây dẫn AC-70 có R0=0,46 (Ω/Km); X0=0,435 (Ω/Km); B0=2,576.10 -6 (S/Km)
Từ những số liệu của MBA: TPDH-25000/110 ở phụ tải 2 ta có:
MBA TPDH-25000/110 có: ΔUN% = 10,5% I0% = 0,8 ΔP0 = 0,029 (MW) Sđm = 25 (MW) ΔPN = 0,12 (MW) UCđm = 115 (kV) UHđm = 22 (kV)
-Tổn thất công suất trong lõi thép máy biến áp là :
∆ S ˙ 0 =2 ( ∆ P 0 + j ∆ Q 0 ) =2 ( 29+ j 200 ) 10 −3 = 0,058+ j 0,4 ( MVA ) -Tổn thất công suất trong tổng trở của máy biến áp:
- Công suất trước tổng trở của máy biến áp:
• Tính chế độ xác lập của phụ tải lúc cực đại:
Công suất điện dung ở đầu và cuối đường dây:
2 U đm 2 =0,93 10 −4 110 2 =1,1253 (MVAr ) Công suất sau tổng trở của đường dây:
Tổn thất công suất trên đường dây:
Dòng công suất trước tổng trở đường dây:
Công suất truyền vào đường dây:
S ˙ HT−2 = ˙ S HT−2 đ − jQ cđ 0.948+ j 15.9874 − j 1,12530.948 + j 14,8621( MVA)
6.1.2 Các đường dây HT-1, HT-3, HT-4 và HT-5
Tính toán tương tự như đường dây HT-2, ta có kết quả tính phân bố công suất như bảng dưới đây:
Bảng 6.1: Kết quả tính toán phân bố công suất trên các đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4, HT-5 ĐD
HT-1 1.3915i 22.118 + 10.2485i 0.505 + 0.478i 22.623 + 10.7265i 22.623 + 9.335i HT-2 1.1253i 30.168+ j 15.2747 0,78+ j 0.74 30.948 + j115.9874 30.948+ j 14,8621 HT-3 1,2173i 18.111 + 8.8827i 0.845 + 1.078i 18.956 + 9.9607i 18.956 + 8.7434i HT-4 0.9317i 29.168 + 15.0383i 0.614 + 0.58i 29.782 + 15.6183i 29.782 + 14.6866i HT-5 0.9668i 26.0461 + 14.6882i 0.905 + 1.76i 26.9511 + 16.4482i 26.9511 + 15.4814i
6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu
Trong chế độ phụ tải cực tiểu, công suất phụ tải cực tiểu đạt 76% công suất phụ tải cực đại, trong khi các thông số của đường dây và trạm biến áp không thay đổi so với chế độ phụ tải cực đại Tương tự, trong chế độ phụ tải cực đại, phân bố công suất trên các đoạn đường dây được thể hiện trong Bảng 6.2.
Khi vận hành với phụ tải cực đại, sự cố trong lưới điện thiết kế có thể xảy ra khi ngừng một mạch trên các đường dây hai mạch nối từ nguồn cung cấp điện đến phụ tải Tính toán công suất phân bố trên các đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4 tương tự như chế độ cực đại, như thể hiện trong Bảng 6.3 Kết quả của đường dây HT-5 cũng tương tự như chế độ cực đại.
Hình 6.2: Sơ đồ nguyên lý và thay thế đường dây HT-2 khi đứt một mạch
Bảng 6.2: Kết quả tính toán phân bố công suất trong chế độ cực tiểu trên các đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4,HT-5 ĐD
Bảng 6.3: Kết quả tính toán phân bố công suất trong chế độ sự cố trên các đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4, HT-5 ĐD
6.4 Tính điện áp các nút trong mạng điện
Trong thiết kế mạng điện, có một nguồn cung cấp chính Tuy nhiên, do hệ thống có công suất rất lớn, nên thanh góp 110kV tại nút hệ thống được chọn làm nút điện áp cơ sở.
Trong chế độ phụ tải cực đại và chế độ sự cố, chọn điện áp Ucs = 121kV, còn trong chế độ cực tiểu lấy Ucs = 115kV
6.4.1 Chế độ phụ tải cực đại a) Đường dây HT-2
Tổn thất trên đường dây HT-2
∆ U HT −2 = P ht −2đ R HT−2 +Q ht −2đ X HT−2
121 =3.156 (kV ) Điện áp tại điểm 2’ cuối đường dây HT-2
U 2 ' =U CS − ∆U HT −2 1−3 , 1567 844 ( kV ) Tổn thất điện áp trên tổng trở máy biến áp B2
117,937 = 4.119( kV ) Điện áp nút 2 sau khi quy đổi về phía cao áp là:
U Q2 MAX =U 2 ' − ∆ U B−2 7 , 844−4 1193 , 725 ( kV ) Điện áp trên thanh góp hạ áp trạm B2 quy về cao áp
5,2273 !,7 6 (kV ) Với k là hệ số máy biến áp như sau: k = 115 22 =5,227
Bảng 6.4: Điện áp áp thanh góp hạ áp quy đổi về phía cao áp trong chế độ cực đại
115.324 113.725 109.184 114.52 106.945 b) Đường dây HT-1, HT-3, HT-4 và HT-5
Điện áp tại thanh góp hạ áp của các trạm biến áp được tính toán tương tự cho các đường dây còn lại, như thể hiện trong bảng dưới đây.
6.4.2 Chế độ phụ tải cực tiểu và sự cố
Điện áp tại thanh góp hạ áp của các trạm biến áp được tính toán trong chế độ phụ tải cực tiểu và sự cố, như thể hiện trong bảng dưới đây.
Bảng 6.5: Điện áp áp thanh góp hạ áp quy đổi về phía cao áp trong chế độ cực tiểu và sự cố
Tất cả các phụ tải trong mạng điện đều yêu cầu điều chỉnh điện áp đặc biệt Để đảm bảo chất lượng điện áp cho các hộ tiêu thụ, cần sử dụng máy biến áp điều chỉnh điện áp dưới tải Đối với các trạm có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường, độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp của trạm được quy định cụ thể.
Khi phụ tải cực đại : δ U max %=± 5%
Khi phụ tải cực tiểu: δ U min %=0%
Khi khi sự cố : δ U sc %=0 ÷+5% Điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp của trạm được xác định theo công thức sau:
Điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp của các hộ phụ tải được xác định dựa vào công thức \$U_{yc} = U_{đm} + \delta U \% \cdot U_{đm}\$, trong đó \$U_{đm} = 22V\$ Việc điều chỉnh điện áp cho phù hợp với yêu cầu của phụ tải là rất quan trọng.
Máy biến áp có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải: Gồm 19 nấc điều chỉnh và phạm vi điều chỉnh ± 9x1,78%.
Bảng 6.6: Bảng thông số điều chỉnh của MBA điều chỉnh dưới tải
6.5.2 Tính toán chọn đầu phân áp cho từng trạm trong 3 chế độ làm việc
Tính toán cho chọn đầu phân áp cho trạm 2
Chế độ phụ tải cực đại Điện áp tại đầu phân áp:
Dựa vào bảng 6.6 ta chọn đầu tiêu chuẩn n = -3, với điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuần U tcmax 8,859 kV Điện áp thực hiện trên thanh góp hạ áp bằng:
108,859 ", 98 (kV ) Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng : δU max %= U tmax −U hđm
22 100=4.4 5 % Như vậy đầu điện áp tiêu chuẩn đã chọn phù hợp
Chế độ phụ tải cực tiểu Điện áp tại đầu phân áp:
Dựa vào bảng 6.6 ta chọn đầu tiêu chuẩn n = -3, với điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuần U tcmax 8.859 kV Điện áp thực hiện trên thanh góp hạ áp bằng:
108,859 ".05( kV ) Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng :
Như vậy đầu điện áp tiêu chuẩn đã chọn phù hợp
Chế độ sau sự cố Điện áp tại đầu phân áp:
Dựa vào Bảng 6.6 ta chọn đầu tiêu chuẩn n = -3, với điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuần U tcmax 8,859 kV Điện áp thực hiện trên thanh góp hạ áp bằng:
108,859 ",9 7 (kV ) Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng : δU sc %= U tsc −U hđm
Như vậy đầu điện áp tiêu chuẩn đã chọn phù hợp
Ta tính toán tương tự ta được các bảng 6.7, 6.8 và 6.9
Bảng 6.7: Tính toán đầu phân áp ở chế độ phụ tải cực đại biến ápTrạm U qmax (kV) U đcmax (kv) Nấc U tcmax (kV) U tmax (kV) δ U max %
Bảng 6.8: Tính toán đầu phân áp ở chế độ phụ tải cực tiểu biến áp Trạm U qmin (kV) U đcmin (kv) Nấc U tcmin (kV) U tmin (kV) δ U min %
Bảng 6.9:Tính toán đầu phân áp ở chế độ phụ tải sau sự cố biến áp Trạm U qsc (kV) U đcsc (kv) Nấc U tcsc (kV) U tsc (kV) δ U sc %
CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT
7.1 Vốn đầu tư xây dựng lưới điện
Tổng vốn đầu tư xây dựng của mạng điện:
∑ K d - vốn đầu tư xây dựng đường dây;
∑ K c - vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp.
Theo chương 3 ta có tổng vốn đầu tư xây dựng đường dây là:
Vốn đầu tư cho các trạm hạ áp và tăng áp được xác định theo bảng dưới đây:
Bảng 7.1: Vốn đầu tư cho các trạm tăng áp và hạ áp
Trạm Số MBA Loại MBA Giá thành 10 9 đ ∑Kt 10 9 đ
Tổng vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp:
Tổng vốn đầu tư xây dựng mạng điện:
7.2 Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện
Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện bao gồm tổn thất trên đường dây và trong các máy biến áp ở chế độ phụ tải cực đại.
Theo tính toán ở chương 6, ta có tổn thất công suất tác dụng cực đại trên đường dây và trong cuộn dây các máy biến áp như sau:
Tổng tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép của các máy biến áp:
Vậy tổng tổn thất công suất tác dụng của mạng điện:
Tổn thất công suất tác dụng của mạng điện tính theo phần trăm:
7.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện
Tổng tổn thất điện năng trong mạng điện xác định theo công thức:
TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP
ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN
6.1 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP LƯỚI ĐIỆN Để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của lưới điện thiết kế, cần xác định các thông số chế độ xác lập trong các trạng thái phụ tải cực đại, cực tiểu hay sự cố khi phụ tải cực đại Khi xác định các dòng công suất và các tổn thất công suất, ta lấy điện áp ở các nút trrong mạch điện bằng điện áp định mức Ui = Uđm 0kV.
Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế cho tuyến đường dây HT-2:
Hình 6.1: Sơ đồ nguyên lý và thay thế đường dây HT-2
Quy phụ tải về phía cao:
2.TPDH-25000/110 Đối với đường dây (theo số liệu chương 3 ta có):
Dây dẫn AC-70 có R0=0,46 (Ω/Km); X0=0,435 (Ω/Km); B0=2,576.10 -6 (S/Km)
Từ những số liệu của MBA: TPDH-25000/110 ở phụ tải 2 ta có:
MBA TPDH-25000/110 có: ΔUN% = 10,5% I0% = 0,8 ΔP0 = 0,029 (MW) Sđm = 25 (MW) ΔPN = 0,12 (MW) UCđm = 115 (kV) UHđm = 22 (kV)
-Tổn thất công suất trong lõi thép máy biến áp là :
∆ S ˙ 0 =2 ( ∆ P 0 + j ∆ Q 0 ) =2 ( 29+ j 200 ) 10 −3 = 0,058+ j 0,4 ( MVA ) -Tổn thất công suất trong tổng trở của máy biến áp:
- Công suất trước tổng trở của máy biến áp:
• Tính chế độ xác lập của phụ tải lúc cực đại:
Công suất điện dung ở đầu và cuối đường dây:
2 U đm 2 =0,93 10 −4 110 2 =1,1253 (MVAr ) Công suất sau tổng trở của đường dây:
Tổn thất công suất trên đường dây:
Dòng công suất trước tổng trở đường dây:
Công suất truyền vào đường dây:
S ˙ HT−2 = ˙ S HT−2 đ − jQ cđ 0.948+ j 15.9874 − j 1,12530.948 + j 14,8621( MVA)
6.1.2 Các đường dây HT-1, HT-3, HT-4 và HT-5
Tính toán tương tự như đường dây HT-2, ta có kết quả tính phân bố công suất như bảng dưới đây:
Bảng 6.1: Kết quả tính toán phân bố công suất trên các đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4, HT-5 ĐD
HT-1 1.3915i 22.118 + 10.2485i 0.505 + 0.478i 22.623 + 10.7265i 22.623 + 9.335i HT-2 1.1253i 30.168+ j 15.2747 0,78+ j 0.74 30.948 + j115.9874 30.948+ j 14,8621 HT-3 1,2173i 18.111 + 8.8827i 0.845 + 1.078i 18.956 + 9.9607i 18.956 + 8.7434i HT-4 0.9317i 29.168 + 15.0383i 0.614 + 0.58i 29.782 + 15.6183i 29.782 + 14.6866i HT-5 0.9668i 26.0461 + 14.6882i 0.905 + 1.76i 26.9511 + 16.4482i 26.9511 + 15.4814i
6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu
Trong chế độ phụ tải cực tiểu, công suất phụ tải cực tiểu đạt 76% công suất phụ tải cực đại, trong khi các thông số của đường dây và trạm biến áp không thay đổi so với chế độ phụ tải cực đại Tương tự, ở chế độ phụ tải cực đại, phân bố công suất trên các đoạn đường dây được thể hiện trong Bảng 6.2.
Khi vận hành với phụ tải cực đại, sự cố trong lưới điện thiết kế có thể xảy ra khi ngừng một mạch trên các đường dây hai mạch nối từ nguồn cung cấp điện đến phụ tải Tính toán tương tự như chế độ cực đại cho phép phân bố công suất trên các đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4 như được trình bày trong Bảng 6.3 Kết quả của đường dây HT-5 cũng tương tự như chế độ cực đại.
Hình 6.2: Sơ đồ nguyên lý và thay thế đường dây HT-2 khi đứt một mạch
Bảng 6.2: Kết quả tính toán phân bố công suất trong chế độ cực tiểu trên các đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4,HT-5 ĐD
Bảng 6.3: Kết quả tính toán phân bố công suất trong chế độ sự cố trên các đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4, HT-5 ĐD
6.4 Tính điện áp các nút trong mạng điện
Trong thiết kế mạng điện, chỉ có một nguồn cung cấp, nhưng do hệ thống có công suất rất lớn, nên thanh góp 110kV được chọn làm nút điện áp cơ sở.
Trong chế độ phụ tải cực đại và chế độ sự cố, chọn điện áp Ucs = 121kV, còn trong chế độ cực tiểu lấy Ucs = 115kV
6.4.1 Chế độ phụ tải cực đại a) Đường dây HT-2
Tổn thất trên đường dây HT-2
∆ U HT −2 = P ht −2đ R HT−2 +Q ht −2đ X HT−2
121 =3.156 (kV ) Điện áp tại điểm 2’ cuối đường dây HT-2
U 2 ' =U CS − ∆U HT −2 1−3 , 1567 844 ( kV ) Tổn thất điện áp trên tổng trở máy biến áp B2
117,937 = 4.119( kV ) Điện áp nút 2 sau khi quy đổi về phía cao áp là:
U Q2 MAX =U 2 ' − ∆ U B−2 7 , 844−4 1193 , 725 ( kV ) Điện áp trên thanh góp hạ áp trạm B2 quy về cao áp
5,2273 !,7 6 (kV ) Với k là hệ số máy biến áp như sau: k = 115 22 =5,227
Bảng 6.4: Điện áp áp thanh góp hạ áp quy đổi về phía cao áp trong chế độ cực đại
115.324 113.725 109.184 114.52 106.945 b) Đường dây HT-1, HT-3, HT-4 và HT-5
Điện áp tại thanh góp hạ áp của các trạm biến áp được tính toán tương tự cho các đường dây còn lại, như thể hiện trong bảng dưới đây.
6.4.2 Chế độ phụ tải cực tiểu và sự cố
Điện áp tại thanh góp hạ áp của các trạm biến áp được tính toán trong chế độ phụ tải cực tiểu và trong các tình huống sự cố, như thể hiện trong bảng dưới đây.
Bảng 6.5: Điện áp áp thanh góp hạ áp quy đổi về phía cao áp trong chế độ cực tiểu và sự cố
Tất cả các phụ tải trong mạng điện đều yêu cầu điều chỉnh điện áp đặc biệt Để đảm bảo chất lượng điện áp cho các hộ tiêu thụ, cần sử dụng máy biến áp điều chỉnh điện áp dưới tải Đối với các trạm có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường, độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp của trạm được quy định cụ thể.
Khi phụ tải cực đại : δ U max %=± 5%
Khi phụ tải cực tiểu: δ U min %=0%
Khi khi sự cố : δ U sc %=0 ÷+5% Điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp của trạm được xác định theo công thức sau:
Điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp của các hộ phụ tải được xác định dựa vào công thức \$U_{yc} = U_{đm} + \delta U \% \cdot U_{đm}\$, trong đó \$U_{đm} = 22V\$ Điều này giúp đáp ứng yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường của phụ tải.
Máy biến áp có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải: Gồm 19 nấc điều chỉnh và phạm vi điều chỉnh ± 9x1,78%.
Bảng 6.6: Bảng thông số điều chỉnh của MBA điều chỉnh dưới tải
6.5.2 Tính toán chọn đầu phân áp cho từng trạm trong 3 chế độ làm việc
Tính toán cho chọn đầu phân áp cho trạm 2
Chế độ phụ tải cực đại Điện áp tại đầu phân áp:
Dựa vào bảng 6.6 ta chọn đầu tiêu chuẩn n = -3, với điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuần U tcmax 8,859 kV Điện áp thực hiện trên thanh góp hạ áp bằng:
108,859 ", 98 (kV ) Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng : δU max %= U tmax −U hđm
22 100=4.4 5 % Như vậy đầu điện áp tiêu chuẩn đã chọn phù hợp
Chế độ phụ tải cực tiểu Điện áp tại đầu phân áp:
Dựa vào bảng 6.6 ta chọn đầu tiêu chuẩn n = -3, với điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuần U tcmax 8.859 kV Điện áp thực hiện trên thanh góp hạ áp bằng:
108,859 ".05( kV ) Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng :
Như vậy đầu điện áp tiêu chuẩn đã chọn phù hợp
Chế độ sau sự cố Điện áp tại đầu phân áp:
Dựa vào Bảng 6.6 ta chọn đầu tiêu chuẩn n = -3, với điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuần U tcmax 8,859 kV Điện áp thực hiện trên thanh góp hạ áp bằng:
108,859 ",9 7 (kV ) Độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp bằng : δU sc %= U tsc −U hđm
Như vậy đầu điện áp tiêu chuẩn đã chọn phù hợp
Ta tính toán tương tự ta được các bảng 6.7, 6.8 và 6.9
Bảng 6.7: Tính toán đầu phân áp ở chế độ phụ tải cực đại biến ápTrạm U qmax (kV) U đcmax (kv) Nấc U tcmax (kV) U tmax (kV) δ U max %
Bảng 6.8: Tính toán đầu phân áp ở chế độ phụ tải cực tiểu biến áp Trạm U qmin (kV) U đcmin (kv) Nấc U tcmin (kV) U tmin (kV) δ U min %
Bảng 6.9:Tính toán đầu phân áp ở chế độ phụ tải sau sự cố biến áp Trạm U qsc (kV) U đcsc (kv) Nấc U tcsc (kV) U tsc (kV) δ U sc %
TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN
7.1 Vốn đầu tư xây dựng lưới điện
Tổng vốn đầu tư xây dựng của mạng điện:
∑ K d - vốn đầu tư xây dựng đường dây;
∑ K c - vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp.
Theo chương 3 ta có tổng vốn đầu tư xây dựng đường dây là:
Vốn đầu tư cho các trạm hạ áp và tăng áp được xác định theo bảng dưới đây:
Bảng 7.1: Vốn đầu tư cho các trạm tăng áp và hạ áp
Trạm Số MBA Loại MBA Giá thành 10 9 đ ∑Kt 10 9 đ
Tổng vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp:
Tổng vốn đầu tư xây dựng mạng điện:
7.2 Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện
Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện bao gồm tổn thất trên đường dây và trong các máy biến áp ở chế độ phụ tải cực đại.
Theo tính toán ở chương 6, ta có tổn thất công suất tác dụng cực đại trên đường dây và trong cuộn dây các máy biến áp như sau:
Tổng tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép của các máy biến áp:
Vậy tổng tổn thất công suất tác dụng của mạng điện:
Tổn thất công suất tác dụng của mạng điện tính theo phần trăm:
7.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện
Tổng tổn thất điện năng trong mạng điện xác định theo công thức:
Tổng tổn thất công suất được tính bằng công thức: \[\sum \Delta A = (\Delta P_{Cu} + \Delta P_{d}) \cdot \tau + \Delta P_{0} \cdot t\]Trong đó, thời gian tổn thất công suất cực đại (\(\tau\)) được xác định bằng:\[\tau = t - \text{thời gian các máy biến áp làm việc trong năm}\]Vì các máy biến áp hoạt động song song trong suốt năm, nên \(t = 8760\) giờ.
Tổng tổn thất điện năng trong mạng điện:
Tổng điện năng các hộ tiêu thụ nhận được trong năm:
Tổn thất điện năng trong mạng điện tính theo phần trăm:
7.4 Các loại chi phí và giá thành
7.4.1 Chi phí vận hành hàng năm
Các chi phí vận hành hàng năm trong mạng điện được xác định như sau:
Y = a vhd K d + a vht K t + ∑ ∆ A c trong đó: a vhd - hệ số vận hành đường dây, a vhd =0,04 a vht - hệ số vận hành trạm, a vht =0,1 c - giá thành 1kWh, c = 1000đ/kWh.
7.4.2 Chi phí tính toán hàng năm
Chi phí tính toán hàng năm được xác định theo công thức:
Z =a tc K +Y trong đó a tc là hệ số định mức hiệu quả của các vốn đầu tư: a tc =0,125
Do đó chi phí tính toán bằng:
7.4.3 Giá thành truyền tải điện năng
Giá thành truyền tải điện có giá trị là: β= Y
Giá thành xây dựng 1MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại:
Kết quả tính các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện thiết kế được tổng hợp trong bảng sau:
Bảng 7.2: Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện thiết kế
STT Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
1 Tổng công suất phụ tải khi cực đại ∑ P max MW 125
2 Tổng chiều dài đường dây ∑ l km 245.245
3 Tổng công suất các MBA hạ áp ∑ S đmB MVA 200
4 Tổng vốn đầu tư cho mạng điện K 10 9 đ 236.822
5 Tổng vốn đầu tư về đường dây K d 10 9 đ 96.222
6 Tổng vốn đầu tư về các trạm biến áp K t 10 9 đ 140.6
7 Tổng điện năng các phụ tải tiêu thụ A MWh 500000
8 Tổn thất điện áp lớn nhất khi bình thường
9 Tổn thất điện áp lớn nhất khi sự cố U max sc % % 5.86
10 Tổng tổn thất công suất tác dụng ΔP MW 4.414
11 Tổng tổn thất công suất tác dụng phần trăm ΔP% % 3,53
12 Tổng tổn thất điện năng ΔA MWh 12505,219
13 Tổng tổn thất điện năng phần trăm ΔA% % 2,5
14 Chi phí vận hành hàng năm, Y 10 9 đ 30,41
15 Chi phí tính toán hàng năm Z 10 9 đ 60.013
16 Giá thành truyền tải điện năng β đ/MWh 60820
17 Giá thành xây dựng 1MW công suất khi phụ tải cực đại K o 10 9 đ/MW 1,89