Thiết kế lưới điện khu vực nguồn là Hệ thống và Nhà máy Điện

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống điện, các nhà máy của hệ thống cần phải phát công suất bằng tổng công suất của các hộ tiêu thụ và tổn thất công suất trong mạng điện,

Trang 1

LỜI MỞ ĐẦU

Điện năng là một nguồn năng lượng quan trọng của hệ thống năng lượng quốc gia,

nó được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực như: sản xuất kinh tế, đời sống xã hội, nghiên cứu khoa học… Đối với mỗi đất nước, sự phát triển của ngành điện là tiền

đề cho các lĩnh vực khác phát triển

Hiện nay nước ta đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nên nhu cầu về điện năng đòi hỏi ngày càng cao về số lượng cũng như chất lượng Để đáp ứng được về số lượng thì ngành điện nói chung phải có kế hoạch tìm và khai thác tốt các nguồn năng lượng có thể biến đổi chúng thành điện năng Mặt khác để đảm bảo

về chất lượng điện năng cần phải xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối điện năng hiện đại, có phương thức vận hành tối ưu nhất đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cũng như kinh tế

Xuất phát từ yêu cầu thực tế, em được nhà trường và bộ môn Hệ Thống Điện giao cho thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế mạng điện khu vực và tính ổn định động cho lưới điện thiết kế ” Đồ án tốt nghiệp gồm 2 phần:

 Phần I: từ chương 1 đến chương 7 với nội dung: “Thiết kế mạng điện khu vực”

 Phần II: chương 8 với nội dung: “Tính ổn định động cho lưới điện thiết kế ”

Em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc đến các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung và các thầy cô giáo trong bộ môn hệ thống điện đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy TS.Trần Mạnh Hùng , thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp Mặc dù đã rất cố gắng, song do hạn chế về kiến thức nên chắc chắn bản đồ án tốt nghiệp của em còn nhiều khiếm khuyết Em rất mong nhận được sự nhận xét góp ý của các thầy cô để bản thiết kế của em thêm hoàn thiện và giúp em rút ra được những kinh nghiệm cho bản thân

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 04 tháng 6 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Văn Giáp

Trang 2

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

PHẦN I : THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN KHU VỰC 6

Chương 1 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN VÀ PHỤ TẢI CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 7

1.1 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 7

1.1.1 Nguồn cung cấp điện 7

1.1.2 Các phụ tải điện 8

1.2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 10

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng 10

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng 11

Chương 2 LẬP PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN 13

2.1 DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 13

2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KĨ THUẬT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN 17

2.2.1 Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện 17

2.2.2 Chọn tiết diện dây dẫn 17

2.2.3 Kiểm tra các điều kiện kỹ thuật 18

2.3 PHƯƠNG ÁN 1 19

2.3.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện 20

2.3.3 Kiểm tra tổn thất điện áp 25

2.4.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện 29

2.5.3 Kiểm tra tổn thất điện áp trong mạng điện 34

Trang 3

2.8.1 Chọn điện áp định mức cho mạng điện 43

2.8.3 Kiểm tra tổn thất điện áp 45

2.9 TỔNG KẾT 45

Chương 3 SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN 47

3.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH KINH TẾ 47

3.2 TÍNH KINH TẾ PHƯƠNG ÁN 1 48

3.5 TỔNG KẾT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KINH TẾ 50

Chương 4 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ CÁC TRẠM 51

4.1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP CỦA CÁC TRẠM TĂNG ÁP 51

4.2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP TRONG CÁC TRẠM HẠ ÁP 51

4.3 CHỌN SƠ ĐỒ TRẠM VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN 52

4.3.1 Sơ đồ trạm tăng áp nhà máy điện 52

4.3.2 Sơ đồ nối điện cho trạm trung gian 53

4.3.3 Sơ đồ nối điện cho trạm cuối (trạm hạ áp) 54

Chương 5 TÍNH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH VÀ CÂN BẰNG CHÍNH XÁC CÔNG SUẤT 56

5.1 CHẾ ĐỘ PHỤ TẢI CỰC ĐẠI 56

5.1.1 Đường dây NĐ – 7 56

Trang 4

5.2 CHẾ ĐỘ PHỤ TẢI CỰC TIỂU 66

5.2.2 Đường dây NĐ – 9 – 8 68

5.2.4 Cân bằng chính xác công suất trong chế độ cực tiểu 77

5.3 CHẾ ĐỘ SAU SỰ CỐ 77

5.3.2 Đường dây NĐ – 9 – 8 79

5.3.3 Đường dây NĐ – 6 – 4 – HT 80

5.3.4 Sự cố một tổ máy của nhà máy điện 82

5.3.5 Cân bằng công suất trong chế độ sự cố một tổ máy nhà máy điện 88

Chương 6 TÍNH ĐIỆN ÁP CÁC NÚT PHỤ TẢI VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN 89

6.1 TÍNH ĐIỆN ÁP CÁC NÚT TRONG MẠNG ĐIỆN 89

6.1.1 Chế độ phụ tải cực đại 89

6.1.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 90

6.1.3 Chế độ sau sự cố 91

6.2 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN 93

6.2.1 Chọn các đầu điều chỉnh cho máy biến áp trạm 1 94

6.2.2 Chọn các đầu điều chỉnh cho các máy biến áp các trạm còn lại 95

Chương 7 CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 97

7.1 VỐN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG MẠNG ĐIỆN 97

7.2 TỔN THẤT CÔNG SUẤT TÁC DỤNG TRONG MẠNG ĐIỆN 97

7.3 TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MẠNG ĐIỆN 98

7.4 TÍNH CHI PHÍ VÀ GIÁ THÀNH 98

7.4.1 Chi phí vận hành hàng năm 98

7.4.2 Chi phí tính toán hàng năm 99

7.4.3 Giá thành truyền tải điện năng 99

PHẦN II: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐỘNG CHO LƯỚI ĐIỆN THIẾT KẾ 101

Chương 8 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH HAI PHA CHẠM ĐẤT 102

8.1 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 102

8.1.1 Các chế độ của hệ thống 102

Trang 5

8.1.2 Yêu cầu đối với các chế độ của hệ thống điện 102

8.1.3 Định nghĩa ổn định của hệ thống điện 103

8.1.4 Mục tiêu và phương pháp khảo sát ổn định động 103

8.2 LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ VÀ TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ BAN ĐẦU 104 8.2.1 Sơ đồ hệ thống điện và thông số các phần tử 104

8.2.2 Tính toán quy đổi các thông số 106

8.3 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC BAN ĐẦU 108

8.4 ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT KHI NGẮN MẠCH HAI PHA CHẠM ĐẤT TRÊN MẠCH ĐƯỜNG DÂY ĐẦU NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 111

8.4.1 Tính điện kháng ngắn mạch XΔ 111

8.4.2 Đặc tính công suất khi ngắn mạch 112

8.5 ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT SAU KHI CẮT NGẮN MẠCH 114

8.6 TÍNH GÓC CẮT VÀ THỜI GIAN CẮT 116

8.6.1 Tính góc cắt 116

8.6.2 Tính thời gian cắt 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 120

Trang 6

PHẦN I : THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN KHU VỰC

Trang 7

Chương 1 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

1.1.1 Nguồn cung cấp điện

Trong hệ thống điện thiết kế có hai nguồn cung cấp, đó là hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện

a Hệ thống điện

Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên thanh góp 110 kV của

hệ thống bằng 0,85 Để trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thường trong các chế độ vận hành cần phải có

sự liên hệ giữa hệ thống và nhà máy điện Mặt khác, vì hệ thống có công suất vô cùng lớn nên chọn hệ thống là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp Ngoài ra do

hệ thống có công suất vô cùng lớn nên không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy điện, nói cách khác 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 gồm 4 tổ máy Mỗi tổ máy phát có công suất định mức Pđm = 50

MW, cosφđm = 0,85, Uđm = 10,5 kV Như vậy, tổng công suất định mức của nhà máy nhiệt điện bằng 4.50 = 200 MW

Nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện có thể là than đá, dầu và khí đốt Hiệu suất của các 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% tuỳ theo 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 các máy phát ngừng làm việc

Công suất phát kinh tế của các máy phát NĐ thường vào khoảng (80% ÷ 90%)Pđm Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế bằng 85% Pđm, nghĩa là:

Pkt = 85% Pđm

Do đó khi phụ tải cực đại cả 4 máy phát đều vận hành và tổng công suất tác dụng phát ra của nhà máy nhiệt điện bằng:

Pkt = 0,85.4.50 = 170 MW

Trang 8

Pkt = 0,85.2.50 = 85 MW Khi sự cố ngừng một tổ máy phát, ba máy phát còn lại sẽ phát 100% Pđm, như vậy:

PFsc =3.50 = 150 MW Phần công suất thiếu trong các chế độ vận hành sẽ được cung cấp từ hệ thống điện

Công suất tiêu thụ của các phụ tải điện được tính như sau:

Qi = Pi .tgφ Ṡi= Pi + jQi

Si=√Pi2+Qi2

Chế độ phụ tải cực đại:

Phụ tải 1:

P1max = 33 MW, cosφ1 = 0,87 → tgφ1 = 0,567

Q1max = P1max tgφ1= 33.0,567 = 18,711 MVAr

S1max=√P1max2 +Q1max2 = √332+18,7112 = 37,935 MVA

Trang 9

Chế độ phụ tải cực tiểu:

Phụ tải 1:

P1min = 55%.P1max = 55%.33 = 18,15 MW

S1min=√P1min2 +Q1min2 = √18,152+10,2912 = 20,864 MVA

Các phụ tải còn lại tính toán tương tự ta được kết quả trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Thông số của các phụ tải

Hộ tiêu thụ Ṡmax= Pmax + j Qmax

Trang 10

1.2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng

Đặc điểm quan trọng của năng lượng điện đó là khả năng truyền tải một cách tức thời từ nguồn cung cấp tới hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng 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 điện, các nhà máy của hệ thống cần phải phát công suất bằng tổng công suất của các hộ tiêu thụ và tổn thất công suất trong 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 của công suất tác dụng trong hệ thống Dự trữ trong hệ thống điện là một vấn đề quan trọng, liên quan đến vận hành cũng như sự phát triển của hệ thống

Vì vậy, 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∑Pmax+ ∑ΔP + Ptd+ Pdttrong đó:

 PNĐ - tổng công suất do nhà máy nhiệt điện phát ra

 PHT - công suất tác dụng lấy từ hệ thống

 Ptt - công suất tiêu thụ trong mạng điện

 m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải trong chế độ cực đại (m = 1)

 ∑Pmax - tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại

 ∑ΔP - tổng tổn thất công suất trong mạng điện, khi tính toán sơ bộ ta có thể lấy

∑∆P= 5%ΣPmax= 0,05.279 =13,95 MW Công suất tác dụng tự dùng trong nhà máy điện bằng:

Trang 11

Ptd = 10%∑Pđm=0,10.200 = 20 MW Tổng công suất tiêu thụ trong mạng điện có giá trị:

Ptt= ∑Pmax+ ∑∆P + Ptd = 279 + 13,95 + 20 = 312,95 MW Như vậy, công suất mà hệ thống cung cấp cho phụ tải lúc này là:

PHT = Ptt - PktNĐ= 312,95 - 170 = 142,95 MW Như vậy ở chế độ phụ tải cực đại, hệ thống cần cung cấp cho phụ tải lượng công suất bằng 142,95 MW

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng

Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm Sự cân bằng đòi hỏi

không những đối với công suất tác dụng mà đối với cả 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 như 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, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng

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

QF+ QHT = Qtt = m∑Qmax+ ∑ΔQL- ∑Qc+ ∑ΔQb+ Qtd+ Qdttrong đó:

 QF - tổng công suất phản kháng do nhà máy nhiệt điện phát ra

 QHT - công suất phản kháng do hệ thống cung cấp

 Qtt - công suất phản kháng tiêu thụ trong mạng điện

 m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải trong chế độ cực đại (m=1)

 ∑Qmax - tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại

 ∑ΔQL - tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong mạng điện

 ∑QC - tổng công suất phản kháng do điện dung của đường dây sinh ra, khi tính toán sơ bộ có thế lấy ∑ΔQL= ∑QC

 ∑ΔQb - tổng công suất phản kháng trong các trạm biến áp, khi tính toán sơ bộ

Trang 12

 Qdt – công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống Đối với mạng điện thiết

kế, công suất Qdt sẽ lấy ở hệ thống, nghĩa là Qdt = 0

Hệ số công suất của nhà máy là cosφF = 0,85 nên tgφF = 0,62

Hệ số công suất của hệ thống là cosφHT = 0,85nnên tgφHT = 0,62

Hệ số công suất tự dùng là cosφtd = 0,75 nên tgφtd = 0,882

Như vậy, tổng công suất phản kháng do nhà máy nhiệt điện phát ra là:

QF= PF.tgφF= 170.0,62 = 105,4 MVAr Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp là:

QHT = PHT.tgφHT= 142,95.0,62 = 88,629 MVAr Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác định ở bảng 1.2 bằng: ∑ Qmax= 144,77 MVAr

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

Trang 13

Chương 2 LẬP PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN 2.1 DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

Một trong các yêu cầu của thiết kế mạng điện là đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục, nhưng vẫn phải đảm bảo tính kinh tế Muốn đạt được yêu cầu này người ta phải tìm ra phương án hợp lý nhất trong các phương án vạch ra đồng thời đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật

Các yêu cầu chính đối với mạng điện:

 Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

 Đảm bảo chất lượng điện năng

 Đảm bảo tính linh hoạt của mạng điện

 Đảm bảo tính kinh tế và có khả năng phát triển

Trong thiết kế hiện nay, để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện người ta sử dụng phương pháp nhiều phương án Từ các vị trí đã cho của các phụ tải và các nguồn cung cấp, cần dự kiến một số phương án và phương án tốt nhất sẽ chọn dựa trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án đó Đồng thời cần chú ý chọn các sơ đồ đơn giản Các sơ đồ phức tạp hơn được chọn trong trường hợp khi các sơ đồ đơn giản không thoả mãn yêu cầu kinh tế - kỹ thuật

Những phương án được lựa chọn để tiến hành so sánh về kinh tế chỉ là những phương án thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật của mạng điện

Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng là độ tin cậy và chất lượng cao của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ Khi dự kiến sơ đồ của mạng điện thiết kế, trước hết cần chú ý đến hai yêu cầu trên Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I ta có thể sử dụng đường dây hai mạch hay mạch vòng Các hộ tiêu thụ loại III được cung cấp điện bằng đường dây một mạch

Các phương án đề xuất như sau :

Trang 14

56 ,5 km

63 ,25

km

60 ,8

3 k m

53 ,85

Trang 15

60 ,8

3

km

53 ,85

63,25 km

60 ,8

3 km

53 ,85 km 53,85 km

Trang 16

6 0, 83 km

53,85 km

53,85

km

53,85 km

70 km

41,23 km

6 3,25 km

9

8

Trang 17

2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KĨ THUẬT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN 2.2.1 Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện

Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng điện

Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và các nguồn cung cấp điện, vị trí tương đối giữa các phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện

Điện áp định mức của mạng điện thiết kế 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 của công suất trên mỗi đường dây trong mạng điện

Các phương án của mạng điện thiết kế hay là các đoạn đường dây riêng biệt của mạng điện có thể có điện áp định mức khác nhau Chọn điện áp cho mạng là một trong những vấn đề cơ bản của việc thiết kế Việc chọn điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ tiêu kinh tế và chỉ tiêu kỹ thuật của mạng điện Tuỳ thuộc vào giá trị công suất cần truyền tải và độ dài đường dây tải điện mà chọn điên áp vận hành sao cho thích hợp nhất Trong khi tính toán thông thường, trước hết chọn điện áp định mức của các đoạn đường dây có công suất truyền tải lớn Các đoạn đường dây trong mạng kín, theo thường lệ, cần được thực hiện với một cấp điện áp định mức

Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm Still sau:

Ui = 4,34√L+16P , kV (2.1) trong đó:

 Ui - điện áp tính toán của đường dây thứ i, kV

 Li - chiều dài đường dây thứ i, km

 Pi - công suất tác dụng trên đường dây truyền tải thứ i, MW

Nếu Ui = 70 ÷ 170 kV thì Uđm được chọn bằng 110 kV

2.2.2 Chọn tiết diện dây dẫn

Tiết diện dây dẫn của mạng điện cần phải được chọn sao cho chúng phù hợp với quan hệ tối ưu giữa chi phí đầu tư xây dựng đường dây và chi phí về tổn thất điện năng Xác định quan hệ tối ưu này là vấn đề khá phức tạp và trở thành bài toán tìm tiết diện dây dẫn tương ứng với các chi phí qui đổi nhỏ nhất Nhưng trong thực tế người ta thường dùng giải pháp đơn giản hơn để xác định tiết diện dây dẫn Đó là phương pháp chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện Để chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện trước hết cần xác định Jkt sau đó tính tiết diện kinh tế theo công thức:

Trang 18

trong đó:

 Imax - dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A

 Jkt - mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm2 Với dây AC và Tmax = 5000 giờ thì Jkt = 1,1 A/mm2

Dòng điện chạy trên đường dây trong các chế độ phụ tải cực đại được xác định theo công thức:

Imax= Smaxn√3Uđm

.103,A (2.3) trong đó:

 n - số mạch của đường dây (đường dây một mạch n = 1; đường dây hai mạch n = 2)

 Uđm - điện áp định mức của mạng điện

 Smax - công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính được theo công thức trên, tiến hành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang, độ bền cơ học của đường dây và phát nóng dây dẫn trong các chế độ sau sự cố

2.2.3 Kiểm tra các điều kiện kỹ thuật

1 Kiểm tra các điều kiện về vầng quang, độ bền cơ của đường dây và phát nóng dây dẫn trong các chế độ sau sự cố

Đối với đường dây 110 kV, để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F ≥ 70 mm2

Độ bền cơ trên không thường phối hợp với điều kiện về vầng quang của dây dẫn cho nên không cần kiểm tra điều kiện này

Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự cố, cần phải có điều kiện sau:

Isc ≤ Icp (2.4) trong đó:

 Isc - dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố

 Icp - dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

2 Kiểm tra tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện

Chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ được đặc trưng bằng tần số của dòng điện và độ lệch điện áp so với điện áp định mức các lưới điện Khi thiết kế các mạng điện thường giả thiết rằng hệ thống hoặc các nguồn cung cấp có đủ công suất tác dụng để cung cấp cho các phụ tải Do đó không xét đến những vấn đề duy trì tần số Vì

Trang 19

vậy chỉ tiêu chất lượng của điện năng là giá trị của độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ so với điện áp định mức ở mạng điện thứ cấp

Khi tính sơ bộ các mức điện áp trong các trạm hạ áp, 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% trong chế độ làm việc bình thường, còn trong các chế độ sau sự cố các tổn thất điện áp lớn nhất không vượt quá 20%, nghĩa là:

 Pi, Qi – công suất phản kháng và công suất tác dụng trên đường dây thứ

i

 Ri, Xi - điện trở và điện kháng của đường dây thứ i

Đối với đường dây có hai mạch, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trên đường dây còn lại bằng:

∆Uisc% = 2∆Uibt% (2.6)

Trang 20

2.3.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện

1 Dòng công suất ở chế độ phụ tải cực đại khi làm việc bình thường

Công suất tác dụng trên đường dây NĐ - 6 được xác định như sau:

PN-6 = PktNĐ- Ptd- PN - ∆PNtrong đó:

 PktNĐ - tổng công suất phát kinh tế của nhà máy nhiệt điện

 Ptd - công suất tự dùng của nhà máy điện

 PN - tổng công suất tác dụng của tất cả các phụ tải nối với nhà máy nhiệt điện (PN = P7 + P8 + P9)

Theo kết quả tính toán ở phần 1.3, ta có: PktNĐ = 170 MW, Ptd = 20 MW

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

Dòng công suất truyền tải trên đường dây 6-4 bằng:

Ṡ6-4= ṠN-6 - Ṡ6 = 58,65 + j 24,546 - (26 + j 14,033 ) = 32,65 + j 10,513 MVA Dòng công suất truyền tải trên đường dây HT-4 bằng:

ṠH-4= Ṡ4 - Ṡ6-4 = 37 + j 18,956 - (32,65 + j 10,513 ) = 4,35 + j 8,443 MVA

Vậy 4 là điểm phân công suất tác dụng và công suất phản kháng

Trang 21

Công suất truyền trên các đường dây còn lại bằng giá trị phụ tải ở cuối đoạn đường dây đó

2 Dòng công suất khi sự cố 1 tổ máy của nhà máy điện

Khi sự cố một tổ máy phát nhà máy Nhiệt điện thì chỉ ảnh hưởng đến dòng công suất trên đường dây liên lạc nguồn NĐ-6-4-HT Khi sự cố một tổ máy phát 3 tổ máy còn lại phát 100% công suất định mức tức là ṠF sc = 150 + j 93 MVA

PN-6 = PFsc - Ptd - PN - ∆PN = 150 -15 - 87 - 0,05.87 = 43,65 MW

QN-6 = QFsc - Qtd - QN - ΔQN - ΔQMBATA

= 93 - 15.0,882 – 43,522 - 0,15.43,522 – 0,15.(93 – 15.0,882) = 17,754 MVAr Như vậy ṠN-6= 43,65 + j 17,754 MVA

Dòng công suất truyền tải trên đường dây 6-4 bằng:

Ṡ6-4= ṠN-6 - Ṡ6 = 43,65 + j 17,754 - (26 + j 14,033 ) = 17,65 + j 3,721 MVA Dòng công suất truyền tải trên đường dây HT-4 bằng:

ṠHT-4 MVA Cực đại 58,65 + j 24,546 32,65 + j 10,513 4,35 + j 8,443

U6-4 = 4,34√L+16P = 4,34√53,85+16.32,65 = 104,183 kV

Điện áp trên đoạn đường dây HT-4 bằng:

UH-4 = 4,34√L+16P = 4,34√80+16.4,35 = 53,083 kV Tính điện áp của các đường dây còn lại được tiến hành tương tự như các đường dây trên, kết quả tính toán ta có bảng sau:

Trang 22

Bảng 2.2 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

kV

Điện áp định mức của mạng

Các mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không, các dây dẫn sử dụng là dây nhôm lõi thép, đồng thời các dây dẫn thường được đặt trên các cột bê tông hay cột thép tùy theo địa hình đường dây chạy qua Đối với các đường dây

110 kV, khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m

Tính tiết diện đường dây NĐ-6

Dòng điện chạy trên đường dây NĐ-6 khi phụ tải cực đại bằng:

IN-6 = SN-6

n√3Uđm

.103=

√58,652+24,54622√3.110 .10

Ta chọn dây dẫn tiết diện F = 150 mm2 và Icp = 445 A

 Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố một mạch đường dây

Kiểm tra điều kiện phát nóng đường dây NĐ-6

Khi gặp sự cố một mạch đường dây thì dòng điện cưỡng bức chạy trên đường dây còn lại bằng:

Như vậy: IN-6sc < Icp

 Kiểm tra điều kiện phát nóng khi sự cố một tổ máy phát

Ta có dòng điện chạy qua đường dây N-6 khi có sự cố một tổ máy phát, trong chế độ phụ tải cực đại là:

Trang 23

IN-6sc= SN-6sc

n√3Uđm.10

3= √43,65

2+17,75422√3.110 .10

3= 123,664 < Icp = 445 A

Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn các điều kiện về phát nóng khi có sự cố

Tính tiết diện đường dây 6-4

Dòng điện chạy trên đường dây 6-4 khi phụ tải cực đại bằng:

I6-4 = S6-4 n√3Uđm.10

3= √32,65

2+ 10,51322√3.110 .10

Kiểm tra điều kiện phát nóng đường dây 6-4

Khi gặp sự cố một mạch đường dây thì dòng điện cưỡng bức chạy trên đường dây còn lại bằng:

I6-4sc = 2.I6-4 = 2.90,016 = 180,032 < 265 A Như vậy: I6-4sc < Icp

Ta có dòng điện chạy qua đường dây N-6 khi có sự cố một tổ máy phát, trong chế độ phụ tải cực đại là:

I6-4sc = S6-4sc

n√3Uđm.10

3= √17,65

2+ 3,72122√3.110 10

3= 47,337 < Icp = 265 A

Tính tiết diện đường dây HT-4

Dòng điện chạy trên đường dây HT-4 khi phụ tải cực đại bằng:

IH-4 = SH-4

n√3Uđm.10

3= √4,35

2+ 8,44322√3.110 .10

3= 24,925 A

Trang 24

FH-4 = IH-4

Jkt =

24,9251,1 = 22,659 mm2

Khi gặp sự cố một mạch đường dây thì dòng điện cưỡng bức chạy trên đường dây

còn lại bằng:

IH-4sc = 2.IH-4 = 2.24,925 = 49,85 < 265 A Như vậy: IH-4sc < Icp

Ta có dòng điện chạy qua đường dây HT-4 khi có sự cố một tổ máy phát, trong chế

3= 64,631 < Icp = 265 A

Tính toán đối với các đường dây còn lại được tiến hành tương tự Kết quả chọn dây

dẫn của phương án 1 cho trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Chọn tiết diện các đường dây phương án 1

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn, cần xác định các thông số đơn vị của

đường dây là r0, x0, b0, và tiến hành tính các thông số tập trung R, X, B

2 trong sơ đồ thay thế π của các đường dây theo các công thức sau:

2.n.b0.l

Trang 25

Trong đó n là số mạch của đường dây, đối với đường dây hai mạch n = 2

Thông số các đường dây của phương án 1 cho trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Thông số các đường dây phương án 1

2.3.3 Kiểm tra tổn thất điện áp

Tổn thất điện áp trên đường dây N-6

Trang 26

Bảng 2.5 Tổn thất điện áp trên các đường dây phương án 1

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

- Tổn thất điện áp lớn nhất khi sự cố:

ΔUmax sc% = ΔUN-4sc% = ΔUN-6 sc% + ΔU6-4 bt% = 9,32 + 4,38 = 13,7 %

Kết luận: Ta nhận thấy kết quả tính toán tổn thất điện áp trên các nhánh đường dây

đều nằm trong khoảng cho phép nên phương án đã chọn đảm bảo yêu cầu kĩ thuật

Trang 27

2.4 PHƯƠNG ÁN 2

Hình 2.3 Phương án 2 2.4.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện

Từ sơ đồ ta thấy dòng công suất trên các đường dây: HT-1, HT-2, HT-3, HT-4, HT-5, 6-4, NĐ-6, NĐ-7 tính toán tương tự cho kết quả như phương án 1

Dòng công suất chạy trên đường dây N-9, 9-8 trong chế độ phụ tải cực đại và sự cố một tổ máy phát có giá trị:

ṠN-9 = Ṡ9 + Ṡ8 = (27+ j 13,077) + (25+ j 13,494)= 52 + j 26,571 MVA

Ṡ9-8 = Ṡ8 = 25 + j 13,494 MVA

Áp dụng công thức 2.1 để tính tương tự như phương án 1 ta được bảng tổng hợp:

kV

Điện áp định mức của mạng Uđm

60,8

3 km

Trang 28

Các đoạn đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4, HT-5, 6-4, NĐ-6, NĐ-7 tính toán

tương tự cho kết quả như phương án 1

Tính tiết diện đường dây NĐ-9

IN-9 = SN-9

n√3Uđm

.103= √52

2+ 26,57122√3.110 .10

Khi gặp sự cố một mạch đường dây thì dòng điện cưỡng bức chạy trên đường dây

còn lại bằng:

IN-9sc= 2.IN-9 = 2.153,248 = 306,496 < 445 A Như vậy: IN-9sc < Icp

Khi sự cố một tổ máy phát dòng công suất trên đoạn N-9 không thay đổi nên không

cần kiểm tra điều kiện phát nóng đối với sự cố này

Tính toán tương tự đối với đường dây 9-8 ta được bảng kết quả sau:

Bảng 2.7 Chọn tiết diện các đường dây phương án 2

Trang 29

Bảng 2.8 Kết quả chọn dây dẫn và các thông số đường dây

r0Ω/km

x0Ω/km

b0μS/km

2.4.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Tính toán tương tự như phương án 1 ta được tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây: HT-1, HT-2, HT-3, HT-4, HT-5, 6-4, NĐ-6, NĐ-7 có kết quả giống phương án 1

Tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-9-8 trong chế độ bình thường

Tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-9

∆UN-9 % = PN-9RN-9+ QN-9XN-9

Uđm2 .100% =

52.5,654 + 26,571.11,201

1102 .100% = 4,89 % Tính tổn thất điện áp trên đường dây 9 – 8

∆U9-8 % = P9-8R9-8+ Q9-8X9-8

Uđm2 .100%=

25.9,483 + 13,494.9,112

1102 .100% = 2,98 % Như vậy tổn thất trên đường dây NĐ-9-8 bằng:

Tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-9-8 trong chế độ sau sự cố

Khi ngừng một mạch trên đường dây NĐ-9, tổn thất điện áp trên đường dây có giá trị:

Khi ngừng một mạch trên đường dây 9-8, tổn thất điện áp trên đường dây 9-8:

Như vậy tổn thất trên đường dây NĐ-9-8 lớn nhất sau sự cố có giá trị:

Trang 30

Bảng 2.9 Tổn thất điện áp trên các đường dây phương án 2

Đường dây ∆Ubt

Các đoạn đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4, HT-5, 6-4, NĐ-6, NĐ-7 tính toán tương tự cho kết quả như phương án 1

5 ,85km

Trang 31

Đường dây mạch vòng NĐ-8-9-NĐ tính như sau:

Để xác định các dòng công suất ta cần giả thiết rằng: mạch điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện

Như vậy dòng công suất chạy trên đoạn NĐ-9 bằng:

Ṡ9-8= ṠN-9 - Ṡ9 = 27,804 + j 14,02 - (27 + j 13,077 )= 0,804 + j 0,943 MVA Công suất chạy trên đoạn NĐ-8 bằng:

ṠN-8= Ṡ8 -Ṡ9-8 = 25 + j 13,494 - (0,804 + j 0,943) = 24,196 + j 12,551 MVA Vậy 8 là điểm phân công suất trong mạch vòng

Điện áp trên đoạn đường dây NĐ-9 bằng:

UN-9 = 4,34√L+16P = 4,34√53,85+16.27,804 = 96,920 kV Điện áp trên đoạn đường dây 9-8 bằng:

U9-8 = 4,34√L+16P = 4,34√41,23+16.0,804 = 31,920 kV Điện áp trên đoạn đường dây NĐ-8 bằng:

UN-8 = 4,34√L+16P = 4,34√63,25+16.24,196 = 92,105 kV Kết quả tính toán điện áp trên các đừờng dây và chọn điện áp định mức cho mạng điện trong phương án 3 cho ở bảng sau:

Trang 32

Đường dây Công suất truyền tải

kV

Các đoạn đường dây HT-1, HT-2, HT-3, HT-4, HT-5, 6-4, NĐ-6, NĐ-7 tính toán tương tự cho kết quả như phương án 1

Tính tiết diện cho các đoạn đường dây trong mạch vòng NĐ-9-8-NĐ

IN-9= SN-9n√3Uđm.10

3= √27,804

2+ 14,02 2

√3Uđm 103= 163,436 A Tiết diện dây dẫn :

FN-9 = IN-9

Jkt =

163,436 1,1 = 148,578 mm

2

→ Ta chọn dây dẫn tiết diện F = 150 mm2

và Icp = 445 A Dòng điện chạy trên đường dây NĐ-8 khi phụ tải cực đại bằng:

IN-8= SN-8n√3Uđm.10

3=√24,196

2+12,551 2

√3Uđm 103= 143,065 A Tiết diện dây dẫn :

FN-8=IN-8

Jkt =

143,0651,1 =130,059 mm2 → Ta chọn dây dẫn tiết diện F = 120 mm2 và Icp = 380 A

Dòng điện chạy trên đường dây 9 - 8 khi phụ tải cực đại bằng :

I9-8= S9-8n√3Uđm 10

3= √0,804

2+ 0,9432

√3Uđm 103= 6,504 A

Trang 33

Tiết diện dây dẫn:

F9-8=I9-8

Jkt =

6,504 1,1 = 5,913 mm

2

→ Ta chọn dây dẫn tiết diện F = 70 mm2 có Icp = 210 A

Kiểm tra điều kiện phát nóng các đoạn đường dây trong mạch vòng NĐ-9-8-NĐ

 Khi có sự cố cắt mạch đường dây NĐ-9

Toàn bộ công suất cung cấp cho phụ tải 8 và 9 sẽ chạy trên đoạn N-8

 Khi có sự cố cắt mạch đường dây NĐ-8

Toàn bộ công suất cung cấp cho phụ tải 8 và 9 sẽ chạy trên đoạn NĐ-9

Trang 34

Bảng 2.11 Kết quả chọn tiết diện dây dẫn cho phương án 3

Bảng 2.12 Thông số các đường dây trong phương án 3

2.5.3 Kiểm tra tổn thất điện áp trong mạng điện

Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây: HT-1, HT-2, HT-3, HT-4, HT-5, 6-4,

NĐ-6, NĐ-7 có kết quả giống phương án 1

Tổn thật điện áp trên các đường dây mạch vòng NĐ-9-8-NĐ

Bởi trong mạch vòng này chỉ có một điểm phân công suất là nút 8, do đó nút này sẽ

có điện áp thấp nhất trong mạch vòng, nghĩa là tổn thất điện áp lớn nhất trong mạch

Trang 35

∆UN-8sc% = PN-8scRN-8+QN-8scXN-8

Uđm2 .100% =

52.17,078 + 26,571.26,775

1102 .100% = 13,219 %

9 khi sự cố cắt mạch đường dây N-9:

Ta có bảng tổn thất điện áp trên các mạch đường dây như sau:

Bảng 2.13 Tổn thất điện áp trên đường dây phương án 3

Trang 36

2.6 PHƯƠNG ÁN 4

Hình 2.5 Phương án 4 2.6.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện

Các đoạn đường dây HT-1, HT-4, HT-5, 6-4, NĐ-6, NĐ-7, NĐ-8, NĐ-9 tính toán tương tự cho kết quả như phương án 1

Đường dây mạch vòng HT-2-3-HT tính như sau:

Để xác định các dòng công suất ta cần giả thiết rằng: mạch điện đồng nhất và tất cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện

Công suất chạy trên đoạn HT-3 bằng:

Ṡ3-2=ṠH-3 - Ṡ3= 31,285 + j 17,34 - (28 + j 16,614 ) = 3,285 + j 0,726 MVA Công suất chạy trên đoạn HT-2 bằng:

ṠH-2=Ṡ2 - Ṡ3-2 = 35 + j 16,951- (3,285+ j 0,726 ) = 31,715 + j 16,225 MVA Vậy điểm 2 là điểm phân công suất trong mạch vòng

Điện áp trên đoạn đường dây HT-3 bằng:

UH-3= 4,34√L+16P = 4,34√50+16.31,285 = 101,834 kV Điện áp trên đoạn đường dây 3-2 bằng:

63,

25 km

60,

83 km

53,

85 km

70 km 3

Trang 37

U3-2= 4,34√L+16P = 4,34√70+16.3,285 = 48,057 kV Điện áp trên đoạn đường dây HT-2 bằng:

UH-2= 4,34√L+16P = 4,34√56,57+16.31,715 = 103,07 kV Kết quả tính toán điện áp trên các đường dây và chọn điện áp định mức cho mạng điện trong phương án 4 cho ở bảng sau:

kV

Các đoạn đường dây HT-1, HT-5, HT-4, 4-6, NĐ-6, NĐ-7, NĐ-8, NĐ-9 tính toán tương tự cho kết quả như phương án 1

Tính tiết diện cho các đoạn đường dây trong mạch vòng HT-3-2-HT

Dòng điện chạy trên đường dây HT-3 khi phụ tải cực đại bằng:

IH-3= SH-3maxn√3Uđm

.103=√31,285

2+17,34 2

√3Uđm

.103= 187,739 A Tiết diện dây dẫn :

FH-3= IH-3

Jkt =

187,7391,1 = 170,672 mm

2

và Icp = 510 A Dòng điện chạy trên đường dây HT-2 khi phụ tải cực đại bằng:

I = SH-2max 103=

√31,7152+16,225 2

.103= 186,979 A

Trang 38

FH-2= IH-2

Jkt =

186,9791,1 = 169,981 mm

2

và Icp = 510 A Dòng điện chạy trên đường dây 3-2 khi phụ tải cực đại bằng:

I3-2= S3-2maxn√3Uđm.10

3= √3,285

2+ 0,726 2

√3Uđm 103= 17,658 A Tiết diện dây dẫn:

FH-2= IH-2

Jkt =

17,658 1,1 = 16,053 mm

2

có Icp = 210 A

Kiểm tra điều kiện phát nóng các đoạn đường dây trong mạch vòng HT-3-2-HT

 Khi có sự cố cắt mạch đường dây HT-3

Toàn bộ công suất cung cấp cho phụ tải 2 và 3 sẽ chạy trên đoạn H-2

 Khi có sự cố cắt mạch đường dây HT-2

Toàn bộ công suất cung cấp cho phụ tải 2 và 3 sẽ chạy trên đoạn H-3

Trang 39

Bảng 2.15 Kết quả chọn tiết diện dây dẫn cho phương án 4

Bảng 2.16 Thông số các đường dây trong phương án 4

2.6.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây: HT-1, HT-5, HT-4, 4-6, NĐ-6, NĐ-7,

NĐ-8, NĐ-9 có kết quả giống phương án 1

Tổn thất điện áp trên các đường dây mạch vòng HT–3–2–HT

Khi vận hành bình thường trong chế độ phụ tải cực đại:

Bởi trong mạch vòng này chỉ có một điểm phân công suất là nút 2, do đó nút này sẽ

có điện áp thấp nhất trong mạch vòng, nghĩa là tổn thất điện áp lớn nhất trong mạch

Trang 40

∆UH-3sc% = PH-3RH-3+QH-3XH-3

Uđm2 .100% =

68.8,5+33,565.23,42

1102 .100% = 11,27%

∆U3-2sc% =P3-2R3-2+ Q3-2X3-2

Uđm2 100% =

35.32,2+ 16,951.20,7

1102 .100% = 12,21 % Khi sự cố đoạn H-3 bị cắt ra:

2 khi sự cố cắt mạch đường dây HT-2

Bảng 2.17 Tổn thất điện áp trên đường dây phương án 4

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	2,18 MB