Đầu đề đồ án môn học Thiết kế hệ thống điện có 2 nguồn cung cấp và 6 phụ tải.

Vì vậy cung cấp điện và sử dụng điệnnăng hợp lý trong lĩnh vực này sẽ có tác dụng trực tiếp đến việc khai thác mộtcách hiệu quả công suất của các nhà máy phát điện và sử dụng hiệu quả lợ

ThiÕT kÕ m¹ng ®iÖn khu vùc cã 2 nguån cung cÊp

vµ 9 phô t¶i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG

BỘ MÔN CUNG CẤP ĐIỆN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -o0o -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN

1 Đầu đề đồ án môn học : Thiết kế hệ thống điện có 2 nguồn cung cấp và 6 phụ

tải

2 Các số liệu ban đầu :

Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất cos trên thanh góp 110kV bằng 0.85

Nhà máy nhiệt điện có công suất 3x100MW; Uđm = 10.5kV; cos = 0.85

3 Nội dung của đồ án:

1 Cân bằng công suất trong hệ thống điện

1.1 Cân bằng công suất tác dụng

1.2 Cân bằng công suất phản kháng

2 Xây dựng các phương án nối dây

1.1 Xây dựng các phương án nối dây

1.2 Chọn cấp điện áp lưới điện

3 Chọn tiết diện dây dẫn

4 Tính toán kinh tế kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

4 Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN VĂN ĐIỆP.

PHỤ LỤC

Các số liệu phụ tải:

2 4 8 9 10 11

Sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải trên hình 1 và các số liệu

về phụ tải cho trong bảng 1:

15 13

12 7

Các số liệu 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Điện áp danh định của lưới điện thứ cấp

(KV)

10

Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại

Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 5000h

Giá 1kWh điện năng tổn thất: 500 đồng

Giá 1kVAr công suất thiết bị bù: 150x103 đồng

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là một dạng năng lợng phổ biến và có tầm quan trọng khôngthể thiếu đợc trong bất kỳ một lĩnh vực nào của nền kinh tế quốc dân của mỗi

đất nớc Nh chúng ta đã xác định và thống kê đợc rằng khoảng 70% điện năng

đợc sản xuất ra dùng trong các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp.Vấn đề đặt racho chúng ta là đã sản xuất ra đợc điện năng làm thế nào để cung cấp điện chocác phụ tải điện cho hiệu quả, tin cậy.Vì vậy cung cấp điện cho các nhà máy, xínghiệp công nghiệp có một ý nghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân

Nhìn về phơng diện quốc gia thì việc đảm bảo cung cấp điện một cáchliên tục và tin cậy cho ngành công nghiệp tức là đảm bảo cho nền kinh tế củaquốc gia phát triển liên tục và tiến kịp với sự phát triển của nền khoa học côngnghệ thế giới

Nếu ta nhìn về phơng diện sản xuất và tiêu thụ điện năng thì công nghiệp

là ngành tiêu thụ năng lợng nhiều nhất Vì vậy cung cấp điện và sử dụng điệnnăng hợp lý trong lĩnh vực này sẽ có tác dụng trực tiếp đến việc khai thác mộtcách hiệu quả công suất của các nhà máy phát điện và sử dụng hiệu quả lợng

điện năng đợc sản xuất ra

Một phơng án cung cấp điện hợp lý là phải kết hợp một cách hài hoà cácyêu cầu về kinh tế.độ tin cậy cung cấp điện.độ an toàn cao, đồng thời phải đảmbảo tính liên tục cung cấp điện, tiện lợi cho việc vận hành, sửa chữa khi hỏnghóc và phải đảm bảo đợc chất lợng điện năng nằm trong phạm vi cho phép.Hơnnữa là phải thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển trong tơng lai

Với đề tài:

Thiết kế cung cấp điện cho phân xởng cơ khí- sửa chữa.

Đã phần nào giúp em làm quen dần với việc thiết kế đề tài tốt nghiệp saunày Trong thời gian làm bài, với sự cố gắng của bản thân, đồng thời với sựgiúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn hệ thống điện và đặc biệt đợc sựgiúp đỡ tận tình của thầy NGUYỄN VĂN ĐIỆP, em đã hoàn thành tốt đ ỏnồ ỏnmụn h c của mình Song do thời gian làm bài không nhiều, kiến thức còn hạnchế, nên bài làm của em không tránh khỏi những thiếu sót Do vậy em kínhmong nhận đợc sự góp ý.chỉ bảo của các thầy các cô để em có đợc những kinhnghiệm chuẩn bị cho công việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN VĂN ĐIỆP cùng toàn thể thầycô giáo trong bộ môn

H N i ng y 0à Nội ngày 0 ội ngày 0 à Nội ngày 0 1 thỏng 5 năm 2014

Sinh viên th c hi nực hiện ện

Nguyễn Vinh Đoàn

CHƯƠNG ICÂN BẰNG CễNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN1.1 Phõn tich cỏc nguồn cung cấp và phụ tải

Phõn tớch nguồn và phụ tải của mạng điện là một phần quan trọng trong tớnh toỏn thiết kế Tớnh toỏn thiết kế cú chớnh xỏc hay khụng hoàn toàn phụ thuộc vào mức độ chớnh xỏc của cụng tỏc thu thập và phõn tớch phụ tải Phõn tớch nguồn là

việc làm cần thiết nhằm định hướng phương hướng vận hành của nhà máy điện cũng như đưa ra quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện Phân tích về những đặc điểm kỹ thuật-kinh tế của từng nhà máy điện như: công suất, hiệu suất, hệ số công suấtcos

1.1.1 Nguồn điện

Trong hệ thống điện thiết kế có 2 nguồn cung cấp, đó là hệ thống điện (HT)

và nhà máy nhiệt điện (NĐ)

a, Hệ thống điện:

Hệ thống điện (HT) có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên thanh góp 110kV bằng 0.85 Vì vậy, cần có sự liên hệ giữa hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện để có thể trao đổi công suất giữa 2 nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho

hệ thống thiết kế làm việc bình thường trong các chế độ vận hành Mặt khác vì hệ thống có công suất vô cùng lớn cho nên chọn hệ thống là nút cân bằng công suất và nút cơ sở là điện áp Ngoài ra, không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy nhiệt điện, nói cách khác là công suất tác dụng và công suất phản kháng dự trữ sẽ được lấy từ hệ thống điện

b, Nhà máy nhiệt điện:

Nhà máy nhiệt điện (NĐ) có 3 tổ máy phát Mỗi tổ máy phát có công suất định mức Pđm = 100MW, cos = 0.85, Uđm = 10.5 kV Như vậy tổng công suất định mức của nhà máy nhiệt điện bằng: 3x100 = 300MW

Nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện có thể là than đá, dầu và khí đốt Hiệu suấtcủa nhà máy nhiệt điện tương đối thấp ( khoảng 30% 40%) Đồng thời công suất

tự dùng của nhà máy nhiệt điện thường chiếm khoảng 6% 15% tùy theo từng loại nhà máy nhiệt điện

Đối với nhà máy nhiệt điện, các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải

P  70% Pđm; khi phụ tải P < 30% Pđm thì các máy phát ngừng làm việc

Công suất phát kinh tế cua nhà máy nhiệt điện thường bằng (8090%)Pđm Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 80%Pđm

Ở chế độ phụ tải cực đại cho vận hành cả 3 tổ máy của nhà máy nhiệt điện Tổng công suất tác dụng phát ra ở chế độ này là:

Ở chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến cho ngừng 1 tổ máy phát để bảo dưỡng, 2

tổ máy phát còn lại, mỗi tổ máy sẽ phát với công suất bằng 80% Pđm của nó Nên tổng công suất phát của nhà máy nhiệt điện là:

Trong hệ thống điện thiết kế có 9 phụ tải Tất cả các hộ phụ tải đều là hộ loại

I có hệ số công suất cos = 0.9, thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax = 5000h Cácphụ tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường Điện áp định mức của mạchđiện thứ cấp trong các trạm biến áp bằng 10kV Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại Các phụ tải hầu hết đều phân bố tập trung xung quanh các nguồn điện Mộtphần phụ tải nhận công suất từ nhà máy nhiệt điện, phần còn lại nhận từ thanh góp

k=1

9

(P max pti )=¿364 (MW)

So sánh lượng công suất phụ tải yêu cầu và lượng công suất phát định

mức ta thấy các phụ tải cần phải lấy them công suất từ hệ thống

Kết quả tính giá trị công suất của phụ tải trong các chế độ cực đại và cực tiểu như bảng sau:

1.2 Cân bằng công suất trong hệ thống điện.

II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng.

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

từ các nguồn đến hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành một số lượng nhận thấy được Tính chất này xác định sự đồng bộ của quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ thống cần phải phát công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất trong các mạng điện, nghĩa là cần phải thực hiện đúng sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ

Ngoài ra, để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình thường cần phải có dự trữ nhất định về công suất tác dụng trong hệ thống Dự trữ có trong hệ thống là một vấn

đề quan trọng, liên quan đến vận hành cũng như sự phát triển của hệ thống

Phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với hệ thống điện thiết kế có dạng:

PNĐ + PHT = Ptt = mPpt max + P + Ptd + Pdt

Trong đó :

PNĐ : Tổng công suất tác dụng do nhà máy phát ra

PHT : Công suất tác dụng lấy từ hệ thống

m : Hệ số đồng thời xuất hiện cá phụ tải cực đại (m=1)

P : Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạch điện, khi tính sơ

bộ có thể lấy P = 5% Ppt max

Ptd : Công suất tác dụng tự dùng trong nhà máy nhiệt điện, khi tính

sơ bộ có thể lấy Ptd = 10% Pđm NĐ

Pdt : Công suất tác dụng dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng sơ bộ có

thể lấy Pdt = 10% Ppt max Đồng thời, công suất dự trữ cần phải bằng công suất định mức của tổ máy phát lớn nhất đối với hệ thống điện không lớn Bởi vì, hệ thống điện có công suất vô cùng lớn nên công suất dự trữ lấy ở hệ thống, nghĩa là Pdt = 0

Ptt : Công suất tác dụng tiêu thụ trong mạng điện

Tổng công suất tác dụng trong mạng điện ở chế độ phụ tải cực đại là :

Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện có giá trị bằng :

P = 5% Ppt max = 5% x 360 = 18 MWCông suất tác dụng tự dùng trong nhà máy nhiệt điện là

Ptd = 10% Pđm NĐ = 10% x 300 = 30 MWCông suất tác dụng tiêu thụ trong mạng điện là :

Ptt = Ppt max + P + Ptd

= 360 + 18 + 30 = 408 MW

Tổng công suất tác dụng do nhà máy nhiệt điện phát ra theo chế độ kinh tế khi phụ tải cực đại bằng:

Như vậy, trong chế độ phụ tải cực đại hệ thống cần cung cấp công suất tác dụng cho phụ tải bằng:

PHT = Ptt - PNĐ = 408 - 240 = 168 MWNếu trong mạng thiết có 2 nhà máy điện, khi đó cần chọn một nhà máy điện làm nhiệm vụ cân bằng công suất trong hệ thống, nhà máy điện còn lại sẽ phát côngsuất theo dự kiến Trong thực tế, thường chọn các nhà máy điện có công suất lớn và

có khả năng điều chỉnh nhanh công suất tác dụng là nút cân bằng công suất Để thuận tiện khi tính, nút cơ sở về điện áp thường được chọn trùng với nút cân bằng công suất

Cân bằng công suất trong hệ thống điện trước hết là xem khả năng cung cấp điện và tiêu thụ trong hệ thống có cân bằng không Sau đó sơ bộ định hướng

phương thức vận hành cho từng nhà máy điện trong các chế độ vận hành lúc phụ tảicực đại, cực tiểu hay sự cố dựa vào khả năng cung cấp điện của từng nguồn điện Cân bằng công suất tác dụng chính là nhằm ổn định chế độ vận hành của hệ thống điện

Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ tần số ổn định trong hệ thống

Để giữ được điện áp bình thường ta cần phải có sự cân bằng công suất phản kháng

ở hệ thống nói chung và ở khu vực nói riêng Mặt khác, sụ thấy đổi điện áp cũng ảnh hưởng tới sự thay đổi tần số và ngược lại

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng

Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều dòi hỏi phải có sự cân bằng giữa điênh năng sản xuất ra 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 thay đổi điện áp trong mạng điện Nếu công

suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong hệ thống thì cần phải tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng.

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế có dạng:

QNĐ + QHT = Qtt = mQpt max + QL - Qc+ Qb + Qtd + Qdt (*)

Trong đó:

m = 1

QNĐ: Tổng công suất phản kháng do nhà máy nhiêt điện phát ra

QHT: Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp

Qtt : Tổng công suất phản kháng tiêu thụ trong mạng điện

QL: Tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các

đường dây trong mạng điện

Qc : Tổng tổn thất công suất phản kháng do điện dung của các đường

dây sinh ra, khi tính toán sơ bộ QL = Qc

Qb : Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp,

trong tính toán sơ bộ lấy Qb = 15%Qpt max

Qtd: Công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện

(costd = 0.75  0.8) Lấy costd = 0.75

Qdt: Công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng sơ bộ

có thể lấy bằng 15% tổng công suất phản kháng ở phần bên phải của phương trình (*)

Đối với mạng điện thiết kế, công suất tự dùng Ptd sẽ được lấy từ hệ thống, nghĩa là Qdt = 0

Tổng công suất phản kháng do nhà máy nhiệt điện phát ra là:

Ta có: cosHT = 0.85  tgHT = 0,62

QNĐ = PNĐ x tg = 240 x 0,62 = 148,8 MVArCông suất phản kháng do hệ thống cung cấp là:

QHT = PHT x tgHT = 168 x 0.62 = 104,16 MVArTổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại là:

Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp là:

Qb = 15%Qpt max = 15% x 252,96 = 25,92 MVArCông suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện:

Ta có: costd = 0.75  tgtd = 0.882

Qtd = Ptd x tgtd = 30 x 0.882 =26.46 MVArTổng công suất phản kháng tiêu thụ trong mạng điện:

Qtt = Qpt max + Qb + Qtd

= 172,8 +25,92 + 26,46 = 225,18 MVAr

Tổng công suất phản kháng do hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện có thể phát ra là:

QNĐ + QHT = 148.8 + 106,764 = 255,56 MVAr

Từ các kết quả tính toán ở trên nhận thấy, các nguồn có khả năng phát ra công suất phản kháng lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ Vì vậy, không cần bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế

CHƯƠNG II XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

2.1 Xây dựng các phương án nối dây

Dự kiến các phương án nối dây:

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện phụ thược rất nhiều vào sơ

đồ của nó Vì vậy, các sơ đồ mạng điện cần phải có các chi phí nhỏ nhất đảm

bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các

hộ tiêu thụ, thuận tiện an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới

Dựa vào việc phân tích nguồn và phụ tải ở chương I ta thấy:

53

.85 km

1 km

50 km

Các phụ tải phân bố tập chung gần 2 nguồn và đều là các hộ loại I có yêu cầu cung cấp điện rất cao Do đó phải sử dụng lộ đường dây mạch kép hoặc mạch vòng để cung cấp điện cho phụ tải

Các phụ tải 3, 4, 5, 6, 7 phân bố gần nhà máy nhiệt điện Do đó, các phụ tải này sẽ lấy điện từ nhà máy Các phụ tải 1, 2, 8, 9 phân bố gần hệ thống có công suất vô cùng lớn nên sẽ nhận điện từ thanh góp 110 kV của hệ thống

Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và chế độ vận hành linh hoạt giữa hệ thống và nhà máy nhiệt điện ta sẽ sử dụng một đường dây liên lạc giữa chúng Đường dây liên lạc này sẽ sử dụng mạch kép

Khi dự kiến các phương án nối dây phải dựa trên các ưu khuyết điểm của một sơ đồ mạng điện cũng như phạm vi sử dụng của chúng

Từ vị trí tương quan giữa các phụ tải với nhau, giữa các phụ tải với nguồn và các nhận xét ở trên, ta đề xuất ra 6 phương án như sau:

2.1.1 phương án 1:

2.1.2 Phương án 2:

2.1.3 Phương án 3:

2.1.4 Phương án 4:

41.23 km

41.23 km

41.23 km

2.1.5 Phương án 5:

2.1.6 Phương án 6:

41.23 km

41.23 km

41.23 km

Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức sau đây:

Ui = 4.34

Trong đó:

Ui: Điện áp của đường dây thứ i (kV)

li: Chiều dài của đoạn đường dây thứ i (km)

Pi: Công suất tác dụng truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (kW).Nếu điện áp tính toán nằm trong khoảng 70(kV) < U < 150(kV) thì ta sẽ chọn điện áp định mức của mạng là 110 kV

Thông số các phụ tải tính toán được như sau:

53

.85 km

Phương án 1 là mạng hình tia nên công suất truyền tải trên các lộ nối từ

nguồn đến phụ tải tương ứng chính là các Pi Với đoạn đến phụ tải 7 sẽ được

Ptd: Công suất tự dùng trong nhà máy nhiệt điện

PN : Tổng công suất của các phụ tải nối với nhà máy nhiệt điện

PN = P3 + P4 + P5 + P6 = 46 + 41 + 37 + 41 = 165 MW

Tổn thất công suất trên các đường dây do nhà máy nhiệt điện cung cấp:

Do đó, phụ tải 7 truyền công suất tác dụng và công suất phản kháng cho

hệ thống với giá trị là:HT-7= 10,25 – j 0,69 MVA

Điện áp trên đoạn đường dây NĐ-7 bằng:

UNĐ-7 =4.34x √41,23+16 × 36,75= 108,87 kVĐiện áp trên đoạn đường dây HT-7 bằng:

Điện áp tính toán U (kV)

Điện áp định mức của mạng Uđm

Hai nhánh HT - 7, NĐ – 7 có công suất được tính tương tự như phươnng

án 1, không có gì thay đổi

Công suất truyền tải trên đoạn đường dây 5 - 6 là;

S5-6 = 41 + j 19,68 MVACông suất truyền tải trên đoạn đường dây NĐ- 5 là:

Điện áp tính toán U (kV)

Điện áp định mức của mạng

Các đường dây HT - 1, HT - 2, HT - 8, HT - 9, NĐ - 5, NĐ - 6 có dạng hình tia đã được tính toán ở phương án 1.

Hai nhánh HT - 7, NĐ – 7 có công suất được tính tương tự như phươnng

án 1, không có gì thay đổi

Công suất truyền tải trên đoạn đường dây 3 - 4 là;

S3-4 = 41 + j 19,68 MVACông suất truyền tải trên đoạn đường dây NĐ - 3 là:

Điện áp tính toán U (kV)

Điện áp định mức của mạng

Các đường dây HT - 1, HT - 2, đã được tính toán ở phương án 1

Hai nhánh HT - 7, NĐ – 7 có công suất được tính tương tự như phươnng

án 1, không có gì thay đổi

Công suất truyền tải trên đoạn đường dây 3 - 4 là;

S3-4 = 41 + j 19,68 MVACông suất truyền tải trên đoạn đường dây NĐ - 3 là:

= (41 + j 19,68) + (46 + j22,08)

= 87 + j41,76 MVA

Công suất truyền tải trên đoạn đường dây 5 - 6 là;

S5-6 = 41 + j 19,68 MVACông suất truyền tải trên đoạn đường dây NĐ - 5 là:

Điện áp tính toán U (kV)

Điện áp định mức của mạng