Các hộ phụ tải còn lại ở gần hệ thống điện nên phương án nối dây chủ yếu do nguồn của nhà máy 2 cung cấp.. Dựa vào khả năng cung cấp điện của các nhà máy và yêu cầu của các phụ tải ta đị
Trang 1Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế lưới điện khu vực
Trang 2ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PHẦN THỨ NHẤT THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC
CHƯƠNG I:
PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI
I Các số liệu về nguồn cung cấp và phụ tải
1 Sơ đồ địa lý:
2 Những số liệu về nguồn cung cấp:
a Nhà máy thuỷ điện:
Công suất đặt: P1=3x80=240MW
Hệ số công suất: cosφ=0,85
Điện áp định mức: Uđm=10,5kV
b Hệ thống điện:
Công suất đặt: P1=4x50=200MW
Hệ số công suất: cosφ=0,85
Điện áp trên thanh cái cao áp: Uđm=10,5kV
Trang 3ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3 Những số liệu về phụ tải: Được biểu diễn như bảng sau
Phụ tải
Số liệu
Pmin(MW) 18 16,8 18 19,2 18 19,2 19,2 16,8 13,2 cosϕ 0,95 0,9 0,9 0,92 0,9 0,95 0,85 0,92 0,9
Điện áp thứ
cấp
22 22 22 22 22 22 22 22 22
Pmin = 0,6 Pmax Tmax=4800h
Giá điện năng tổn thất: 500 đ/kWh
Giá trị bù là 150.000/kVar
- Phụ tải xa nguồn nhất là phụ tải 8 với khoảng cách là 86 km
- Phụ tải gần nguồn nhất là phụ tải 9 với khoảng cách là 51 km
Nhà máy 1 cung cấp cho các phụ tải 1,2,3,4,5 với tổng công suất là 150 MW Nhà máy 2 cung cấp cho các phụ tải 6,7,8,9 với tổng công suất là 114 MW
II Phân tích nguồn và phụ tải
Từ những số liệu như trên ta có thể rút ra những nhận xét như sau:
Hệ thống được thiết kế gồm 2 nhà máy loại nhiệt điện cung cấp cho 9 hộ phụ tải trong đó có:
Phụ tải số 1,2, , 4, 5, 6, 7 và 9 là hộ loại I
Phụ tải số 3, 8 là hộ loại III
Đa số các phụ tải đều nằm ở lân cận 2 nhà máy đây là một điều kiện rất thuận lợi để đề ra các phương án nối dây, kết hợp việc cung cấp điện cho các
hộ phụ tải và nối liên lạc giữa 2 nhà máy thành một hệ thống điện
Để đảm bảo cung cấp điện ta phải chú ý đến các hộ phụ tải, tính chất của các hộ tiêu thụ điện để có phương thức cung cấp điện nhằm đáp ứng được yêu cầu của các hộ dùng điện
Theo như sơ đồ bố trí vị trí các phụ tải và vị trí của các nhà máy điện ta thấy rằng:
Phụ tải xa nguồn nhất đó là phụ tải 8 với khoảng cách tới nguồn là 86 km, còn phụ tải gần nguồn nhất là phụ tải 9 với khoảng cách tới nguồn là 51 km
Trang 4ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Các hộ phụ tải 1, 2, 3, 4, 5 ở gần nhà máy nhiệt điện 1, nên phương án nối dây có xu hướng do nhà máy 1 cung cấp
Các hộ phụ tải còn lại ở gần hệ thống điện nên phương án nối dây chủ yếu
do nguồn của nhà máy 2 cung cấp
Tóm lại khi ta thiết kế mạng điện này ta cần chú ý các điều kiện sau: Phân tích và dự báo phụ tải phải chính xác
Đảm bảo cho nhà máy vận hành với công suất tối thiểu và ở chế độ cực đại thì phải thoả mãn nhu cầu của phụ tải
Đảm bảo được các điều kiện về khí tượng, thuỷ văn, địa chất, địa hình, giao thông vận tải
Đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải, nhất là các hộ phụ tải loại I
Dựa vào khả năng cung cấp điện của các nhà máy và yêu cầu của các phụ tải ta định chế độ vận hành cho các nhà máy điện sao cho kinh tế nhất và đảm bảo ổn định cho hệ thống
CHƯƠNG II:
Trang 5ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HAI NHÀ MÁY
I.Cân bằng công suất trong nhà máy điện
Để hệ thống điện làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho các hộ phụ tải điện thì nguồn điện phải đảm bảo cung cấp đủ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q cho các hộ phụ tải, tức là ở mỗi thời điểm nào đó phải luôn luôn tồn tại sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ của các hộ phụ tải và công suất tiêu tán trên các phần tử của hệ thống Mục đích của phần này là ta tính toán xem nguồn phát có đáp ứng đủ công suất tác dụng và công suất phản kháng cho các hộ phụ tải không? Từ đó định ra phương thức vận hành cho nhà máy cũng như lưới điện nhằm đảm bảo cung cấp điện cũng như chất lượng điện năng tức là bảo đảm tần số và điện áp luôn luôn ổn định trong giới hạn cho phép
1.Cân bằng công suất tác dụng:
Nếu công suất tác dụng của nguồn điện nhỏ hơn yêu cầu của phụ tải thì tần số sẽ giảm và ngược lại Cân bằng công suất tác dụng sẽ có tính chất toàn
hệ thống, tần số ở mọi nơi trong hệ thống điện luôn như nhau
Phương trình cân bằng:
ΣPF = m.ΣPPT+ ΣΔPmd+ ΣPtd+ ΣPdtr
Trong đó:
ΣPF: là tổng công suất tác dụng định mức của các nhà máy điện
m : là hệ số đồng thời, trong đồ án này lấy m=1
ΣPPT: là tổng công suất tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ
ΣΔPmd: là tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp, trong đồ án này ta lấy ΣΔPmd = 10%mΣPPT
ΣPtd: là tổng công suất tác dụng tự dùng trong các nhà máy điện có giá trị trong khoảng 8 - 14%.( m.ΣPpt + ΣΔPmd) Ở đây ta chọn = 10%
ΣPdtr: là tổng công suất tác dụng dự trữ của toàn hệ thống
ΣPdtr = ΣPF - m.ΣPpt - ΣΔPmd - ΣPdtr
Tổng công suất tác dụng dự trữ của toàn hệ thống thường nằm trong khoảng 10-15% tổng công suất phụ tải và không được bé hơn công suất của một tổ máy trong mạng
Thay số vào ta được:
Tổng công suất tác dụng định mức của các nhà máy điện:
ΣPF= 3 x 80 + 4 x 50 = 440 MW
Tổng công suất tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ:
ΣPpt=150 + 114 = 264 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp:
ΣΔPmd=10%.m.ΣPpt= 10%.1.264= 26,4 MW Tổng công suất tác dụng tự dùng trong các nhà máy điện:
ΣPtd= 10% (m.ΣPF + ΣΔPmd) = 10%.(1.264+26,4) = 29,04 MW Tổng công suất tác dụng dự trữ của toàn hệ thống :
Trang 6ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ΣPdtr = 440 – 1.264 –26,4 –29,04 = 120,56 MW
Ta có ΣPdtr = 120,56 MW > 80 MW là công suất của tổ máy lớn nhất nên hệ thống luôn luôn đảm bảo đủ công suất trong mọi chế độ vận hành
2 Cân bằng công suất phản kháng:
Nếu công suất phản kháng phát nhỏ hơn yêu cầu thì điện áp giảm và ngược lại Khác với công suất tác dụng, cân bằng công suất phản kháng vừa
có tính chất hệ thống vừa có tính chất địa phương, có nghĩa là chỗ này của hệ thống có thể đủ nhưng chỗ khác của hệ thống lại thiếu công suất phản kháng
Phương trình cân bằng công suất phản kháng:
ΣQF+ΣQb= m.ΣQPT+ΣΔQB+ΣΔQL- ΣΔQC+ ΣQtd+ ΣQdtr
Trong đó:
ΣQF: là tổng công suất phản kháng định mức của các nhà máy điện
ΣQPT: là tổng công suất phản kháng cực đại của các phụ tải
ΣΔQB: là tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp, trong đồ
án này ta lấy ΣΔQB=15%ΣQpt
ΣΔQL: là tổng tổn thất công suất phản kháng trên đường dây của mạng điện
ΣΔQC: là tổng công suất phản kháng do dung dẫn của đường dây cao áp sinh ra, đối với bước tính sơ bộ điện ở điện áp 110kV, ta coi:
ΣΔQC= ΣΔQL
ΣQtd: là tổng công suất phản kháng tự dùng của các nhà máy điện được xác định theo công thức:
ΣQtd= ΣPtd.tgφtd Ta chọn tgφtd=0,882
ΣQdtr: là tổng công suất phản kháng dự trữ của toàn hệ thống, có thể lấy bằng công suất phản kháng của tổ máy lớn nhất trong hệ thống
Sau khi tính toán ta thấy nếu ΣQb>0 ⇒ phải tiến hành bù sơ bộ và ưu tiên cho các hộ ở xa có hệ số cosφ thấp trước Công suất bù sơ bộ cho phụ tải thứ i được tính như sau:
Qbi=Qi-Pi.tgφi’=Qi- Qi’ Thay số vào ta được:
Tổng công suất phản kháng định mức của các nhà máy điện:
ΣQF= ΣPF.tgφF= 440tg(arccos(0,85))= 272,7 MVAr Tổng công suất khản kháng cực đại của các phụ tải:
ΣQPT= ΣQmaxi = 9,9+ 13,6 + 14,5 +13,6 +14,5 +10,5 + 19,8 +11,9 + 10,7
= 119 MVAr Tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp:
ΣΔQB=15%.ΣQpt=15%.119 = 17,85 MVAr Tổng công suất phản kháng tự dùng của các nhà máy:
ΣQtd= ΣPtd.tgφtd= 29,04.0,882= 25,6 MVAr
Tổng công suất phản kháng dự trữ của toàn hệ thống :
ΣQdtr=QFmax=PFmax.tgφF = 80.0,62 = 49,6 MVAr
Trang 7ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tổng công suất phản kháng cần bù là:
ΣQb= = m.ΣQPT+ΣΔQB + ΣQtd + ΣQdtr - ΣQF
= 119+ 17,85+ 25,6+ 49,6- 272,7
= -60,65 MVAr < 0 ⇒ không phải bù sơ bộ
Vậy qua kết quả tính toán ta thấy tổng công suất phản kháng yêu cầu của các hộ phụ tải có giá trị nhỏ hơn công suất phản kháng của nguồn cung cấp nên ta không cần phải bù sơ bộ công suất phản kháng
II Xác định phương thức vận hành cho 2 Nhà máy
1 Phụ tải cực đại
ΣPyc = ΣPpt + ΣPmđ + ΣPtd = 264 + 26,4 + 29,04 = 319,44 MW
Để đảm bảo cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống, ta huyđộng tổ máy có công suất lớn hơn trong hệ thống nhận phụ tải trước để đảm bảo tính kinh tế hơn Ở trường hợp này nhà máy 1 có công suất đơn vị của mỗi tổ máy lớn nhất → Xét Nhà máy 1trước
Ta cho Nhà máy 1 phát 85% công suất cực đại
PNĐ1 = 85% 240 = 204 MW
Tự dùng 20,4 MW
Phát trên lưới : 204 –20,4 = 183,6 MW
Lượng công suất nhà máy 2 đảm nhiệm:
PNĐ2 = 319,44 – 204 =115,44 = 57,7% P2đm Không thoả mãn phụ tải kinh tế 60 – 85%
Ta phát Nhà máy 1 với công suất 80% công suất cực đại
PNĐ1 = 80%.240 = 192 MW
Tự dùng 19,2 MW
Phát lên lưới 192 – 19,2 = 172,8 MW
Lượng công suất Nhà máy 2 đảm nhận:
PNĐ2 = 319,44 – 192 = 127,44 = 63,72% P2đm Thoả mãn điều kiện phụ tải kinh tế
Trong đó lượng tự dùng: 12,74 MW
Phát lên lưới:: 127,44 – 12,74 = 114,7 MW
2 Chế độ phụ tải min
Pmin =60%.Pmax = 60%.319,44 = 191,66
Ta cho vận hành 2 tổ máy Nhà máy điện 1 và 2 tổ máy Nhà máy điện 2
Nhà máy điện 1 phát 75% công suất 1 tổ máy: 2.80.75% = 120MW
Công suất tự dùng : 12 MW
Công suất phát lên lưới: 120 – 12 =108 MW
⇒ Nhà máy 2 đảm nhận 191,66 – 120 = 71,66 = 71,66% P2đm
Trong đó phần tự dùng là 7,16 MW
Phát lên lưới : 71,66 – 7,16 =64,5 MW
Trang 8ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3 Chế độ sự cố
Với giả thiết sự cố nghiêm trọng nhất là Nhà máy điện 1 hỏng một tổ máy Khi đó :
ΣPyc = ΣPpt + ΣΔPmd + ΣPtd = 319,44 MW
PNĐ1 = 160 MW Trong đó tự dùng 16 MW
Phát lên lưới: 160 –16 =144 MW
Lượng công suất mà Nhà máy 2 đảm nhận: 319,44 – 160 = 159,44 MW chiếm 79,7% công suất nhiệt điện 2 với tự dùng 15,94 MW
Phát lên lưới: 159,44 –15,94 = 143,5 MW
Nhà
máy Phụ tải cực đại Phụ tải cực tiểu Chế độ sự cố
PF(MW)
Số tổ máy làm việc
PF(MW)
Số tổ máy làm việc
PF(MW)
Số tổ máy làm việc
1 192 (80%)
240 3x80 120 (160) = 75% 2x80 160 (160 ) = 100% 2x80
2 127,44
(63,7%)
200
4x50 71,66=71,66%
(100) 2x50 159,44=79,7% (200) 4x50
CHƯƠNG III:
Trang 9ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN CỦA LƯỚI ĐIỆN, TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP
I Dự kiến các phương án của lưới điện
Căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện năng của các hộ phụ tải, vào đặc điểm
và hiện trạng làm việc của 2 nhà máy điện với các hộ phụ tải trên sơ đồ địa lý,
ta đưa ra một số phương án nối dây
Khu vực nhà máy nhiệt điện 1 cung cấp điện cho các hộ phụ tải lân cận
nó là 1, 2, 3, 4, 5 Khu vực nhà máy nhiệt điện 2 cung cấp chủ yếu cho các hộ phụ tải 6, 7, 8, 9 Nhà máy và hệ thống liên hệ thông qua đường dây liên lạc nối qua phụ tải 6 Việc lựa chọn các phương án phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:
Cung cấp điện liên tục
Đảm bảo chất lượng điện cao
Đảm bảo tính linh hoạt của mạng điện
Đảm bảo tính kinh tế và có khả năng phát triển
Đảm bảo an toàn cho con người và cho thiết bị
1 Các phương án của lưới điện:
Sau khi xem xét các phương án ta đưa ra 5 phương án như sau:
Phương án 1:
Trang 10ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Phương án 2:
Phương án 3:
Trang 11ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Phương án 4:
Phương án 5:
II Lựa chọn cấp điện áp cho các phương án
Việc chọn cấp điện áp vận hành của hệ thống điện là rất quan trọng Tuỳ thuộc vào giá trị công suất cần truyền tải và độ dài của đường dây tải điện mà
ta chọn độ lớn của điện áp vận hành sao cho thích hợp nhất Nếu công suất truyền tải lớn và tải điện đi xa, nếu dùng điện áp lớn thì có lợi vì giảm được đáng kể tổn thất công suất truyền tải trên đường dây nhưng làm tăng tổn thất công suất vầng quang và phải chi phí vốn đầu tư vào cách điện cho đường dây
và máy biến áp
Trang 12ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Để xác định cấp điện áp cho hệ thống, theo kinh nghiệm thiết kế đã đưa ra được công thức:
U = 4 , 34 L+ 16 P(*) Trong đó:
L: khoảng cách truyền tải (km)
P: công suất truyền tải trên đường dây (MW)
Để đơn giản ta chỉ xét cho lưới điện hình tia như sau :
Ta xét phân bố công suất trên đoạn N1-6 -N2 ( N1 và N2 là ký hiệu của các nhà máy nhiệt điện 1 và nhiệt điện 2 )
+ Tổn thất công suất trên tuyến N1-1, N1-2, N1-3, N1-4, N1-5
ΔP= 10%.(30+28+30+32+30)= 15 MW
+ Công suất truyền tải trên tuyến N1-6
PN1-6= PF1- ΣPpt 1,2,3,4,5 - ΔP – Ptd1
= 192 – 150 – 15 - 19,2
= 7,8 MW
Một cách gần đúng: QN1-6= 7,8.tgϕF= 7,8 0,62= 4,836 MVAr
⇒Tuyến N2-6
SN2-6= S6 – SN1-6= 32+j 10,52 – 7,8-j 4,84
= 24,2 + j 5,68
Dựa trên công thức kinh nghiệm (*), để tính toán điện áp cho lưới điện, ta có bảng kết quả sau:
Trang 13ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đường dây Công suất
P(MW)
Chiều dài L(km) UTT(kV) UVH(kV)
Căn cứ vào kết quả tính toán điện áp vận hành của các tuyến đường dây, nếu chọn cấp điện áp cho lưới là 110 kV thì giảm bớt tổn thất công suất trên đường dây, tiết diện dây dẫn giảm nhỏ, nên kinh tế hơn Do vậy ta chọn điện áp 110 kV để truyền tải là hợp lý
CHƯƠNG IV:
SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT
Trang 14ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật phương án 1:
1 Sơ đồ lưới điện:
2.Tính phân bố công suất trong mạng:
Như đã xác định phương thức vận hành của 2 nhà máy khi phụ tải cực đại, các tổ máy của Nhiệt điện 1 phát 80% công suất Do đó ta tính các dòng công suất như sau:
+ Công suất phát của Nhà máy 1:
PF1= 80%.Pđm1=80%.240= 192 MW
QF1= PF1.tgϕF=192.tg[arc(cos 0,85)]= 192.0,62= 119 Var + Công suất tự dùng của Nhà máy1:
Ptd1=10%.Pđm1(0,4 + 0,6.80% Pđm1/ Pđm1)
= 10%.240(0,4 + 0,6.80%)= 21,12 MW
Qtd1= 21,12.0,882= 18,63 MVAr
+ Công suất truyền tải trên từng tuyến :
N1-1 SN1-1= 30+j 9,86
N1-2 SN1-2= 28+j 13,56
N1-3 SN1-3= 30+j 14,53
N1-4 SN1-4= 32+j 19,83
N1-5 SN1-5= 30+j 14,53
N1-6 SN1-6= 7,8 + j 4,836
N2-6 SN2-6= 24,2 + j5,68
N2-7 SN2-7= 32+j 19,83
N2-8 SN2-8= 28+j 11,9
N2-9 SN2-9= 22+j 10,65
Khi sự cố 1 tổ máy của Nhà máy 1 ⇒ Nhà máy 1 phát 100% công suất của 2 tổ máy còn lại , ta tính công suất trên các tuyến N2-6 và 6- N1
Trang 15ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
PF1= 100%Pđm1=100%.160 = 160 MW
QF1= 160.tgϕF = 99,16 MVAr + Công suất tự dùng Nhà máy 1:
Ptd1= 10% Pđm1 (0,4+0,6.100%Pđm1/Pđm1) = 10%.160 = 16 MW
Qtd1= 16.0,882 = 14,112 MVAr
⇒ Tuyến N1-6:
P6-N1= ΣP1,2,3,4,5 +ΔP + Ptd1 – PF1 = 150 + 15 + 16 –160 = 21MW
Q6-N1= 21.0,62 = 13,02 MVAr
S6-N1= 21 + j 13,02 MVA
SN2-6= 32 +j 10,52 + 21 +j 13,02 = 53 +j 23,54 MVA
3 Chọn tiết diện dây dẫn:
Tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế:
KT dm
KT dm KT
KT
J U
n
P J
U n
S J
I F
cos 3
10
3
10
max
ϕ
=
=
Trong đó:
n: số mạch trên một tuyến đường dây
Uđm: điện áp định mức của mạng điện (kV)
S, P: công suất biểu kiến và công suất tác dụng truyền tải trên đường dây
JKT: mật độ dòng điện kinh tế, với Tmax=4800h, tra bảng ta được
JKT=1,1A/mm2 Sau khi xác định được FKT, ta tra bảng để tìm ra FTC, ta lần lượt áp dụng công thức (**) ở trên cho các đoạn đường dây
Đoạn N1-1:
87 , 82 95 , 0 110 3 2
10
I A ⇒F KT = 75 , 3 mm2
Đoạn N1-2:
64 , 81 9 , 0 110 3 2
10
I A ⇒F KT = 74 , 2 mm2
Đoạn N1-3:
94 , 174 9 , 0 110 3
10
I A ⇒F KT = 159 mm2 Đoạn N1-4:
91 , 3
92 , 0 110 3 2
10
I A ⇒F KT = 83 2
mm
Đoạn N1-5:
87 , 47
9 , 0 110 3 2
10
I A ⇒F KT = 79 , 5 2
mm