BTL hệ thống điện thiết kế mạng điện

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đưa nước ta đến năm 2020 trở thành một nước công nghiệp. Nghành công nghiệp nói chung và nghành công nghiệp sản xuất điện năng nói riêng có vai trò rất quan trọng. Điện năng là nhu cầu thiết yếu của các ngành công nghiệp cũng như trong sinh hoạt. Để có nền kinh tế phát triển đời sống ngày càng được cải thiện thì điện năng là thứ không thể thiếu được vì vậy việc phát triển nguồn điện là rất cần thiết. Trong những năm vừa qua cũng như trong những năm tiếp theo,nhà nước và ngành điện đã và đang mở rộng lắp đặt nhiều dây chuyền sản xuất điện năng đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho công cuộc công nghiệp hoá, hiện đai hoá đất nược và đời sống sinh hoạt của nhân dân. Trong vài thập kỷ qua, do các ngành khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, nhất là khoa học công nghệ thông tin. Máy tính và kỹ thuật vi xử lý đã được ứng dụng rộng rãi vào tất cả các ngành công nghiệp, kinh tế, đời sống xã hội. Ngành điện cũng không nằm ngoài xu thế tất yếu đó. Ngày nay trên thế giới,hệ thống điện đã phát triển theo con đường tập trung hóa sản xuất điện năng trên cơ sở những nhà máy lớn hợp nhất các hệ thống năng lượng vì vậy mỗi chúng ta phải học hỏi,trau dồi kiến thức khoa học kỹ thuật góp phần đưa nghành hệ thống điện ta có thể theo kịp tốc độ phát triển trên toàn thế giới. Trong hệ thống điện của nước ta hiện nay,quá trình phát triển phụ tạo,gia tăng rất nhanh.Do vậy việc qui hoạch thiết kế mới và phát triển mạng điện đây là vấn đề cần được quan tâm của nghành điện nói riêng và của cả nước nói chung. Đồ án môn học “Lưới điện”là một sự tập dượt lớn cho các sinh viên nghành hệ thống điện làm quen với các hệ thống cung cấp điện.Công việc làm đồ án giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thực hiện một nhiệm vụ tương đối toàn diện về lĩnh vực sản xuất,truyền tải và phân phối điện năng. Vì đây là lần đầu tiên chúng em làm quen với bài tập lớn thiết kế lưới điện ,kinh nghiệm năng lực còn hạn chế nên bản bài tập lớn này không tránh khỏi những thiếu sót . Chúng em kính mong được sự đóng góp ý kiến của thầy để bài tập lớn của chúng em hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm sinh viên : Nhóm 2

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đưa nước ta đến năm 2020 trở thành một nước công nghiệp Nghành công nghiệp nói chung và nghành công nghiệp sản xuất điện năng nói riêng có vai trò rất quan trọng Điện năng là nhu cầu thiết yếu của các ngành công nghiệp cũng như trong sinh hoạt Để có nền kinh tế phát triển đời sống ngày càngđược cải thiện thì điện năng là thứ không thể thiếu được vì vậy việc phát triển nguồn điện là rất cần thiết Trong những năm vừa qua cũng như trong những năm tiếp theo,nhà nước và ngành điện đã và đang mở rộng lắp đặt nhiều dây chuyền sản xuất điện năng đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho công cuộc công nghiệp hoá, hiện đai hoá đất nược và đời sống sinh hoạt của nhân dân Trong vài thập kỷ qua, do các ngành khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, nhất là khoa học công nghệ thông tin Máy tính

và kỹ thuật vi xử lý đã được ứng dụng rộng rãi vào tất cả các ngành công nghiệp, kinh tế, đời sống xã hội Ngành điện cũng không nằm ngoài xu thế tất yếu đó Ngày nay trên thế giới,hệ thống điện đã phát triển theo conđường tập trung hóa sản xuất điện năng trên cơ sở những nhà máy lớn hợp nhất các hệ thống năng lượng vì vậy mỗi chúng ta phải học hỏi,trau dồi kiến thức khoa học kỹ thuật góp phần đưa nghành hệ thống điện ta có thể theo kịp tốc độ phát triển trên toàn thế giới Trong hệ thống điện của nước ta hiện nay,quá trình phát triển phụ tạo,gia tăng rất nhanh.Do vậy việc qui hoạch thiết kế mới và phát triển mạng điện đây là vấn đề cần được quan tâm của nghành điện nói riêng và của cả nước nói chung Đồ

án môn học “Lưới điện”là một sự tập dượt lớn cho các sinh viên nghành

hệ thống điện làm quen với các hệ thống cung cấp điện.Công việc làm đồ

án giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thực hiện một nhiệm vụ tương đối toàn diện về lĩnh vực sản xuất,truyền tải và phân phối điện năng Vì đây là lần đầu tiên chúng em làm quen với bài tập lớn thiết kế lưới điện ,kinh nghiệm năng lực còn hạn chế nên bản bài tập lớn này không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em kính mong được sự đóng góp ý kiến của thầy để bài tập lớn của chúng em hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Nhóm sinh viên : Nhóm 2!

Chương I: Tính toán cân bằng công suất.

1.1.Sơ đồ mặt bằng:

Tỷ lệ:1 đơn vị =10 km

6

Nguồn cung cấp cho các phụ tải là nhà máy điện hoặc trạm biến áp khu

vực có công suất đảm bảo cung cấp đủ cho các phụ tải theo yêu cầu

Điện áp danh định của lưới điện thứ cấp

(KV)

22

1.3.Cân bằng công suất tác dụng.

Một đặc điểm quan trọng của hệ thống điện là truyền tải tức thời điện

năng từ nguồn điện đến các hộ tiêu thụ mà không thể tích luỹ được Tính

chất này thể hiện sự đồng bộ trong quá trình sản xuất điện năng

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

điện trong hệ thống phải phát công suất điện đúng bằng công suất tiêu thụ

của các phụ tải trong hệ thống đồng thời cộng thêm các tổn thất phát sinh

trong quá trình truyền tải

Ngoài ra để đảm bào hệ thông vận hành ổn định trong các điều kiện khác

nhau, hệ thống phát điện của nhà máy phải có dự trữ công suất tác dụng

nhất định Mức dự trữ công suất tuỳ thuộc vào yêu cầu của hệ thống và

mức độ phát triển sau này

∑PF =∑PYC = m∑Ppt +∑∆P +∑Ptd+∑Pdt (1.3.1)

Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống:

Trong đó : ∑PF:Tổng công suất tác dụng phát ra từ nguồn phát

∑Ppt:Tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ phụ tải

∑∆P :Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện, khi tính sơ bộ cóthể lấy ∑∆P = 5%∑∆Pmax

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

∑Pdt :Tổng công suất dự trữ trong mạng điện,khi cân bằng sơ bộ có thể lấy : ∑∆Pdt = 10%∑∆Pmax

m : hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại Một cách gần đúng ta cóthể thay bằng công thức:

1.4.Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống.

Cân bằng công suất phản kháng có quan hệ tới điện áp.Hệ thống không cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn tới thay đổi điện áp trong hệ thống điện Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong hệ thống sẽ tăng, ngược lại nếu công suất phản kháng phát ra nhỏ hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì sẽ dẫn tới sự sut

áp Vì vậy để đảm bảo chất lượng của hệ thống điện ta cần phải cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống:

∑QF = ∑Qyc = m∑Qpt +∑∆Qb +∑QL -∑Qc +∑Qtd +∑Qdt (1.4.1) Trong đó:

∑QF :Tổng công suất phản kháng do nguồn điện phát ra ∑Qyc: Tổng công suất yêu cầu của hệ thống

∑Qpt :Tổng công suất phản kháng của các phụ tải ở chế độ cực đại

∑QL :Tổng công suất phản kháng trong cảm kháng của các

đường dây trong mạng điện

∑Qc : tổng công suất phản kháng do điện dung của các

đường dây sinh ra,khi tính sơ bộ lấy : ∑Qc = ∑QL

∑∆Qb : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm

biến áp ,khi tính sơ bộ có thể lấy ∑∆Qb = 15%∑∆Qmax

∑Qtd: Tổng công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy

điện

∑Qdt : Tổng công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống

M: Hệ số đồng thời

Trong tính toán sơ bộ ta có thể tính tổng công suất phản kháng yêu

cầu trong hệ thống bằng công thức sau đây:

∑Qyc = ∑Qpt + 15%∑Qpt (1.4.2)

Công suất phản kháng của các phụ tải được tính theo công thức sau:

Qpt =Ppt tgφ (1.4.3)

Từ Cosφ ta suy ra được Tgφ,do đó ta có bảng số liệu sau:

Bảng bù công suất các các hộ tiêu thụ:

36,321 31,111

Chương 2: Chọn cấp điện áp.

Điện áp định mức trên của đường dây có thể được tính theo công thức

kinh nghiêm sau:

Uvhi = 4,34 (3.1)Trong đó :

li : khoảng cách truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (km)

Pi :Công suất truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (MW)

Dựa vào sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải ta có điện áp

vận hành trên các đoạn đường dây như sau:

Đoạn đường dây Công suất truyền

tải (MVA)

Chiều dàiđường dây(Km)

Điện ápvận hành(kv)

Điện áp địnhmức của cảmạng điện

Từ sơ đồ mặt bằng nguồn điện và các phụ tải đã cho ta có thể đưa ra các phương án nối dây cho mạng lưới điện trên Sau đây là 5 phương án và tính toán đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật của các phương án này.

3.2.Dự kiến các phương án:

3.2.1 Phương án I :

64

3.3 Phương án nối dây 1:

3.3.1: Sơ đồ nối dây:

64

3.3.2:Tính điện áp vận hành của mạng điện:

Điện áp vận hành ảnh hưởng đến các đặc trưng kĩ thuật, các chỉ tiêu

kĩ thuật của mạng lưới điện

Điện áp định mức của mạng lưới điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: côngsuất của phụ tải, khoảng cách từ nguồn đến các phụ tải, vị trí tương đốigiữa các phụ tải trong mạng lưới…

Điện áp định mức có thể được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện

Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị công

suất trên mỗi đoạn đường dây điện

Điện áp định mức trên của đường dây có thể được tính theo công thức

kinh nghiêm sau:

Uvhi = 4,34 (3.1)Trong đó :

li : khoảng cách truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (km)

Pi :Công suất truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (MW)

Dựa vào sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải ta có điện áp

vận hành trên các đoạn đường dây như sau:

Đoạn đường dây Công suất truyền

tải (MVA)

Chiều dàiđường dây(Km)

Điện ápvận hành(kv)

Điện áp địnhmức của cảmạng điện

Điện áp vận hành tính trong phương án này có thể dùng làm điện áp

vận hành chung cho các phương án tiếp theo

3.3.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn trên mỗi đoạn đường dây của

phương án đã chọn.

Các mạng điện 110 kV chủ yếu được thực hiện bằng các đường dâytrên không, các dây dẫn chủ yếu được dùng là dây nhôm lõi thép ( dây

AC) Đối với các mạng điện khu vực tiết diện dây dẫn được chọn theo

mật độ dòng kinh tế của dòng điện:

max

kt

kt

I F

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

được tính bằng công thức :

3 max

nU

=

(A)

Trong đó :

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

Đối với các đường dây trên không , để không xuất hiện vầnng quang các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F ≥ 70 mm2

Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong phương án 1:

Đoạn N-1:

S = 24 + j18 MVA

3 max

30.10 157,4591.110 3

157,459

143,145 1,1

kt

Ta chọn theo tiết diện tiêu chuẩn gần nhất : AC-150

Isc = 2.Imax = 2.157,459 = 314,918A < Icp = 330 A (thỏa mãn điềukiện phát nóng)

Tính toán tương tự cho các đoạn còn lại ta được bảng số liệu sau:

3.3.4 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện trong các trường hợp

vận hành bình thường và chế độ sự cố.

Tổn thất điện áp trên mỗi đoạn đường dây trong chế dộ vận hành bình

thường được tính bằng công thức:

2

.100(%)

i i i i i i ibt

∆Uibt : tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i,%

Pi, Qi : Công suất tác dụng và công suất phảnkháng chạy trên đoạn đường dây thứ i

ri, xi : điện trở và điện kháng đơn vị của đoạn đường dây

thứ i

Trong chế độ sự cố , đối với mạng điện đường dây 2

mạch tổn thất điện áp trong chế độ sự cố (đứt một đoạn

đường dây ) được tính theo công thức :

∆Uisc =2.∆UibtĐối với đoạn đường dây N-1:

sự cố bằng : ∆Umax sc =

8,723%

3.4 Phương án nối dây II.

3.4.1 Sơ đồ nối dây:

64

3.4.3 Tính tổn thất điện áp của các đoạn đường dây trong mạng điện.

Tính toán tương tự như đối với phương án I ta có bảng số liệu sau:

Từ các kết quả ở bảng trên ta nhận thấy, tổn thất điện áp lúc làm việc

bình thường và khi sự cố có giá trị lớn nhất là:

ΔUmax bt% = Δ UN-3bt% + Δ U3-2bt% = 2,489% + 3,963% = 6,452%

Trong chế độ sự cố không xét sự cố xếp chồng mà chỉ xét sự cố đơn

giản (đứt một dây) nên:

ΔUmax sc% = Δ U3-2 sc% + Δ UN-5 sc% = 7,927%+5,52% = 13,447 %

3.5 Phương án nối dây 3.

3.5.1: Sơ đồ đi dây.

64

Đoạn dây Uvh

(Kv)

Kiểu dâydẫn

x0

(Ω/km)

b0

(S/km)

N-2 87,725 AC-70 29,335 76,984 153,969 265 0,46 0,44 2,58N-3 95,874 AC-95 31,111 81,645 163,29 330 0,33 0,429 2,65N-4 91,478 AC-95 30,357 79,666 159,333 330 0,33 0,429 2,65N-5 108,164 AC-95 36,321 95,318 190,636 330 0,33 0,429 2,655-1 88,949 AC-150 30 157,459 157,459 445 0,21 0,416 2,74N-6 95,486 AC-150 31,111 163,29 163,29 445 0,21 0,416 2,74

Chọn cấp điện áp cho mạng điện là 110KV

3.5.3 Tính tổn thất điện áp của các đoạn đường dây trong mạng điện.

Tính toán tương tự như đối với phương án 1 ta có bảng số liệu sau đây:

Như vậy phương án này đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật

3.6 Phương án nối dây 4.

3.6.1.Sơ đồ dây

64

3.6.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn.

Tính toán tương tự như đối với phương án 1, ta có bảng sau.:

AC-150

125,785 59,582 156,362 312,724 445 0,21 0,416 2,74

N-4 AC-95 91,478 30,357 79,666 159,333 330 0,33 0,429 2,65N-5 AC-95 108,164 36,321 95,318 190,636 330 0,33 0,429 2,65

Từ bảng số liệu trên ta có tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây

đoạn đường dây N-5-1

ΔUmax bt% = Δ UN -5bt% + Δ U5-1 bt% = 2,76% + 3,733% = 6,493 %

ΔUmax sc% = Δ UN -5 sc% + Δ U5-1 bt% = 5,52 %+3,733% = 9,253 %

Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây đoạn đường dây N-4-3:

Từ kết quả tính toán trên ta nhận thấy

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường là :

∆UN-5-1bt =6,493%

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố là :

∆UN-5-1 sc= 9,253%

Như vậy phương án này đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật

3.7.Phương án nối dây 5.

3.7.1.Sơ đồ nối dây

64

D

3

2

3.7.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra điều kiện phát nóng.

Do trong sơ đồ nối dây có mạch vòng nên ta phải tính dòng công suất

chạy trong các đường dây trong mạch vòng N-4-5-N Giả thiết mạng điện

đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện

Gọi khoảng cách N-4 là l1, khoảng cách 4-5 là l2, khoảng cách N-5 là l3

nU

→

2190,856

173,506( )1,1

kt

=> Chọn dây AC-185 có Icp = 510 A

3 max 4 5

6, 497.10

34,104( )

110 3

→

231,104

=> Chọn dây AC-150 có Icp = 445 A

Kiểm tra sự cố : dòng điện chạy trên đoạn 4-5 lớn nhất khi có sự cố đứt

Bởi trong mạch vòng đã xét chỉ có một điểm phân chia công suất là nút 4

Do đó tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện trong chế độ vận hành

Khi ngừng đoạn đường dây N-4:

- Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-5 là:

Khi ngừng đoạn đường dây N-5:

- Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-4 là:

Vậy tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố là tổn thất điện áp khi

đứt đoạn đường dây N-4 và bằng:

Từ các kết quả ở bảng trên ta nhận thấy, tổn thất điện áp lúc làm việc

bình thường và khi sự cố có giá trị lớn nhất là:

Δ Umax bt% = Δ UN -2 bt% = 4,361%

Trong chế độ sự cố không xét sự cố xếp chồng mà chỉ xét sự cố đơn

giản (đứt một dây) nên:

Δ Umax sc% =13,7 %

KẾT LUẬN.

Khi chọn sơ bộ các phương án cung cấp điện có thể đánh giá chất lượngđiện năng theo các giá trị của tổn thất điện áp

Ta có thể chấp nhận là phù hợp nếu trong chế độ phụ tải cực đại các

tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện một cấp điện áp không vượt quá

10 ÷ 15% trong chế độ làm việc bình thường, còn trong chế độ sau sự cốcác tổn thất điện áp lớn nhất không vượt quá 15 ÷ 20% Ở đây ta xét vớitrường hợp:

Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định mức ,do đó để đơn giản ta không cần tính vốn đầu tư vào các trạm hạ áp

Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng để so sánh các phương án là các chi phí tính toán hàng năm, được xác định theo công thức:

Z=(atc+ avh) K + ∆A.c

Trong đó :

Z:hàm chi phí tính toán hàng năm

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

avh:hệ số vận hành đối với các đường dây trong mạng điện avh=0,04 (Dùng cột bêtông cốt thép)

∆A:Tổng tổn thất điện năng hàng năm

C : giá 1kWh điện năng tổn thất :c=500 đ/kW.h)

K : tổng các vốn đầu tư về đường dây-Tính K

Đối với các đường dây trên không 2 mạch đặt trên cùng một cột,tổng vốn đầu tư để xây dựng các đường dây có thể xác định theo công thức sau:

K= ∑1,6.k0i.li

Trong đó :

k0i : giá thành 1 km đường dây thứ i , đ/km

li : chiều dài đoạn đường dây thứ i ,kmVới đường dây 1 mạch :K= k0i.li

-Tổn thất điện năng trong mạng điện được tính theo công thức :

∆A=∑∆Pimax τTrong đó :

τ : thời gian tổn thất công suất lớn nhất ,h

∆Pimax :tổn thất công suất trên đoạn đường dây thứ i khi công phụ tải cực đại.Ta có công thức:

ΔPi max=

Trong đó :

Pimax ,Qimax : công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đường dây ở chế độ phụ tải cực đại

Ri: điện trở tác dụng của đoạn đưòng dây thứ i

Udm: điện áp định mức của mạng điện

- Thời gian tổn thất công suất lớn nhất có thể được tính theo công thức:

τ= (0,124+ Tmax 10-4)2 8760Trong đó :

Tmax là thời gian sử dụng phụ tải cực đại trong

năm Với Tmax = 5000 h ta có τ = 3411 h

Sau đây ta sẽ tính toán hàm chi phí tính toán hàng năm đối với từng

phương án

4.2 Tính toán các phương án

4.2.1 Phương án 1

Tính K cho mỗi đoạn đường dây

Đoạn đường dây N-1(AC-150)

Tổng kết các phương án đã tính toán ở trên ta có bảng số liệu sau:

Phương án Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4

Từ kết quả trên ta nhận thấy phương án 4 là phương án tối ưu

Như vậy sau khi đưa ra các phưong án thoả mãn về mặt kỹ

thuật ,chúng ta đã tiến hành so sánh về mặt kinh tế các phương

án và lựa chọn phương án 4 là phương án tối ưu Từ chương sau

trở đi ta chỉ tiến hành tính toán cho phưong án này

DÂY CHI TIẾT

Chú ý: Do chương ở 4 tính chọn phương án 4 là tối

ưu nhất nên từ đây chỉ tính toán phương án 4:

64

Khi chọn công suất của máy biến áp cần phải xét đếnkhả năng quá tải của máy biến áp còn lại sau sự cố Xuấtphát từ điều kiện quá tải cho phép bằng 40% trong thờigian phụ tải cực đại.Công suất của mỗi máy biến áp làmviệc trong trạm có n máy biến áp được xác định theo côngthức :

Sđm

Trong đó: Smax :phụ tải cực đại của trạm

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

k=1,4

n : số máy biến áp trong trạmĐối với trạm có hai máy biến áp ,công suất của mỗi máy biến áp bằng: