ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN GỒM HTĐ VÀ 1 NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CẤP CHO 9 PHỤ TẢI Giáo viên hướng dẫn NGUYỄN VĂN ĐẠM

PHẦN A. THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN GỒM: 1. Nhà máy nhiệt điện có: Công suất đặt: P = 3x100 MW và Hệ số công suất: cos = 0,85. 2. Hệ thống điện có: Công suất đặt vô cùng lớn và Hệ số công suất: cos = 0,85. 3. Có 9 phụ tải loại I và có Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax = 5000 h. PHẦN B: THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP BỆT CÔNG SUẤT 100 KVA – 100,4 kV

Hoàng quyền – HTĐ1 1

-PHẦN A:

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN KHU VỰC CÓ 2 NGUỒN VÀ 9 PHỤ TẢI

CHƯƠNG I PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA NGUỒN CUNG CẤP VÀ CÁC PHỤ

TẨI

Để chọn phương án tối ưu cần tiến hành phân tích đặc diểm của các

nguồn cung cấp điện và các phụ tải.Trên cơ sở đó xác định công suất phát của

các nguồn cung cấp và dự kiến các sơ đồ nối điện sao cho đạt được hiệu quả

kinh tế kĩ thuật cao nhất

I.1 Nguồn cung cấp điện

Trong HTĐ có 2 nguồn cung cấp : Hệ thống điện + Nhà máy nhiệt điện

1.Hệ thống điện

Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, hệ số cos trên thanh góp 110 kV

của hệ thống bằng 0,85 nên có các đặc điểm:

+ Cần phải có sự liên hệ giữa HT và NM để có thể trao đổi công suất

giữa hai nguồn cung cấp khi cần thiết

+ Chọn HT là nút cân bằng công suất , nút cơ sở về điện áp

+ Không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy nhiệt điện

2.Nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện có 3 tổ máy phát Mỗi tổ máy phát có công suất định

mức

P = 100 MW, cos = 0,85, U = 10,5 kV Có các kết quả:

Tổng công suất định mức của NĐ bằng 3×100 = 300MW

Công suất phát kinh tế của các máy phát NĐ thường bằng (80 ÷

90%)Pđm Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 80% Pđm, nghĩa là:

Pkt= 80% Pđm

Trong chế độ phụ tải cực đại :

Pkt = 80

100 × 3× 100 = 240 MWTrong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến ngừng 1 tổ máy phát để bao

dưỡng, hai máy phát còn lại sẽ phát 80% Pđm:

Pkt = 80

100 × 2× 100 = 160 MW

Khi sự cố ngừng một máy phát, hai máy còn lại sẽ phát 100% Pđm, như

vậy:

PF= 2× 100 = 200 MWPhần công suất thiếu trong chế độ vận hành sẽ được cung cấp từ HTĐ

I.2 Các phụ tải điện

Trong HTĐ thiết kế có 9 phụ tải Tất cả phụ tải đều là hộ loại 1, có hệ số

công suất cos = 0,9 Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax= 5000 h Các phụ

tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường Điên áp định mức của mạng

điện thứ cấp của các trạm hạ áp bằng 10 kV Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải

Smax,MVA

Smin=Pmin+jQ

min,MVA

Smin,MVA

Hoàng quyền – HTĐ1 3

-CHƯƠNG II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG TRONG

MẠNG ĐIỆN II.1 Cân bằng công suất tác dụng

Đặc điểm rất quan trọng của hệ thống điện : truyền tải tức thời điện năng

+không thể tích trữ điện năng thành số lượng nhận thấy được

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập, các nhà máy của hệ thống cần phải

phát công suất cân bằng với công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công

suất trong mạng điện

Cần phải có công suất tác dụng dự trữ trong hệ thống Dự trữ trong HTĐ là

một vấn đề quan trọng

Rút ra phưong trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải

cực đại đối với HTĐ thiết kế có dạng:

P _ công suất tác dụng lấy từ hệ thống

m _ hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại

P _ công suất tự dùng trong nhà máy điện, có thể lấy bằng 10% tổng

công suất đặt của nhà máy

P _ công suất tiêu thụ trong mạng điện;

Tổng công suất tác dụng của các phụ tải khi cực đại xác định từ bảng A.1 :

II.2 Cân bằng công suất phản kháng

Sản xuất và tiêu thụ điện bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi phải có sự

cân bằng giữa điện năng sản xuất và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm Sự cân

bằng đòi hỏi không những chỉ đối với công suất tác dụng, mà cả đối với công

suất phản kháng

Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp.Phá hoại sự

cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn đến sự thay đổi diện áp trong mạng điện

Vì vậy để dảm bảo chất lượng điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong

hệ thống, cần tiến hành sơ bộ công suất phản kháng

Phưong trình cân bằng công suất phản kháng trong chế độ phụ tải cực đại

đối với HTĐ thiết kế có dạng:

Hoàng quyền – HTĐ1 5

-Trong đó:

QF - tổng công suất phản kháng do NĐ phát ra;

QHT- công suất phản kháng do hệ thống cung cấp;

∑ - tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của đường

dây trong mạmg điên;

C

Q

∑ - tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh

ra, khi tính sơ bộ lấy: ∑∆Q L= ∑Q C ;

b

Q

∆

∑ - tổng tổn thất công suất phản kháng trong trạm biến áp, trong

tính toán sơ bộ lấy ∑∆Q b= 15%∑Qmax;

td

Q - công suất phản kháng trong tự dùng nhà máy điện;

dt

Q - công suất phản kháng dự trữ trong HT, khi cân bằng sơ bộ cố thể

lấy bằng 15% tổng công suất phản kháng ở phần bên phải của phương trình cân

bằng trên Đối với mạng điện thiết kế, Q dt = 0;

Như vậy, tổng công suất phản kháng do NĐ phát ra bằng :

b

Q

∆

∑ = 0,15 176,3 = 26,445 MVArCông suất phản kháng trong tự dùng nhà máy điện :

Q + Q = 148,8 + 106,764 = 255,564 MVAr

Nhận xét : Công suất phản kháng do các nguồn cung cấp lớn hơn công suất

phản kháng tiêu thụ Vì vậy không cần bù công suất phản kháng trong mạng điện

thiết kế

CHƯƠNG III.

CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

III.1 Dự kiến các phương án

Các chỉ tiêu kinh tế_ kĩ thuật phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của nó Các sơ đồ

mạng điện cần phải:

- Có các chi phí nhỏ nhất

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

- Đảm bảo chất lượng điện năng

- Thuận tiện và an toàn trong vận hành

- Có khả năng phát triển trong tương lai

Để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện ta sử dụng phương án nhiều

phương án Từ các vị trí đã cho của các phụ tải và các nguồn cung cấp, cần dự

kiến một số phương án và phương án tốt nhất sẽ được chọn trên cơ sở so sánh

kinh tế _ kĩ thuật các phương án đó Mức đảm bảo cung cấp điện là loại I, nên có

thể sử dụng đường dây hai mach hoặc mạch vòng

Trên cơ sở đó ta đưa ra 5 phương án được dự kiến như sau :

HTD

PA : I

Hoàng quyền – HTĐ1 7

-1.Chọn điện áp định mức 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 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 chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp

l - khoảng cách truyền tải, km;

P- công suất truyền tải trên đường dây, MW

Tính điện áp định mức trên đường dây NĐ – 4 – HT

Công suất tác dụng từ NĐ truyền vào đường dây NĐ – 4 được xác định :

PN4 = Pkt– Ptd– PN- ∆P N

Trong đó:

Pkt – tổng công suất phát kinh tế của NĐ;

Ptd– công suất tự dùng trong NMĐ;

PN– công suất của phụ tải nối với nhiệt điện

PN= P5+ P6+ P7+ P8;

N P

∆ - tổn thất công suất trên các đường dây do nhiệt điện cung cấp

N P

∆ = 5% PN;Theo kết quả tính toán:

Pkt = 240 MW ; Ptd= 30 MW

PN= P5+ P6+ P7+ P8= 50 + 36 + 40 + 38 = 164 MW

N P

∆ = 5% PN= 0,05 164 = 8,2 MW

Do đó :

PN4 = 240 – 30 – 164 – 8,2 = 37,8 MWCông suất phản kháng từ NĐ truyền vào đường dây NĐ – 4 có thể xác định

gần đúng :

QN4 = PN4 tg4= 37,8 0,484 = 18,307 MVArNhư vậy :

4

N

S• = 37,8 + j.18,307 MVADòng công suất truyền tải trên đường dây HT-4 :

4

H

S• = S•4 - S•N4 = 48+j23,246 – (37,8 + j.18,307 )

= 10,2 +j4,939 MVAĐiện áp tính toán trên đoạn đường dây NĐ-4 :

Chiều dàiđường dây l,km

Điện áptính toánU,kV

Điện ápđịnh mức củamạng Uđm, kV

Từ bảng A.2 ta chọn điện áp định mức của mạng điện Uđm= 110 kV

2 Chọn tiết diện dây dẫn

Mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không

Các đường dây được sử dụng là dây nhôm lõi thép(AC),

Hoàng quyền – HTĐ1 9

-Đối với các mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ

kinh tế của dòng điện :

max

kt

I F J

J : mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm2

Với dây AC và Tmax=

5000h thì Jkt= 1,1 A/mm2

max

I được xác định theo công thức :

3 max 10 ,3

n- số mạch của đường dây;

Uđm– điện áp định mức của mạng điện,kV;

Smax– công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính được theo công thức trên, tiến hành chọn tiết

diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang,

độ bền cơ học của đường dây và phát nóng dây dây dẫn trong các chế độ sự cố

Đối với đường dây 110 kV, để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi

thép cần phải có tiết diện F ≥ 70 mm2

Độ bền về cơ học của đường dây trên không thường được phối hợp với điều

kiện về vầng quang của dây dẫn, cho nên không cần phải kiểm tra điều kiện này

Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự cố,

cần phải có các điều kiện sau :

I - dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

a.Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây NĐ – 4

Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại :

2 2

4 4

37,8 18, 307

N N

N kt

Sau khi chọn tiết diện tiêu chuẩn cần kiểm tra dòng điện chạy trên đường dây

trong các chế độ độ sau sự cố Đối với đường dây liên kết NĐ -4- HT, sự cố có

thể xảy ra trong 2 trường hợp:

- Ngừng một mạch trên đường dây;

- Ngừng một tổ máy phát điện;

+Nếu ngừng một mạch của đường dây thì dòng điện chạy trên mạch còn lại :

I1sc= 2.IN4= 2.100,2 = 200,4 A

Vậy : I1sc ≤ Icf

+Khi ngừng một tổ MFĐ thì 2 máy phát còn lại sẽ phát 100% công suất Do

đó tổng công suất phát của NĐ :

PF= 2.100 = 200 MWCông suất tự dùng trong nhà máy :

Ptd= 0,1 200 = 20 MWCông suất chạy trên đường dây :

4

N S

•

= 7,8 + j3,78 MVADòng công suất truyền tải trên đường dây HT-4 :

4

H S

Hoàng quyền – HTĐ1 11

3 2

⇒Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện

b.Tính tiết diện đường dây HT – 4

Dòng điện chạy trên dường dây trong chế độ phụ tải cực đại :

3 4

H kt

+Khi ngừng một tổ MFĐ thì 2 máy phát còn lại sẽ phát 100% công suất,

dòng điện chạy trên đường dây:

3 2

⇒Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện

c.Tính tiết diện dây dẫn của đường dâyNĐ – 5

Dòng điện chạy trên đường dây :

5 5

50 24, 215

N N

N kt

⇒Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện.

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn, cần xác định các thong số

đơn vị của đường dây r0,x0, b0 sau đó tiến hành tính các thong số tập trung R, X,

B/2 trong sơ đồ thay thế hình ∏ của đường dây treo các công thức sau :

0

1

;

R r l n

Trong đó n là số mạch của đường dây Đối với dường dây 2 mạch thì n = 2

Tính toán đối với các đường dây còn lại được tiến hành tương tự.kết quả tính

toán cho ở bảng A.3

Isc,A

l,km

3.Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ được đặc trưng bởi tần số dòng điện

và độ lệch điện áp so với điện áp định mức trên các cực của thiết bị dùng điện Do

hệ thống có đủ công suất tác dụng để cung cấp cho các phụ tải nên không xét đến

vấn đề duy trì tần số Vì vậy chỉ tiêu chất lượng điện năng là giá trị độ lệch điện áp

ở các hộ tiêu thụ so với điện áp định mức ở mạng điện thứ cấp

Khi chọn sơ bộ các phương án cung cấp điện có thể đánh giá chất lượng

điện năng theo các giá trị của tổn thất điện áp

Khi tính sơ bộ các mức điện áp, có thể chấp nhận là phù hợp nếu trong chế

U

+

Trong đó :

Pi, Qi– công suất chạy trên đường dây thứ i ;

Ri, Xi– điện trở và điện kháng của đường dây thứ i

Đối với đường dây 2 mạch, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trên

Tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ – 4

Trong chế độ làm việc thường, tổn thất điện áp trên đường dây :

Tiến hành tương tự ta được kết quả cho trong bảngA.4

PA : II

1.Chọn điện áp định mức của mạng điện

Dòng công suất chạy trên đường dây NĐ – 5 có giá trị :

SN5 = S5+ S6= (50+j24,22 ) + (36+j17,435) = 86 +j 41,655 MVA

Dòng công suất chạy trên đoạn đường dây 5 – 6 bằng :

S5-6 = S6= 36+j17,435 MVA

Kết quả tính toán về các dòng công suất trên các đoạn đường dây khác được

tính tương tự và chọn điên điện áp định mức của mạng cho ở bảng A.5

Bảng A.5 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

Đường

dây

Công suấttruyền tảiS,MVA

Chiều dàiđường dây l,km

Điện áptính toánU,kV

Điện ápđịnh mức củamạng Uđm, kV

2 Chọn tiết diện dây dẫn

Kết quả tính các thông số của các đường dây trong mạng điện cho ở bảng A.6

3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

+Tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-5-6 trong chế độ làm việc bình

+Tính tổn thất điện áp trên đường dây trong chế độ sau sự cố :

Khi tính tổn thất điện áp trên đường dây ta không xét các sự cố xếp chồng,

nghĩa là đồng thời xảy ra trên tất cả các đoạn của đường dây đã cho, chỉ xét sự cố ở

đoạn nào mà tổn thất điện áp trên đường dây có giá trị cực đại

Đối với đường dây NĐ-5-6, khi ngừng một mạch trên đoạn N-5 sẽ nguy hiểm

hơn so với trường hợp sự cố một mạch trên đoạn 5-6 Khi ngừng một mạch trên

đường dây NĐ-5, tổn thất điện áp trên đoạn này bằng :

Tương tự ta có kết quả tính tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây :

PA :III

1.Chọn điện áp định mức của mạng điện

Kết quả tính toán về các dòng công suất trên các đoạn đường dây được tính

tương tự và chọn điên điện áp định mức của mạng cho ở bảng A.8

Bảng A.8 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

Đường dây Công suất truyền

tải S,MVA

Chiều dài đườngdây l,km

Điện áp tínhtoán U,kV

Điện áp địnhmức của mạng

2 Chọn tiết diện dây dẫn

Kết quả tính các thông số của các đường dây trong mạng điện cho ở bảngA.9

Ibt,A

3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Bảng A.10 Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện

HTD

PA : IV

Hoàng quyền – HTĐ1

-23-1.Chọn điện áp định mức của mạng điện

Kết quả tính toán về các dòng công suất trên các đoạn đường dây được tính

tương tự và chọn điên điện áp định mức của mạng cho ở bảng A.11

Bảng A.11 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

Đường dây Công suất truyền

tải S,MVA

Chiều dài đườngdây l,km

Điện áp tínhtoán U,kV

Điện áp địnhmức của mạng

2 Chọn tiết diện dây dẫn

Kết quả tính các thông số của các đường dây trong mạng điện cho ở bảng A.12

eBook for You

3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Bảng A.13 Tổn thất điện áp trên các đường dây trong mạng điện

HTD

PA : V

Hoàng quyền – HTĐ1

-27-1.Chọn điện áp định mức của mạng điện

Tính dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây trong mạch vòng

HT-9-1-HT Để thuận tiện ta kí hiệu chiều dài các đoạn đường dây như hình vẽ

Để xác định các dòng công suất ta cần giả thiết rằng, mạng đện đồng nhất và tất

cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện như vậy dòng công suất chạy

Kết quả tính toán tổng hợp ở bảng A.14:

Bảng A.14 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

Đường

dây

Công suấttruyền tảiS,MVA

Chiều dàiđường dây l,km

Điện áptính toánU,kV

Điện ápđịnh mức củamạng Uđm, kV

2 Chọn tiết diện dây dẫn

Tính tiết diện các đoạn đường dây trong mạch vòng HT-9-1-HT

Dòng điện chạy trên đoạn HT-9 :

9 9

34, 08 16, 504

HT HT

HT kt

31, 92 15, 46

HT HT

HT kt

HT kt

Kiểm tra dây dẫn khi có sự cố :

Đối với mạch vòng đã cho, dòng điện chạy trên đoạn 9-1 sẽ có giá trị lớn nhất

khi ngừng đường dây HT-1 ta có :

Kết quả tính các thông số của các đường dây trong mạng điện cho ở bảng A.15

Hoàng quyền – HTĐ1

Bảng A.15 Thông số của các đường dây trong mạng điện

Đường

•

,MVA

Ibt,A

Hoàng Quyền - HTĐ1

-31-3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Tính tổn thất điện áp trong mạch vòng đã xét

Trong mạch vòng chỉ có một điểm phân chia công suất đó là nút 1, do đó

nút này sẽ có điện áp thấp nhất trong mạch vòng, do vậy tổn thất điện áp lớn

Từ các kết quả trên, sự cố nguy hiểm nhất khi ngừng đoạn H-9 Trong

trường họp này tổn thất điện áp lớn nhất :

III.2 So sánh kinh tế các phương án

Từ các kết quả tính toán bảng A.17,ta chọn 3 phương án I, III, IV để tiến

hành so sánh kinh tế - kĩ thuật

Khi so sánh các phương án về mặt kinh tế thì chưa cần đề cập đến các

trạm biến áp và coi các phương án đều có số lượng các máy biến áp , mắy cắt ,

các dao cách li cà các thiết bị trong các trạm biến áp là như nhau Do dó ta chỉ

cần so sánh các phương án về hàm chi phí tính toán của việc xây dựng và vận

Hoàng Quyền - HTĐ1

-33-atc : Hệ số thu hồi vốn , với 0,125

8

1T

đầu tư để xây dựng các đường đây có thể xác định theo công thức sau :

l - chiều dài đường dây thứ i, km

c : giá thành 1 Kw.h điện năng tổn thất ,(đ /kWh)

∆A : Tổng tổn thất điện năng hàng năm, (kWh)

∑∆ : Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây thứ

i khi phụ tải cực đại,(kW)

i 2

2

U

SP

PA : I

1.Tính tổn thất công suất suất tác dụng trên các đường dây

Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây được xác định theo các số liệu ở

Tính toán tương tự trên các đường dây còn lại kết quả được tổng hợp trong

bảng A.18

2 Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện

Giả thiết các đường day trên không 2 mạch được đặt trên cùng cột thép

Như vậy vốn đầu tư xây dựng đường dây NĐ-1 xác định như sau :

Ω

P,MW

Q,MW

P

∆ ,MW

Chi phí tính toán hàng năm:

PA :III

Tính toán tương tự như phương án I, kết quả được tổng hợp trong

Hoàng Quyền - HTĐ1

-37-Bảng I.19 tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng các đường dây

của phương án III

R,

Ω

P,MW

Q,MW

P

∆ ,MW

Chi phí tính toán hàng năm:

Ω

P,MW

Q,MW

P

∆ ,MW

Kết luận :

Về mặt kinh tế có thể coi 2 phương án trên là tương đương

Về mặt kĩ thuật PA I tốt hơn PA IV

⇒Chọn phương án I là phương án tối ưu