Do an mon hoc luoi dien 97943

Chọn điện áp định mức của mạng điện Điện áp truyền tải của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất củaphụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và nguồn cung cấp điện, vị trí tơng đố

Lời nói đầu

Điện là một nguồn năng lợng quan trọng của đất nớc, trong quá trình pháttriển kinh tế điện luôn phải đi trớc một bớc, nhất là đối với nớc ta hiện nay mộtnớc đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá thì vai trò của ngành điệnlại càng trở nên quan trọng Để đáp ứng kịp thời nhu cầu điện năng của quốc giarất nhiều nhà máy điện đã, đang và sẽ đợc xây dựng Đi đôi với việc xây dựngcác nhà máy thì việc thiết kế vận hành các đờng dây truyền tải là một việc khôngkém phần quan trọng Yêu cầu đặt ra đối với mạng điện là phải có độ tin cậy cao,chất lợng tốt nhng phải có chi phí thấp nhất Vì vậy thiết kế mạng lới điện là mộtviệc làm rất khó không những đòi hỏi phải có kiến thức lí thuyết chắc chắn màcòn cần phải có kinh nghiệm thực tế tốt thì mới có thể thiết kế đợc mạng điệntheo mong muốn

Là sinh viên ngành hệ thống điện,việc tập thiết kế mạng lới điện là một việclàm rất cần thiết, nó giúp chúng em bớc đầu tiếp cận với thực tế và có cái nhìn rõhơn về công việc của mình trong tơng lai Dù đây mới chỉ là một mạng điệnmang tính lí thuyết nhng đã mang lại cho em nhiều điều hứng thú

Tuy nhiên đây là lần đầu tiên làm đồ án nên em còn gặp nhiều lúng túng vàsai sót, vì vậy trong đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót, em rất mong đợc sựthông cảm của các thầy

Trong lần làm đồ án đầu tiên này em đã nhận đợc sự giúp đỡ rất tận tình củathầy hớng dẫn đồ án, thầy Lã Minh Khánh, chính nhờ sự tận tình của thầy đã làm

em bớt nhiều lúng túng và tự tin, hứng thú hơn trong công việc của mình

1.1 Phân tích nguồn phụ tải

Mạng cần thiết kế gồm 6 phụ tải, một nguồn.Nguồn cung cấp đợc lấy từ hệ thống

có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất cosφ=0,85

Phụ tải gồm có 6 phụ tải, các phụ tải là hộ loại I, hệ số công suất là 0,85 Thờigian sử dụng công suất cực đại Tmax = 5000

Phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại Điện áp định mức của các phụ tải là

10 kV Điện áp trên thanh cái cao áp của nhà máy điện khi phụ tải cực đại bằng110%, khi phụ tải cực tiểu là 105%, khi sự cố nặng nề là 110% điện áp định mức

Ta có bảng số liệu về các phụ tải nh sau:

Phơng trình cân bằng công suất ở chế độ phụ tải cực đại:

Giả thiết rằng công suất phát ra bằng công suất yêu cầu ta có

∑P F = ∑P YC = m ∑P pt + ∑ΔPP b + ∑P td + ∑P dt

Trong đó:

∑P F -tổng công suất phát ra từ nguồn,

∑P YC - công suất yêu cầu của mạng điện,

m - hệ số đồng thời xuất hiện phụ tải cực đại, thờng lấy m = 1,

∑P pt - tổng công suất tiêu thụ ở chế độ phụ tải cực đại,

∑ΔPP b - tổn thất công suất trên các máy biến áp và đờng dây,

Công suất phản kháng yêu cầu củ hệ thống ở chế độ phụ tải cực đại là:

∑Q YC = m ∑Q pt + ∑ΔPQ b + ∑ΔPQ L - ∑Q C + ∑Q td + ∑Q dt

trong đó:

m – hệ số đồng thời xuất hiện phụ tải cực đại, lấy m = 1

∑Q pt - tổng công suất phản kháng cực đại tiêu thụ trên các phụ tải

∑ΔPQ b - tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp

∑ΔPQ L -tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của đờng dây trong

H×nh 2.11.2 Ph¬ng ¸n II

H×nh 2.2

1.3 Ph¬ng ¸n III

H×nh 2.31.4 Ph¬ng ¸n IV

2.1.2.1 Phơng án I

a Chọn điện áp định mức của mạng điện

Điện áp truyền tải của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất củaphụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và nguồn cung cấp điện, vị trí tơng đối giữacác phụ tải với nhau

Điện áp định mức của mạng điện có thể tính sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau:

Uđm = 4,34 √l+16 kV (2.1)

Trong đó: l – khoảng cách truyền tải (Km)

P – công suất truyền tải trên đờng dây (MW)

áp dụng công thức 2.1 ta tính đợc điện áp định mức trên các đoạn đờng dây, kết quả thu đợc ở bảng sau (bảng 2-1)

Bảng 2-1 Tính toán điện áp truyền tải

Đờng dây Chiều dài(km) Côngsuất

(MVA)

Điện áp

địnhmức(KV)

Từ bảng kết quả này ta lấy Uđm = 110 kV

b Chọn thiết diện dây dẫn

Dây dẫn đợc chọn ở đây là dây nhôm lõi thép

Tiết diện của dây dẫn đợc lựa chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện

n – số mạch của đờng dây, ở đây ta có n = 2,

Về điều kiện tạo vầng quang thì dây AC , 110 kv tiết diện ¿ 70 mm2 là đảmbảo điều kiện không xuất hiện vầng quang điện

Với điều kiện không xuất hiện vầng quang điện đợc thoả mãn thì độ bền cơcũng đợc đảm bảo

Còn điều kiện phát nóng khi xảy ra sự cố: khi xảy ra sự cố (thờng là đứt mộtmạch, đây là sự cố thờng gặp và nguy hiểm), dòng điện ở mạch còn lại tăng lêngấp đôi, khi đó dòng điện cho phép (ICP) của dây dẫn phải đảm bảo lớn hơn dòng

sự cố (ISC) xảy ra: ICP ¿ ISC , quá trính chọn dây dẫn ta sẽ đối chiếu điều kiệnnày

Với những điều kiện nh vậy kết quả chọn tiết diện dây dẫn đợc trình bàytrong bảng 2-3

ở đây tổn thất điện áp sẽ đợc tính ở chế độ phụ tải lớn nhất và chế độ sự cố.Trong chế độ phụ tải max thì phơng án phải đảm bảo ΔP U ¿ 10%

Trong chế độ sự cố phơng án phải đảm bảo ΔP U ¿ 25%

Tính toán sự cố ta có thể tính theo điện áp định mức Uđm

ΔP Ui% ¿ PiRi + QiXi

Trong đó : Pi , Qi - công suất chạy trên đờng dây thứ i

Ri , Xi - điện trở, điện kháng trên đờng dây thứ i chế độ sự cố

ΔP UiSC% = 2 ΔP Ui%

KÕt qu¶ tÝnh to¸n tr×nh bµy trong b¶ng díi ®©y

B¶ng 2-2 B¶ng tÝnh to¸n tæn thÊt ®iÖn ¸p

§êngd©y P(MW) R( Ω )Q(MVA) X( Ω )

R(

Ω

)

X( Ω

Đờng dây Chiều dài

(km) Công suất(MVA) điện áp định mức(KV)N-1 60,0 60 + j37,2 138,6

1- 3 58,3 20 + j12,4 84,4N-2 67,1 35 + j21,7 108,7N- 4 100,0 30 + j18,6 104.5N-6 100,5 53 + j32,8 133,7

R(

Ω

)

X( Ω

Bảng 2-6 Bảng tính tổn thất điện áp của phơng án II

Đờngdây P(MW) R(

N-2 35 11.7 21.7 14.5 5.98 11.97N-4 30 16.5 18.6 21.7 7.42 14.84N-6 53 10.6 32.8 21.1 10.3 20.68

Đờng dây Chiều dài

(km) Công suất(MVA) Điện áp địnhmức(KV)N-1 60,0 40 + j24,8 114,8

N-2 67,1 55 + j34,1 133,62-3 50,0 20 + j12,4 83,5N-5 104,4 58 + j35,9 139,45- 4 36,0 30 + j18,6 98,66-5 100,0 25 + j15,5 97,1

Từ bảng tính toán trên ta lấy điện áp định mức là 110 kV

)

R( Ω

5-4 35,3 92,6 84,2 95 36 0,33 0,433 2,65 5,90

Bảng 2-8 Bảng tính toán chọn thiết diện dây dẫn cho các đờng dây truyền tải

b Chän tiÕt diÖn d©y dÉn

a Chọn điện áp định mức

Điện áp định mức trên mỗi nhánh tính đợc trong bảng 2-10

Bảng 2-10 Tính toán điện áp truyền tải cho phơng án IV

Đờng dây Chiều dài

(km) Công suất(MVA) điện áp địnhmức(KV)N-1 60,0 40 + j24,8 114,8

N-2 67,1 55 + j34,1 133,62-3 50,0 20 + j12,4 85,2N-4 100 30 + j18,6 106,7N-6 100,5 53 + j32,8 136,4

Từ kết quả này lấy điện áp định mức là 110kV

b Chọn tiết diện dây dẫn

%

c%N-1 40.0 8.1 24.8 12.7 5.28 10.56N-2 55.0 7.0 34.1 14.1 7.16 14.312-3 20.0 11.5 12.4 11.0 3.03 6.06N-4 30.0 16.5 18.6 21.7 7.42 14.84N-6 53.0 10.5 32.8 21.1 10.32 20.64

R( Ω

)

X( Ω

2.2.5. Phơng án V

a Chọn điện áp định mức

Điện áp định mức đợc chọn theo công thức kinh nghiệm nh ở phơng án I

và kết quả đợc thống kê trong bảng sau

Bảng 2-13 Bảng tính toán chọn điện áp truyền tải các đờng dây

Đờng dây Chiều dài

(km) Công suất(MVA) Điện áp địnhmức(KV)

Từ bảng kết quả trên ta lấy điện áp định mức là 110 kV

b Chọn tiết diện dây dẫn

Tơng tự nh ở phơng án I ta có kết quả chọn tiết diện dây dẫn trong bảng 16

2-c Tính tổn thất điện áp

Bảng 2-14 Tính tổn thất điện áp của phơng án V

§êng d©y P(MW)R( Ω )Q(MVA) X( Ω )

N-6 25.0 23.1 15.5 22.2 7.62 15.23

2.3.So s¸nh kÜ thuËt c¸c ph¬ng ¸n

Tõ tÝnh to¸n c¸c ph¬ng ¸n trªn ta cã b¶ng so s¸nh c¸c ph¬ng ¸n vÒ tænthÊt ®iÖn ¸p

Bảng 2-16 Bảng tính toán chọn tiết diện dây dẫn cho các đờng dây truyền tải

)

R( Ω

)

X( Ω

Chơng III: so sánh kinh tế các phơng án

Để so sánh kinh tế các phơng án ta áp dụng hàm chi phí tính toán

hằng năm

Z = (avh + atc).K + ΔP A.cTrong đó:

K- tổng vốn đầu t vào đờng dây,

avh - hệ số vận hành, lấy avh= 4%

atc - hệ số tiêu chuẩn, atc =1/T = 1/8 =0,125K- vốn đầu t về đờng dây,

c - giá thành điện năng tổn thất, c= 500đ/kw.h

Với koi – giá thành 1km đờng dây(đ/km), tra bảng;

loi – chiều dài đờng dây thứ i;

 Tổn thất điện áp ΔP A = ∑ ΔP Pimax τ

ΔP Pimax – tổn thất công suất ở chế độ phụ tải cực đại

đ-Ri- điện trở ở đoạn đờng dây thứ i;

Udm- điện áp định mức của mạng điện;

τ - thời gian tổn thất công suất lớn nhất

Theo công thức kinh nghiệm có τ = (0,124 + Tmax.10

-4)2.8760

Trong đó Tmax= 5000 nên τ = (0,124 + 5000.10-4)2.8760

= 3411

Từ các công thức tính toán trên ta tiến hành tra bảng và tính toán cho

các phơng án đợc chọn theo tổn thất công suất và vốn đầu t, đó là các

ph-ơng án I, II, IV kết quả ở bảng sau đây

Phơng án I

Đờng

dây

Dâydẫn

Chiềudài(km)

P(MW)

Q(MVAr)

R( Ω)

Q(MVAr)

R( Ω)

ΔP

P(MW) ko.10

lựa chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây chi tiết

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

Do các phụ tải đều là loại I nên để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện taphải lằp đặt hai máy biến áp trong mỗi trạm

Chọn công suất máy biến áp ta còn phải quan tâm đến khả năng chịuquá tải của máy Với hệ số quá tải cho phép là k thì công suất của máybiến áp đợc chọn theo công thức sau:

S

k (n−1 )

Trong đó:

Smax- phụ tải cực đại của trạm

k – hệ số quá tải của máy biến áp trong chế độ sau sự cố

n – số máy biến áp trong một trạm, ở đây có n = 2

Ta biết rằng điều kiện quá tải cho phép của máy biến áp có thể đến40% khi máy biến áp thờng xuyên không mang tải quá 90% công suất

định mức, nh vậy ta có thể lấy k = 1,4 với tính toán bằng công suất lớnnhất

Ta có công thức chọn công suất máy biến áp là: S ¿

32000/110

25000/110

32000/110

25000/110

25000/110

TPDH-Nh vậy ta đã chọn xong máy biến áp cho mạng điện với cùng một loạimáy là THDP và với 3 gam máy, thông số của các loại máy đợc liệt kêtrong bảng 4-2

Bảng 4-2: Bảng các thông số của các loại máy biến áp sử dụng

R( Ω )

X( Ω ) (kVAr)Qo

TDH-40000/110 115 11 10,5 175 42 0,7 1,44 34,8 280TPDH-32000/110 115 11 10,5 145 35 0,75 1,87 43,5 240TPDH-25000/110 115 11 10,5 120 29 0,8 2.54 55,9 200

4.2 Sơ đồ nối dây chi tiết:

Phơng án đợc chọn là loại sơ đồ liên thông nên trạm nguồn và cáctrạm trung gian dùng thanh góp phân đoạn Thanh góp phân đoạn có nhợc

điểm là có nhiều nhiều thanh góp, nhiều dao cách li có thể gây thao tácnhầm, tuy nhiên khi vận hành tốt thì sơ đồ kiểu này mang lại độ tin cậy rấtcao

Trạm cuối ta dùng sơ đồ cầu ngoài so với đờng dây do khoảng cách từthanh góp đến phụ tải đều nhỏ hơn 70 km

Các máy cắt trong mạng điện gồm 2 loại: máy cắt trên đờng dây dùngmáy cắt SF6, máy cắt phía hạ áp là máy cắt hợp bộ(máy cắt kết hợp daocách li)

Hình 4-1: Sơ đồ 2 thanh góp

Hình 4-2: Sơ đồ cầu ngoài

Sơ đồ nối dây

Chơng V:

tính phân bố công suất trong toàn mạng điện

Mục đích của tính phân bố công suất trong chế độ xác lập của mạng

điện là để biết đợc phân bố của các dòng công suất, tổn hao công suấttrong mạng điện và độ lớn của chúng phục vụ cho việc vận hành đờng dây

Sự phân bố của dòng công suất phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhhình dáng và thông số của các phần tử, công suất tác dụng, công suất phảnkháng, hệ số biến đổi máy biến áp

Phơng pháp tính chế độ xác lập trong các đờng dây có điện áp khôngquá cao và độ dài không quá lớn có thể dùng sơ thông số tập trung để thaythế Dùng các định luật Ohm, Kirchhoff để tính toán mạch điện, có thểdùng phơng pháp điện áp nút hoặc dòng điện vòng.Trong bài toán cụ thểcủa ta với điện áp định mức là 110 kV và khoảng cách dới 200 km ta dùngsơ đồ thông số tập trung, và với sơ đồ thay thế đơn giản của bài toán này tadùng phơng pháp điện áp nút

Trong bài toán này ta chỉ biết điện áp ở đầu đờng dây nên phải dùng

phơng pháp lặp với một bớc lặp (có thể đạt độ chính xác cần thiết), lấy

điện áp cuối đờng dây bằng điện áp định mức 110 kV

Sơ đồ thay thế của toàn mạng điện là trên hình 5-1

5.1 Chế độ phụ tải cực đại

5.1.1 Đờng dây 1-3

Sơ đồ nguyên lí của đờng dây

Sơ đồ thay thế của đờng dây nh trên hình 5-1

Ta có thông số của đờng dây là:

Công suất trớc tổng trở máy biến áp là:

Sb = S3+ ΔP S b

.

= (20 + j12.4) + (0,06 + j1,28) = 20,06 + j13,68 MVACông suất vào cuộn dây cao áp của máy biến áp là :

Sc3 = Sb3 + ΔP S03

.

= (20,06 + j13,68) + (0,058 + j 0,4) = 20,12 + j14,08MVA

Công suất điện dung ở cuối đờng dây bằng:

Qcc3 = U dm2 .

B3

2 = 1102 1,64.10-4 = 1102.1,054.10-4 = j 1,82 MVAr

Công suất sau tổng trở đờng dây là :

S3’’ = Sc3 – j Qcc3 = ( 20,12 + j 14,08) - j 1,82 = 20,12 + j 12,26 MVATổn thất công suất trên tổng trở đờng dây là :

Dòng công suất trớc tổng trở đờng dây là:

S3’ = S3’’ + ΔP S

.

3 = (20,12 + j 12,26) + (0,61 +j 0,60) = 20,73 + j 12,86MVA

Công suất điện dung đầu đờng dây là:

Qcd3 = Qcc3 = j 1,82 MVAr

Công suất truyền trên đờng dây có giá trị là :

S13 = S3’ – j Qcd3 = (20,73 + j 12,86) - j 1,82 = 20,73 + j 11,04 MVA

5.1.2 Đờng dây N-1

Sơ đồ nguyên lí của đờng dây:

Sơ đồ thay thế của đờng dây:

Thông số của đờng dây là:

Z1 = 6,3 + j 12,6 Ω ;

B1

2 = 1,644.10-4 SMáy biến áp là:

Sc1 = Sb1 + ΔP S01

.

= (40,13 + j 27,99) + (0,13+ j 3,19) = 40,22+ j 28,55MVA

Công suất điện dung ở cuối đờng dây bằng:

Qcc1 = U dm2 .

B1

2 = 1102 1,644.10-4 = j 1,99 MVArCông suất sau tổng trở đờng dây là :

S1’’ = Sc1 + S13 – j Qcc1 = (40,22+ j 28,55) + (20,73 + j 11,04) - j 1,99 =60,95 + j 37,59 MVA

Tổn thất công suất trên tổng trở đờng dây là :

S1’ = S1’’ + ΔP S

.

1 = (60,95 + j 37,59) + (2,67+j 5,34) = 63,62+ j 42,93MVA

Công suất điện dung đầu đờng dây là:

5.2 Chế độ phụ tải cực tiểu

Chế độ phụ tải cực tiểu công suất của các phụ tải bằng 50% công suấtchế độ phụ tải cực đại Bảng công suất các phụ tải đợc tính dới đây:

Bảng 5-3 : Bảng phụ tải chế độ phụ tải cực tiểu

Sự cố trong hệ thống điện xảy ra có nhiều loại, nhng phổ biến và nặng

nề nhất là sự cố ngừng một mạch trên đờng dây 2 mạch từ hệ thống cung cấp đến phụ tải Để đơn giản ta không xét sự xếp chồng khi xảy ra sự cố vàtính toán này chỉ tính với trờng hợp phụ tải cực đại

Trong tính toán chế độ này ta tính nh đối với đờng dây một mạch và công suất phụ tải là cực đại Kết quả tính toán thống kê trong bảng 5-4

Bảng 5-1 : Dòng công suất trên các đờng dây ở chế độ phụ tải cực đại (đơn vị tính MVA)

Bảng 5-4: Dòng công suất trên các đờng dây ở chế độ sau sự cố (đơn vị tính MVA)

Chơng VI: Tính điện áp của các nút trong mạng điện

Ta tiến hành tính điện áp của các nút theo nút cơ sở đó là nút nguồn có

U3’ = U3 - ΔP Uba3 = 109.29 - 3.73 = 105.56 kV

Các đờng dây khác cũng chỉ thuộc một trong hai kiểu đờng dây N-1 và1-3 , ta tính toán tơng tự và đa kết quả ra bảng 6-1

6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu:

Chế độ phụ tải cực tiểu có công suất các phụ tải bằng 50% công suất của chế độ phụ tải cực đại Các tính toán tơng tự nh trờng hợp phụ tải cực

đại,

Bảng công suất của chế độ phụ tải này là

Điện áp trên thanh cao áp trong trờng hợp này là 115 kV

Kết quả tính toán điện áp nút trên các đoạn đờng dây trong bảng 6-2

6.3 Chế độ sau sự cố:

Chế độ sau sự cố cũng nh tính toán trong dòng công suất, ở đây cũng chỉ xét đến sự cố ngừng một mạch và tính toán không xét đến xếp chồng

Điện áp trên thanh cao áp trong chế độ này là 121 kV

Kết quả tính toán trong bảng 6-3

Bảng 6-1: Điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại (điện áp:kV, công suất:MVA)

Bảng 6-3: Điện áp nút trong chế độ sự cố của mạng điện

Chơng VII: điều chỉnh điện áp trong hệ thống

7.1 Phơng pháp điều chỉnh điện áp

Ta biết rằng có rất nhiều phơng thức để điều chỉnh điện áp Ngời ta có thể

điều chỉnh điện áp bằng thay đổi điện áp máy phát, bằng các thiết bị bù… và vàhiện đại nhất là dùng mạng điện linh hoạt FACTS Tuy nhiên trong điều kiệnthiết kế nh trên ta nên chọn cách thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để điềuchỉnh ở đây máy biến áp đợc chọn là máy biến áp điều chỉnh dởi tải do điện áp

có sự thay đổi khá nhiều

Máy biến áp điều chỉnh điện áp dới tải là loại máy biến áp điều chỉnh đựơcnhiều mức điến áp, hơn nữa quá trình điều chỉnh điện áp không cần phải cắt máyvì thế ở mỗi chế độ khác nhau có thể chọn đầu điều chỉnh tơng ứng Để thuậntiện cho việc chọn đâu điều chỉnh ta lập bảng các đầu điều chỉnh với điện áp tơngứng Dựa trên phạm vi điều chỉnh của máy biến áp là ±9 x1,78% với Ucđm =

115 kV, ta có công thức tính điện áp trên các đầu điều chỉnh tiêu chuẩn phía cao

Trong chế độ phụ tải lớn nhất ΔPUln% = +5%

Trong chế độ phụ tải nhỏ nhất ΔPU nn% = 0%

Trong chế độ phụ tải sự cố ΔPU sc% = 0-5%

Mạng điện thiết kế có điện áp định mức Uđm = 10 kV ta có điện áp yêu cầutrên thanh góp hạ áp là:

Trong chế độ phụ tải cực đại:

Uycln = Uđm + ΔPUln% U

đm

=10 + 10.5% = 10,5 kVChế độ phụ tải cực tiểu: Uycnn = Uđm + ΔPUln% U

đm

=10 + 10.0% = 10 kVChế độ sự cố: Uycsc = Uđm + ΔPUln% U

đm

=10 + 10.5% = 10,5 kV

Bảng 7-2: Bảng giá trị các đầu điều chỉnh

đầu điều chỉnh

điện áp

bổ sung(%)

điện ápbổsung( kV)

điện áp

điềuchỉnh( kV)