đồ án kỹ thuật điện điện tử Cân băng công suất tác dụng và công Suất phản kháng, Tính toán chính xác chế độ vận hành của mạng đIện

Điện năng đã đến tận vùng sâu, vùng xa nhằm phục vụ cho đời sông sinhhoạt và phát triển sản suất của người dân, các phụ tải tiếp tục gia tăng điểnhình là các khu kinh tế, các nhà máy, cá

Ngày nay nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ đời sống nhân dâncũng được nâng cao nhanh chóng Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực côngnghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Mặc dùcòn nhiều khó khăn song trong những năm qua chóng ta đạt được những thànhquả trong việc phát triển nguồn điện và lưới điện nhằm đáp ứng nhu cầu điệnnăng cho sản suất và đời sống.

Công nghiệp điện lực giữ vai trò hết sức quan trọng, có liên quan chặt chẽđến nhiều ngành kinh tế quốc dân nh : Luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ Điện năng có vai trò rất quan trọng trong cơ khí hoá, điện khí hoá

Điện năng đã đến tận vùng sâu, vùng xa nhằm phục vụ cho đời sông sinhhoạt và phát triển sản suất của người dân, các phụ tải tiếp tục gia tăng điểnhình là các khu kinh tế, các nhà máy, các xí nghiệp ngày càng mở rộng Do đóđòi hỏi cao về độ tin cậy, bảo đảm chỉ tiêu kinh tế, cũng nh chất lượng điệnnăng trong khi thiết kế, vận hành các mạng và hệ thống điện

Là sinh viên được học tại ngành Hệ Thống Điện của Trường Đại Học

Bách Khoa Hà Nội, dưới sự hướng dẫn hết lòng của các thầy cô trong quá

trình học tập của mình Em đã tiếp thu được những kiến thức quý báu điều đó

đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp cũng như racông tác sau này

Trong quá trình làm đồ án mặc dù đã có những cố gắng song do kinhnghiệm, thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót em mongđược các thầy cô nhận xét và góp ý kiến để em thêm nhiều tiến bộ phục vụ tốthơn trong công tác sau này

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Đạm cùng các thầy cô trong

bộ môn đã giúp đỡ em tận tình để hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

*******

Phân tích nguồn cung cấp điện là rất cần thiết và phải quan tâm đúngmức khi bắt tay vào làm thiết kế Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điệncũng nh phương thức vận hành của các nhà máy điện, hoàn toàn phụ thuộcvào vị trí, nhiệm vụ cũng nh tính chất của từng nhà máy điện

Số liệu về phụ tải là loại tài liệu quan trọng Thiết kế hệ thống có chính xáchay không hoàn toàn do mức độ chính xác của công tác thu thập và phân tíchphụ tải quyết định

Công suất kinh tế là : Pfkt = 80 85% Pfđm

Trong tính toán lấy : Pfkt =80% Pfđm = 08 x300 =240 MW

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

Tổng số có 9 phụ tải, tất cả đều là phụ tải loại 1, yêu cầu điều chỉnh điện áp

khác thường cần cung cấp điện với độ tin cậy cao

- Công suất phụ tải yêu cầu ở chế độ phụ tải cực đại

Pptmax = 348MW

mà : Pfkt = 240MW   Pptmax  Pfkt của nhà máy nhiệt điện nên mạng điện phải lấy thêm công

suất từ hệ thống

Trong chế độ cực tiểu có Pmin = 70% Pptmax = 268,8MW

Phụ tải phân bố khá đều xung quanh NMĐ và HT Phụ tải 2,3,1

Phía hệ thống Phụ tải 4,5,6,7,8,9 phía nhà máy Thời gian sử dụng công suấtcực đại Tmax = 5000h

Từ số liệu phân tích nguồn điện và phụ tải nh trên, ta thấy phải có sự lên hệchặt chẽ giữa nhà máy và hệ thống để chế độ vận hành vận hành được tin cậy

và linh hoạt

CHƯƠNG 2 CÂN BĂNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN

KHÁNG

*******

2.1/ CÂN BẮNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

Cân bằng công suất tác dụng rất cần thiết để giữ được tần số bình thường

Nó có nghĩa là tổng công suất tác dụng phát ra phải bằng tổng công suất yêucầu

Pf : Tổng công suất nhà máy điện Pfkt=240 MW

PHT : Công suất tác dụng lấy từ hệ thống

m: Hệ số đồng thời m =1

Pptmax : Tổng công suất yêu cầu của phụ tải ở chế độ cực đại

Pmd : Tổng tổn thất công suất trên đường dây và trong máy biến áp,trong tính toán lấy sơ bộ Pmd = 5%Pptmax

Ptd : Tổng công suất tự dùng của nhà máy lấy Ptd =10%Pfkt

Pdt : Tổng công suẩt dự trữ lấy từ hệ thống nên coi Pdt = 0

Ta có : 240 + PHT = 348 + 0,05.348 +0,1.240

PHT = 149,4 MW

Nh vậy trong chế độ phụ tẩi cực đại , nhà máy cần một lượng công suất là:149,4MW từ hệ thống

2 2/ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Cân bằng công suất phản kháng để giữ điện áp bình thường trong hệ thống,

sự thiếu hụt công suất phản kháng sẽ làm cho điện áp giảm sút

Phương trình cân băng công suất phản kháng

QC : Công suất phản kháng của đường dây sinh ra, với mạng110kV trong tính toán sơ bộ coi QL = QC

QBA : Tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

*******

Nguyên tắc chủ yếu của công tác thiết kế mạng điện là cung cấp điện kinh

tế với chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cao Mục đích tínhtoán thiết kế là nhằm tìm ra một phương án phù hợp nhất với những nguyêntắc đã nêu ở trên

3.1/ Dự kiến các phương án nối dây của mạng điện

Qua các phân tích nguồn điện và các phụ tải ta thấy :

+ Tất cả các phụ tải đều là hộ loại một, nên yêu cầu độ tin cậy cung cấp điệncao ta phải cung cấp điện từ hai nguồn riêng biệt, lộ kép, hoặc mạch vòng + Trong tính toán sơ bộ ta thấy ở chế độ vận hành bình thường, hệ thốngcung cấp khoảng 114MW cho mạng điện, vì vậy ta bố trí một số phụ tải lấyđiện trực tiếp từ hệ thống.

+ Từ những nhận xét trên ta có một số phương án sau:

PHƯƠNG ÁN I

N§

Ph­ ¬ng­¸n­2

N§

Ph­ ¬ng­¸n­3

N§

Ph­ ¬ng­¸n­4

Ph­ ¬ng­¸n­5

N§

63,2­Km

Ph­ ¬ng­¸n­6

N§

3 2/ CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP ĐỊNH MỨC : U đm

1/ N guyên tắc chung

Lựa chọn hợp lý điện áp định mức là một trong những vấn đề rất quan

trọng khi thiết kế mạng điện, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh

tế, kỹ thuật của mạng thiết kế nh sau

Vốn đầu tư, tổn thất điện năng, phí tổn kim loại màu chi phí cho vận hành

… Để trọn cấp điện áp của mạng hợp lý ta phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Đáp ứng được các nhu cầu phụ tải sau này

- Cấp điện áp phải phù hợp với lưới điện hiện tại, lưới điện Quốc Gia

- Cấp điện áp được lựa chọn phải làm cho mạng điện có chi phí tính toán

Li : Chiều dài của nhánh thứ i km

Pi : Công suất tác dụng chạy trên nhánh thứ i MW

3.2/ Chọn tiết diện dây dẫn theo chỉ tiêu kinh tế, tính các chỉ tiêu kỹ thuật của từng phương án.

Ta dùng dây AC cho tất cả các lộ đường dây, mạng có điện áp 110kV

tải đều có thời gian sử dụng công suất cực đại

Tmax = 5000h tra bảng ta có Jkt = 1,1 A/mm2

- Các dây dẫn đặt trên không với khoảng cách trung bình dọc Dtb = 5m Công thức tính tiết diện dây dẫn :

F : Tiết diện dây dẫn mm2

Imax : Dòng qua dây dẫn ở chế độ phụ tải max A

U dm

2 max

2 max

3 max 10

110.32

32

10



Smax : Công suất chạy trên lộ đường dây ở chế độ max MVA

Uđm : Điện áp định mức của mạng điện 110kV

3.3 Phương án I

N§

Ph­ ¬ng­¸n­1

* Chọn tiết diện dây dẫn :

Theo đề bài cho tất cả các phụ tải có Cos = 0,9  tg = 0,484

Từ đó ta tính được công suất phản kháng của các phụ tải theo công thức

Qi = Pi tg

Kết quả :

1 Tính dòng công suất chạy trên các lộ

.732,1.2

10

1 max

10 77 , 37 78 110

732 , 1 2

10

2 max

I S 110,8A

110.732,1.2

10.4,1838110

.732,1.2

10

3 2 max

10.77,3778110

.732,1.2

10

5 max

110.732,1.2

10.37,1940110

.732,1.2

10

6 5 max

10.77,3778110

.732,1.2

10

9 max

110.732,1.2

10.37,1940110

.732,1.2

10

9 8 max

10.65,1022110

.732,1.2

10

4 max

110.732,1.2

10.72,818110

.732,1.2

10

4 max

9 , 104

mm J

I

kt

2 2max 206 , 7 2

1, 1

4 , 227

mm J

I

F

kt

H tt

8 , 110

4 , 227

6 , 116

8 , 110

4 , 227

6 , 116

1 , 64

49 , 52

10



+ Giả sử đứt 1 dây của đoạn H2 , N5 , N9

- Đoạn H2 : Isc = 2 IH2max = 2.227,4 = 454,8 A Icp = 610A đạt yêu cầu

Khi sự cố một tổ máy phát điện thì hai máy phát còn lại phát hết công suất

- Tổng công suất tác dụng của nhà máy là :

10.776,614732

,1.110.2

10.15,2654110

.3.2

10

IH4sc  Icp = 445 A  đạt yêu cầu ( tiết diện dây dẫn đã chọn là phùhợp )

Bảng 3.3.1a

* Tính chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của từng phương án

+ Điều kiện phát sinh vầng quang

+ Điều kiện độ bền cơ

Uđm : Điện áp định mức của mạng điện kV

Pi ,Qi : Công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đoạn đường dây

thứ i MW,MVAr

Ri ,Xi : Điện trở và điện kháng của đoạn đường dây thứ i 

- Với máy biến áp không điều áp dưới tải

2

2 , 63 429 , 0

110

56 , 13 17 43 , 10 36

X =  12 , 16 

2

8 , 60 4 , 0

110

16 , 12 77 , 37 98 , 3 78

2

2 , 41 27 , 0

R

2

2 , 41 423 , 0

X

110

7 , 8 4 , 18 562 , 5 38

2

46 , 0 2 , 63

2

2 , 63 44 , 0

110

9 , 13 72 , 8 5 , 14 18



Khi sự cố đứt một đoạn dây của đoạn N4

U%SC = 2U%bt = 6,32%

9 , 50 44 , 0

X

110

2 , 11 776 , 6 7 , 11 14

2

8 , 60 4 , 0

X

110

16 , 12 77 , 37 98 , 3 78

  8 , 46 

2

40 423 , 0

X

110

46 , 8 37 , 19 4 , 5 40

2

423 , 0 3 , 58

X

110

3 , 12 4 , 18 87 , 7 38

2

6 , 56 4 , 0

X

110

32 , 11 77 , 37 7 , 3 78



- Khi sự cố đứt một doạn đường dây của đoạn N9

U%sc =2U%bt = 2 5,92= 11,84%

36 423 , 0

X

110

62 , 7 37 , 19 86 , 4 40

- Tổn thất điện áp lớn nhất khi vận hành bình thường

U%bt max =U%btN5 + U%bt(5-6) = 6,36 + 3,14 = 9,5 %

Đoạn Imax(A) Ftt(mm2) Ftc(mm2) Icp (A) ISC(A) Jkt(A/mm2) đạt yêu cầu

Từ các kết quả trong bảng 3 – 3 - 2b ta thấy

+Tổn thất điện áp lớn nhất khi vận hành bình thường

U% max  U%btH3  5 , 68 %

+ Tổn thất điện áp lớn nhất khi vận hành sự cố

U%scmax  U%scH3  11 , 36 %

Từ bảng kết quả trong bảng 3.3 – 3b ta thấy.

Tổn thất điện áp lớn nhất khi vận hành bình thường

Ubtmax% = Ubt%N5 + Ubt%56 = 6,36 + 3,14= 9,5%

Tổn thất điện áp lớn nhất khi sự cố

Uscmax% = 2Usc%N5 + Usc%56 = 12,72 + 3,14 = 15,86%

Từ các kết quả trong bảng 3.3.4b ta nhận thấy rằng

* Tổn thất điện áp lớn nhất khi vận hành bình thường

U%btmax = U%btN5 + U%bt 5-6 = 6,36+ 3,14 = 9,5%

* Tổn thất điện áp lớn nhất khi vận hành sự cố:

U%scmax = U%SCN5 + U%bt5-6 = 12,72+ 3,14 = 15,86%

3.3.5 Phương án 5

63,2­Km

Đoạn Imax (A) Ftt (mm2

) Ftc(mm2) Icp (A) ISC (A) J kt (A/mm 2 ) Kết luận

* Tổn thất điện áp lớn nhất khi vận hành bình thường

U%btmax = U%btN5 +U%bt5-6 = 6,36 +3,14 = 9,5%

* Tổn thất điện áp lớn nhất khi vận hành sự cố

U%btmax = U%SCN5 + U%bt5-6 = 12,72 + 3,14 =15,86

3.3.6 Phương án 6

Tính dòng phân bố công suất trên mạch vòng

L L

L S S

N

N pt N

pt N

48,1817,388

,60366,56

6,56.4,1838366,56.37,1940

8 8 9 9

9 9 8

9 9 8 8

L S S

N

N pt N

pt

29,198,398

,60366,56

8,60.37,1940368,60.4,1838

8 8 9 9

8 8 8

9 8 9 8

29 , 19 8 , 39 3

14 , 232

48 , 18 17 , 38 3

98 , 0 8 ,





+ Khi sự cố đứt một trong các đoạn đầu đường dây trong mạch kín đã cho

ta có dòng chạy trên các đoạn còn lại

732 , 1 110

77 , 37

37 , 19

Bảng 3.3

Đoạn Imax(A) Ftt(mm2) Ftc(mm2) Icp(A) ISC(A) Jkt(A/mm2) Kết quả

- Tổn thất điện áp lớn nhất khi vận hành bình thường

U%btmax = U%btN8= 6,23%

- Khi sự cố:

U%Scmax =UscN9 + Usc9-8 = 6,59 +9,73 =16,32%

Vậy ta có bảng tổng kết giá trị Umax của các phương án

U%scmax 15,86% 11,36% 15,86% 15,86% 15,86% 16,32%

- Qua bảng tổng hợp trên ta lựa chọn được 3 phương án tốt nhất về mặt kỹ

thuật Có 4 phương án trùng nhau do đó ta chọn phương án 1,4,2 thoả mãn về

giới hạn tiêu chuẩn của tổn thất điện áp

- Khi đường dây vận hành bình thường

Umaxbt = 10  15%

- Khi đường dây sự cố

UScmax = 15  20%

Trên cơ sở này ta so sánh tiếp 3 phương án trên về mặt kinh tế để lựa chọn

ra phương án tối ưu

3.4 So sánh các phương án về mặt kinh tế :

- Trong thực tế việc giải quyết bất kỳ một phương án thiết kế nào của hệthống điện đều phải dựa trên cơ sở so sánh về mắt kỹ thuật và kinh tế

- Một phương án gọi là tối ưu khi các nguyên tắc về cung cấp điện đượcliên tục và kinh tế nhất

- Các phương án được so sánh về mặt kinh tế thì chưa cần đề cập đến cáctrạm biến áp và coi các phương án đều có số lượng các máy biến áp các máycắt điện, các giao cách ly và các thết bị khác có trong trạm biến áp là nhưnhau

- Với các kết quả tính được ở phần 3.3 ta sẽ giữ lại các phương án 1,2,4 làcác phương án có chỉ tiêu kỹ thuật tốt nhất để so sánh kinh tế

- Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kinh tế là phí tổn tính toánhàng năm bé nhất

- Phí tổn tính toán hàng năm của các phương án được tính theo biểu thức

avh : Là hệ số khấu hao, tu sửa thường kỳ và phục vụ các đường dây củamạng điện , lấy avh =0,04

atc : Hệ số thu hồi vốn đầu tư phụ atc = 0,125

A : Tổng tổn thất điện năng trong mạng điện

2

2 2

Ri U

Q dm

p 

Với Pi : Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn đường dây thứ i

 = ( 0,124 + Tmax 10-4)2.8760 = 3411h

Mà : Tmax = 5000h

C: Giá thành 1km điện năng tổn thất , C = 500đồng

Dự kiến các phương án dựng cột bê tông ly tâm + thép, nên ta có bảngtổng hợp

+ KoN6.LN6 + KoN7.LN7+KoN8LN8 + KoN9.LN9)

Thay vào ta được :

K = 1,6(224 63,2 + 280 60,8 + 280 76,2 + 168 63,2 + 168 50,9+

374 , 1 4 , 10 110

4 , 17 36

2 2

2

2 2

dm

34 , 1 2 , 8 110

37 , 19 40

2 2

2

2 2

dm

52 , 1 3 , 10 110

4 , 18 38

2 2

2

2 2

dm

479 , 0 5 , 14 110

72 , 8 18

2 2

2

2 2

dm

578 , 0 7 , 11 110

65 , 10 22

2 2

2

2 2

dm

2 , 1 2 , 8 110

4 , 18 38

2 2

2

2 2

dm

48 , 1 06 , 9 110

37 , 19 40

2 2

2

2 2

R MW

U

Q P P

dm

16 , 1 87 , 7 110

4 , 18 38

2 2

2

2 2

dm

34 , 1 2 , 8 110

37 , 19 40

2 2

2

2 2

dm

125 , 1 64 , 7 110

4 , 18 38

2 2

2

2 2

Tính toán chi phí hàng năm

18 +j8,72

22 +j10,65

38 +j18,4

40 +j19,37

38 +j18,4

40 +j19,37

38 +j18,4

38 +j18,4

18 +j8,72

22 +j10,65

78 +j37,77

40 +j19,37

38 +j18,4

40 +j19,37

38 +j18,4

38 +j18,4

18 +j8,72

20 +j10,65

78 +j37,77

40 +j19,37

38+

j18,4

78 +j37,77

40 +j19,37

P = 13,309 MW

K= Koi.Loi = 234,91072.109 đ/km

Tổn thất điện năng trong mạng điện

CHỌN SỐ LƯỢNG CÔNG SUẤT CÁC MÁY BIẾN ÁP

TRONG CÁC TRẠM, CHỌN SƠ ĐỒ CÁC TRẠM

VÀ CỦA MẠNG ĐIỆN

*******

4.1: XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP.

1 Xác định số lượng các máy biến áp.

Để lựa chọn số lượng các máy biến áp ta phải căn cứ vào các yêu cầu cungcấp điện của các phụ tải, công suất và điện áp của các hộ tiêu thụ lựa chọnđúng số lượng máy biến áp không những đảm bảo an toàn cung cấp điện, đảmbảo tuổi thọ của máy mà còn ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật củamạng điện thiết kế

Các phụ tải đã cho đều là hộ loại một, yêu cầu cung cấp điện liên tục vàchất lượng điện năng phải đảm bảo, cho nên ở các trạm giảm áp ta sử dụnghai máy biến áp cho mỗi phụ tải

2 Xác định công suất của các máy biến áp

Chọn công suất của các máy biến áp có sét đến khả năng quá tải của cácmáy biến áp trong chế độ sự cố khi có hai máy biến áp vận hành song songkhi đó công suất của mỗi máy biến áp được xác định theo điều kiện

Trong đó :

n : Số lượng máy biến áp vận hành song song

Sptmax : Công suất ở chế độ cực đại

Sqtsc : Hệ số quá tải sự cố của MBA

Trong điều kiện vận hành bình thường mỗi MBA chỉ mang tải 6070% Công suất định mức của mỗi máy Khi có sự cố ở một trong hai máy thìMBA còn lại sẽ phải gánh thêm lượng tải lớn hơn nhiều so với công suất đặtcủa mỗi máy

Để MBA vận hành an toàn người ta quy định hệ số quá tải của mỗi máy là

SMBA    28 , 56MVA

1 2 4 , 1

98 , 39



 Vậy ta chọn MBA: TPDH- 32000/110

* Phụ tải 2:

S P Q2 402 19,372 44,4MVA

2

2 2 max

SMBA2    31 , 7MVA

1 2 4 , 1

4 , 44



 Vâỵ ta chọn MBA: TPDH- 32000/110

* Phụ tải 3:

S P Q2 382 18,42 42,2MVA

3

2 3 max

SMBA3    30 , 14MVA

1 2 4 , 1

2 , 42



