thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực

Lựa chọn số lợng, công suất của các máy biến áp Sơ đồ nối dây của các trạm, vẽ sơ đồ toàn mạng điện 4.. Sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống đợc biểu diễn bằng biểuthức:ΣQF

Lời nói đầu

Lịch sử loài ngời đã và đang trải qua nhiều giai đoạn phát triển khác nhau, các thế hệ tiếp nối nhau đổi mới Trong quá trình phát triển

và đi lên, con ngời đã phát minh ra và sử dụng nhiều dạng năng lơng khác nhau để phục vụ cho các nhu cầu tất yếu của mình và cho toàn xã hội Trong các dạng năng lợng đó thì điện năng là dạng năng lợng quan trong nhất và đợc sử dụng rộng rãi nhất.

Bên cạnh những u điểm nổi bật nh: Dễ dàng chuyển thành các dạng năng lợng khác ( nhiệt năng, cơ năng, hoá năng, ), dễ truyền tải

và phân phối, điện năng còn có những đặc điểm đặc biệt khác với những nguồn năng lợng khác Quá trình sản xuất điện năng là một quá trình điện từ, nó xảy ra rất nhanh, nói chung thì điện năng không tích trữ đợc vì vậy giữa sản xuất và tiêu thụ điện cần có sự cân bằng.

Ngày nay, quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá nớc ta đang diễn ra mạnh mẽ và trong tơng lai không xa, nớc ta sẽ trở thành một n-

ớc công nghiệp giàu mạnh Trong quá trình phát triển đó thì công nghiệp điện lực giữ một vai trò đặc biệt quan trọng vì nó làm thoả mãn những nhu cầu điện phục vụ cho công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt hàng ngày tăng trởng không ngừng.

Vì vậy, làm đồ án " Thiết kế mạng lới điện cho một khu vực" là một trong những nhiệm vụ cần làm của các sinh viên ngành Hệ Thống

Điện

Trong đồ án này em xin trình bày những nội dung chính sau :

1 Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống

2 Chọn phơng án hợp lý về kinh tế - kỹ thuật

3 Lựa chọn số lợng, công suất của các máy biến áp

Sơ đồ nối dây của các trạm, vẽ sơ đồ toàn mạng điện

4 Tính công suất tối u của các thiết bị bù trong mạng

5 Tính các chế độ vận hành của lới điện

Chọn các đầu điều chỉnh điện áp

6 Tính toán giá thành tải điện của mạng điện.

ơng 1:

Cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng

Cân bằng công suất trong hệ thống trớc hết là xem khả năng cung cấp vàtiêu thụ điện trong hệ thống có cân bằng hay không? Sau đó sơ bộ định phơngthức vận hành cho từng nhà máy trong hệ thống, trong các trạng thái vận hànhcực đại, cực tiểu và sau sự cố Để hệ thống điện làm việc ổn định ta cần cân bằngcông suất tác dụng và cân bằng công suất phản kháng

I Cân bằng công suất tác dụng

Trong đồ án ta giả thiết:

+ Nguồn điện đủ cung cấp cho nhu cầu công suất tác dụng

+ Tổng công suất tự dùng và công suất dự trữ trong hệ thống bằngkhông

Sự cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống đợc biểu diễn bằng biểuthức:

ΣPF = ΣPyc = m.ΣPpt+Σ∆P mđ +∑P td+∑PdtTrong đó:

* Σ∆Pmđ = 5%*ΣPpt= 5%*178 = 8.9 (MW)

⇒ ΣPF =ΣPyc= 178 + 8.9 = 186.9 (MW)

II Cân bằng công suất phản kháng

Cân bằng công suất tác dụng trớc tiên để giữ tần số ổn định Còn để giữ

điện áp ổn định cần phải có sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống

Sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống đợc biểu diễn bằng biểuthức:

ΣQF = ΣQycTrong đó:

∑QL: Tổng tổn thất công suất phản kháng trên đờng dây

∑QC: Tổng tổn thất công suất do điện dung của các đờng dây sinh

ra

(Trong khi tính sơ bộ ta giả thiết ∑QL = ∑QC )

∑Qdt: Tổng công suất phản kháng dự trữ (lấy = 0)

∑Qtd: Tổng công suất phản kháng tự dùng (lấy = 0) ⇒ ∑Qyc = m*∑Qpt + ∑∆Qba

ΣQpt là tổng công suất phản kháng của phụ tải

Nguyên tắc chủ yếu nhất của thiết kế mạng là cung cấp điện kinh tế và đảmbảo ổn định, an toàn Mụch đích của thiết kế mạng là tìm ra phơng án phù hợpnhất thoả mãn yêu cầu đó.

Việc đầu tiên cần làm là lựa chọn sơ độ nối dây của mạng dựa trên nhữngcân nhắc kỹ về nhiều yếu tố: Phụ tải lớn hay nhỏ, vị trí của tải, mức độ yêu cầu,

đặc điểm và khả năng cấp điện, các điều kiện về địa chất, địa hình, tổ chức quảnlý

Sau khi vạch ra đợc các phơng án nối dây, để tiến hành so sánh về mặt kỹthuật ta cần phải tính toán các nội dung sau:

+ Lựa chọn điện áp định mức của mạng

+ Tính toán đờng dây dự phòng đối với hộ loại 2

+ Cuối cùng dựa trên các tiêu chuẩn sau để phân tích và lựa chọn:

- Tổn thất điện áp lúc vận hành bình thờng và lúc sự cố nguy hiểm nhất

- Kiểm tra điều kiện phát nóng của đờng dây lúc sự cố nặng nề nhất

Isc<Icp

- Kiểm tra điều kiện vầng quang: Tiết diện của dây dẫn phải lớn hơn tiếtdiện cho phép để tránh tổn thất vầng quang Với đờng dây có U = 110 (kV)thì Fmin= 70 mm2

3

42

li : Chiều dài của đoạn thứ i

Pi : Công suất tác dụng của đoạn thứ i áp dụng công thức ta có:

) ( 78 99 28

* 16 62 80

* 34 4

) ( 89 96 26

* 16 46 82

* 34 4

) ( 97 98 28

* 16 11 72

* 34 4

) ( 97 101 30

* 16 11 72

* 34 4

) 6 107 34

* 16 71 70

* 34 4

) ( 42 105 32

* 16 1 78

* 34 4

6 5 4 3 2 1

kV U

kV U

kV U

kV U

kV U

kV U

= +

=

= +

=

= +

=

= +

=

= +

=

= +

=

Vì 70 < Ui < 160 nên ta lấy chọn điện áp danh định (định mức) của lới điện là:Uđm = 110 (kV)

1.3 Chọn tiết diện dây dẫn trên các đoạn đ ờng dây.

- Dự kiến chung là dây AC (dây nhôm lõi thép)

- Thiết kế mạng khu vực ta chọn dân dẫn bằng phơng pháp theo điều kiệnmật độ kinh tế của dòng điện

Tra bảng B.44 trong giáo trình “Mạng và hệ thống điện” ta thấy ứng vớidây AC có Tmax= 5000 h thì mật độ kinh tế của dòng điện là:

Jkt = 1,1 (A/mm2)Tiết diện của dây dẫn đợc chọn theo công thức:

F = I/Jkt (mm2)Trong đó I là dòng điện làm việc trên 1 mạch của đờng dây và đợc tínhtheo công thức:

P: Công suất tác dụng trên đờng dây, MW

Q: Công suất phản kháng trên đờng dây, MVAr

n: Số mạch

Udm : Là điện áp định mức của mạng điện

* Tính toán chi tiết cho từng đoạn

*Xét đoạn N-1:

13 93 3 10

* 110

* 3

*

2 36 15 2 32

N

66 84 1 1

13 93

1

kt

N N

Vậy tiết diện dây dẫn đã chọn là hợp lý

*Xét đoạn N-2:

96 98 3 10

* 110

*

*

2 32 16 2 34

N

96 89 1 1

96 98

2

kt

N N

31 87 3 10

* 110

* 3

*

2 14 2

30

23 = + =

37 79 1 1

31 87

* 110

*

*

2 44 13 2

48 81

* 110

*

*

2 48 12 2

26

8 68 1 1

68 75

* 110

* 3

*

2 44 13 2

48 81

Isc = 2x81.48 = 162.96 (A)

Chọn Ftc= 95 mm2 tơng ứng với dây AC95 có dòng điện tối đa cho phép là

Icp = 330 (A) > Isc= 162.96 (A)

Vậy tiết diện dây dẫn đã chọn là hợp lý

*Từ các tiết diện Fi vừa chọn đợc ta tra bảng B.6 trong giáo trình

“Mạng và hệ thống điện” và lập đợc bảng số liệu của phơng án I nh sau:

m 2

S MVA

i U

X Q R

Pi, Qi: Công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đờng dây

Ri, Xi: Điện trở và điện kháng của đờng dây

Các chỉ tiêu kỹ thuật cho phép:

%2015max

%

%1510max

bt U

*Đoạn N-1:

% 5.5

= 110

16.75

* 15.36 + 12.88

* 32

=

*

* P

N

X Q R

∆

Sự cố nặng nề nhất là đứt 1 mạch trên đoạn N-1, khi đó:

% 11

= 110

16.75

* 15.36

* 2 + 12.88

* 32

* 2

=

*

* 2

* P

sc

N

X Q R

N

X Q R

* P

sc

N

X Q R

N

X Q R

* P

sc

N

X Q R

∆

*Đoạn N- 4:

% 4.46

=

*

* P

N

X Q R

∆

Sự cố nặng nề nhất là đứt 1 mạch trên đoạn N- 4, khi đó:

% 8.92

=

*

* 2

* P

sc

N

X Q R

∆

*Đoạn N- 5:

% 5.94

=

*

* P

N

X Q R

∆

Sự cố nặng nề nhất là đứt 1 mạch trên đoạn N- 5, khi đó:

% 11.88

=

*

* 2

* P

* 2

sc N

X Q R

∆

*Đoạn N- 6:

% 4.99

=

*

* P

= N6 6 2 6 6 6

%

Udm

N N N bt

N

X Q R

∆

Sự cố nặng nề nhất là đứt 1 mạch trên đoạn N- 6, khi đó:

% 9.98

=

*

* 2

* P

* 2

sc N

X Q R

∆

1.5.Tổng kết ph ơng án I:

%20

%88.11max

%

%15

%94.5max

bt U

Kết luận:

- Thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật của phơng án

- Khả năng mở rộng phụ tải cao

- Sự cố giữa các mạch không ảnh hởng đến nhau nhiều

25

2.3 Xác định tiết diện dây dẫn trên các đoạn đ ờng dây.

* Việc chọn tiết diện đợc là tơng tự nh phơng án I, cuối cùng ta có bảng số

liệu tính toán của phơng án nh sau:

%

%15

%74.8max

bt U

Kết luận : Phơng án này đạt chỉ tiêu kỹ thuật

3.2.Chọn điện áp định mức của mạng.

Tính toán tơng tự nh phơng án I ta cũng chọn điện áp định mức của mạng

là: Uđm= 110 kV

3.3 Xác định tiết diện dây dẫn trên các đoạn đ ờng dây.

* Việc chọn tiết diện đợc là tơng tự nh phơng án I, cuối cùng ta có bảng số

liệu tính toán của phơng án nh trang bên

%

%15

%06.9max

bt U

Kết luận :

- Thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật của phơng án

- Khả năng mở rộng phụ tải cao

- Sự cố giữa các mạch không ảnh hởng đến nhau nhiều

1

5

*Thông số kỹ thuật của ph ơng án IV

§o¹n §D N-1 N-2 N-3 N-4 2-5 4-6

4.2.Chọn điện áp định mức của mạng.

Tính toán tơng tự nh phơng án I ta cũng chọn điện áp định mức của mạng là

Uđm= 110 kV

4.3 Xác định tiết diện dây dẫn trên các đoạn đ ờng dây.

* Việc chọn tiết diện đợc là tơng tự nh phơng án I, cuối cùng ta có bảng số

liệu tính toán của phơng án IV nh trang bên:

%

%15

%3.10max

bt U

Kết luận:

- Thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật của phơng án

- Khả năng mở rộng phụ tải cao

- Sự cố giữa các mạch không ảnh hởng đến nhau nhiều

5.3 Xác định tiết diện dây dẫn trên các đoạn đ ờng dây.

* Việc chọn tiết diện đợc là tơng tự nh phơng án I, cuối cùng ta có bảng sốliệu tính toán của phơng án V nh trang bên:

4.4.Tính toán tổn thất điện áp trong các chế độ vận hành bình th ờng và khi

%

%1506.9max

bt U

Kết luận:

Phơng án này không đạt chỉ tiêu kỹ thuật, vì vậy ta loại

5 Tổng kết các ph ơng án về mặt kỹ thuật

Qua phân tích chỉ tiêu kỹ thuật của các phơng án ta thấy các phơng án I, III

và IV đạt chỉ tiêu kỹ thuật, còn phơng án II không đạt chỉ tiêu kỹ thuật Vì thế talấy các phơng án I, III, IV xét tiếp chỉ tiêu kinh tế để chọn ra phơng án tối unhất

III So sánh các ph ơng án về mặt kinh tế

Việc quyết định lựa chọn phơng án thiết kế cấp điện nào cũng phải dựa trêncơ sở so sánh về mặt kỹ thuật và kinh tế

Trong phần trớc ta đã so sánh về mặt kỹ thuật và đa ra các phơng án I, III và

IV là đạt chỉ tiêu kỹ thuật Mục này ta so sánh các phơng án về mặt kinh tế đểlựa chọn phơng án tối u

Khi tính toán về mặt kinh tế giữa các phơng án ta có các giả thiết sau:

1- Số lợng máy biến áp bằng nhau2- Số lợng máy cắt bằng nhau3- Số lợng dao cách ly bằng nhau

Ta tiến hành so sánh về mặt kinh tế nhờ tính toán chi phí hàng năm Z tìmZmin để đa ra phơng án hợp lý nhất

Hàm chi phí Z tính theo công thức

Z = (avh+atc )*Kd + ∆A*C

Trong đó:

avh: Hệ số vận hành với avh= 0.04atc : Là hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn atc = 0.125

C = 500 đ/kwh = 5*105đ/MWh là giá 1 kWh (Mwh) điện năng tổnthất

∆A=Σ∆Pi*τ Tổn thất điện năng hàng năm

Σ∆Pi : Tổng tổn thất công suất ở chế độ cực đại ∆Pi = i

k0i: Suất đầu t cho 1 km đờng dây

l : Chiều dài của đờng dây

a =1: đối với đờng dây một mạch

a =1.6: Đối với đờng dây có hai mạchCuối cùng ta có công thức

(MVAr)

⇒ Z = 0.165*163.33*109 + 1.7055*109*10.2 = 43.806,66*10 6

Z (10 6 ) 44.553,231 43.806,66 44.244,97

Từ bảng ta nhận thấy phơng án I là phơng án tối u nhất Vậy ta chọn phơng

ánI là phơng án chính thức để tính toán trong đồ án môn học này

I Lựa chọn máy biến áp

Dựa vào công suất của phụ tải, và yêu cầu điều chỉnh điện áp của phụ tảitrong hệ thống các MBA là khác thờng ở đây chọn máy biến áp hai cuộn dây có

điều chỉnh điện áp dới tải

Các MBA có Ucdm=115 kV có thể điều chỉnh điện áp dới tải trong dải:

Udc = ± 9*1,78% UcdmToàn bộ các hộ tiêu thụ là hộ loại một nên ta chọn mỗi trạm có 2 máy biến

áp làm việc song song

Công suất định mức của các MBA chọn theo Smax của phụ tải trong đó cóxét đến trờng hợp nếu 2 MBA đang làm việc song song mà có một MBA có sự

cố thì máy kia chịu quá tải với hệ số quá tải k=1.4 (không cho phép quá tải củaMBA vợt quá 5 ngày đêm, mỗi ngày đêm không quá 6 giờ)

Công suất chọn MBA phải thảo mãn

* 4 1

49 35 )

1 (

max 1

S

Ta chọn Sđm= 32 MVA tơng ứng với máy biến áp TPDH 32000/110

Phụ tải2:

93 26 ) 1 2 (

* 4 1

71 37 )

1 (

max 2

* 4 1

27 33 )

1 (

max 3

* 4 1

05 31 )

1 (

max 4

* 4 1

84 28 )

1 (

max 5

* 4 1

05 31 )

1 (

max 6

S

Ta chọn Sđm= 25 MVA tơng ứng với máy biến áp TPDH 25000/110

Từ các MBA vừa tìm đợc tra bảng số liệu MBA ta có bảng sau:

Uc (kV)

Xt (Ω)

(kVAr)

II Chọn sơ đồ nối dây hợp lý của các trạm

Trong đồ án môn học ta cần đến 3 loại: Trạm nguồn, trạm trung gian vàtrạm cuối

1.Trạm nguồn

Trạm nguồn là trạm biến áp tăng áp từ Umf lên Udmcủa đờng truyền tải Đây

là trạm biến áp lớn và quan trọng nhất trong hệ thống

- Tại trạm nguồn chọn hệ thống hai thanh góp có máy cắt liên lạc

- Tại trạm nguồn có 5 lộ ra các máy cắt

2 .Trạm trung gian

Trong đồ án này chỉ có 1 trạm trung gian

Trạm 2: Cung cấp điện cho chính hộ 2 và cung cấp cho trạm 3

Trong các trạm trung gian ta dùng hệ thống phân đoạn 2 thanh góp đợcnối với nhau bởi máy cắt

33

Sơ đồ nối dây trạm nguồn

Đến các TBAThanh góp

Sơ đồ trạm trung gian

MCPD

3.Trạm cuối

- Trong đồ án có 5 trạm cuối

- Hộ tiêu thụ là loại 1 nên để cung cấp điện ổn định cho hên thống ta dùngsơ đồ cầu:

II Sơ đồ nối dây chi tiết của mạng điện thiết kế

Từ các số liệu tính toán ta có sơ đồ nối dây toàn hệ thống (Bản vẽ A- 4 trang bên)

Sơ đồ nối dây trạm cuối

Ch ơng 4:

Tính Các chế độ vận hành của lới điện chọn các đầu điều chỉnh điện áp

Trạng thái vận hành của mạng gồm có 3 chế độ:

• Chế độ phụ tải cực đại

• Chế độ phụ tải cực tiểu

• Chế độ sau sự cố

I Chế độ phụ tải cực đại

Theo giả thiết ta có UN = Ucđ = 110%*Uđm=110%*110 = 121 (kV)

Xét đoạn N-i (với i = 1, 4, 5, 6) có sơ đồ đờng dây và sơ đồ thay thế nhsau:

Xt (Ω)

(kVAr) TPDH

S n

U j dm S

S n n

P

*100

*

21

*

%2

21

1 1

*384.1788.12

*527

U

X Q R

=

02.115

75.21

*645.15935.0

*167

Xt (Ω)

(kVAr)

S n

U j dm S

S n n

P

*100

*

22

*

%2

22

b)Tính điện áp nút 1 đã quy đổi về phía điện áp cao : '

Xt

Ω

(kVAr) TPDH

S n

U j dm S

S n n

P

*100

*

23

*

%2

23

3 2

Xt

Ω

(kVAr) TPDH

∆S N4 = 0.965+j1.255 (MVA)

- Công suất trớc tổng trở Z4 :

' 4

N

S = 29.124+j15.013(MVA)

- Công suất từ nguồn vào đờng dây:

SN4 = 29.124+j12.703(MVAr)

b)Tính điện áp nút 4 đã quy đổi về phía điện áp cao :

- Điện áp nút 6 đã quy đổi về phía điện áp cao:

Xt

Ω

(kVAr) TPDH

Đoạn N5:

ZN5 = 18.96+j18.14 Ω ZB5 = 1.27+j27.95ΩS5 = 26+j12.48 MVA

∆S N5 = 1.305+j1.249 (MVA)

- Công suất trớc tổng trở Z5 :

' 5

N

S = 27.45+j16.05(MVA)

- Công suất từ nguồn vào đờng dây:

SN5 = 27.45+j13.49(MVAr)

b)Tính điện áp nút 5 đã quy đổi về phía điện áp cao :

- Điện áp nút 5 đã quy đổi về phía điện áp cao:

' 5

Xt

Ω

(kVAr) TPDH

Đoạn N6:

ZN6 = 13.3+j17.29 Ω ZB6 = 1.27+j27.95ΩS6 = 28+j13.44 MVA

b)Tính điện áp nút 6 đã quy đổi về phía điện áp cao :

- Điện áp nút 5 đã quy đổi về phía điện áp cao:

'

6

U = 112.08(KV)

7 Cân bằng chính xác công suất phản kháng sau khi bù kinh tế

Trong trờng hợp sau khi tính xong ta có:

+ QF <QYC: Thì phải bù cỡng bức để dảm bảo chất lợng điện áp tại cácnút phụ tải

+ QF > QYC: Không phảu bù cỡng bức nhng phải kiểm tra lại cosϕ củanhà máy tại thanh cái cao áp

Tổng công suất phụ tải lấy từ thanh cái cao áp

II Chế độ phụ tải cực tiểu

- UN = 105%Uđm = 105%*110 = 115.5 (kV)

- Phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại Smin = 50% Smax

- ở chế độ này ta phải cắt thiết bị bù vì nếu vận hành thì tổn thất trên ờng dây và trong trạm biến áp giảm không đáng kể so với chi phí vận hànhthiết bị bù, đồng thời ta phải kiểm tra xem có cần cắt bớt 1 trong 2 MBAhay không theo điều kiện sau:

∆

∆

- Sđm là công suất định mức của MBA

- ∆P0, ∆Pn là công suất không tải và ngắn của MBA

- Khi Smin> Sgh ta cho vận hành 2 MBA

- Khi Smin< Sgh ta cho vận hành 1 MBA

Nh vậy ở chế phụ tải cực tiểu ta vận hành 1máy biến áp trong các trạm.Việc tính toán các dòng công suất và điện áp ở các nút đợc thực hiện

nh trong khi xét chế đọ phụ tải cực đại chỉ khác là phụ tải Si lúc này chỉbằng 50% phụ tải cực đại và điện áp nguồn là UN = 115.5 (kV) Cuối cùng

ta đợc kết quả: