Để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện ta sử dụng phương pháp chia lưới điệnthành các nhóm nhỏ, trong mỗi nhóm ta đề ra các phương án nối dây, dựa trên các chỉtiêu về kinh tế - kỹ thuật
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 0,85
Hệ thống điện bao gồm 05 phụ tải, trong đó phụ tải số 3 và 4 thuộc loại III, còn phụ tải số 1, 2 và 5 thuộc loại II Thời gian sử dụng phụ tải cực đại là 3000 giờ, với 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 mục tiêu này, cần phải
Loại hộ phụ tải II II III III II Điện áp thứ cấp (kV) 22
Tmax 3000 tìm ra 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 nay, việc lựa chọn sơ đồ tối ưu thường sử dụng phương pháp nhiều phương án Dựa trên vị trí của các phụ tải và nguồn cung cấp, cần dự kiến một số phương án để so sánh về mặt kinh tế - kỹ thuật Sơ đồ đơn giản nên được ưu tiên, trong khi sơ đồ phức tạp chỉ được chọn khi các sơ đồ đơn giản không đáp ứng yêu cầu.
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 mạng điện cần đảm bảo độ tin cậy và chất lượng cao trong việc cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ Khi thiết kế sơ đồ mạng điện, hai yêu cầu này phải được ưu tiên hàng đầu Để đạt được độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I, cần có dự phòng 100% trong mạng điện và hệ thống dự phòng tự động Do đó, việc sử dụng đường dây hai mạch hoặc mạch vòng là cần thiết để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I.
Các hộ tiêu thụ loại III được cung cấp điện qua đường dây một mạch Để tối ưu hóa sơ đồ mạng điện, ta áp dụng phương pháp chia lưới điện thành các nhóm nhỏ, trong đó mỗi nhóm sẽ có các phương án nối dây khác nhau Dựa trên các tiêu chí kinh tế - kỹ thuật, ta lựa chọn phương án tối ưu cho từng nhóm Vì các nhóm này hoạt động độc lập, việc kết hợp các phương án tối ưu sẽ tạo ra sơ đồ tối ưu cho toàn bộ mạng điện Ưu điểm của phương pháp chia nhóm là giúp đảm bảo không bỏ sót bất kỳ phương án nào trong quá trình lựa chọn.
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 vào vị trí địa lý và công suất của các nguồn và phụ tải Các phụ tải gần nhau sẽ được nhóm lại, với hai nguồn cung cấp chính Phụ tải sẽ được kết nối với nguồn gần nhất, và nếu nằm 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 Sau đó, các nhóm sẽ được hình thành, với mỗi nhóm sẽ có phương án riêng Dựa trên vị trí địa lý, hai khu vực sẽ được chia thành các nhóm nhỏ hơn, với phía nhà máy nhiệt điện và hệ thống mỗi bên đều có hai nhóm.
▪ Nhóm 1 gồm hệ thống, phụ tải 3, phụ tải 4
▪ Nhóm 2 gồm hệ thống, phụ tải 1, phụ tải 5.
Nhóm 3 bao gồm hệ thống và phụ tải 2 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 4
Hình 1.2: Sồ đố nối dây phương án 1 1.3.2 Nhóm 2: gồm phụ tải 1 và 5
Hình 1.3: Sồ đố nối dây phương án 2a, 2b, 2c 1.3.3 Nhóm 3: gồm phụ tải 2
LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TRUYÊN TẢI ĐIỆN VÀ TÍNH CHỌN TIẾT DIỆN DÂY
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN VÀ TÍNH
CHỌN TIẾT DIỆN DÂY 2.1 Chọn điện áp định mức
Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và đặc trưng kỹ thuật của mạng Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công suất phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và nguồn cung cấp điện, cũng như vị trí tương đối giữa các phụ tải Việc chọn điện áp định mức của mạng điện thiết kế cần được thực hiện đồng thời với sơ đồ cung cấp điện, và có thể xác định sơ bộ theo giá trị công suất trên mỗi đường dây trong mạng.
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, cần lựa chọn điện áp vận hành phù hợp dựa trên công suất cần truyền tải và độ dài đường dây Trong quá trình tính toán, ưu tiên chọn điện áp định mức cho các đoạn đường dây có công suất lớn, và các đoạn đường dây trong mạng kín thường cần 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: (2.1)
▪ 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 1 là 110 kV.
= Pmax5 + j.Qmax5 = 46 + j22,284 (MVA) Điện áp tính toán trên đoạn HT-1
UHT-1 = 4,34 = 4,34 = 75,261 (kV) Điện áp tính toán trên đoạn HT-5:
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-1 có giá trị là:
= 32 + j15,502 + 46 + j22,284 = 78 + j37,786 (MVA) Dòng công suất chạy trên đoạn đường dây 1-5:
32 + j15,502 (MVA) Điện áp tính toán trên đoạn HT-1:
= 112,231 (kV) Điện áp tính toán trên đoạn 1-5 là:
Như vậy, ta chọn điện áp định mức cho phương án 2b là 110 kV. c) Phương án 2c:
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 đixm phân bố công suất cho mạng kín HT-1-5
Để tính dòng công suất trên các đoạn đường dây trong mạch vòng HT-1-5-HT, cần giả thiết rằng mạch điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây có cùng một tiết diện Dòng công suất trên đoạn HT-1 được xác định như sau:
Dòng công suất chạy trên đoạn 1-5 bằng:
Công suất chạy trên đoạn HT-4 bằng:
Do đó, nút 1 là điểm phân công suất chung. Điện áp tính toán trên đoạn HT-1: Điện áp tính toán trên đoạn HT-5: Điện áp tính toán trên đoạn 2-4
Như vậy, ta chọn điện áp định mức cho phương án 2c 110 là kV.
= Pmax2 + j.Qmax2 = 21 + j10,173 (MVA) Điện áp tính toán trên đoạn HT-2:
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
Mạng điện 110 kV chủ yếu được xây dựng bằng các đường dây trên không, sử dụng dây nhôm lõi thép (AC) và 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 trong hệ thống 110 kV 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 Với dây AC và T = 3000 h trong 2 max khoảng [3000-5000] giờ thì J = 1,1 A/mm kt 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
▪ Uđm - điện áp định mức của mạng điện, U 0 kV;đm
▪ Smax - công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA.
Dựa vào tiết diện dây dẫn tính toán, 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 cần đạt F ≥ 70 mm² để tránh hiện tượng vầng quang Để đảm bảo đường dây hoạt động bình thường trong các chế độ sau sự cố, cần đáp ứng các điều kiện nhất định.
▪ Icb - dòng điện chạy trên đường dây, ở chế độ làm việc bình thường: , ở chế độ sự cố: ;
Icp - 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: (3.4)
▪ Pi, Q – công suất phản kháng và công suất tác dụng trên đường dây thứ i;i
Điện trở và điện kháng của đường dây thứ i được ký hiệu là Ri, X 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:
Chọn dây dẫn AC- 95 có I = 330 A.cp
Sau khi xác định tiết diện tiêu chuẩn, cần kiểm tra dòng điện trên đường dây trong các chế độ sau sự cố Sự cố trên đường dây HT-1 có thể xảy ra khi một đường dây bị đứt Khi một đường dây bị đứt, dòng điện sự cố lớn nhất đi qua đường dây HT-1 sẽ được tính toán.
Như vậy : < k1.k I2 cp = 0,88.1.330 = 290,4 (A) ( đảm bảo điều kiện phát nóng) Với dây AC-95: r = 0,33 (Ω/km); x = 0,429 (Ω/km) ; b = 2,65.10^-6 (S/km)0 0 0
Tổn thất điện áp trên đoạn HT-1:
Khi làm việc bình thường:
Khi sự cố đứt 1 đường dây:
% < 20% (thỏa mãn ) Vậy phương án 2a thoả mãn điều kiện kỹ thuật
Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây HT-5: Tính toán tương tự như nhánh HT-1 Ta có kết quả như các bảng số liệu dưới đây
Bảng 2.1: Tiết diện dây dẫn cho các đường dây phương án 2a Đường dây
Simax Ittmax Ftt Ftc Isc Icp k1.k I2 cp
Bảng 2.2: Thông số đường dây cho các đường dây phương án 2a
13 Đường dây Loại dây L(km) N r0 x0 b0.10 -6 R X B/2
Bảng 2.3: Tổn thất điện áp cho các đường dây phương án 2a Đườn g dây Loại dây P
Từ bảng 2.1 và 2.3 ta có: Điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp thoả mãn.
Vậy phương án 2a thoả mãn yêu cầu kỹ thuật
Tính toán tương tự như phương án 2a ta có kết quả như bảng dưới đây
Bảng 2.4: Tiết diện dây dẫn cho các đường dây phương án 2b Đường dây
Simax Ittmax Ftt Ftc Isc Icp k1.k I2 cp
Bảng 2.5: Thông số đường dây cho các đường dây phương án 2b Đường dây
Bảng 2.6: Tổn thất điện áp cho các đường dây phương án 2b
Tổn thất điện áp lúc bình thường và sự cố đứt 1 đường dây đoạn HT-1:
Từ bảng 2.4 và 2.6 ta có: Điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp thoả mãn.
Vậy phương án 2b thoả mãn yêu cầu kỹ thuật
Bảng 2.7: Tiết diện dây dẫn cho các đường dây phương án 2c Đường dây
Simax Ittmax Ftt Ftc Isc Icp k k1 2 Icp
Dòng điện sự cố lớn nhất qua đoạn HT-1 khi đứt đoạn HT-5:
Dòng điện sự cố lớn nhất qua đoạn HT-4 khi đứt đoạn HT-2:
Bảng 2.8: Thông số đường dây cho các đường dây phương án 2c Đường dây Loại dây L(km) n r0 x0 b0.10-6 R X B/2
Bảng 2.9: Tổn thất điện áp cho các đường dây phương án 2c Đường dây Loại dây
Từ bảng ta có tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thường và sự cố đứt dây như sau:
+ Đoạn HT-1: Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường :
+ Đoạn HT-5: Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường :
+ Đoạn 1-5:Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường :
- Chế độ sau sự cố:
Từ bảng 2.7, 2.8 và 2.9 ta có: Điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp thoả mãn. Vậy phương án 2c thoả mãn yêu cầu kỹ thuật b) Nhóm 3:
Tính toán tương tự như Nhóm 2, ta có kết quả chọn tiết diện dây dẫn và tổn thất điện áp cho các phương án như sau:
Bảng 2.10: Tiết diện dây dẫn cho các đường dây phương án 3 Đường dây
Simax Ittmax Ftt Ftc Isc Icp k1.k I2 cp Loại
Bảng 2.11: Thông số đường dây cho các đường dây phương án 3 Đường dây Loại dây L(km) n r0 x0 b0.10 -6 R X B/2
Bảng 2.12: Tổn thất điện áp cho các đường dây phương án 3 Đường Loại P Q R X Ubt Usc Ubtmax Uscmax
Từ bảng 2.10 và 2.12 ta có: Điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp thoả mãn.
Vậy phương án 3 thoả mãn yêu cầu kỹ thuật c) Nhóm 1
Tính toán tương tự như Nhóm 2, ta có kết quả chọn tiết diện dây dẫn và tổn thất điện áp cho các phương án như sau:
Bảng 2.13: Tiết diện dây dẫn cho các đường dây Nhóm 1 Đường dây
Simax Ittmax Ftt Ftc Isc Icp k1.k I2 cp
Bảng 2.14: Thông số đường dây cho các đường dây Nhóm 1 Đường dây Loại dây L(km) n r0 x0 b0.10 -6 R X B/2
Bảng 2.15: Tổn thất điện áp cho các đường dây Nhóm 1 Đường dây Loại dây P Q R X Ubt Usc Ubtmax Uscmax
Từ bảng 2.13 và 2.15 ta có: Điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp thoả mãn.
Vậy phương án trong Nhóm 1 thoả mãn điều kiện kỹ thuật
TÍNH CHỈ TIÊU KINH TẾ VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU
TỐI ƯU 3.1 Hàm chi phí
Dựa trên kết quả tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật cho các phương án đi dây trong từng nhóm phụ tải, tất cả các phương án đều đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Do đó, để lựa chọn phương án tối ưu trong các nhóm, chúng ta cần xem xét hàm chi phí tính toán hàng năm.
Vì các phương án so sánh của mạng điện đều có cùng điện áp định mức, nên không cần thiết phải tính toán vốn đầu tư vào các trạm hạ áp để đơn giản hóa quá trình phân tích.
Tiêu chuẩn so sánh các phương án kinh tế là chi phí tính toán hàng năm phải ở mức thấp nhất Hàm chi phí tính toán hàng năm của từng phương án được xác định dựa trên hàm chi phí tính toán.
Công thức tính Z được xác định như sau: \$Z = (a + a) v_{h} t_{c} \times K + \Delta A.c\$, với \$a_{vh}\$ là hệ số vận hành bao gồm khấu hao, tu sửa thường kỳ và phục vụ các đường dây của mạng điện Đối với đường dây bê tông thép, giá trị của \$a\$ được lấy là 0,04 Hệ số định mức hiệu quả hay hệ số hiệu quả vốn đầu tư, ký hiệu là \$a_{atc}\$, có giá trị là 0,125.
K: vốn đầu tư của từng mạng điện.
K k L (3.2) k0i: giá trị tiền cho 1 km đường dây một mạch thứ i Đối với đường dây lộ kép thì giá trị tiền tăng 1,6 lần so với lộ đơn (đ/km)
Li: chiều dài đoạn đường dây thứ i (km) ΔA: tổng tổn thất điện năng trong mạng điện.
A Pτ i (3.3) ΔPi: tổn thất công suất tác dụng trên đoạn đường dây thứ i.
(3.4) : thời gian tổn thất công suất lớn nhất
(h) (4.5) Đề bài cho Tmax = 3000 h với các phụ tải 1, 2 ,3,4,và 5 Do đó ta có thời gian tổn thất công suất lớn nhất: c: giá 1 kWh điện năng tổn thất: 1000 đồng
Dự kiến sẽ triển khai các phương án sử dụng đường dây trên không với cột bê tông cốt thép Bảng tổng hợp suất giá đầu tư cho 1 km đường dây trên không với cấp điện áp 110 kV đã được lập Hai phương án sẽ được xem là tương đương về mặt kinh tế khi đáp ứng các tiêu chí nhất định.
Bảng 3.1: Suất giá đầu tư cho đường dây trên không cấp điện áp 110 kV Loại dây dẫn Giá 1 lộ (10 đ/km) 6 2 lộ trên 1 cột (10 đ/km) 6
3.2 Áp dụng cho các nhóm phụ tải
Tính tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây
Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây HT – 3:
Tổn thất công suất trên các đường dây còn lại được tính toán tương tự, và kết quả của việc tính toán tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây đã được tổng hợp trong bảng.
Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện:
Vốn đầu tư xây dựng đường dây HT – 3:
HT-3 là đường dây đơn nên x =1 chiều dài đoạn đường dây HT-3 là:L3 = 60 km
- Đường dây HT-3 là loại AC-150 nên giá thành 1km đường dây là: K03 = 336 10 6 đ/km
- Vậy ta có vốn đầu tư xây dựng đường dây HT-3 tính như sau:
Kết quả tính vốn đầu tư xây dựng các đường dây cho trong bảng sau
Xác định hàm chi phí tính toán hàng năm:
-Thời gian tổn thất công suất lớn nhất của các đường dây là:
Chi phí tính toán hàng năm cho các nhóm khác và phương án của chúng được thực hiện tương tự như nhóm 1 Với HT-3, kết quả được ghi lại trong bảng 4.2.
Bảng 3.2: Bảng số liệu tính toán kinh tế
Nhóm Phương án Đường dây x ∑
3.3 Chọn phương án tối ưu
Dựa trên kết quả tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật và hàm chi phí cho từng phương án trong các nhóm phụ tải, chúng ta đã xác định được phương án tối ưu.
- Nhóm 1: Phương án tối ưu là 1a
- Nhóm 2: Phương án tối ưu là 2a
- Nhóm 3: Phương án tối ưu là 3a
Hình 3.1: Sơ đồ phương án nối dây tối ưu
CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH
Máy biến áp (MBA) là thiết bị quan trọng, đóng góp một phần lớn vào vốn đầu tư trong hệ thống điện Việc lựa chọn máy biến áp cần tuân theo các nguyên tắc nhất định.
Dựa vào phương thức vận hành và yêu cầu điều chỉnh điện áp của phụ tải, cần lựa chọn giữa máy biến áp thường và máy biến áp điều chỉnh dưới tải.
Dựa vào tính chất tiêu thụ, chúng ta phân loại phụ tải thành loại I và loại III để xác định số lượng máy biến áp phù hợp Với mạng điện thiết kế có 5 phụ tải loại I, cần lắp đặt hai máy biến áp cho loại I và một máy biến áp cho loại III Khi một máy biến áp gặp sự cố hoặc bảo trì, máy biến áp còn lại có khả năng quá tải cho phép sẽ cung cấp điện cho toàn bộ phụ tải trong điều kiện cực đại Chúng ta sử dụng máy biến áp ba pha với hai dây quấn để giảm chi phí lắp đặt, vận chuyển và vận hành.
Tất cả các máy biến áp được lựa chọn đều đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đạt máy biến áp Tại Việt Nam, nhiệt độ trung bình của môi trường là 25°C, trong khi nhiệt độ môi trường lớn nhất có thể lên tới 42°C Các máy biến áp dưới đây được coi là đã được hiệu chỉnh phù hợp với điều kiện nhiệt độ tại Việt Nam.
Khi lựa chọn công suất cho máy biến áp, cần xem xét khả năng quá tải của nó sau sự cố Điều kiện quá tải cho phép là 40% trong một khoảng thời gian nhất định.
23 gian phụ tải cực đại Công suất của mỗi máy biến áp trong trạm có n máy biến áp (n>1) đuợc xác định theo công thức:
+ Spt.max : Phụ tải cực đại của trạm (MVA)
+ k : Hẹ số quá tải của máy biến áp trong chế đọ sau sự cố, k = 1,4
+ n : Số máy biến áp trong trạm
- Các phụ tải loại III: Điều kiện chọn máy biến áp cho phụ tải loại III (sử dụng 1 MBA)
-Công suất của máy biến áp đặt ở phụ tải 3, 4 là :
-Chọn sơ bộ máy biến áp dùng cho tải 3 là: TPDH-32000/110, tải 4 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
Trạm (MVA) (MVA) Loại MBA YCĐC (%) (MW) (MW) (%)
-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 I, trạm biến áp được thiết kế với 2 nguồn cấp và 2 máy biến áp (MBA) nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy Quyết định sử dụng sơ đồ cầu ngoài hay cầu trong phụ thuộc vào khoảng cách truyền tải: sơ đồ cầu trong được áp dụng cho các đường dây dài hơn 70 km, trong khi sơ đồ cầu ngoài được sử dụng cho các đường dây ngắn hơn Đặc biệt, 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.
SdmB: Công suất phát định mức của máy biến áp.
S đô câu ngoaiơ n: Số máy biến áp vạn hành song song.
Ta có bảng tính toán vạn hành kinh tế các trạm hạ áp nhu sau
Bảng 4.2: Bảng tính toán sơ đồ cầu cho trạm biến áp
Phụ tải Sptmin(MVA) Sđm(MVA) P0(MW) PN(MW) Sgh(MVA) Sơ đồ
4.2.2 Chọn sơ đồ nối chính cho toàn hê … thống điê …n
- 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.
TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
CHƯƠNG 5: CÂN BẰNG SƠ BỘ CÔNG SUẤT
5.1 Cân bằng công suất tác dụng Đặc điểm của quá trình sản xuất điện năng là công suất của các nhà máy sản xuất ra phải luôn cân bằng với công suất tiêu thụ của các phụ tải tại mọi thời điểm.
Cân bằng công suất trong hệ thống điện là yếu tố quan trọng để đảm bảo khả năng cung cấp của các nguồn phát và đáp ứng yêu cầu của phụ tải Việc này giúp xác định phương thức vận hành của các nhà máy nhằm cung cấp đủ công suất, đồng thời thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật và tối ưu hóa hiệu quả kinh tế Đặc biệt, tính toán cân bằng công suất trong các chế độ cực đại, cực tiểu và chế độ sự cố là cần thiết để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống và chất lượng điện cung cấp cho phụ tải.
Tổng công suất có thể phát của nguồn điê ™n phải bằng hoặc lớn hơn công suất yêu cầu trong chế độ max, tính theo công thức sau:
PF = Pyc = m Ppt + Pmđ (5.1) Trong đó: m: hệ số đồng thời (ở đây lấy m = 1).
PF: tổng công suất tác dụng phát của nguồn.
Pyc: công suất tác dụng yêu cầu của phụ tải.
Ppt: tổng công suất tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ: Ppt = 150 MW.
Pmđ: tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp.
Ta chọn: Pmđ = 5% mPpt = 5% 150 = 7,5 (MW)
Ta thấy: PF = Pyc = mPpt + Pmđ = 150 + 7,5 = 157,5 (MW)
Do giả thiết nguồn cung cấp đủ công suất tác dụng nên ta không cần cân bằng chúng.
5.2 Cân bằng công suất phản kháng
Cân bằng công suất phản kháng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì điện áp của mạng điện Mặc dù quá trình này giúp lựa chọn dây dẫn, nhưng nó không hoàn toàn giải quyết vấn đề thiếu công suất phản kháng.
Biểu thức cân bằng công suất phản kháng được biểu diễn như sau:
QF = mQpt +QB + QL –QC (5.2)
Trong đó: m: hệ số đồng thời (ở đây lấy m = 1).
Tổng công suất phản kháng phát kinh tế của nhà máy điện, ký hiệu là \$\Sigma QF\$, được xác định dựa trên cân bằng công suất tác dụng Công suất tác dụng yêu cầu từ phụ tải chính là mức công suất mà các nhà máy điện trong hệ thống cần cung cấp Giả sử rằng hệ số công suất của các tổ máy phát tương đương với hệ số công suất của toàn bộ hệ thống.
Vì nguồn có hệ số công suất cos HT =0,9 nên ta có tg HT =0,436
Qpt: tổng công suất phản kháng cực đại của phụ tải.
Qpt = Q1max + Q2max + Q3max + Q4max + Q5max = 72,665 (MVAr)
QB: tổng tổn thất công suất phản kháng trong các MBA của hệ thống
Ta lấy: QB = 15% ∑Q = 15% 72,665 = 10,9 (MVAr)pt
QL: tổng tổn thất công suất phản kháng trên đường dây của mạng điện.
QC: tổng công suất phản kháng do dung dẫn của các đoạn đường dây cao áp trong mạng điện sinh ra
Với lưới điện đang xét trong tính toán sơ bộ ta có thể coi: QL = QC
Thay các thành phần vào biểu thức cân bằng công suất phản kháng (5 2), ta có:
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 thuạt của luới điẹn thiết kế, cần xác định các thông số chế đọ xác lạp 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 điẹn áp ở các nút trrong mạch điẹn bằng điẹn áp định mức U = U i đm 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: Đối với đường dây (theo số liệu chương 3 ta có):
Dây dẫn AC-70 có R =0,45 (Ω/Km); X =0,44 (Ω/Km); B0 0 0=2,58.10 -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% I % = 0,80 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 :
-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:
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:
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 i
(MVA) (MVA) Bi (MVA) Bi (MVA) C
HT-1 1.434i 32.19008 + 17.3748i 1.91854 + 2.49418i 34.10862 + 19.86898i 34.10862 + 18.43498i HT-2 1.125i 21.11515 + 10.70575i 0.32452 + 0.31728i 21.43967 + 11.02303i 21.43967 + 9.89803i HT-3 0.995i 28.1846 + 16.289i 2.772 + 5.544i 30.9566 + 21.833i 30.9566 + 20.838i HT-4 0.514i 23.09758 + 12.3373i 2.1345 + 3.34425i 25.23208 + 15.68155i 25.23208 + 15.16755i HT-5 1.627i 46.41504 + 28.7338i 1.62 + 2.538i 48.03504 + 31.2718i 48.03504 + 29.6448i
6 2 Chế độ phụ tải cực tixu
Trong chế độ phụ tải cực tiểu, công suất phụ tải cực tiểu đạt 80% 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 tixu trên các đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4,HT ĐD i
(MVA) (MVA) Bi (MVA) Bi (MVA) C
HT-1 1.434i 23.16658 + 11.6373i 1.40201 + 1.82267i 24.56859 + 13.45997i 24.56859 + 12.02597i HT-2 1.125i 15.20721 + 7.24285i 0.24339 + 0.23796i 15.4506 + 7.48081i 15.4506 + 6.35581i HT-3 0.995i 20.27167 + 10.7945i 1.89 + 3.78i 22.16167 + 14.5745i 22.16167 + 13.5795i HT-4 0.514i 16.66012 + 9.2732i 1.7076 + 2.6754i 18.36772 + 11.9486i 18.36772 + 11.4346i HT-5 1.627i 33.30464 + 16.9268i 1.0125 + 1.58625i 34.31714 + 18.51305i 34.31714 + 16.88605i
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 ĐD i
(MVA) (MVA) Bi (MVA) Bi (MVA) C
6.4 Tính điện áp các nút trong mạng điện
Trong thiết kế mạng điện, có hai nguồn cung cấp, nhưng 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 Điện áp tại điểm 2’ cuối đường dây HT-2
Tổn thất điện áp trên tổng trở của máy biến áp B2 được xác định bằng điện áp nút 2 sau khi quy đổi về phía cao áp, tương ứng với điện áp trên thanh góp hạ áp tại trạm B2 khi quy về cao áp.
Với k là hệ số máy biến áp như sau:
Bảng 6.4: Điện áp áp thanh góp hạ áp quy đổi về phía cao áp trong chế độ cực đại 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 quy về cao áp được tính toán tương tự cho các đường dây còn lại, như thể hiện trong bảng dưới đây.
Điện áp tại thanh góp hạ áp của các trạm biến áp được quy về cao 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 tixu và cực đại
Điện áp tại thanh góp hạ áp của các trạm biến áp trong chế độ phụ tải cực tiểu và khi xảy ra sự cố được tính toán tương tự như chế độ cực đại, 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 tixu 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 :
Khi phụ tải cực tiểu:
Khi xảy ra sự cố, điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp của trạm được xác định theo công thức cụ thể Đối với mạng điện thiết kế, dựa vào yêu cầu điều chỉnh điện áp không bình thường của phụ tải, ta có thể xác định điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp cho các hộ 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 7.3, chúng ta chọn đầu tiêu chuẩn n = 0 Điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuẩn được xác định, và độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp cũng được tính toán.
Như vậy đầu điện áp tiêu chuẩn đã chọn phù hợp
Chế độ phụ tải cực tixu Điện áp tại đầu phân áp:
Dựa vào bảng 7.3, chúng ta chọn đầu tiêu chuẩn n = -3 Điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuẩn được xác định, và độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp cũng được tính toán.
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 7.3, chúng ta chọn đầu tiêu chuẩn n = -1 Điện áp của đầu điều chỉnh tiêu chuẩn được xác định, và độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp cũng được tính toán.
Như vậy đầu điện áp tiêu chuẩn đã chọn phù hợp
Ta tính toán tương tự ta được các bảng 7.4, 7.5 và 7.6
Bảng 6.7: Tính toán đầu phân áp ở chế độ phụ tải cực đại
Trạm biến áp (kV) (kv) Nấc (kV) (kV)
Bảng 6.8: Tính toán đầu phân áp ở chế độ phụ tải cực tixu
Trạm biến áp (kV) (kv) Nấc (kV) (kV)
Bảng 6.9:Tính toán đầu phân áp ở chế độ phụ tải sau sự cố
Trạm biến áp (kV) (kv) Nấc (kV) (kV)
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: trong đó:
- vốn đầu tư xây dựng đường dây;
- 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 đ 9 ∑K 10 đt 9
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 được xác định theo công thức, trong đó thời gian tổn thất công suất cực đại (τ) được tính dựa trên thời gian các máy biến áp hoạt động trong năm (t) Do các máy biến áp vận hành song song suốt cả năm, giá trị của t là 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: trong đó:
- hệ số vận hành đường dây,
- hệ số vận hành trạm, 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: trong đó là hệ số định mức hiệu quả của các vốn đầu tư:
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:
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 MW 150
2 Tổng chiều dài đường dây km 314.595
3 Tổng công suất các MBA hạ áp MVA 237
4 Tổng vốn đầu tư cho mạng điện K 10 đ 9 201,10
5 Tổng vốn đầu tư về đường dây Kd 10 9 đ 22,109
6 Tổng vốn đầu tư về các trạm biến áp Kt 10 9 đ 179
7 Tổng điện năng các phụ tải tiêu thụ A MWh
8 Tổn thất điện áp lớn nhất khi bình thường
9 Tổn thất điện áp lớn nhất khi sự cố Umax sc% % 13,114
10 Tổng tổn thất công suất tác dụng ΔP MW 9,771
11 Tổng tổn thất công suất tác dụng phần trăm ΔP% % 6,514
12 Tổng tổn thất điện năng ΔA MWh
13 Tổng tổn thất điện năng phần trăm ΔA% % 7,37
14 Chi phí vận hành hàng năm, Y 10 đ 9 36,21
15 Chi phí tính toán hàng năm Z 10 đ 9 61,35
16 Giá thành truyền tải điện năng β đ/MWh
17 Giá thành xây dựng 1MW công suất khi phụ tải cực đại Ko