Đồ án môn học - Mạng điện P1 doc

Cân bằng công suất là một trong những bài toán quan trọng nhằm đánh giá khả năng cung cấp của các nguồn cho phụ tải, từ đó lập ra phương án đi dây thích hợp và xác định dung lượng bù hợp

CHƯƠNG I CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Trong hệ thống điện cần phải có sự cân bằng công suất tác dụng và công suất

phản kháng Cân bằng công suất là một trong những bài toán quan trọng nhằm đánh

giá khả năng cung cấp của các nguồn cho phụ tải, từ đó lập ra phương án đi dây thích

hợp và xác định dung lượng bù hợp lý, đảm bảo hệ thống điện vận an toàn, liên tục và

kinh tế

I - CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

Sơ đồ cung cấp điện (nguồn và phụ tải)

Cân bằng công suất cần thiết để giữ tần số trong hệ thống Cân bằng công suất

tác dụng trong hệ thống được biểu diễn bằng công thức sau :

∑ΔPmd : Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp

∑Ptd : Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện

∑Pdt : Tổng công suất dự trữ

1 – Xác định hệ số đồng thời m : Chọn m = 0,8

2 - Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp ∑ΔP md

Theo thống kê thì tổn thất công suất tác dụng của đường dây và máy biến áp trong trường hợp lưới cao áp ∑ΔPmd ≈ (8 – 10)% mΣPpt Chọn ∑ΔPmd = 10%.mΣPpt

∑ΔPmd = 10%.mΣPpt =0,1.0,8.93 = 7.44MW

6 5

4

3

2 1

N

10km

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN

2

3 - Công suất tự dùng ∑P td của nhà máy điện

Công suất tự dùng của các nhà máy điện được tính theo phần trăm của (m∑Ppt +

∑ΔPmd) :

- Nhà máy nhiệt điện 3 –7 %

- Nhà máy thủy điện 1 – 2%

Giả thiết Nhà máy cung cấp là nhà máy thủy điện vì vậy chọn ∑Ptd =2%.(m∑Ppt+ ∑ΔPmd);

∑Ptd = 2%.(m∑Ppt + ∑ΔPmd) = 0,02.(0,8.93 + 7.44) = 1.6368 MW

4 - Công suất dự trữ cuả hệ thống bao gồm:

- Dự trữ sự cố: bằng công suất của tổ máy lớn nhất

Theo phạm vi đồ án, ta chỉ cân bằng từ thanh cái cao áp của trạm biến áp tăng

áp của nhà máy điện Do đó:

∑P F = m ∑P pt + ∑ΔP md = 0,8 x 93 + 7.44= 81.84 MW

II - CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Cân bằng công suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường trong hệ thống Cân bằng công suất phản kháng được biểu bằng công thức sau :

∑Q F + Q bù∑ = m ∑Q pt + ∑ΔQ B + ( ∑ΔQ L - ∑ΔQ C ) + ∑Q td + ∑Q dt

Trong đó :

∑QF : Tổng công suất phản kháng phát ra từ các nhà máy điện;

m∑Qpt : Tổng phụ tải phản kháng của mạng điện có xét đến hệ số đồng thời;

∑ΔQB : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp có thể ước lượng ∑ΔQB

= (8-12%)∑Spt

∑ΔQL : Tổng tổn thất công suất kháng trên các đoạn đường dây của mạng Với mạng điện 110kV trong tính toán sơ bộ có thể coi tổn thất công suất kháng trên cảm kháng đường dây bằng công suất phản kháng do điện dung đường dây cao áp sinh ra :∑ΔQL

2 - Xác định ∑Q F

Theo yêu cầu, hệ số công suất tại các phụ tải được bù đến trị số 0,8 nên có thể

xem hệ số công suất chung lưới điện là 0,8 (cosϕ = 0,8 ⇒ tgϕ = 0,75)

6 - Xác định lượng công suất phản kháng cần bù tại các phụ tải

Hệ số công suất yêu cầu: cosϕ = 0,8

Q = P.tg ϕ

cosϕT : trước khi bù; cosϕS : sau khi bù

Do phụ tải 4 và 6 ở xa và thấp nên ta có thể bù lên cao hơn, cụ thể phụ tải 4 có thể bù

đến cosϕ =0,85; phụ tải 6 bù đến cosϕ = 0,82

Q bù (MVAr)

ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠNG ĐIỆN

4

CHƯƠNG II DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT

I - CHỌN ĐIỆN ÁP TẢI ĐIỆN

II - CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN

Sơ đồ nối dây mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: số lượng, vị trí phụ tải, mức độ cung cấp điện liên tục của phụ tải, cơng tác vạch tuyến, sự phát triển của lưới điện trong tương lai Trong phạm vi đồ án mơn học tạm thời nối các điểm để cĩ phương án đi dây (điều này chưa hợp lý vì cịn thiếu số liệu khảo sát thực tế) Theo vị trí nguồn và phụ tải, ta chia phụ tải thành 2 khu vực như sau:

Đối với phụ tải loại 1: phụ tải 3, 4, 5 và 6 Yêu cầu cung cấp điện liên tục, sử dụng phương án mạch vịng kín hoặc phương án đường dây lộ kép

Đối với phụ tải loại 2: phụ tải 1, 2 Khơng yêu cầu cung cấp điện liên tục, chỉ cần thiết lập đường dây đơn từ nguồn đến khu vực này

6 5

4

3

2 1

N

10km

3

2 1

N

10km

6 5

4

3

2 1

N

10km

6 5

4

3

2 1

N

10km

31,622 km

50 km

31,622 km 41,23111

15+j11,25

15+j11,25

20+j12,92

15+j11,25 18+j13,5

10+j6,72

6 5

4

3

2 1

N

10km

6 5

4

3

2 1

N

10km

Phân bố công suất và chọn dây

- Do phân bố sơ bộ và đã tính bù nên phân bố công suất trong lưới điện kín theo chiều dài, công suất tính theo độ lớn

- Phân bố công suất trong các nhánh bỏ qua tổn thất công suất và thành phần dung dẫn đường dây

Mã dây tiêu chuẩn

Nguồn: Phụ lục – Bảng PL2.6 (Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến)

Kiểm tra phát nóng trong sự cố:

Có 2 trường hợp cần kiểm tra phát nóng:

- Khi vòng kín N34 bị cắt đường dây N – 3

- Khi vòng kín N56 bị cắt đường dây N – 5

• Khi lưới kín N34 bị cắt đường dây N – 3

Các dòng điện cưỡng bức đều thỏa trị dòng điện cho phép

• Khi lưới kín N56 bị cắt đường dây N – 5

3 4

N

15+j11,25 15+j11,25

98,4120 A 196,8240 A

AC – 95

I cp = 271.35A

AC -95

I cp =271.35A

đường dây đơn ta chọn trụ bêtông cốt thép loại : ĐT-20 (theo PL 5.1) trang 144 sách

Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến

Bảng thông số trụ đường dây

1 - Đường dây N-6, 5-6, 3-4 mã dây tiêu chuẩn AC – 70

Tra bảng dây (phụ lục PL2.1 sách Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến) ta được :

6 5

N

10+j6,72 18+j13,5

118,0944A 181,2756A

AC – 70

I cp =222.75

AC – 70

I cp =222.75

2 - Đường dây N-3, N-4 mã dây tiêu chuẩn AC-95

Tra bảng dây (phụ lục PL2.1 sách Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến) ta được :

3 - Đường dây N-5,1-2 Mã dây tiêu chuẩn AC-120

Tra bảng dây (phụ lục PL2.1 sách Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến) ta được :

4 - Đường dây N-1 Mã dây tiêu chuẩn AC-240

Tra bảng dây (phụ lục PL2.1 sách Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến) ta được :

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN

12

Tính toán công suất, tổn thất công suất và điện áp :

- Công suất do điện dung phân nửa đường dây N1 sinh ra :

6

1 1 1

9,378 0, 432 110

35, 478 23,315

12,563 1,871 110

6,17

110

N N

- Đường dây mạch kín N34

Đây là 1 lưới điện kín, có sơ đồ thay thế tính toán như sau:

- Công suất do phân nửa điện dung của đường dây N1 sinh ra :

15+j11,25 MVA

15+j9,914 MVA N

3

4 j0,667 MVAr

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN

14

- Phần trăm sụt áp :

3 3

17, 729 0, 474 110

18, 71 9, 758.10 110

Do công suất phân bố tại nút 3 và 4 cũng như chiều dài hai đoạn N3,N4 bằng nhau,nên chọn điểm phân công suất tại nút 3 và 4 là như nhau Xét nút 3 là điểm phân công suất

Xét trường hợp đường dây sự cố lâu dài nghiêm trọng, là khi mất đường dây N3

Sự cố nguy hiểm nhất khi đứt đường dây N-3 của mạch kín N-4-3-N, khi đó toàn bộ công suất của phụ tải 4 được truyền từ N⇒3⇒4 đoạn N-4-3chịu tác động nặng nề nhất Sơ đồ đường dây bây giờ có dạng liên thông như sau:

Tính toán công suất, tổn thất công suất và điện áp :

18, 71 0,521 110

25,526 +20,497 17, 729 1, 6110

11, 003

110

N N

Đây là 1 lưới điện kín, có sơ đồ thay thế tính toán như sau:

- Công suất do phân nửa điện dung của đường dây N5 sinh ra :

18+j13,5 MVA

10+j6,72 MVA

N

5

6 j0,521 MVAr

j0,788 MVAr

j0,65 MVAr

18+j13,5 MVA

Z N5

Z 56

Z N6

10+j6,72 MVA

N dm

N dm

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN

18

6 6

0,0672 + 0,6107 18,183 5,6724.10110

3,0413

110

N N

Xét trường hợp đường dây sự cố lâu dài nghiêm trọng, là khi mất đường dây N5

Sự cố nguy hiểm nhất khi đứt đường dây N-5 của mạch kín N-5-6-N, khi đó tòan bộ công suất của phụ tải 2 được truyền từ N⇒6⇒5 đoạn N-6-5 chịu tác động nặng nề nhất Sơ đồ đường dây bây giờ có dạng liên thông như sau:

28.767 +18.867 22, 05 2,157110

15,028

110

N N

Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng : ∑ΔP = 2,2078 MW

Phần trăm tổn thất điện áp lớn nhất trong phương án là từ nguồn đến tải 1 với ΔU% = 3,638

2 - Phương án 2

Phần lưới N34 và N12 tương tự như trong phương án 1

Phần lưới N56 được chọn khác đi như sau:

* Phân bố công suất và chọn dây cho các đường dây lộ kép N5 và N6

Đường dây lộ kép N5 – Công suất trên 1 lộ:

6 / 10 6,72

5 3,362

Các tải có chung Tmax = 5000h Tra bảng mật độ dòng điện kinh tế (Bảng 2.3 sách

Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến): jkt = 1,1 A/mm2

Các công thức tính (trong các công thức, điện áp được lấy bằng giá trị định mức)

3

kt dm

j U

22,3607 km

50 km 31,622 km

Bảng phân bố công suất chọn dây dẫn theo tiêu chuẩn

(*) : dòng trên từng lộ của đường dây lộ kép

Với nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh lúc chế tạo là 25°C và nhiệt

độ môi trường xung quanh thực tế dây dẫn làm việc là 40°C, vì vậy cần phải hiệu chỉnh dòng điện cho phép của dây dẫn theo nhiệt độ xung quanh thực tế hiệu chỉnh nhiệt độ là k = 0,81 Icp = Imax.k

Đoạn Dây tiêu chuẩn Dòng Imax ở 25°C

Nguồn: Phụ lục – Bảng PL2.6 (Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến)

* Kiểm tra phát nóng khi sự cố:

Có 2 trường hợp cần kiểm tra phát nóng:

- Khi lưới kín N34 bị cắt đường dây N – 3 hay N – 4 (tương tự PA 1)

6 ta chọn trụ kim loại Y110-2 (hình PL5.11- trang 160 sách Thiết kế mạng điện – Hồ

h 2 (m)

h 3 (m)

a 1 (m)

a 2 (m)

a 3 (m)

b 1 (m)

b 2 (m)

b 3 (m)

2.1 - TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY

* Đường dây lộ đơn 3-4 mã dây tiêu chuẩn là AC-70, đường dây N-3 , N-4 mã dây tiêu chuẩn AC-95, đường dây 1-2 mã dây tiêu chuẩn AC-120, đường dây N-1 mã dây tiêu chuẩn AC-240 được tính như trong phương án 1

* Đường dây lộ kép N-5, N-6 mã dây tiêu chuẩn AC-70, các thông số được tính như sau :

Dây nhôm lõi thép AC-70 gồm 7 sợi bện thành có k =0,726

- Bán kính tự thân của một dây (7 sợi) : r’ =k r = 0,726.5,7 10-3 =4,138 10-3 m

Tính toán lại bán kính trung bình hình học :

- Giữa các dây thuộc pha a

6 6

f

D D

Chiều dài

2.2 - Tính sơ bộ tổn thất điện áp và tổn thất công suất theo phương án 2

* Đường dây N-3-4-N, đường dây N-1-2:

Đường dây liên thông lộ đơn N-1-2 và đường dây mạch kín lộ đơn N-3-4-N ở phương án 2 có mã hiệu dây giống như ở phương án 1 vì vậy tổn thất điện áp và công suất khi vận hành bình thường và khi sự cố được tính như phương án 1

* Đường dây mạch kép N-5, N-6

- khi vận hành bình thường

Sơ đồ thay thế tính toán đoạn N – 5 khi bình thường (đường dây lộ kép)

Sơ đồ thay thế tính toán đoạn N – 6 khi bình thường (đường dây lộ kép)

Tính toán công suất, tổn thất công suất và điện áp :

- Công suất do phân nửa điện dung của đường dây N5 gây ra

18 12, 49

6,894 0, 277 110

10,9 0,114 110

- Khi đường dây bị sự cố :

Khi 1 lộ trên đường dây lộ kép N-5, hoặc N-6 bị sự cố khi đó các giá trị điện trở, điện cảm, điện dung của lộ còn lại đang làm việc được tính như sau :

Tra bảng dây (phụ lục PL2.1 sách Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến) ta được :

Chiều dài km

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN

28

Sơ đồ thay thế tính toán đoạn N – 5 khi bị sự cố (đường dây lộ đơn)

Sơ đồ thay thế tính toán đoạn N – 6 khi bị sự cố (đường dây lộ đơn)

- Công suất do phân nửa điện dung của đường dây N-5 sinh ra :

18 13, 01

14,198 0,579 110

10 5,95 22, 45 0, 251110

Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng : ∑ΔP = 2,037 MW

Phần trăm tổn thất điện áp lớn nhất trong phương án là từ nguồn đến tải 1 với ΔU% = 3,638

3 - Phương án 3

Phần lưới N34 và N12 tính toán như trong phương án 1 Phần lưới N56 được chọn như sau:

kt dm

j U

Cho ta:

Bảng phân bố công suất chọn dây dẫn theo tiêu chuẩn

MVA

Dòng điện A

Tiết diện tính toán

41,2311k

42,4264 km

22,3607 k

31,622 km 31,622 km

41,2311 km

N

10km

Với nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh lúc chế tạo là 25°C và nhiệt

độ môi trường xung quanh thực tế dây dẫn làm việc là 40°C, vì vậy cần phải hiệu chỉnh dòng điện cho phép của dây dẫn theo nhiệt độ xung quanh thực tế hiệu chỉnh nhiệt độ là k = 0,81 với Icp = Imax.k

Đoạn Dây tiêu chuẩn Dòng Imax ở 25°C

Nguồn: Phụ lục – Bảng PL2.6 (Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến)

* Kiểm tra phát nóng khi sự cố:

Có 2 trường hợp cần kiểm tra phát nóng:

- Khi lưới kín N34 bị cắt đường dây N – 3 hay N – 4 (tương tự PA 1)

3.1 Tính toán các thông số đường dây

* Đường dây lộ đơn 3-4 mã dây tiêu chuẩn là AC-70, đường dây N-3 , N-4 mã dây tiêu chuẩn AC-95, đường dây 1-2 mã dây tiêu chuẩn AC-120, đường dây N-1 mã dây tiêu chuẩn AC-240 được tính như trong phương án 1

- Đường dây lộ kép 5-6 mã dây tiêu chuẩn AC-70, các thông số và khoảng cách được tính giống như đường dây lộ kép N5, N-6 ở phương án 2

- Đường dây lộ kép N-5 mã dây tiêu chuẩn AC-95, các thông số được tính như sau:

Tính toán lại bán kính trung bình hình học :

- Giữa các dây thuộc pha a

6 6

f

D D

Chiều dài

km

r0 Ω/km

x0 Ω/km

b0

Ω-1/kmx10-6

3.2 - Tính sơ bộ tổn thất điện áp và tổn thất công suất theo phương án 3

- Đường dây N-1-2 , đường dây N-3-4-N :

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG ĐIỆN

34

Đường dây liên thông lộ đơn N-1-2 và đường dây mạch kín lộ đơn N-3-4-N ở phương án 3 có mã hiệu dây giống như ở phương án 1 vì vậy tổn thất điện áp và công suất khi vận hành bình thường và khi sự cố được tính như phương án 1

– Đường dây mạch kép N-5, 5-6

* khi vận hành bình thường

Sơ đồ thay thế tính toán đoạn N – 5 khi bình thường (đường dây lộ kép)

Sơ đồ thay thế tính toán đoạn 5 – 6 khi bình thường (đường dây lộ kép)

- Công suất do phân nửa điện dung của đường dây 5-6 sinh ra :

10 5, 406

9 0, 096 110

28,101 17, 64

6, 735 0, 613 110

* Khi đường dây bị sự cố :

Khi 1 lộ trên đường dây lộ kép 5-6 bị sự cố khi đó các giá trị điện trở, điện cảm, điện dung của lộ còn lại đang làm việc được tính như sau :

Tra bảng dây (phụ lục PL2.1 sách Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến) ta được :

Chiều dài km

* Tính sụt áp và tổn thất công suất trên đường dây N-5, 5-6 khi bị sự cố :

Sơ đồ thay thế tính toán đoạn N – 5 khi bị sự cố (đường dây lộ đơn)

Sơ đồ thay thế tính toán đoạn 5 – 6 khi bị sự cố (đường dây lộ đơn)

- Công suất do phân nửa điện dung của đường dây 5-6 sinh ra :

10 6, 082

18,518 0, 21 110

28,101 18,173

13,882 1, 285 110

Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng : ∑ΔP = 2,207 MW

Phần trăm tổn thất điện áp lớn nhất trong phương án là từ nguồn đến tải 1 với ΔU% = 3,638

4- Phương án 4

Phần lưới N34 và N12 như trong phương án 1 Phần lưới N56 đượcc chọn như sau:

* Phân bố công suất và chọn dây cho các đường dây lộ kép N-6 và 6-5

Đường dây lộ kép 6-5: Công suất trên 1 lộ:

3

kt dm

j U

Bảng phân bố công suất chọn dây dẫn theo tiêu chuẩn

MVA

Dòng điện A

Tiết diện tính toán

22.3607 km

31,622 km

50 km 41,2311 km

15+j11,25

15+j11,25

20+j12,92

15+11,25 18+j13,5

10+j6,72

6 5

4

3

2 1

N

10km

Với nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh lúc chế tạo là 25°C và nhiệt

độ môi trường xung quanh thực tế dây dẫn làm việc là 40°C, vì vậy cần phải hiệu chỉnh dòng điện cho phép của dây dẫn theo nhiệt độ xung quanh thực tế hiệu chỉnh nhiệt độ là k = 0,81 với Icp = Imax.k

Đoạn Dây tiêu chuẩn Dòng Imax ở 25°C

Nguồn: Phụ lục – Bảng PL2.6 (Thiết kế mạng điện – Hồ Văn Hiến)

* Kiểm tra phát nóng khi sự cố:

Có 2 trường hợp cần kiểm tra phát nóng:

- Khi lưới kín N34 bị cắt đường dây N 3 hay day N4 (tương tự PA 1)

4.1 - TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY

* Đường dây lộ đơn 3-4 mã dây tiêu chuẩn là AC-70, đường dây N-3 , N-4 mã dây tiêu chuẩn AC-95, đường dây 1-2 mã dây tiêu chuẩn AC-120, đường dây N-1 mã dây tiêu chuẩn AC-240 được tính như trong phương án 1

- Đường dây lộ kép 6-5 mã dây tiêu chuẩn AC-70, Đường dây lộ kép N-6 mã dây tiêu chuẩn AC-95, các thông số điện trở, cảm kháng, bán kính tự thân, các khoảng cách được tính như đường dây 5-6 và N-5 trong phương án 3

Bảng số liệu đường dây của phương án 4 Đường

dây

Số

lộ

Mã hiệu dây

Chiều dài

(*) : dòng trên từng lộ của đường dây lộ kép

4.2 - Tính sơ bộ tổn thất điện áp và tổn thất công suất theo phương án 4

- Đường dây N-3-4 , đường dây N-1-2-N :

Đường dây liên thông lộ đơn N-1-2 và đường dây mạch kín lộ đơn N-3-4-N ở phương án 2 có mã hiệu dây giống như ở phương án 1 vì vậy tổn thất điện áp và công suất khi vận hành bình thường và khi sự cố được tính như phương án 1

- Đường dây mạch kép N-6, 6-5

* khi vận hành bình thường

Sơ đồ thay thế tính toán đoạn N – 6 khi bình thường (đường dây lộ kép)

Sơ đồ thay thế tính toán đoạn 6 – 5 khi bình thường (đường dây lộ kép)