Bài tập môn học lưới điện

Bài tập môn học lưới điện

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

1.1.Sơ đồ địa lý

(1 ô =10 km x 10 km)Những số liệu về phụ tải

-Lưới điện thiết kế gồm4 phụ tải ( từ phụ tải 1 đến phụ tải 4)

+ Trong đó có phụ tải 1;2;3;thuộc hộ loại I + Phụ tải 4 là hộ loại III

-Bảng 1.1 :Số liệu tính toán của phụ tải tính toán :

Smin(MVA)

cos (MW)Pmax (MW)Pmin

Qmax(MVAr)

Qmin(MVAr)

Tmax(h)

Trong đó:

- Công suất nguồn lớn (5÷7) lần công suất tải

∑ (MVA) và tổng công suất nhỏ nhất là : ∑Smin =65(MVA).

- Các hộ phụ tải loại I bao gồm hộ:1;2;3 là những hộ quan trọng, vì vậy phải

dự phòng chắc chắn Mỗi phụ tải phải được cấp điện bằng một lộ đường dây kép và hai máy biến áp làm việc song song để đảm bảo cấp điện liên tục cũng như đảm bảo chất lượng điện năng ở một chế độ vận hành.Khi ngừng cấp điện có thể làm hỏng sản phẩm, hư hại thiết bị gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động của phụ tải

- Các hộ phụ tải loại III (hộ 4) là các hộ phụ tải ít quan trọng hơn nên để giảm chi phí đầu tư ta chỉ cần cấp điện bằng một đường dây đơn và một máy biến áp

- Yêu cầu điều chỉnh điện áp

Trong mạng điện thiết kế các hộ 1;2;4 có yêu cầu điều chỉnh điện áp thường Ở phương pháp này độ lệch điện áp phải thỏa mãn các chế độ như sau:

Chế độ phụ tải cực tiểu : dUmin% ≤ +7.5%

Chế độ phụ tải cực đại: dUmax% ≥+2.5%

Phụ tải 3 có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường nên phạm vi chỉnh điện áp ở chế độ cực đại, cực tiểu, sự cố là:

Chế độ phụ tải cực tiểu :dUmin% = 0 %

Chế độ phụ tải cực đại : dUmax% = +5 %

Chế độ phụ tải sự cố :dUsc% = 0÷ +5%

- Tất cả các phụ tải đều có điện áp hạ như nhau là 35 kV

CHƯƠNG 2: DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 2.1.Dự kiến các phương án nối dây.

-Các chỉ tiêu chỉ tiêu kinh tế -kĩ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nối dây ,vì vây sơ đồ của mạng điện cần phải có 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 triện trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới.Các hộ phụ tải loại I được cấp điện bằng đường dây hai mạch hoặc mạch vòn,các

hộ phụ tải loai III được cấp điện bằng đường dây một mạch

Từ sơ đồ mặt bằng của nguồn điện và các phụ tải đã cho chúng ta có thểđưa ra các phương án nối dây cho mạng điện trên.Qua tiến hành đánh giá sơ bộ chúng ta có thể giữ lại 4 phương án sau :

-Phương án nối dây số 1

Phương án nối dây số 2

Phương án nối dây số 3

Phương án nối dây số 4

1 4

CHƯƠNG 3 CHỌN ĐIỆN ÁP ĐỊNH MỨC CHO LƯỚI ĐIỆN.

3.1.Chọn điện áp định mức

Lựa chọn cấp điện áp định mức cho mạng điện là nhiệm vụ rất quan trọng, vì trị sốđiện áp ảnh hưởng trực tiếp đến các chi phí kinh tế, kỹ thuật của mạng điện Để chọnđược cấp điện áp hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Phải đáp ứng được yêu cầu mở rộng phụ tải sau này

- Đảm bảo tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải

- Khi điện áp càng cao thì tổn thất công suất càng bé, sử dụng ít kim

loại màu (I nhỏ) Nhưng điện áp càng tăng cao thì chi phí xây dựng mạng điện cànglớn và giá thành thiết bị càng tăng.Vì vậy phải chọn điện áp định mức như thế nào chophù hợp về kinh tế và kĩ thuật

Chọn điện áp tối ưu theo công thức kinh nghiệm:

Ui = 4,34 l i +16P i

Trong đó:

Ui - điện áp đường dây thứ i (kV)

li - khoảng cách từ nguồn đến phụ tải thứ i ( km)

Pi- công suất lớn nhất trên đường dây thứ i(MW)

Từ bảng số liệu trên ta chọn điện áp định mức cho mạng điện là Uđm = 110kV

3.2 Tính toán chọn tiết diện dây dẫn

-Do mạng điện thiết kế có Uđm =110kV Tiết diện dây dẫn thường được chọn theo phương pháp mật độ kinh tế của dòng điện Jkt.

Fkt = J kt

Imax

(*)

Với Imax là dòng điện cực đại trên đường dây trong chế độ làm việc bình thường, được xác định theo công thức:

Imax = dm

i

U n

S

3

max

2 2

.U 3 n

Qi Pi

× +

Trong đó :

Jkt - mật độ kinh tế của dòng điện

Uđm - điện áp định mức của dòng điện (kV)

Smaxi - công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại.(MVA)

n - số lộ đường dây

Ta sử dụng dây nhôm lõi thép ( AC ) để truyền tải với thời gian sử dụng công suất cực đại của phụ tải là từ : 3000-5000h , nên ta có mật độ kinh tế của dòng điện Jkt = 1,1A/mm2

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức (*), tiết hành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang Độ bền cơ về đường dây và điều kiện pháp nóng của dây dẫn

- Kiểm tra điều kiện vầng quang

Theo điều kiện, tiết diện dây dẫn không được nhỏ hơn trị số cho phép đối với mỗi cấp điện áp

Với cấp điện áp 110kV, để không xuất hiện vầng quang tiết diện dây dẫn tối thiểu được phép là 70mm2

-Kiểm tra phát nóng dây dẫn

Theo điều kiện:

Isc max < k Icp.

Trong đó :

Icp - dòng điện cho phép của dây dẫn, nó phụ thuộc vào bản chất và tiết diện của dây

k - hệ số quy đổi theo nhiệt độ Khc = 0.88 ứng với nhiệt độ là 25oc

Đối với đường dây kép : Isc max = 2.Ibt max < 0.88.Icp.

Đối với đường dây đơn khi có sự cố sẽ dẫn đến mất điện

3.3 Tiêu chuẩn tổn thất điện áp

-Các mạng điện 1 cấp điện áp đạt tiêu chuẩn kĩ thuật nếu trong chế độ phụ tải cực đạicác tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ làm việc bình thường và chế độ sự cố nằm trong khoảng sau đây:

%15

%10

∆U bt

% 20

% 15 max = −

∆U sc

- Đối với những mạng điện phức tạp (mạng điện kín), có thế chấp nhận tổn thất điện

áp lớn nhất trong chế độ phụ tải cực đại và chế độ sự cố nằm trong khoảng:

%20

%15

×

∑+

∑

dm

i i i i U

X Q R P

%

Pi ,Qi là công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây thứ i (MW, MVAr)

Ri, Xi là điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây thứ i(Ω)

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KINH TẾ ,KỸ THUẬT CHO TỪNG PHƯƠNG ÁN

4.1.TÍNH TOÁN KỸ THUẬT

4.1.1.-Phương án nối dây số 1

Imax A-1 =

3 max1 10

3. dm

S

n× U =

38110.2 3 =99, 7241

- Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có:

Ftc= 70 mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng: vì đoạn A-1 là đường dây kép nên khi hỏng một

lộ thì lộ còn lại vẫn phải làm việc bình thường

Isc = 2.Ibt max = 2.99,7241= 199,448(A)

Isc < 0,88.Icp = 290,4A ( thỏa mãn điều kiện )

-Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây

Với loại đường dây AC- 95 ta có: ro=0,33Ω/km, xo=0,429Ω/km

Điện trở và điện kháng đường dây :

đường

dây

Số

xo(Ω/km) R(Ω) X(Ω) ∆U bt % ∆U sc %

Đoạn đường dây 1-2

− =

78, 7296 1,1 = 71,572(mm2)Chọn dây dẫn loại AC- 70có tiết diện chuẩn là 70mm2 và dòng điện cho phép Icp= 265A; ro=0,45Ω/km, xo=0,44Ω/km

Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có :

Ftc=70mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :

Isc = 2.Ibt max = 2.78,7296 157, 459= (A)

Isc < 0,88.Icp = 233,2A ( thỏa mãn điều kiện )

-Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây

Điện trở và điện kháng đường dây :

R= .

1

n ro.l = .0,

1 40

(Ω)

X =n

1

xo .l = .0, 44

1 40

b- Đoạn đường dây A-1

-Chọn tiết diện dây dẫn

Icp=445A;ro=0,21Ω/km, xo=0,416Ω/km

- Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có:

Ftc=150mm2 > 70 mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

-Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :

Isc = 2.Ibt max = 2.178, 454 356,907= (A)

Isc< 0,88.Icp=391,6( thỏa mãn điều kiện )

.Điện trở và điện kháng đường dây :

1

3,348 0

%

- Tổn thất điện áp ở chế độ sự cố :∆UNA1sc %=2.∆UA-1bt % = 2.3,348 % = 6, 696 %

Các đoạn đường dây còn lại đã tính ở phương án I, ta có các bảng số liệu:

Đoạn

đường

dây

Sốmạch Smax (km)li Fkt Loại dây R(Ω) X(Ω) ∆U bt % ∆U sc

%

68 28,284 162,23 AC-150 2,9698 5,8831 3,348 6,696

∆UA-1-2sc%=2.∆UA-1bt+∆U1-2bt= 6,696+ 3,094= 9,79(%)

∆UA-1-2bt%=.∆UA-1bt+∆U1-2bt= 3,348+ 3,094= 6,442%

Như vậy :

∆Usc max% = 9,79<20% (thỏa mãn điều kiện)

∆Ubt max%= 6,442< 10%

Vậy phương án 2 đạt yêu cầu kĩ thuật

4.1.3Phương án nối dây số 3

a;Đoạn đường dây 3-4

Icp=330A.;.ro=0,33Ω/km, xo=0,429Ω/km

Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có :

Ftc =70mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

-Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây

Điện trở và điện kháng đường dây :

-Chọn tiết diện dây dẫn.

phép Icp= 380A;ro=0,27Ω/km, xo=0,423Ω/km

Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có :

Ftc >70mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

-Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :

Isc = 2.Ibt max = 2.146,962= 293,924 (A)

Isc< 0,88.Icp=334,4( thỏa mãn điều kiện )

-Tính tổn thất điện áp trên đường dây

Điện trở và điện kháng đường dây :

,39

5, 769

%

- Tổn thất điện áp ở chế độ sự cố :∆UNA4sc %=2.∆UA-4bt % = 2.5,769 11,54= %

Các đoạn đường dây còn lại đã tính ở phương án I, ta có các bảng số liệu:

Đoạn

đường

dây

Sốmạch Smax (km)li Fkt Loại dây R(Ω) X(Ω) ∆U bt % ∆U sc

∆U %=2.∆U +∆U = 11,54+ 2,605= 14,145(%)

∆UA-3-4bt%= ∆UA-3bt+∆U3-4bt= 5,769+ 2,605=8,374%

Như vậy :

∆Usc max% = 14,145<20% (thỏa mãn điều kiện)

∆Ubt max%= 8,374< 10%

Vậy phương án 3 đạt yêu cầu kĩ thuật

Phương án nối dây số 4

Ở phương án này các phụ tải 1 và 2 nối với nhau thành mạch kín Các

phụ tải còn lại được tính giống phương án 1

- Tính phân công suất trên đoạn đường dây

Giả sử các đường dây có cùng tiết diện, mạch điện đồng nhất ,ta có :

- Công suất trên đoạn A-1

Vậy điểm phụ tải 2 là điểm phân công suất

a - Đoạn đường dâyA-1

-Chọn tiết diện dây dẫn

max

đm

U

Q P

3

2 max

2 max + 2,7295 2 2, 2

5

0471 3.3

Chọn dây dẫn loại AC- 50 ,có tiết diện chuẩn là 50mm2 và dòng điện cho phép Icp= 210A.

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : đối với đường dây A-1 có 2 trường hợp vận hành

sự cố :

+ trường hợp sự cố đoạn 1-2+ trường hợp sự cố đoạn A-2

Ta thấy rằng trường hợp sự cố đoạn A-2 nguy hiểm hơn vì phải tải một lượng công suất tới phụ tải 2.Khi có sự cố đoạn A-2,công suất chạy trên đoạn còn lại là

Chọn dây dẫn AC- 35, Icp= 175A

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : đối với đường dây A-2 có 2 trường hợp vận hành sự cố :

+ trường hợp sự cố đoạn 1-2

1

A dm

S U

− 4,962 3, 72 102 3

3.35 +

+ trường hợp sự cố đoạn A-1Cũng giống như đường dây A-1,sựcố nguy hiểm nhất là trên đoạn A-1 Khi có sự cố đoạn A-1,công suất chạy trên đoạn còn lại là = = 4,96 + j3,72 (MVA)

.Chọn dây dẫn AC-35với Icp=175A

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :với đường dây này có 2 TH vận hành sự cố

+ Trường hợp sự cố đoạn A-1+ Trường hợp sự cố đoạn A-2

Sự cố đường dây A-1 nguy hiểm hơn do phụ tải của nó lớn hơn

2

A

S −

1

A

S −

1max 3.

A dm

S U

− 4,962 3, 72 102 3

3.35 +

Isc = = 56,281(A )< 0,88Icp= 154 (thoả mãn điều kiện)

• Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây

− − + − −

2

16, 2786 7,9604 0,3295.

.100 0,598%

3

.0, 24 5

+

Vậy phương án IV đạt yêu cầu kĩ thuật.

Bảng tổng kết tổn thất điện áp của 4 phương án:

4.2CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU THEO CHỈ TIÊU KINH TẾ

4.2.1.-PHƯƠNG PHÁP TÍNH CHỈ TIÊU KINH TẾ

Để so sánh về mặt kinh tế ta sử dụng hàm chi phí tinh toán hàng năm:

Z = (atc + avh).K + ∆A.C (1)Trong đó :

Ttc: thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư

avh: hệ số vận hành ,ở đây cột bê tông cốt thép lấy avh = 0,07

K: vốn đầu tư xây dựng đường dây

K = x.ΣK0i.li = ΣKi

K0i: chi phí cho 1 đường dây nhánh thứ i, tiết diện Fi

li: chiều dài chuyên tải thứ i ,(km)Với đường dây đơn x= 1, đường dây kép x=1,6

∆A: tổn thất điện năng , (kWh)

∆A = Σ∆Pmax.τ =

2 max

2

i

i pti dm

S R

∑

∆P: tổn thất công suất toàn hệ thống khi phụ tải cực đại, (kW)

τ: thời gian tổn thất lớn nhất phụ thuộc vào phụ tải và tính chất của phụ tải được tính bằng công thức:

τ = (0,124 + Tmax.10-4)2.8760 (h) Với Tmax: thời gian sử dụng phụ tải lớn nhất và lấy bằng Tmax=4800h và

TmaxI=4000h:Tmax=4500h

τIII = (0,124 + 4800.10-4)2.8760 = 3195,788 (h)

τI = (0,124 + 4000.10-4)2.8760= 2405,286 (h)

τI = (0,124 + 4500.10-4)2.8760= 2886,21 (h)C: giá điện năng tổn thất, C = 1000đ/1kWh

Giá dây dẫn:

AC-120

150

185

240

300 Giá

Loại

Koi

(10 6 đ)

Ki

(10 6 đ)

Si(MVA)

Ri(Ω)

AC-1,

70

∑∆A = 9949,2525(MWh)Theo công thức (1) hàm chi phí tính toán:

Loại

Koi

(10 6 đ)

Ki

(10 6 đ)

Si(MVA)

Ri(Ω)

τ

(MWh)A-1

2 28,284

AC-150 1,6 403 18237,7 68 2,9698 2886,21 3275,6284811-2

∑∆A =10494,61364(MWh)

Theo công thức (1) hàm chi phí tính toán:

2 63,246

AC-70 1,6 208 21048,12 30 14,23 2886,21 3054,903836A-3

2 53,852

AC-120 1,6 354 30501,57 56 7,27 3195,788 6021,4548543-4

4 Phương án 4:Bảng số liệu tính toán như sau:

:

Đườn

g

S

(10 6 đ) (10 6 đ)

Z (tỷ đồng)

4 6,0883 9,2093

Kết luận: phương án 1 là phương án tối ưu nhất đảm bảo về kinh tế và kĩ thuật,mặt

khác phương án đó là phương án đơn giản cả về sơ đồ nối dây cũng như về bố trí thiết

bị bảo vệ rơle,máy biến áp, máy cắt…các phụ tải không liên quan đến nhau,nên khi có

sự cố ở một phụ tải sẽ không ảnh hưởng đến các phụ tải khác,Vì vậy phương án I là phương án tối ưu nhất

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP BỐ TRÍ KHÍ CỤ VÀ

THIẾT BỊ TRÊN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH

5.1 Tính toán chọn công suất, số lượng ,loại máy biến áp

Trạm biến áp là một phần tử rất quan trọng của hệ thống điện, nó có nhiệm vụ tiếp nhận điện năng từ hệ thống, biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác và phânphối cho các mạng điện tương ứng.vì vậy việc lựa chọn các máy biến áp cần đảm bảo tính chất cung cấp điện liên tục và yêu cầu về kinh tế ,kĩ thuật

5.1.1 Tính toán chọn công suất định mức, số lượng máy biến áp cho phụ tải

Tất cả các phụ tải trong hệ thống bao gồm hộ loại I và hộ loại III vì vậy để đảm bảocung cấp điện cho các phụ tải này ta cần đặt 2 máy biến áp đối với hộ loại I và 1 máy biến áp đối với hộ loại III Ở đây hệ thống vận hành với điện áp 110kV và cấp điện ápđịnh mức của phụ tải là 35 kV Như vậy ta chọn máy biến áp 3 pha 2 cuôn dây có cấp điện áp 115/38,5 kV

Trong đồ án phương án tối ưu được chọn ở phần trên gồm 3 phụ tải loại I

(1,3,4,) và 1 phụ tải loại III(2).Như vậy công suất của máy biến áp trong trạm có thể xác định theo công thức sau:

Đối với phụ tải loại III, TBA(trạm biến áp) có 1 MBA(máy biến áp)

SđmB ≥ Smax

Phụ tải loại I, TBA có 2 MBA làm việc song song

SđmB ≥ k

Smax

Với k: hệ số quá tải sự cố, lấy k =1,4

Từ số liệu đầu bài ,ta có bảng chọn máy biến áp sau:

Phụ tải Thuộc hộ loại

-Ta chọn MBA cho từng phụ tải ,nếu phụ tải yêu cầu điều chỉnh điện áp thường

thì chọn MBA 3 pha có đầu phân áp cố định Nếu phụ tải yêu cầu điều chỉnh điện áp

khác thường thì chon MBA có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải

-Trong đồ án có 3 phụ tải yêu cầu điều chỉnh điện áp thường (phụ tải

1;2;4).còn lại là phụ tải yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường Ta có bảng thông số

MBA đã chọn:

trí

thiết bị và khí cụ điện trên sơ đồ nối điện chính.

Do đa phần phụ tải là các hộ tiêu thụ loại I nên để đảm bảo cung cấp điện an

toàn và liên tục ta sử dụng sơ đồ hệ thống hai thanh góp làm việc song song.Khi vận

Sơ đồ hệ thống 2 thanh góp

Đối với các trạm cuối ta có 2 trường hợp:

- Phụ tải loại III : Ta dùng sơ đồ bộ đường dây-máy biến áp.

- Phụ tải loại I :ta dùng sơ đồ cầu

Ta có thể chọn sơ đồ cầu theo điều kiện sau:

- Chọn theo đường dây,sơ đồ cầu thường được phối hợp với đường dây:

Sơ đồ cầu ngoài phối hợp với đường dây có l < 70 km

Sơ đồ cầu trong phối hợp với đường dây có l ≥ 70 km

Ta có bảng chọn sơ đồ như sau:

CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA LƯỚI ĐIỆN

Việc tính toán chế độ xác lập của mạng điện có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với việc tính toán , thiết kế và vận hành mạng điện.Ở chương này ta xác định thông số chế

độ xác lập trong các trạng thái phụ tải cực đại , cực tiểu,.Điện áp các nút trong mạng điện bằng điện áp định mức là Ui = Uđm = 110 kV.Do yêu cầu của đề bài tính điều chỉnh điện áp cho hộ 4 ,vì vậy ta chỉ cần tính toán chế độ xác lập cho hộ 1