Nghiên cứu thiết kế và tính chọn đường dây cho hệ thống điện

Luận văn, khóa luận tốt nghiệp, báo cáo là sản phẩm kiến thức, là công trình khoa học đầu tay của sinh viên, đúc kết những kiến thức của cả quá trình nghiên cứu và học tập một chuyên đề, chuyên ngành cụ thể. Tổng hợp các đồ án, khóa luận, tiểu luận, chuyên đề và luận văn tốt nghiệp đại học về các chuyên ngành: Kinh tế, Tài Chính Ngân Hàng, Công nghệ thông tin, Khoa học kỹ thuật, Khoa học xã hội, Y dược, Nông Lâm Ngữ... dành cho sinh viên tham khảo. Kho đề tài hay và mới lạ giúp sinh viên chuyên ngành định hướng và lựa chọn cho mình một đề tài phù hợp, thực hiện viết báo cáo luận văn và bảo vệ thành công đồ án của mình.

Đề tài:

Nghiên cứu thiết kế và tính chọn đường

dây cho hệ thống điện

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

1.1.1 Sơ đồ địa lý mạng điện

70 km 50.99 km

1 km

31.6

2 km

30.06 km

2

1

1.1.2 Nguồn điện

Với giả thiết khi thiết kế mạng điện là có một nguồn cung cấp điện như sau:

phương

• Hệ số công suất trên thanh góp (có giới hạn công suất phản kháng)

nd

cos ϕ = 0,85.

1.1.3 Phụ tải điện

Với giả thiết về phụ tải điện như sau:

CHƯƠNG II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

Tại mỗi thời điểm luôn có sự cân bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ, điều đó cũng có nghĩa là tại mỗi thời điểm cần phải có sự cân bằng giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng ra với công suất tác dụng và công suất phản kháng tiêu thụ Nếu sự cân bằng trên bị phá vỡ thì các chỉ tiêu chất lượng điện bị giảm, dẫn đến giảm chất lượng của các sản phẩm hoặc có thể mất ổn định hoặc làm tan rã hệ thống

Công suất tác dụng của các phụ tải liên quan tới tần số của dòng điện xoay chiều Tần số trong hệ thống sẽ thay đổi khi sự cân bằng công suất tác dụng trong

hệ thống bị phá vỡ Giảm công suất tác dụng phát ra dẫn đến giảm tần số và ngược lại Vì vậy tại mỗi thời điểm trong các chế độ xác lập của hệ thống điện, các nhà máy điện trong hệ thống cần phải phát công suất bằng tổng công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong hệ thống

Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tải cực đại của

hệ thống phương trình cân bằng công suất tác dụng có dạng tổng quát sau:

(do chỉ xét từ thanh góp cao áp của nhà máy điện hay trạm biến áp địa

phương)

dt

P

1.3 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Để đảm bảo chất lượng điện áp cần thiết ở các hộ tiêu thụ trong hệ thống điện và trong các khu vực riêng biệt của nó, cần có đầy đủ công suất của các nguồn công suất phản kháng Vì vậy trong giai đoạn đầu của thiết kế phát triển hệ thống điện hay các mạng điện của các vùng riêng biệt cần phải tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng của lưới điện

Cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế được tiếng hành chung đối với cả hệ thống

Cân bằng công suất phản kháng được tiến hành đối với chế độ cực đại của hệ thống điện và phương trình cân bằng trong trường hợp này có dạng:

(với giả thiết Q td = 0,Q dt = 0).

Kiểm tra biểu thức trên ta có:

dây và công suất phản kháng do dung dẫn do đường dây sinh ra Giả sử đường dây truyền tải công suất tự nhiên và đường dây không tổn thất (R=0,G=0) Vậy

trong trường hợp này chúng bằng 0

⇒ ∑Qyc=79,69+11,95=91,64 MVAr

1.4 CÁC SỐ LIỆU KỸ THUẬT CƠ BẢN

1.4.1 Khoảng cách từ nhà máy tới các phụ tải

Từ sơ đồ mặt bằng nhà máy ta có khoảng cách từ nhà máy đến phụ tải là:

Bảng 1.2

1.4.2 Bảng thông số của các phụ tải điện

Như vậy ta có bảng các thông số của các phụ tải thiết như sau:

1.4.3 Các lựa chọn kỹ thuật ban đầu

- Truyền tải điện xoay chiều AC

- Dùng đường dây trên không dây dẫn trần

- Dùng dây nhôm lõi thép AC

Cột bê tông ly

Bảng 1.4

Ghi chú: Giá thành đường dây hai mạch bằng 1,6 lần giá thành đường dây một mạch

- Giá thành trạm biến áp truyền tải có một máy biến áp điện áp 110/10 kV với hệ

Bảng 1.5Ghi chú: Giá thành trạm hai máy biến áp bằng 1,8 lần giá thành trạm có một máy biến áp

CHƯƠNG III CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU VỀ KINH TẾ – KỸ THUẬT

A ĐẶT VẤN ĐỀ

Nguyên tắc chủ yếu và quan trọng nhất của công tác thiết kế mạng điện là cung cấp điện được kinh tế và đảm bảo độ tin cậy Do vậy phải tìm ra được một phương án phù hợp sao cho với phương án đó đảm bảo về mặt kỹ thuật và có tính kinh tế cao

B DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN CHO MẠNG ĐIỆN - TÍNH TOÁN SƠ BỘ

VỀ KỸ THUẬT

1 Các phương án dự kiến đi dây

Để thoả mãn mục đích là thiết kế mạng điện phải tối ưu thì việc đầu tiên cần

làm đó là vạch ra các phương án nối dây Để lập được các phương án nối dây ta

dựa trên các nguyên tắc sau:

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

- Dựa vào sơ đồ vị trí mặt bằng

Do có những yêu cầu trên nên ta có:

- Các phụ tải 1, 2, 3, 4, 5 là hộ loại I nên phải được cung cấp bằng đường dây

hai mạch hoặc mạng kín, phụ tải 6 là phụ tải loại 3 nên được cấp điện bằng đường

dây mạch đơn

- Từ sự phân tích trên ta có các phương án nối mạng

Phương án1:

44,7 2km

5 ,5 9

,3 1 m

5

4 3

2

1

5 ,57m

1

4 3

2

1 44,72k

m

5 ,5 9

,3 1 m

30,06km

5 ,59

,31m

70km

5

4 3

Phương án 4:

3

2 m

30,06km

44,7 2km

5 ,59

,3 1 m

6

5

4 3

2 1

Phương án 5:

44,7 2km

5 ,5 9

,31m

N

6

5

4 3

2

1

30,06km

56,57km

40km

2 Chọn điện áp danh định

Để chọn điện áp danh định của mạng điện ta dùng công thức kinh nghiệm:

Vi =4,34 li +16.Pi (2.1)

Trong đó:

đến phụ tải (mạng hình tia) và ta có kết quả như sau:

Đoạn đường dây Chiều dài (km) P i (MW) U i (kV)

- Loại dây AC kết hợp với thời gian sử dụng công suất max: Tmax = 4900hTra bảng ta có: Jkt = 1,1 (A/mm2)

3.1 Phương án 1

a- Sơ đồ nối dây

44 ,72 km

5 ,5 9 m

5 ,3 1 m

6

5

4 3

2

1

5 ,5 7 m

50,99k

b-Dòng công suất truyền tải trên các đoạn đường dây

Khi tính sơ bộ ta không xét đến tổn thất công suất trên các đoạn đường dây

và ta dùng điện áp danh định của mạng để tính toán Như vậy dòng công suất truyền tải trên các đường dây chính là công suất ở các phụ tải hoặc tổng công suất các phụ tải nối với đường dây đó

Sau khi tính toán ta có kết quả như sau:

c- Chọn tiết diện tiêu chuẩn, kiểm tra sự cố

- Sau khi đã biết được phân bố dòng công suất truyền tải trên các đoạn đường

công thức sau:

Đối với đường dây một mạch:

S

dd

ln i ln

Đối với đường dây hai mạch:

)A(10.V.3.2

S

dd

ln i ln

Trong đó:

toán bằng công thức:

)mm(J

I

KT

ln i

tương lai)

số liệu đã cho trong sổ tay

- Sự cố nguy hiểm:

Đối với mạng kín: Sự cố nguy hiểm là sự cố khi đứt một đường dây trong mạng kín đó mà có công suất truyền tải lớn nhất Ta không giả thiết có sự cố xếp chồng (cùng đứt hai đường dây một lúc)

Đối với mạng hở và đường dây hai mạch sự cố nguy hiểm nhất là đứt một dây Khi đó dòng điện sự cố gấp hai lần dòng bình thường

V32

S

Với đường dây một mạch:

dd

i bt

.V3

AC-380

d- Kiểm tra độ bền cơ, tổn thất vầng quang

- Tổn thất vầng quang: Tất cả các dây dẫn ta chọn trong phương án này đều

điện là 110kV Do vậy tổn thất vầng quang trong phương án là không đáng kể

- Độ bền cơ: Khi các dây dẫn đã thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang thì cũng thoả mãn các điều kiện về độ bền cơ

e- Thông số các đường dây

bảng ta tìm được các thông số đường dây

Mặt khác ta đã biết chiều dài các đoạn đường dây thì ta tính được thông số của đường dây bằng công thức:

Đường dây một mạch:

Ri = r0.li (Ω)

Xi = x0.li (Ω)Đường dây hai mạch:

.lx

Loạidây

F(mm2)

.XQ.RP

%

dd

i i i i i

Giả thiết là không có sự cố xếp chồng tức là không đứt hai mạch cùng một lúc

∆Uisc% = 2∆Uibt% (2.9)Tính cho phương án 1:

Ta tính ∆Uibt%; ∆Uisc% cho từng lộ kép riêng biệt ta có bảng kết quả sau:

5 ,59

,31m

30,06km50,99km

56,5

7km

b-Dòng công suất truyền tải trên các đoạn đường dây

Khi tính sơ bộ ta không xét đến tổn thất công suất trên các đoạn đường dây

và ta dùng điện áp danh định của mạng để tính toán Như vậy dòng công suất truyền tải trên các đường dây chính là công suất ở các phụ tải hoặc tổng công suất các phụ tải nối với đường dây đó

Sau khi tính toán ta có kết quả như sau:

c- Chọn tiết diện tiêu chuẩn, kiểm tra sự cố

- Sau khi đã biết được phân bố dòng công suất truyền tải trên các đoạn

đại theo công thức sau:

Đối với đường dây một mạch:

)A(10.V.3

S

dd

ln i ln

Đối với đường dây hai mạch:

)A(10.V.3.2

S

dd

ln i ln

Trong đó:

toán bằng công thức:

)mm(J

I

KT

ln i

- Sau khi tính được Ftt ta tiến hành chọn tiết diện dây dẫn với nguyên tắc:

tương lai)

số liệu đã cho trong sổ tay

- Sự cố nguy hiểm:

Đối với mạng kín: Sự cố nguy hiểm là sự cố khi đứt một đường dây trong mạng kín đó mà có công suất truyền tải lớn nhất Ta không giả thiết có sự cố xếp chồng (cùng đứt hai đường dây một lúc)

Đối với mạng hở và đường dây hai mạch sự cố nguy hiểm nhất là đứt một dây Khi đó dòng điện sự cố gấp hai lần dòng bình thường

V3.2

T mãn

T mãn

T mãn

N - 4 2 28,89 75,82 68,93

T mãn

T mãn

T mãn

d- Kiểm tra độ bền cơ, tổn thất vầng quang

- Tổn thất vầng quang: Tất cả các dây dẫn ta chọn trong phương án này đều

điện là 110kV Do vậy tổn thất vầng quang trong phương án là không đáng kể

- Độ bền cơ: Khi các dây dẫn đã thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang thì cũng thoả mãn các điều kiện về độ bền cơ

e- Thông số các đường dây

Sau khi đã biết được tiết diện các dây dẫn trong mạng và lấy Dtb = 5m tra bảng ta tìm được các thông số đường dây

Mặt khác ta đã biết chiều dài các đoạn đường dây thì ta tính được thông số của đường dây bằng công thức:

Đường dây một mạch:

Ri = r0.li (Ω)

Xi = x0.li (Ω)Đường dây hai mạch:

)(2

l

x

Từ đó ta có bảng kết quả sau:

Đường

dây

Sốmạch

Loạidây

F(mm2)

.XQ.RP

%

dd

i i i i i

Giả thiết là không có sự cố xếp chồng tức là không đứt hai mạch cùng một lúc

∆Uisc% = 2∆Uibt% (2.9)Tính cho phương án 2:

Ta tính ∆Uibt%; ∆Uisc% cho từng lộ kép riêng biệt ta có bảng kết quả sau:Đường

5 ,59

,31m

70km

5

4 3

b-Dòng công suất truyền tải trên các đoạn đường dây

Khi tính sơ bộ ta không xét đến tổn thất công suất trên các đoạn đường dây

và ta dùng điện áp danh định của mạng để tính toán Như vậy dòng công suất

truyền tải trên các đường dây chính là công suất ở các phụ tải hoặc tổng công suất các phụ tải nối với đường dây đó.

Sau khi tính toán ta có kết quả như sau:

c- Chọn tiết diện tiêu chuẩn, kiểm tra sự cố

- Sau khi đã biết được phân bố dòng công suất truyền tải trên các đoạn

đại theo công thức sau:

Đối với đường dây một mạch:

)A(10.V.3

S

dd

ln i ln

Đối với đường dây hai mạch:

)A(10.V.3.2

S

dd

ln i ln

Trong đó:

toán bằng công thức:

)mm(J

I

KT

ln i

- Sau khi tính được Ftt ta tiến hành chọn tiết diện dây dẫn với nguyên tắc:

tương lai)

số liệu đã cho trong sổ tay

- Sự cố nguy hiểm:

Đối với mạng kín: Sự cố nguy hiểm là sự cố khi đứt một đường dây trong mạng kín đó mà có công suất truyền tải lớn nhất Ta không giả thiết có sự cố xếp chồng (cùng đứt hai đường dây một lúc)

Đối với mạng hở và đường dây hai mạch sự cố nguy hiểm nhất là đứt một dây Khi đó dòng điện sự cố gấp hai lần dòng bình thường

V3.2

174,95 159,05

150

N - 6 1 26,67

139,98 127,25

120

AC-139,9

d- Kiểm tra độ bền cơ, tổn thất vầng quang

- Tổn thất vầng quang: Tất cả các dây dẫn ta chọn trong phương án này đều

điện là 110kV Do vậy tổn thất vầng quang trong phương án là không đáng kể

- Độ bền cơ: Khi các dây dẫn đã thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang thì cũng thoả mãn các điều kiện về độ bền cơ

e- Thông số các đường dây

Sau khi đã biết được tiết diện các dây dẫn trong mạng và lấy Dtb = 5m tra bảng ta tìm được các thông số đường dây

Mặt khác ta đã biết chiều dài các đoạn đường dây thì ta tính được thông số của đường dây bằng công thức:

Đường dây một mạch:

Ri = r0.li (Ω)

Xi = x0.li (Ω)Đường dây hai mạch:

)(2

Loạidây

F(mm2)

R0(W/Km)

X0(W/Km)

Li(Km)

Ri(W)

Xi(W)

%

dd

i i i i i

Giả thiết là không có sự cố xếp chồng tức là không đứt hai mạch cùng một lúc

∆Uisc% = 2∆Uibt% (2.9)Tính cho phương án 4:

Ta tính ∆Uibt%; ∆Uisc% cho từng lộ kép riêng biệt ta có bảng kết quả sau:Đường

a- Sơ đồ nối dây

3

2 m

30,06km

44,7 2km

5 ,59

,3 1 m

5

4 3

2 1

b-Dòng công suất truyền tải trên các đoạn đường dây

Khi tính sơ bộ ta không xét đến tổn thất công suất trên các đoạn đường dây

và ta dùng điện áp danh định của mạng để tính toán Như vậy dòng công suất truyền tải trên các đường dây chính là công suất ở các phụ tải hoặc tổng công suất các phụ tải nối với đường dây đó

Sau khi tính toán ta có kết quả như sau:

- Sau khi đã biết được phân bố dòng công suất truyền tải trên các đoạn

đại theo công thức sau:

Đối với đường dây một mạch:

)A(10.V.3

S

dd

ln i ln

Đối với đường dây hai mạch:

)A(10.V.3.2

S

dd

ln i ln

Trong đó:

toán bằng công thức:

)mm(J

I

KT

ln i

tương lai)

số liệu đã cho trong sổ tay

- Sự cố nguy hiểm:

Đối với mạng kín: Sự cố nguy hiểm là sự cố khi đứt một đường dây trong mạng kín đó mà có công suất truyền tải lớn nhất Ta không giả thiết có sự cố xếp chồng (cùng đứt hai đường dây một lúc)

Đối với mạng hở và đường dây hai mạch sự cố nguy hiểm nhất là đứt một dây Khi đó dòng điện sự cố gấp hai lần dòng bình thường

Dòng sự cố:

174,95 159,05

150

AC-151,6

d- Kiểm tra độ bền cơ, tổn thất vầng quang

- Tổn thất vầng quang: Tất cả các dây dẫn ta chọn trong phương án này đều

điện là 110kV Do vậy tổn thất vầng quang trong phương án là không đáng kể

- Độ bền cơ: Khi các dây dẫn đã thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang thì cũng thoả mãn các điều kiện về độ bền cơ

e- Thông số các đường dây

Sau khi đã biết được tiết diện các dây dẫn trong mạng và lấy Dtb = 5m tra bảng ta tìm được các thông số đường dây

Mặt khác ta đã biết chiều dài các đoạn đường dây thì ta tính được thông số của đường dây bằng công thức:

Đường dây một mạch:

Ri = r0.li (Ω)

Xi = x0.li (Ω)Đường dây hai mạch:

)(2

Loạidây

F(mm2)

.XQ.RP

%

dd

i i i i i

Giả thiết là không có sự cố xếp chồng tức là không đứt hai mạch cùng một lúc.

∆Uisc% = 2∆Uibt% (2.9)Tính cho phương án 4:

Ta tính ∆Uibt%; ∆Uisc% cho từng lộ kép riêng biệt ta có bảng kết quả sau:

44,7 2km

5 ,59

,3 1 m

6

5

4 3

2

1

50,99km

30,06km

56,57km

40km

b- Phân bố dòng công suất trên các đoạn đường dây

4 ND-4 4-3 3 ND-3 ND-4

ND-4 4-3 ND-3

S (l l ) S l S

ND-4 scND-4

dd

SI

dd

SI

N - 4 1 30.4 159.56 145.05 AC-150 450 319,12 T mãn

d- Kiểm tra độ bền cơ, tổn thất vầng quang

đều thoả mãn điều kiện phát sinh vầng quang và độ bền cơ của đường dây 110kV

e- Thông số các đường dây

Tính toán tương tự như phương án một ta có bảng kết quả sau:

F(mm2)

Lúc bình thường tính cho mạch kín giống như tính ở lộ kép:

Lúc sự cố nguy hiểm nhất là đứt đoạn N - 4

Vậy: ∆Uisc max% =18,3 %

4 Xác định ∆U max bt % và ∆U max sc % - Chọn phương án phù hợp về kỹ thuật

Trong mục 3 ta đã trình bầy rõ cách tính, kết quả tính tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thường cũng như khi sự cố của các phương án Vì vậy sau khi tính toán ta có bảng tổng kết sau:

Ta chọn phương án I, phương án II và phương án III có tổn thất điện áp nhỏ nhất để so sánh về mặt kinh tế

Hàm chi phí tính toán hằng năm được tính theo công thức sau:

Z=(avh+atc).K+∆A.C (3-8)Trong đó : Z- hàm chi phí tính toán hằng năm, đ

avh- hệ số vận hành đối với các đường dây trong mạng điện,avh= 0,04

atc- hệ số hiệu quả của vốn đầu tư, atc=0,125

K- tổng vốn đầu tư về đường dây, đ

C- giá tiền tổn thất điện năng, C= 1.300 đ/kWh

• Vốn đầu tư về đường dây : K= n.k0 i.li (đ) (3-9)

Đối với đường dây mạch đơn n=1

Đối với đường dây mạch kép (đường dây trên không 2 mạch đặt trên cùng một cột): n=1,6

Với : k0 i- giá thành 1km đường dây 1 mạch, đ/km

li - chiều dài đường dây thứ i, km

• Chi phí tính toán hằng năm :

Áp dụng các công thức trên tính toán ta được bảng kết quả sau:

Để so sánh kinh tế các phương án ta dựa trên các nguyên tắc sau:

- Sẽ chọn phương án nào có Z min

- Nếu các phương án cần so sánh có độ chênh lệch về hàm chi phí tính toán

Lúc đó muốn chọn được phương án tối ưu ta cần phải dựa vào điều kiện kỹ thuật

Bảng tổng kết các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của các phương án:

CHƯƠNG IV CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN

CHÍNH CHO MẠNG LƯỚI ĐIỆN

A ĐẶT VẤN ĐỀ

Để truyền tải điện đi xa và cung cấp điện cho các phụ tải tiêu thụ cần phải tăng điện áp từ nhà máy điện lên (nhằm mục đích giảm tổn thất khi truyền tải) Sau khi đến các phụ tải tiêu thụ ta cần phải giảm điện áp thấp xuống Việc tăng hay giảm điện áp cho phù hợp trong mạng điện sẽ được giải quyết bằng các máy biến

áp và trạm biến áp

B LỰA CHỌN SỐ LƯỢNG - DUNG LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP

1 Chọn số lượng máy biến áp

Để chọn được số lượng các máy biến áp trong các trạm biến áp ta có thể dựa vào nhiều tiêu chuẩn để lựa chọn trong đó tiêu chuẩn quan trọng là: yêu cầu cung cấp điện cho các phụ tải