Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu phần mềm PSSE tính toán lưới điện

Chương 1 : PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI Điện áp định mức thanh cái : Uđm = 110 KV Vì vậy cần phải có sự liên hệ giữa hệ thống điện HT và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa hai

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay điện năng đã trở thành dạng năng lượng không thể thay thế trong các lĩnh vực của đời sống và sản xuất Việc truyền tải điện là một trong ba khâu cơ bản của quá trình sản xuất, tiêu thụ và phân phối điện năng Một Hệ thống điện có vận hành ổn định hay không phụ thuộc rất nhiều vào các hệ thống các đường dây truyền tải Tổn thất điện áp cao hay thấp phụ thuộc hoàn toàn vào thông số các đường dây tải điện Đồng thời mức độ tin cậy cung cấp điện được quyết định bởi cấu hình hệ thống truyền tải điện năng Do vậy việc thiết kế, xây dựng và vận hành Hệ thống điện luôn luôn phải được đề cao

Trên cơ sở đó, đồ án tốt nghiệp này sẽ tiến hành phân tích, tính toán thiết kết một

hệ thống điện cấp khu vực đồng thời một chuyên đề về tính toán chế độ lưới điện bằng việc sử dụng chương trình PSS/E và nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá

độ của nhà máy điện và hệ thống điện

Mặc dù, trong đồ án này có một số chi tiết đã được đơn giản hoá nhưng đây là những cơ sở quan trọng cho việc thiết kế một Hệ thống điện lớn Bản đồ án tốt nghiệp gồm hai phần lớn cụ thể như sau:

Phần I: Thiết kế lưới điện khu vực

Phần II: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá độ của nhà máy điện và hệ thống điện

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến qúy thầy cô của trường Đại Học Điện Lực, đặc biệt là các thầy cô của khoa Hệ Thống Điện đã hướng dẫn và

giảng dạy tận tình để có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã đọc, phản biện và góp ý kiến để em hoàn

chỉnh đồ án này

Đặc biệt cảm ơn thầy giáo: TS Nguyễn Đăng Toản là người trực tiếp hướng dẫn

em thực hiện đồ án

Trong quá trình thực hiện, em đã cố gắng làm việc hết sức mình để tổng hợp

những kiến thức mình đã học và tham khảo một số tài liệu chuyên môn nhằm đạt được

kết quả tốt nhất Tuy nhiên, do thời gian có hạn và nhất là khuôn khổ đồ án rộng lớn

nên những thiếu sót là không thể tránh khỏi Kính mong quý thầy cô, bạn bè góp thêm

những ý kiến quý báu để đề tài được hoàn thiện hơn

Hà Nội, 10 tháng 10 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Trương Văn Dũng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

Chương 1 : PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 2

1.1 NGUỒN CUNG CẤP 2

1.1.1 Hệ thống điện 2

1.1.2 Nhà máy điện 2

1.2 CÁC PHỤ TẢI 3

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng 5

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng 7

1.3 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN 8

1.3.1 Chế độ phụ tải cực đại 8

1.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 8

1.3.3 Chế độ sự cố 9

1.4 KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHÂN TÍCH CÁC LOẠI SƠ ĐỒ 10

1.4.1 Kết luận 10

1.4.2 Phân tích các loại sơ đồ 10

Chương 2 : TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN 11

2.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN 11

2.1.1 Những vấn đề cần quan tâm 11

2.1.2 Các phương án 11

2.1.2.1 Nhóm I 12

2.1.2.2 Nhóm II 12

2.1.2.3 Nhóm III 13

2.1.2.4 Nhóm IV 13

2.2 NGUYÊN TẮC CHUNG TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC NHÓM 14

2.2.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện 14

2.2.2 Chọn tiết diện dây dẫn 14

2.2.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện 15

2.3 TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CHO CÁC NHÓM 17

2.3.1 Nhóm I 17

2.3.1.1 Phương án 1 17

2.3.1.2 Phương án 2 20

2.3.2 Nhóm II 22

2.3.2.1 Phương án 1 22

2.3.2.2 Phương án 2 24

2.3.3 Nhóm III 27

2.3.3.1 Phương án 1 27

2.3.3.2 Phương án 2 28

2.3.4 Nhóm IV 31

2.3.4.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện 31

2.3.4.2 Chọn tiết diện dây dẫn 32

2.3.4.3 Tính tổn thất điện áp của đường dây truyền tải 34

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 35

Chương 3 : TÍNH TOÁN KINH TẾ 36

3.1 NHÓM I 37

3.1.1 Phương án 1 37

3.1.1.1 Tính tổn thất công suất tác dụng trên đường dây 37

3.1.1.2 Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện 37

3.1.1.3 Xác định chi phí vận hành hàng năm 38

3.1.2 Phương án 2 39

3.2 NHÓM II 40

3.2.1 Phương án 1 40

3.2.2 Phương án 2 40

3.3 NHÓM III 42

3.3.1 Phương án 1 42

3.3.2 Phương án 2 42

3.4 NHÓM IV 43

3.5 KẾT LUẬN 43

3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 44

Chương 4 : LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ TRẠM CHO PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 45

4.1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP 45

4.1.1 Chọn số lượng, công suất các máy biến áp trong các trạm tăng áp của nhà máy điện 45

4.1.2 Chọn số lượng và công suất các máy biến áp trong trạm hạ áp 45

4.2 CHỌN SƠ ĐỒ TRẠM VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN 47

4.2.1 Trạm biến áp tăng áp 47

4.2.2 Trạm biến áp trung gian 48

4.2.3 Trạm biến áp hạ áp 49

4.2.4 Sơ đồ hệ thông điện thiết kế 51

4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 51

Chương 5 : TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/E 53

5.1 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E 53

5.1.1 Giới thiệu chung 53

5.1.2 Giới thiệu chương trình PSS/E 53

5.2 TÍNH TOÁN TRONG HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI 56

5.2.1 Điện áp các nút trong mạng điện 56

5.2.2 Trở kháng của đường dây 56

5.2.3 Máy biến áp hai cuộn dây 57

5.2.4 Máy phát điện 58

5.3 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA LƯỚI ĐIỆN 58

5.3.1 Chế độ cực đại 58

5.3.1.1 Tính toán trào lưu công suất 61

5.3.1.2 Tính điện áp các nút và góc pha 68

5.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 69

5.3.3 Chế độ sau sự cố 72

5.4 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN 73

5.4.1 Yêu cầu điều chỉnh điện áp của các phụ tải 73

5.4.2 Chọn đầu phân áp cho các máy biến áp 76

5.4.2.1 Tính toán chọn đầu phân áp cho trạm 1 76

5.4.2.2 Tính toán chọn đầu phân áp cho trạm 3 77

5.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 79

Chương 6 : TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 80

6.1 VỐN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG MẠNG ĐIỆN 80

6.2 TỔN THẤT CÔNG SUẤT TÁC DỤNG TRONG MẠNG ĐIỆN 81

6.3 TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MẠNG ĐIỆN 81

6.4 TÍNH CHI PHÍ GIÁ THÀNH 82

6.4.1 Chi phí vận hành hàng năm 82

6.4.2 Chi phí tính toán hàng năm 82

6.4.3 Giá thành truyền tải 83

6.4.4 Giá thành xây dựng 1MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại 83

6.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 83

Chương 7 : TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐỘNG 84

7.1 ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 84

7.1.1 Phân loại ổn định trong hệ thống điện 84

7.1.2 Ổn định quá độ góc roto 84

7.2 NHẬP SỐ LIỆU, KIỂM TRA SỰ ĐÚNG DẮN CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG 85

7.2.1 Chuẩn bị case để dùng cho mô phỏng động 85

7.2.2 Chuẩn bị số liệu động cho các thiết bị 86

7.2.3 Tạo ra file chứa các thông số động 88

7.3 MÔ PHỎNG ĐỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN KHI SỰ CỐ 89

7.4 NHẬN XÉT 93

7.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 93

DANH MỤC HÌNH

Hình 1-1 Sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải 4

Hình 2-1 Sơ đồ mạng điện nhóm I 12

Hình 2-2 Sơ đồ mạng điện nhóm II 12

Hình 2-3 Sơ đồ mạng điện nhóm III 13

Hình 2-4 Sơ đồ mạng điện nhóm IV 13

Hình 2-5.Sơ đồ mạng điện phương án 1 nhóm I 17

Hình 2-6 Sơ đồ mạng điện phương án 2 nhóm I 20

Hình 2-7.Sơ đồ mạng điện phương án 1 nhóm II 22

Hình 2-8.Sơ đồ mạng điện 2 nhóm II 24

Hình 2-9.Sơ đồ mạng điện phương án 1 nhóm III 27

Hình 2-10.Sơ đồ mạng điện phương án 2 nhóm III 28

Hình 2-11.Sơ đồ mạng điện nhóm IV 31

Hình 3-1.Phương án tối ưu của mạng điên 44

Hình 4-1.Sơ đồ trạm biến áp của nhiệt điện 47

Hình 4-2.Sơ đồ trạm biến áp trung gian 48

Hình 4-3 Sơ đồ bộ đường dây – máy biến áp 49

Hình 4-4.Sơ đồ cầu trong trạm biến áp hạ áp 50

Hình 5-1.sơ đồ khối chương trình PSS/E 55

Hình 5-2.Thông số nút 58

Hình 5-3.Thông số nhà máy điện 59

Hình 5-4.Thông số máy phát điện 59

Hình 5-5.Thông số tải 59

Hình 5-6.Thông số nhánh 60

Hình 5-7.thông số máy biến áp 2 cuộn dây 60

Hình 5-8.Hộp thoại lưu file case data 60

Hình 5-9.Hộp thoại tùy chỉnh tính trào lưu công suất 61

Hình 5-10.Kết quả dòng công suất từ NĐ tới các phụ tải 64

Hình 5-11.Kết quả công suất từ HT đến các phụ tải 65

Hình 5-12.Kết quả tính cho nhánh NĐ-1-HT 65

Hình 5-13.Kết quả tính cho nhánh HT-2 65

Hình 5-14.Kết quả tính cho nhánh NĐ-3 65

Hình 5-15.Kết quả tính cho nhánh NĐ-4 66

Hình 5-16.Kết quả tính cho nhánh NĐ-5 66

Hình 5-17.Kết quả tính cho nhánh NĐ-6 66

Hình 5-18.Kết quả tính cho nhánh HT-7 66

Hình 5-19.Kết quả tính cho nhánh HT-8 66

Hình 5-20.Sơ đồ mạng điện thiết kế và chiều công suất 67

Hình 5-21.Kết quả điện áp các nút 68

Hình 5-22.Hộp thoại chọn chức năng Scale 70

Hình 5-23.Hộp thoải điều chỉnh phụ tải và công suất phát 70

Hình 5-24.Thông số tải trong chế độ cực tiểu 71

Hình 5-25.Thông số nhà máy điện trong chế độ cực tiểu 71

Hình 5-26.Kết quả điện áp các nút ở chế độ cực tiểu 71

Hình 5-27.Thông số nhánh NM-1 khi sự cố 72

Hình 5-28.Điện áp phía cao trạm hạ áp 1 sau sự cố 72

Hình 5-29.Điện áp phía hạ trạm hạ áp 1 sau sự cố 72

Hình 5-30.Điện áp phía cao trạm hạ áp 1 sau sự cố 72

Hình 5-31.Điện áp phía hạ trạm hạ áp 1 sau sự cố 73

Hình 7-1.Hộp thoại convert 85

Hình 7-2.Chạy ORDR, FACT và TYSL 86

Hình 7-3.Mô hình máy phát điện GENROE trong thư viện PSS/E 86

Hình 7-4.Mô hình thiết bị sexs 87

Hình 7-5.Mô hình bộ ổn định công suất STAB1 trong thư viện của PSS/E 87

Hình 7-6.Mở file.dyr 88

Hình 7-7.Machine sau khi mở file.dyr 88

Hình 7-8.Hộp thoại Perform Dynamic Simulation 89

Hình 7-9.Kiểm tra điều kiện 90

Hình 7-10.Loại trừ sự cố 90

Hình 7-11.Màn hình hiển thị đáp ứng 91

Hình 7-12.Sự thay đổi góc roto của NMĐ khi ngắn mạch 0,1s 91

Hình 7-13.Sự thay đổi góc roto của NMĐ khi ngắn mạch 0,15s 92

Hình 7-14.Sự thay đổi góc roto của NMĐ khi ngắn mạch 0,2s 92

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-1.Các số liệu về phụ tải 3

Bảng 1-2 Thông số của các phụ tải 5

Bảng 1-3.Hình thức vận hành của nguồn cung cấp 9

Bảng 2-1.Điện áp tính toán và điện áp định mức phương án 1 nhóm I 17

Bảng 2-2.Chọn tiết diện dây dẫn phương án 1 nhóm I 18

Bảng 2-3.Thông số của đường dây phương án 1 nhóm I 19

Bảng 2-4.Các giá trị tổn thất điện áp phương án 1 19

Bảng 2-5.Điện áp tính toán và điện áp định mức phương án 2 nhóm I 20

Bảng 2-6.Chọn tiết diện dây dẫn phương án 2 nhóm I 21

Bảng 2-7.Thông số của tất cả các đường dây phương án 2 nhóm I 21

Bảng 2-8.Các giá trị tổn thất điện áp phương án 2 nhóm I 21

Bảng 2-9.Điện áp tính toán và điện áp định mức phương án 1 nhóm II 22

Bảng 2-10.Chọn tiết diện dây dẫn phương án 1 nhóm II 23

Bảng 2-11.Thông số của đường dây phương án 1 nhóm II 23

Bảng 2-12.Các giá trị tổn thất điện áp phương án 1 nhóm II 23

Bảng 2-13.Điện áp tính toán và điện áp định mức phương án 2 nhóm II 25

Bảng 2-14.Chọn tiết diện dây dẫn phương án 2 nhóm II 25

Bảng 2-15.Thông số của tất cả các đường dây phương án 2 nhóm II 26

Bảng 2-16.Các giá trị tổn thất điện áp phương án 2 nhóm II 26

Bảng 2-17.Sơ đồ mạng điện phương án 1 nhóm III 27

Bảng 2-18.Chọn tiết diện dây dẫn phương án 1 nhóm III 28

Bảng 2-19.Thông số của đường dây phương án 1 nhóm III 28

Bảng 2-20.Các giá trị tổn thất điện áp phương án 1 nhóm III 28

Bảng 2-21.Điện áp tính toán và điện áp định mức phương án 2 nhóm III 29

Bảng 2-22.Chọn tiết diện dây dẫn phương án 2 nhóm III 29

Bảng 2-23.Thông số của tất cả các đường dây phương án 2 nhóm III 29

Bảng 2-24.Các giá trị tổn thất điện áp phương án 2 nhóm III 30

Bảng 2-25.Điện áp tính toán và điện áp định mức nhóm IV 32

Bảng 2-26.Chọn tiết diện dây dẫn nhóm IV 34

Bảng 2-27.Thông số của tất cả các đường dây nhóm IV 34

Bảng 2-28.Các giá trị tổn thất điện áp nhóm IV 34

Bảng 2-29.Chỉ tiêu kỹ thuật các phương án so sánh 35

Bảng 3-1.Giá thành đường dây trên không một mạch 110kV 38 Bảng 3-2.Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng đường dây trong phương án 1 38

Bảng 3-3.Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng đường dây trong phương án 2 39 Bảng 3-4.Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng đường dây trong phương án 1 40 Bảng 3-5.Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng đường dây trong phương án 2 40 Bảng 3-6.Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng đường dây trong phương án 1 42 Bảng 3-7.Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng đường dây trong phương án 2 42

Bảng 3-8.Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng đường dây trong nhóm IV 43

Bảng 3-9 Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế cho các nhóm 43

Bảng 3-10.Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật các phương án so sánh 44

Bảng 4-1.Các thông số của máy biến áp tăng áp 45

Bảng 4-2.Kết quả tính toán chọn MBA hạ áp 46

Bảng 4-3.Thông số của MBA hạ áp 46

Bảng 4-4.Bảng chọn sơ đồ cầu 50

Bảng 5-1.Thông số đường dây trong hệ đơn vị tương đối 57

Bảng 5-2.Thông số máy biến áp dạng đơn vị tương đối 58

Bảng 5-3.Tổn thất công suất 67

Hình 5-4.Kết quả tính toán điện áp và tổn thất điện áp 68

Bảng 5-5 Giá trị Sgh và Spt của các trạm hạ áp 69

Bảng 5-6.Kết quả tính toán điện áp và tổn thất điện áp 71

Bảng 5-7.Điện áp các nút và tổn thất điện áp các nút 73

Bảng 5-8.Thông số điều chỉnh của MBA không có điều chỉnh điện áp dưới tải 74

Bảng 5-9.Thông số điều chỉnh của MBA điều chỉnh điện áp dưới tải 75

Bảng 5-10.Điện áp các đầu phân áp của MBA trong các chế độ 79

Bảng 6-1.Thông số đường dây của toàn mạng điện 80

Bảng 6-2.Thông số trạm của toàn mạng điện 81

Bảng 6-3.Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện thiết kế 83

Bảng 7-1 Thông số động máy phát điện 86

Bảng 7-2.Thông số kích từ 87

Bảng 7-3.Thông số bộ ổn định công suất PSS 87

PHẦN I : THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

 Chương 1 : Phân tích nguồn và phụ tải

 Chương 2 : Tính toán kinh tế - kỹ thuật các phương án và lựa chọn phương

án tối ưu

 Chương 3 : Tính toán kinh tế

 Chương 4 : Lựa chọn máy biến áp và sơ đồ trạm cho phương án tối ưu

Chương 1 : PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Điện áp định mức thanh cái : Uđm = 110 KV

Vì vậy cần phải có sự liên hệ giữa hệ thống điện (HT) và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho HT thiết kế làm việc bình thường trong các chế độ vận hành Mặt khác, vì HT có công suất vô cùng lớn cho nên chọn HT là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp Ngoài ra do HT có công suất vô cùng lớn cho nên không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy điện, nói cách khác công suất tác dụng và phản kháng dự trữ sẽ được lấy từ HT

Đối với NĐ, các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải P 70%P  đm Còn khi đm

Trong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến ngừng một máy phát để bảo dưỡng, ba

máy phát còn lại sẽ phát 85%Pđm, nghĩa là tổng công suất phát ra của nhà máy nhiệt điện là: Pkt  85% 3 40 102MW   

Khi sự cố ngừng một máy phát, ba máy phát còn lại sẽ phát 100%Pđm, như vậy:

Mặt bằng bố trí nguồn và phụ tải như hình vẽ:

Hình 1-1 Sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải

Bảng 1-2 Thông số của các phụ tải

Hộ tiêu thụ Pmax + jQmax

(MVA)

Smax (MVA)

Pmin + jQmin(MVA)

Smin (MVA)

Theo sơ đồ phân bố phụ tải cho ta thấy phụ tải được phân bố tập trung về hai phía,

do đó có xu hướng khi thiết kế có thể phân thành 2 vùng phụ tải như sau:

 Vùng 1 được cấp điện từ NĐ: Gồm 4 phụ tải 3, 4, 5 và 6

 Vùng 2 được cấp điện từ HT: Gồm 3 phụ tải 2, 7 và 8

 Riêng phụ tải 1 nằm giữa NĐ và HT nên được cấp điện từ 2 nguồn

Trong 8 phụ tải, 6 phụ tải loại 1 có yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cũng như chất lượng điện năng cao Vì hộ loại 1 nếu xảy ra mất điện sẽ gây thiệt hại lớn về kinh

tế, chính trị và an toàn cho tính mạng con người, nên khi thiết kế đối với các phụ tải loại 1 ta phải cấp điện bằng đường dây kép hoặc mạch vòng

 Phụ tải ở xa nguồn nhất là phụ tải 4 (60km)

 Phụ tải gần nguồn nhất là phụ tải 3 và 6 (42,42 km)

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng

Đặc điểm rất quan trọng của hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ các nguồn đến các hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành 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 HT, các nhà máy của HT cần phải phát công suất cân bằng với công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả các 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 HT vận hành bình thường, cần phải có dự trữ nhất định của công suất tác dụng trong HT Dự trữ trong hệ thống điện là một vấn đề quan trọng, liên quan đến vận hành cũng như sự phát triển của HT

Bởi vì HT có công suất vô cùng lớn nên công suất dự trữ ấy lấy ở HT, nghĩa là dt

P  0 Vậy phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối

công suất tiêu thụ

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

  Pmaxtổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại

   P tổng tổn thất trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng

Sản xuất và tiêu thụ điện năng đòi hỏi sự cân bằng đối với công suất tác dụng và công suất phản kháng tại mọi thời điểm Sự cân bằng công suất tác dụng liên quan đến tần số của hệ thống điện 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 tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng thì 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 HT, cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng

Đối với mạng điện thiết kế công suất Qdtsẽ lấy ở HT, nghĩa là Qdt  0 Phương

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

Q  Q  Q  Q  m Q          Q  Q  Q Q (1.2)

trong đó:

 QF

tổng công suất phản kháng do nhà máy phát ra

 QHT công suất phản kháng do HT cung cấp

 Qbù

công suất phản kháng cần bù cho HT

 Qtt tổng công suất phản kháng tiêu thụ

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

   QLtổng 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 các đường dây sinh

ra, khi tính sơ bộ lấy   QL   QC

   Qbtổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp, trong tính toán sơ bộ lấy    Qb 15% Q  max

 QtdCông suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện

Như vậy tổng công suất phản kháng do nhà máy điện phát ra bằng:

Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại theo Bảng 1-2:

1.3 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN

Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy:

Sau khi tính toán, ta được kết quả như sau:

Bảng 1-3.Hình thức vận hành của nguồn cung cấp

Chế độ phụ tải

Số tổ máy vận hành

Công suất phát của

1.4 KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHÂN TÍCH CÁC LOẠI SƠ ĐỒ

1.4.1 Kết luận

Trong Chương 1, đồ án đã tiến hành phân tích các đặc điểm của các nguồn và các phụ tải, cụ thể như:

 Vị trí địa lý của các nguồn và phụ tải

 Công suất nguồn và tải

Đã tiến hành cân bằng sơ bộ công suất trong hệ thống thiết kế, trên cơ sở đó xác định những phụ tải và công suất mà các nguồn cần cấp sao cho hợp lý, từ đó dự kiến các sơ đồ nối điện của lưới điện đang thiết kế Phương án tối ưu sẽ được tính toán lựa chọn trong các sơ đồ đưa ra

1.4.2 Phân tích các loại sơ đồ

 Các hộ tiêu thụ loại 1, cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động Vì vậy để cung cấp cho các hộ tiêu thụ loại 1

có thể sử dụng đường dây hai mạch hay mạch vòng

 Các hộ tiêu thụ loại 2, trong nhiều trường hợp được cung cấp bằng đường dây hai mạch hoặc bằng đường dây riêng biệt Nhưng nói chung cho phép cung cấp điện cho các hộ loại 2 bằng đường dây trên không một mạch, bởi

vì thời gian sửa chữa sự cố cho các đường dây trên không rất ngắn

 Các hộ tiêu thụ loại 3 được cung cấp điện bằng đường dây một mạch

Chương 2 : TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN

2.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN

2.1.1 Những vấn đề cần quan tâm

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nối điện 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 và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới

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 cầp cần dự kiến một số phương án và phương án tốt nhất sẽ chọn được trên cơ sở

so sánh kinh tế – kỹ thuật các phương án

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

2.1.2 Các phương án

Từ sơ đồ mặt bằng nguồn và phụ tải ta thấy các phụ tải gần nhau được bố trí theo từng nhóm riêng biệt nên việc tìm phương án tối ưu của mạng điện sẽ được chuyển thành bài toán tìm phương án tối ưu cho mỗi nhóm Căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện năng của các hộ tiêu thụ, vào đặc điểm và phương thức vận hành của các nhà máy điện, hệ thống công suất vô cùng lớn và sơ đồ địa lý của các phụ tải, ta phân nhóm như sau:

 Nhóm I: gồm NĐ và phụ tải 3, 4

 Nhóm II: gồm NĐ và phụ tải 5, 6

 Nhóm III: gồm HT và phụ tải 2, 8

 Nhóm IV: gồm nhà máy, HT và phụ tải 1, 7

Ta tiến hành tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn ra phương án tối ưu của từng nhóm, kết hợp lại ta được phương án nối điện tối ưu nhất cho cả mạng điện

 Đối với nhóm IV, do sơ đồ nối điện luôn là tối ưu nên ta chỉ tính toán kỹ thuật mà không phải so sánh về kinh tế

 Căn cứ vào ưu, nhược điểm của các loại sơ đồ đấu dây: hình tia, liên thông, mạch vòng; ta có thể lựa chọn ra những sơ đồ tối ưu để tính toán kinh tế - kỹ thuật trong các nhóm

NÐ

HTÐ

2

53,85km 40km

1

HTÐ

7

NÐ

2.2 NGUYÊN TẮC CHUNG TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC NHÓM

2.2.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện

Điện áp định mức của mạng điện quyết định trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện Khi tăng điện áp định mức thì tổn thất công suất và tổn thất điện năng sẽ giảm, nghĩa là giảm chi phí vận hành, giảm tiết diện dây dẫn và chi phí về kim loại khi xây dựng mạng điện, đồng thời tăng công suất giới hạn truyền tải trên đường dây, nhưng sẽ làm tăng vốn đầu tư xây dựng mạng điện

Điện áp của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của các phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và các nguồn cung cấp, vị trí tương đối giữa các phụ tải với nhau, sơ đồ của mạng điện… Do vậy cần phải lựa chọn điện áp định mức hợp lý cho từng mạng điện cụ thể

Có nhiều phương pháp khác nhau để lựa chọn điện áp hợp lý cho mạng điện, một phương pháp sử dụng khá rộng rãi là xác định điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm:

 khoảng cách truyền tải, km

 P công suất truyền tải trên đường dây, MW

 n số lộ của đường dây (đường dây đơn n = 1; đường dây kép n = 2)

2.2.2 Chọn tiết diện dây dẫn

Các mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC), đồng thời các dây dẫn thường được đặt trên các cột bê tông ly tâm 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

(Dtb 5m)

Đối với các mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện, nghĩa là:

max kt

IFJ



trong đó :

 Imaxdòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A

3 max

 n số lộ đường dây ( đường dây đơn n = 1, đường dây kép n = 2)

 Uđmđiện áp định mức của mạng điện, kV

 Sđmcông 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 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 2

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

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

 k1

hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ;

xq 1

 k2 hệ số hiệu chỉnh theo số lượng dây; cho bằng k2  1

2.2.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

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 trên các cực của thiết bị dùng điện Khi thiết kế mạng điện, ta giả thiết rằng HT 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 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 chọn sơ bộ các phương án cung cấp điện có thể đánh giá chất lượng điện năng theo các giá trị của tổn thất điện áp 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 15% 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 15 20% , nghĩa là:

max bt max sc

Đối với các tổn thất điện áp như vậy, cần sử dụng các máy biến áp điều chỉnh điện

áp dưới tải trong các trạm hạ áp

Tổn thất điện áp trên đường dây thứ i nào đó khi vận hành bình thường được xác định theo công thức:

công suất chạy trên đường dây thứ i

 R ,Xi iđiện 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 bằng:

isc ibt

U % 2 U %

  

2.3 TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CHO CÁC NHÓM

Hình 2-5.Sơ đồ mạng điện phương án 1 nhóm I

1 Chọn điện áp định mức của mạng điện

* Tính điện áp định mức trên đường dây NĐ-3:

Dòng công suất truyền tải trên đường dây NĐ -3 là:

Chiều dài đường dây (km)

Số lộ

Điện áp tính toán U (kV)

Điện áp định mức

Uđm (kV)

2 Chọn tiết diện dây dẫn

Khi tính tiết diện dây dẫn cần sử dụng các dòng công suất ở Bảng 2-1:

* Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây NĐ-3:

Dòng điện chạy trên đường dây được tính theo công thức (2.3) bằng:

3 3

102, 06

1,1

Chọn dây AC-95, Tra [1] – Bảng 2 trang 258 ta có : Icp330A

Khi ngừng một mạch của đường dây, dòng điện chạy trên mạch còn lại bằng:

3sc 3

I  2.I  2.102,06 204,12A  Như vậy Isc 204,12A 0,88.I cp0,88.330 290, 4A Thỏa mãn điều kiện (2.4) Tính toán đối với đường dây còn lại tương tự như đối với đường dây NĐ-4 Kết quả tính toán như sau:

Bảng 2-2.Chọn tiết diện dây dẫn phương án 1 nhóm I

Đường

dây

S (MVA)

Ibt (A)

Ftt(mm2)

Ftt (mm2)

Isc(A)

Icp(A)

k1.k2.Icp (A)

Loại dây NĐ-3 35 + j16,95 102,06 92,78 95 204,12 330 290,4 AC-95 NĐ-4 35 + j16,95 204,11 185,56 185 408,22 510 448,8 AC-

185

Sau khi chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn, cần xác định các thông số đơn vị của đường dây là r x , b0, 0 0 và tiến hành tính các thông số tập trung R, X và B/2 trong sơ đồ thay thế hình  của các đường dây theo công thức:

trong đó: n là số mạch đường dây

Đối với đường dây NĐ-3 : Tra Bảng 2, trang 258; Bảng 3, trang 260; Bảng 4 trang

261, [1] với dây AC-95 ta có r0  0,33( / km)  ;x0  0, 429( / km)  ;

6 0

r0 (/ km)

x0

/ km



b0.10-6 (S/km)

R ()

X ()

B/2.10-4 (S)

3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

Khi tính tổn thất điện áp, các thông số được lấy từ Bảng 2-2 và Bảng 2-3:

* Tính tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-3:

Trong chế độ làm việc bình thường tổn thất điện áp trên đường dây tính theo công thức (2.5) bằng:

Tính các tổn thất trên đường dây NĐ-4 tương tự ta có kết quả sau:

Bảng 2-4.Các giá trị tổn thất điện áp phương án 1

2.3.1.2 Phương án 2

Sơ đồ mạng điện phương án 2:

Hình 2-6 Sơ đồ mạng điện phương án 2 nhóm I

1 Chọn điện áp định mức của mạng điện

Dòng công suất chạy trên NĐ-3 có giá trị:

Kết quả tính toán như sau:

Bảng 2-5.Điện áp tính toán và điện áp định mức phương án 2 nhóm I

Đường dây

Công suất truyền tải S (MVA)

Chiều dài đường dây (km)

Số lộ

Điện áp tính toán U (kV)

Điện áp định mức Uđm

2 Chọn tiết diện dây dẫn

Kết quả tính toán như sau:

Bảng 2-6.Chọn tiết diện dây dẫn phương án 2 nhóm I

Đường

dây

S (MVA)

Ibt (A)

Ftt(mm2)

Ftt (mm2)

Isc(A)

Icp(A)

Kết quả tính các thông số của tất cả các đường dây trong mạng điện:

Bảng 2-7.Thông số của tất cả các đường dây phương án 2 nhóm I

Đường

dây (km)

Ftc (mm2)

r0 (/ km)

x0

/ km



b0.10-6 (S/km)

R ()

X ()

B/2.10-4 (S)

3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện

* Tổn thất điện áp trong chế độ làm việc bình thường:

Tổn thất điện áp trên đường dây NĐ-3 bằng:

* Tổn thất điện áp trên đường dây trong chế độ sự cố:

Khi tính tổn thất điện áp trên đường dây ta không xét các sự cố xếp chồng, nghĩa là đồng thời xảy ra trên tất cả các đường dây đã cho, chỉ xét sự cố ở đoạn nào mà tổn thất điện áp trên đường dây có giá trị cực đại

Xét khi ngừng 1 mạch trên đường dây NĐ-3 thì :

N3sc N3bt

Do mạch 3-4 là lộ đơn nên:  U3 4sc %   U3 4bt % 3,8% 

Bảng 2-8.Các giá trị tổn thất điện áp phương án 2 nhóm I

Tổn thất điện áp của mạng điện trong phương án 2 có giá trị :

 Khi làm việc bình thường :

Hình 2-7.Sơ đồ mạng điện phương án 1 nhóm II

Tính toán tương tự phương án 1 nhóm I, ta được các kết quả như sau:

Bảng 2-9.Điện áp tính toán và điện áp định mức phương án 1 nhóm II

Đường dây

Công suất truyền tải S (MVA)

Chiều dài đường dây (km)

Uđm (kV)

NÐ

Bảng 2-10.Chọn tiết diện dây dẫn phương án 1 nhóm II

Đườn

g dây

S (MVA)

Ibt (A)

Ftt(mm2)

Ftt (mm2)

Isc(A)

Icp(A)

k1.k2.Icp (A)

Loại dây NĐ-6 35 + j16,95 102,05 92,77 95 204,10 330 290,4 AC-95 NĐ-5 25 + j12,11 72,90 66,27 70 145,8 265 233,20 AC-70

Bảng 2-11.Thông số của đường dây phương án 1 nhóm II

Đường

dây (km)

Ftc (mm2)

r0 (/ km)

x0

/ km



b0.10-6 (S/km)

R ()

X ()

B/2.10-4 (S)

Bảng 2-12.Các giá trị tổn thất điện áp phương án 1 nhóm II

2.3.2.2 Phương án 2

Sơ đồ mạng điện phương án 2:

Hình 2-8.Sơ đồ mạng điện 2 nhóm II

1 Tính chọn điện áp định mức cho mạng điện

* Tính dòng công suất chạy trên đoạn đường dây trong mạch vòng NĐ-6-5-NĐ

Để thuận tiện ta ký hiệu chiều dài các đoạn đường dây như Hình 2-8 Để xác định các dòng công suất ta cần giả thiết rằng, mạng 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-6 bằng :

NÐ

42 ,4 2k m

50km

36 ,06k m

L1

L2

L3

Tính tương tự các phương án trên có bảng kết quả sau:

Bảng 2-13.Điện áp tính toán và điện áp định mức phương án 2 nhóm II

Đường dây

Công suất truyền tải S (MVA)

Chiều dài đường dây (km)

Số lộ

Điện áp tính toán U (kV)

Điện áp định mức

Uđm (kV)

110

2 Chọn tiết diện dây dẫn

* Tính tiết diện các đoạn đường dây trong mạch vòng NĐ-6-5-NĐ

Tính toán tương tự phương án 1 nhóm I, ta được các kết quả ở Bảng 2-14

* Kiểm tra dây dẫn khi sự cố :

Đối với mạch vòng đã cho, dòng điện chạy trên đoạn 6-5 sẽ có giá trị lớn nhất khi ngừng đường dây NĐ-5 hoặc NĐ-6, giả sử cho ngừng đoạn NĐ-6, Như vậy :

Kết quả tính tiết diện đường dây phương án 2 nhóm II :

Bảng 2-14.Chọn tiết diện dây dẫn phương án 2 nhóm II

Đường

dây

S (MVA)

Ibt (A)

Ftt (mm2)

Ftt (mm2)

Isc (A)

Icp (A)

k1.k2.Ic

p (A)

Loại dây NĐ-5 28,89 + j14 168,59 153,27 150 349,91 445 391,6 AC-150 NĐ-6 31,11 + j15,06 181,41 164,91 185 349,91 510 448,8 AC-185 6-5 3,89 + j1,89 22,70 20,64 70 145,80 265 233,2 AC-70

Kết quả tính các thông số của tất cả các đường dây trong mạng điện :

Bảng 2-15.Thông số của tất cả các đường dây phương án 2 nhóm II

Đường

dây (km)

Ftc (mm2)

R ()

X ()

B/2.10-4 (S)

Kết quả tính tổn thất điện áp như sau :

Bảng 2-16.Các giá trị tổn thất điện áp phương án 2 nhóm II