Đồ án tốt nghiệp ngành hệ thống điện lê văn quy

Với các thông số như tổng công suất đặt của nguồn, công suất cần cung cấp cho các phụ tải, hệ số công suất, loại hộ tiêu thụ,… ta có thể xác định được kết cấu của mạng điện và nhu cầu gi

********** -& -

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Lê Văn Quy

Điện áp thứ cấp (kV) 10 10 10 10 10 10 10 10 10

- Nguồn 1: Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn,

- Nguồn 2: Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi: 4x50 MW,

Giá 1kWh điện năng tổn thất: 1000 đồng/kWh

III Nội dung phần thiết kế lưới điện khu vực:

● Phân tích nguồn và phụ tải

● Cân bằng công suất, sơ bộ xác định chế độ làm việc của hai nguồn điện

● Lựa chọn điện áp

● Dự kiến các phương án của mạng điện, so sánh các phương án về mặt kỹ thuật

● So sánh các phương án về mặt kinh tế, chọn phương án tối ưu

● Lựa chọn máy biến áp, sơ đồ nối dây của các nhà máy điện và các trạm phân phối, sơ đồ nối dây chính của cả mạng điện

● Lựa chọn máy biến áp, sơ đồ nối dây của các nhà máy điện và các trạm phân phối, sơ đồ nối dây chính của cả mạng điện

● Vẽ sơ đồ thay thế của mạng điện,tính chính xác chế độ và cân bằng công suất

● Tính toán điều chỉnh điện áp

● Tính toán giá thành tải điện

IV Nội dung phần chuyên đề

Tính ổn định động khi xảy ra ngắn mạch ba pha tại đầu đường dây gần máy

phát điện

V Yêu cầu các bản vẽ

Gồm 5 bản:

● 01 bản vẽ sơ đồ các phương án nối dây

● 01 bản vẽ sơ đồ nối điện chính

● 01 bản vẽ sơ đồ thay thế tính toán

Xuất phát từ yêu cầu thực tế, em được nhà trường và khoa Hệ Thống Điện giao cho thực hiện đồ án tốt nghiệp là “Thiết kế lưới điện khu vực và tính toán ổn định động khi ngắn mạch ba pha ” Đồ án tốt nghiệp gồm 2 phần:

 Phần I: từ chương 1 đến chương 8 với nội dung: “Thiết kế mạng lưới điện khu vực 110 kV”

 Phần II: gồm chương 9 với nội dung: “ Tính ổn định động khi xảy ra ngắn mạch ba pha tại đầu đường dây gần máy phát điện”

Em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc đến các thầy cô giáo trong trường Đại học Điện lực nói chung và các thầy cô giáo trong khoa hệ thống điện bộ môn mạng và hệ thống điện nói riêng 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 cô giáo ThS Hoàng Thu Hà 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 có thể 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!

Sinh viên

Lê Văn Quy

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN, PHỤ TẢI XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ

ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN 11

1.1 Nguồn điện 13

1.2 Phụ tải: 14

1.3 Cân bằng công suất tác dụng 16

1.4 Cân bằng công suất phản kháng 17

1.5 Xác định sơ bộ chế độ làm việc của nguồn 18

1.5.1 Chế độ phụ tải cực đại 18

1.5.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 19

1.5.3 Chế độ sự cố 20

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ CHỌN ĐIỆN ÁP TRUYỀN TẢI 22

2.1 Đề xuất các phương án nối dây 22

2.1.1 Nhóm 1: 25

2.1.2 Nhóm 2: 25

2.1.3 Nhóm 3: 26

2.1.4 Nhóm 4: 26

2.1.5 Nhóm 5: 27

2.2 Lựa chọn điện áp định mức của mạng điện 27

2.2.1 Nhóm 1 28

2.2.2 Nhóm 2 29

2.2.3 Nhóm 3 30

2.2.4 Nhóm 4 32

2.2.5 Nhóm 5 33

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KỸ THUẬT 34

3.1 Phương pháp chọn tiết diện dây và tính tổn thất điện áp trong mạng 34

3.1.1 Chọn tiết diện dây dẫn 34

3.1.2 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện 35

3.2 Áp dụng cho từng nhóm và từng phương án 35

3.2.1 Nhóm 1 35

3.2.2 Nhóm 2 38

3.2.5 Nhóm 5 49

CHƯƠNG 4: TÍNH CHỈ TIÊU KINH TẾ - CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 51

4.1 Phương pháp tính chỉ tiêu kinh tế 51

4.2 Tính kinh tế cho các phương án đề xuất của các nhóm 52

4.2.1 Nhóm 1 52

4.2.2 Nhóm 2 53

4.3 Lựa chọn phương án tối ưu 57

CHƯƠNG 5: LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ CÁC TRẠM CHO PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC CHỌN 59

5.1 Chọn số lượng và công suất máy biến áp 59

5.1.1 Chọn số lượng và công suất các máy biến áp trong các trạm tăng áp 59

5.1.2 Chọn số lượng và công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp 60

5.2 Chọn sơ đồ nối dây cho các trạm 63

5.2.1.Trạm trung gian 63

5.2.2 Trạm hạ áp 63

5.2.3.Trạm tăng áp 65

5.2.4 Trạm liên thông .66

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CHẾ ĐỘ VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐIỆN 67

6.1 Chế độ phụ tải cực đại 68

6.1.1 Đường dây NĐ-1 68

6.1.2 Đường dây NĐ-5-3 70

6.1.3 Các đường dây NĐ-2 và NĐ-6 72

6.1.4 Đường dây NĐ-4-HT 74

6.1.5 Các đường dây HT-7, HT-8, và HT-9 77

6.1.6 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống 77

6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 79

6.2.1 Đường dây NĐ-2 79

6.2.2 Các đường dây còn lại 81

6.2.3 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống 81

6.3 Chế độ sự cố 83

6.3.1 Chế độ sau sự cố hỏng một tổ máy phát có công suất lớn nhất 83

6.3.2 Chế độ sau sự cố đứt một mạch đường dây 88

CHƯƠNG 7: TÍNH ĐIỆN ÁP TẠI NÚT PHỤ TẢI VÀ LỰA CHỌN

PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 97

7.1 Tính điện áp tại các nút trong mạng điện 97

7.1.1 Chế độ phụ tải cực đại (Ucs = 121 kV) 97

7.1.2 Chế độ phụ tải cực tiểu (Ucs = 115 kV) 99

7.1.3 Chế độ phụ tải sự cố (Ucs = 121 kV) 101

7.2 Lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp 102

7.2.1 Chọn đầu điều chỉnh cho máy biến áp có đầu phân áp cố định 106

7.2.2 Chọn đầu điều chỉnh cho máy biến áp bộ điều chỉnh điện áp dưới tải 108 CHƯƠNG 8: TÍNH CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT 112

8.1 Vốn đầu tư xây dựng lưới điện 112

8.2 Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện 113

8.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện 113

8.4 Các loại chi phí và giá thành 114

8.4.1 Chi phí vận hành hàng năm 114

8.4.2 Chi phí tính toán hàng năm 114

8.4.3 Giá thành truyền tải điện năng 114

CHƯƠNG 9: NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN VỀ ỔN ĐỊNH 118

9.1 Các chế độ làm việc của hệ thống điện 118

9.1.1 Hệ thống điện 118

9.1.2 Các chế độ của hệ thống 118

9.1.3 Yêu cầu đối với các chế độ của hệ thống điện 119

9.2 Định nghĩa ổn định của hệ thống điện 120

9.2.1 Ổn định tĩnh 120

9.2.2 Ổn định động 120

9.2.3 Ổn định tổng quát 121

9.3.Mục tiêu và phương pháp khảo sát ổn định động 121

9.3.1 Mục tiêu khảo sát ổn định động 122

9.3.2.Phương pháp khảo sát ổn định động 122

CHƯƠNG 10 : LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ, TÍNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC BAN ĐẦU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 125

10.1.2 Tính toán quy đổi các thông số 127

10.2 Tính toán chế độ làm việc ban đầu 129

10.2.1 Sơ đồ tính toán chế độ xác lập: 129

10.2.2 Tính toán chế độ xác lập trước khi ngắn mạch 129

CHƯƠNG 11: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH BA PHA Ở ĐẦU ĐƯỜNG DÂY PHÍA NHÀ MÁY ĐIỆN 131

11.1 Tính đặc tính công suất khi ngắn mạch 131

11.1.1 Tính tổng trở phụ tải 131

11.1.2 Tính đặc tính công suất khi ngắn mạch 131

11.2 Đặc tính công suất sau ngắn mạch 134

11.3 Tính góc cắt và thời gian cắt 136

11.3.1 Tính góc cắt (Tính góc δcắt bằng phuơng pháp diện tích) .136

11.3.2 Tính thời gian cắt 138

KẾT LUẬN CHUNG………

TÀI LIỆU THAM KHẢO………

PHẦN I THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN, PHỤ TẢI XÁC ĐỊNH

SƠ BỘ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN

Trong công việc thiết kế lưới điện khu vực, ta phải nắm được những yếu tố mấu chốt và điển hình về nguồn cung cấp và phụ tải trong phạm vi thiết kế Qua đó có thể định hướng rõ ràng trong bản dự án hiện tại cũng như sự phát triển của nó trong tương lai Với các thông số như tổng công suất đặt của nguồn, công suất cần cung cấp cho các phụ tải, hệ số công suất, loại hộ tiêu thụ,… ta có thể xác định được kết cấu của mạng điện và nhu cầu gia tăng phụ tải

1.1 Nguồn điện

Lưới điện thiết kế gồm 2 nguồn cung cấp là nhà máy nhiệt điện và hệ thống điện

Hệ thống điện (HT) có công suất vô cùng lớn:

 Điện áp trên thanh góp hệ thống: U = 110 kV

 Hệ số công suất trên thanh góp: cosφđm = 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

Nhà máy nhiệt điện (NĐ) gồm 4 tổ máy:

Đối với các nhà máy nhiệt điện, máy phát làm việc ổn định khi phụ tải có P ≥ 70%Pđm, còn khi P ≤ 30%Pđm thì các máy phát ngừng làm việc

Công suất phát kinh tế của các máy phát ở nhà máy nhiệt điện thường bằng (70

có hai máy biến áp làm việc song song để đảm bảo cung cấp điện liên tục cũng như đảm bảo chất lượng điện năng ở mọi chế độ vận hành Còn phụ tải số 3 là phụ tải loại III, đây là phụ tải có độ quan trọng thấp hơn, nếu gián đoạn cung cấp điện thì sẽ không gây thiệt hại lớn do đó ta chỉ cần sử dụng đường dây đơn và trạm biến áp có một máy biến áp để cung cấp điện

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

Kết quả giá trị công suất của phụ tải trong chế độ cực đại và cực tiểu:

Bảng 1-2: Bảng tính toán số liệu phụ tải ở chế độ cực đại và cực tiểu

S max , MVA

P min ,

MW

Q min , MVAr

S min , MVA

1.3 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 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 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:

dt td max

tt ND

trong 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

Tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác định ở mục 1.2 bằng : Pmax 240 MW

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

max

P 5% P 0, 05.240 12 MW

Công suất tác dụng tự dùng trong nhà máy điện bằng:

WM2050.4.1,0P

%10

Ptd dm Tổng công suất tiêu thụ trong mạng điện có giá trị:

P P  P P 240 12 20  272 MWNhư vậy, công suất mà hệ thống cung cấp cho phụ tải lúc này là:

P  P P 272 4.50 72 MW 

1.4 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:

dt td b C

L max

tt HT

trong đó:

▪ QF - tổng công suất phản kháng do NĐ 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 QL QC;

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

có thể lấy Qb 15%Qmax ;

▪ Qtd - công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện, ta lấy cosφtd = 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 Qdt sẽ lấy ở hệ thống, nghĩa là Qdt = 0

Hệ số công suất của nhà máy là cosφ = 0,85 => tgφF = 0,62

Hệ số công suất của hệ thống là cosφ = 0,85 => tgφHT = 0,62

Hệ số công suất tự dùng là cosφtd = 0,75 => tgφtd = 0,88

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

Q = P tgφ = 200.0,62 = 124 MVAr Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp là:

Q = P tgφ = 72.0,62 = 44,64 MVAr Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác định

Q Q  Q Q 116, 24 17, 44 17,6 151, 28 MVAr  Tổng công suất phản kháng được cung cấp từ hệ thống và nhà máy:

Q + Q = 124 + 44,64 = 168,64 MVAr

Từ các kết quả tính toán trên nhận thấy rằng, công suất phản kháng do các nguồn cung cấp lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ Vì vậy không cần bù công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế

1.5 Xác định sơ bộ chế độ làm việc của nguồn

Vì trong mạng điện thiết kế, hệ thống có công suất vô cùng lớn nên ta chọn hệ thống làm nhiệm vụ cân bằng công suất

1.5.1 Chế độ phụ tải cực đại

Nhà máy nhiệt điện cho phát kinh tế từ 70% đến 90% tổng công suất định mức, trong hệ thống này ta cho nhà máy phát cố định 85%Pđm Ta xác định công suất phát của hệ thống để công suất được cân bằng

Công suất phát kinh tế của nhà máy:

P = 85%.P = 0,85.200 = 170 MW Công suất phản kháng của nhà máy ở chế độ phụ tải cực đại:

Q = P tgφ =170.0,62 =105,4 MVAr Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy tính sơ bộ như sau:

P = 10%P = 0,1.200 = 20 MW Công suất phản kháng tự dùng của nhà máy lúc này là:

Q = P tgφ = 20.0,88 = 17,6 MVAr Tổng công suất tác dụng yêu cầu của lưới ở chế độ cực đại:

vhHTmax vhHTmax HT

Q = P tgφ = 99.0,62 = 61,38 MVAr Tổng công suất phản kháng yêu cầu của lưới ở chế độ cực đại:

Q = P tgφ =127,5.0,62 = 79,05 MVAr

Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy:

P = 10%P = 0,1.200 = 20 MW Công suất phản kháng tự dùng của nhà máy lúc này là:

Q = P tgφ = 20.0,88 = 17,6 MVAr Tổng công suất tác dụng yêu cầu của lưới ở chế độ cực tiểu:

vhHTmin vhHTmin HT

Q = P tgφ = 35,25.0,62 = 21,86 MVAr Tổng công suất phản kháng yêu cầu của lưới ở chế độ cực tiểu:

WM15050.3

Psc  Công suất phản kháng của nhà máy lúc này là:

Q = P tgφ =150.0,62 = 93 MVAr Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy:

P 10%.P 0,1.20020 MWCông suất phản kháng tự dùng của nhà máy lúc này là:

Q = P tgφ = 20.0,88 = 17,6 MVAr Tổng công suất tác dụng yêu cầu của lưới ở chế độ sự cố:

vhHTsc vhHTsc HT

Q = P tgφ =115,2.0,62 = 71,42MVAr Tổng công suất phản kháng yêu cầu của lưới ở chế độ sự cố:

Bảng 1-3: Tổng kết phương thức vận hành của nhà máy và hệ thống

Chế độ vận hành Giá trị Nhà máy nhiệt điện Hệ thống

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ CHỌN

ĐIỆN ÁP TRUYỀN TẢI

2.1 Đề xuất 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 được 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, cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động Vì vậy để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I

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

Để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện ta sử dụng phương pháp chia lưới điện thành các nhóm nhỏ, trong mỗi nhóm ta đề ra các phương án nối dây, dựa trên các chỉ tiêu về kinh tế - kỹ thuật ta chọn được một phương án tối ưu của từng nhóm Vì các nhóm phân chia độc lập, không phụ thuộc lẫn nhau nên kết hợp các phương án tối

ưu của các nhóm lại ta được sơ đồ tối ưu của mạng điện

Ưu nhược điểm của phương pháp chia nhóm :

- Ưu điểm: phương pháp này giúp ta chọn được sơ đồ tối ưu nhất mà các phương pháp khác chưa thực hiện được

- Nhược điểm: việc chia nhóm phụ thuộc nhiều vào số lượng và vị trí địa lý của các phụ tải Khi vị trí địa lý của các phụ tải đan xen nhau, việc chia nhóm sẽ gặp nhiều khó khăn

Việc chia nhóm sẽ được thực hiện như sau: trước tiên dựa vào vị trí địa lý và công suất của các nguồn và phụ tải, chúng ta sẽ xem xét xem các phụ tải được lấy công suất từ nguồn nào Ở đây chúng ta có hai nguồn, các phụ tải sẽ được cung cấp từ nguồn gần nó nhất, nếu phụ tải nằm ở vị trí gần giữa 2 nguồn thì chúng ta sẽ xét đến công suất của nguồn và tổng công suất của các phụ tải xung quanh nó để đưa ra quyết định nối phụ tải đó với nguồn nào Sau đó chúng ta sẽ tiến hành phân chia thành các nhóm Việc vạch phương án sẽ được tiến hành đối với mỗi nhóm Cụ thể như sau:

Như đã tính ở mục 1.5 ta có: Pkt 170 MW, Ptd 20 MW; khi tính toán sơ bộ , ta

có thể lấy một cách gần đúng :

∑ΔP = 5%.∑Pmax = 5%.240 = 12 MW Dựa vào vị trí các phụ tải, nếu phụ tải 1, 2, 3, 5, 6 nối với nhà máy nhiệt điện thì

sơ bộ ta tính được lượng công suất truyền từ NĐ vào phụ tải 4 là:

P P - P - (P    P P P P ) - P 170 - 20 -126 -12 12 32 MW Lượng công suất còn thiếu là 20 MW sẽ do hệ thống truyền về

Như vậy ta sẽ phân khu vực nhà máy nhiệt điện cung cấp điện cho các hộ phụ tải lân cận nó là 1, 2, 3, 5, 6; khu vực hệ thống cung cấp điện cho các hộ phủ tải là 7, 8,

9 Nhà máy và hệ thống liên hệ thông qua đường dây liên lạc nối qua phụ tải 4

Dựa trên cơ sở vị trí địa lý giữa các phụ tải, ta lại phân hai khu vực trên làm các nhóm nhỏ Phía nhà máy nhiệt điện được chia làm hai nhóm, phía hệ thống chia làm hai nhóm Cụ thể là:

▪ Nhóm 1 gồm nhà máy nhiệt điện, hệ thống, phụ tải 4

▪ Nhóm 2 gồm nhà máy nhiệt điện, phụ tải 1, phụ tải 3, phụ tải 5

▪ Nhóm 3 gồm nhà máy nhiệt điện, phụ tải 2, phụ tải 6

▪ Nhóm 4 gồm hệ thống, phụ tải 7, phụ tải 8

▪ Nhóm 5 gồm hệ thống, phụ tải 9

Để vạch ra được các phương án nối dây cho mỗi nhóm, ta phải dựa trên ưu điểm, nhược điểm của các sơ đồ hình tia, liên thông, mạch vòng và yêu cầu của các phụ tải:

 Độ tin cậy cung cấp điện thấp

 Vốn đầu tư lớn do tổng chiều dài đường dây và số thiết bị đóng cắt trên đường dây lớn

Mạng điện liên thông:

- Ưu điểm:

 Việc thi công sẽ thuận lợi hơn vì làm trên cùng một tuyến đường dây

 Vốn đầu tư rẻ do tổng chiều dài đường dây ngắn

 Độ tin cậy cung cấp điện tốt hơn hình tia

- Nhược điểm:

 Khi xảy ra sự cố ở đoạn đường dây gần nguồn thì sẽ gây ảnh hưởng tới toàn bộ phụ tải phía sau nó

 Tổn thất điện áp và tổn thất điện năng cao hon so với sơ đồ hình tia

 Bị giới hạn công suất chuyền tải trên đường dây, tổng công suất không được quá lớn

Mạng điện mạch vòng:

- Ưu điểm:

 Mỗi phụ tải đều được nhận điện từ hai phía nên độ tin cậy cao

 Vốn đầu tư ít hơn do chiều dài đường dây ngắn, và là đường dây đơn

- Nhược điểm:

 Số lượng máy cắt cao áp nhiều hơn, bảo vệ rơle phức tạp hơn

 Tổn thất điện áp lúc sự cố lớn

 Vận hành phức tạp hơn

Hình 2-1: Sơ đồ chia nhóm phụ tải

Hình 2-3: Các phương án nối dây của nhóm 2

Do phụ tải 3 là phụ tải loại III, không quá quan trọng, không cần phải đi mạch vòng kín nên ta có thể loại bỏ phương án 2d , giữ lại ba phương án 2a, 2b và 2c để tính toán

2

6

Hình 2-4: Phương án nối dây của nhóm 3

2.1.5 Nhóm 5:

9 HT

Hình 2-6: Phương án nối dây của nhóm 5

2.2 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 Nếu điện áp cao thì dòng điện nhỏ sẽ được lợi về dây dẫn nhưng xà sứ cách điện phải lớn Ngược lại nếu điện áp thấp thì được lợi về cách điện, cột xà nhỏ hơn nhưng chi phí cho dây dẫn sẽ cao hơn 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 sau:

▪ 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;

▪ n - số lộ đường dây làm việc song song Với đường dây đơn thì n = 1, với đường dây kép thì n = 2

Áp dụng lần lượt tính toán cho từng nhóm và từng phương án

2.2.1 Nhóm 1

Tính điện áp định mức trên đường dây NĐ-4-HT

Công suất tác dụng từ NĐ truyền vào đường dây NĐ-4 được xác định:

P = P - P - P - ΔP

▪ Pkt - 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

P = P + P + P + P + P ; và ΔP = 5%PN NTheo kết quả tính toán ở phần 1.5, ta có:

Q = P tg = 27.0, 484 = 13, 07 MVArNhư vậy: SN4 = 27 + j13,07MVA

Dòng công suất truyền tải trên đường dây HT-4 là:

S = S -S = 32 + j15,5 - (27 + j13,07) = 5 + j2, 43MVA Điện áp tính toán trên đoạn đường dây NĐ-4 bằng:

S =25+j12,16.

NĐ

S N2

Hình 2-7: Dòng công suất mạch vòng NĐ-2-6-NĐ

Nhƣ vậy dòng công suất chạy trên đoạn NĐ-2 bằng:

.

Do đó, chiều công suất ngược với giả thiết; nút 6 là điểm phân công suất

Điện áp tính toán trên đoạn NĐ-2:

U = 4,34 l +16.P = 4,34 51+16.29,11 = 98, 66 kVĐiện áp tính toán trên đoạn NĐ-6 là:

U = 4,34 l +16.P = 4,34 64, 03 +16.23,89 = 91, 68 kVĐiện áp tính toán trên đoạn 2-6 là:

U = 4,34 l +16.P = 4,34 41, 23 +16.1,11 = 33,33 kVNhư vậy, ta chọn điện áp định mức cho phương án 3b là 110 kV

c Phương án 3c

Tính toán tương tự như phương án 2b) với nhánh NĐ-2-6

Kết quả tính toán điện áp trên các đường dây được ghi trong bảng sau:

Bảng 2-1: Điện áp tính toán của nhóm 3

2.2.4 Nhóm 4

a Phương án 4a

Để xác định dòng công suất, ta giả thiết rằng mạng điện đồng nhất và tất

cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện Giả sử chiều dòng công suất như hình vẽ:

S = S -S = (26,33 + j12, 75) - (23 + j11,13) = 3,33 + j1, 62 MVA

Do đó, nút 7 là điểm phân công suất

Điện áp tính toán trên đoạn HT-7:

U = 4,34 l +16.P = 4,34 67, 08 +16.23, 67 = 91, 63 kVĐiện áp tính toán trên đoạn HT-8là:

U = 4,34 l +16.P = 4,34 53,85 +16.24, 25 = 91, 22 kVĐiện áp tính toán trên đoạn 7-8 là:

U = 4,34 l +16.P = 4,34 51+16.3,33 = 44,32 kVNhư vậy, ta chọn điện áp định mức cho phương án 4a) là 110 kV

b Phương án 4b

Tính toán tương tự như phương án 3a) với các nhánh HT-7 và HT-8

c Phương án 4c

Tính toán tương tự như phương án 3c) với nhánh HT-8-7

Kết quả tính toán điện áp trên các đường dây được ghi trong bảng sau:

Bảng 2-2: Điện áp tính toán của nhóm 4

Phương

án

Đường dây

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

3.1 Phương pháp chọn tiết diện dây và tính tổn thất điện áp trong mạng

3.1.1 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 tuỳ 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 5 m (Dtb = 5 m)

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

▪ 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 = 4500h 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:

max max

▪ Uđm - điện áp định mức của mạng điện, Uđm =110 kV;

▪ 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

Đối với đường dây 110 kV, để giảm sự xuất hiện vầng quang (cũng như tổn thất vầng quang) các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F ≥ 70 mm2

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

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

3.1.2 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 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 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 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 20%, nghĩa là:

maxbt maxsc



Tổn thất điện áp trên đường dây thứ i khi vận hành bình thường được tính:

%100U

XQRP

%

dm

i i i i ibt







trong đó:

▪ 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 sự cố ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trên đường dây bằng:

% U 2

 Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây

- Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây NĐ-4

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

N4max N4max

dm

n 3U 2 3.110Tiết diện dây dẫn:

2 N4max

Khi sự cố một tổ máy phát điện thì ba máy phát còn lại sẽ phát 100% công suất

Do đó tổng công suất phát của nhiệt điện bằng:

F

P = 3.50 = 150 MWCông suất tự dùng của nhà máy bằng:

P = 10%P = 0,1.200 = 20 MWCông suất chạy trên đường dây bằng:

P = P - P - P = 150 - 20 -126 = 4 MWNên trong sự cố này đường dây NĐ-4 sẽ truyền tải 4 MW

Công suất phản kháng chạy trên đường dây có thể tính gần đúng:

4 + 2, 48

I = 10 = 12,35 A

2 3.110

Như vậy ta thấy rằng:I2sc Icp

- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây HT-4

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

H4max H4max

dm

n 3U 2 3.110Tiết diện dây dẫn:

2 H4max

Trường hợp ngừng một tổ máy phát, dòng công suất từ hệ thống truyền vào đường dây HT-4 bằng:

.

S = S - S = 21+ j11.62 - (4 + j2,84) = 17 + j8, 78 MVA Dòng điện chạy trên đường dây HT-4:

3 2sc

17 + 8, 78

I = 10 = 50, 22 A

2 3.110Như vậy: I2sc Icp

Kết quả chọn tiết diện dây dẫn của nhóm 1 cho ở bảng sau:

Bảng 3-1: Thông số các đường dây của nhóm 1

Đường

Dây

S, MVA

x 0 , Ω/km

b 0 , 10 -6 s/km

NĐ-4 27+j13,07 78,72 95 330 58,31 0,33 0,43 2,65 HT-4 5+j2,43 14,59 70 265 90 0,46 0,44 2,58

 Tổn thất điện áp trong mạng điện

Ta có các thông số tập trung của đường dây được xác định theo công thức:

trong đó n là số mạch của đường dây

Các thông số tập trung của đường dây NĐ-4 là:

Kết quả tính tổn thất điện áp trên đường dây cho trong bảng sau:

Bảng 3-2: Các giá trị tổn thất điện áp của nhóm 1

a Phương án 2a

 Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây

Dòng điện chạy trên đường dây NĐ-1 khi phụ tải cực đại bằng:

N1max N1max

dm

n 3U 2 3.110Tiết diện dây dẫn:

2 N1max

Chọn dây dẫn AC-70 có Icp = 265 A

Kiểm tra điều kiện sự cố:

Khi ngừng một mạch đường dây NĐ-1, dòng điện chạy trên mạch còn lại là:

N1-sc1

I = 2.69,98 = 139,96 ANhư vậy: IscIcp

Tính toán đối với các đường dây còn lại được tiến hành tương tự như đối với đường dây NĐ-1

Kết quả chọn tiết diện dây dẫn của phương án 2a cho ở bảng sau:

Bảng 3-3: Thông số các đường dây của phương án 2a

Đường

dây

S, MVA

x 0 , Ω/km

b 0 , 10 -6 s/km

NĐ-1 24+j11,62 69,98 63,62 70 265 139,96 0,46 0,44 2,58 NĐ-3 21+j10,16 122,47 111,34 120 380 - 0,27 0,42 2,69 NĐ-5 28+j13,55 81,65 74,22 95 330 163,30 0,33 0,43 2,65

Tổn thất điện áp trong mạng điện

Các thông số tập trung của đường dây N-1 là:

Kết quả tính tổn thất điện áp trên đường dây cho trong bảng sau:

Bảng 3-4: Các giá trị tổn thất điện áp của phương án 2a

Đường dây R, Ω X, Ω (B/2).10 -4 , s ΔU i bt , % ΔU i sc , %

 Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây

- Chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây NĐ-5

Tính toán tương tự phương án 2a ta được kết quả như trong bảng 3-5

- Chọn tiết diện các đoạn đường dây trong mạch liên thông NĐ-1-3

Dòng điện chạy trên đường dây NĐ-1 khi phụ tải cực đại bằng:

N1max N1max

dm

S 45 + 21, 79

n 3U 2 3.110Tiết diện dây dẫn:

2 N1max