Thiết kế lưới điện khu vực

Thiết kế lưới điện khu vực

MỤC LỤC

Lời nói đầu……….- 3 -

CHƯƠNG 1 ::::

Phân tích nguồn và phụ tải……… …… 4

-1.1 phân tích đặc điểm của nguồn - 4 -

1.2 Phân tích đặc điểm của tảI - 4 -

Chương 2 : Cân bằng công suất trong hệ thống……… 6

-2.1 cân bằng công suất tác dụng - 6 -

2.2 cân bằng công suất phản kháng - 7 -

Chương 3 : Chọn phương án cung cấp điện hợp lí nhất……… 9

-3.1 dự kiến các phương án nối dây của mạng điện - 9 -

3.1.1 phương án 1 - 10 -

3.1.2 phương án 2 - 10 -

3.1.3 phướng án 3 - 11 -

3.1.4 phương án 4 - 11 -

3.1.5 phương án 5 - 12 -

3.2 tính toán chỉ tiêu kỹ thuật cho từng phương án - 12 -

3.2.1 Phương án 1 - 14 -

3.2.2 Phương án 2 - 16 -

3.2.3 Phương án 3 - 19 -

3.2.4 Phương án 4 - 22 -

3.2.5 Phương án 5 - 28 -

Chương 4 : so sánh chỉ tiêu kinh tế các phương án……… 31

-4.1 phương án 1 - 32 -

4.2 phương án 2 - 33 -

4.3 phương án 3 - 34 -

4.4 phương án 4 - 35 -

Chương 5 : Chọn số lượng, công suất mBA và sơ đồ nối dây……… 37

-5.1 chọn mBA - 37 -

5.2 chọn sơ đồ nối dây hợp lí cho các trạm hạ áp và vẽ sơ đồ của mạng điện - 40 -

Chương 6 : Tính chính xác trạng tháI vận hành của lưới điện…… - 43 -

6.1 chế độ phụ tảI cực đại - 43 -

6.2 chế độ phụ tảI cực tiểu - 47 -

6.3 chế độ phụ tảI sau sự cố - 50 -

6.4 tính điện áp các nút trong mạng điện - 52 -

Chương 7 : Lựa chọn các phương thức điều chỉnh điện áp……… 55

-7.1 chọn các đầu điều chỉnh trong mBA trạm 1 - 57 -

7.2 chọn các đầu điều chỉnh trong mBA trạm còn lại - 58 -

Chương 8 : Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện……… 59

-8.1 vốn đầu tư xây dựng mạng điện - 59 -

8.2 tổng tổn thất tác dụng trong mạng điện - 60 -

8.3 tổn thất điện năng trong mạng điện - 61 -

8.4 tính chi phí và giá thành - 61 -

Lêi nãi ®Çu

Lưới ñiện là một bộ phận của hệ thống ñiện làm nhiệm vụ tải ñiện từ các nguồn

ñiện tới các thiết bị dùng ñiện Thiết kế và xây dựng lưới ñiện là công việc hết sức

quan trọng của nghành ñiện, có ảnh hưởng lớn tới các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của

hệ thống ñiện Giải quyết ñúng ñắn vấn ñề kinh tế - kỹ thuật, xây dựng và vận hành sẽ

mang lại lợi ích không nhỏ ñối với hệ thống ñiện

ðồ án môn học “ thiết kế lưới ñiện khu vực ” sẽ tính toán thiết kế mạng ñiện cho

một khu vực gồm các hộ tiêu thụ ñiện loại I, ñưa ra phương án thiết kế thực thi nhất,

ñảm bảo cung cấp ñiện cho các hộ tiêu thụ ñiện với chi phí nhỏ nhất khi thực hiện các

hạn chế kỹ thuật về ñộ tin cậy cung cấp ñiện và chất lượng ñiện năng

Nội dung ñồ án gồm các chương sau :

Chương 1 : Phân tích nguồn và phụ tải

Chương 2 : Cân bằng công suất trong hệ thống

Chương 3: Dự kiến các phương án và so sánh về mặt kỹ thuật

Chương 4: So sánh các phương án về mặt kinh tế

Chương 5: Chọn số lượng, công suất MBA và sơ ñồ nối dây

Chương 6: Tính chính xác trạng thái vận hành của lưới ñiện

Chương 7: Lựa chọn các phương thức ñiều chỉnh ñiện áp

Chương 8: Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng ñiện

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên bản ñồ án của em không thể tránh khỏi

những thiếu sót, em rất mong nhận ñược sự chỉ bảo và giúp ñỡ của các thầy, cô giáo

ñể em có thể tự hoàn thiên kiến thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn, ñặc biệt là TS Lã Minh

Khánh ñã giúp ñỡ em hoàn thành ñồ án môn học này

Sinh viên thực hiện :

Ma h¶I hµ

Ma h¶I hµ

CHƯƠNG 1 ::::

Phân tích nguồn và phụ tải

Tổng hợp thụng tin về nguồn ủiện và phụ tải ủiện là bước ủầu quan trọng trong

thiết kế mạng ủiện, ủõy là bước quyết ủịnh thành cụng hay thất bại của cụng việc Từ

ủú ủưa ra ủược những phương ỏn nối dõy hợp lý, ủỏp ứng ủược nhu cầu của phụ tải

Trước khi thiết kế phải nắm ủược cỏc ủặc ủiểm của nguồn trong phạm vi thiết kế như:

số nguồn ủiện, ủặc ủiểm của nguồn phỏt … Và của tải như: số phụ tải, cụng suất yờu

cầu, sơ ủồ bố chớ, mức ủộ ủảm bảo cung cấp ủiện …

1.1 phân tích đặc điểm của nguồn

Trong hệ thống ủiện cú một nguồn ủiện ủược coi là cú cụng suất vụ cựng lớn,với

hệ số cụng suất Cosϕht trờn thanh gúp cao ỏp của nhà mỏy ủiện là Cosϕht = 0.85

1.2 Phân tích đặc điểm của tảI

Số liệu phụ tải ủiện:

Với Qmaxi =tgϕiìPmaxi

Qmini =tgϕiìPmini

Qmini = 0.5 ìPmaxi

Tổng có 6 phụ tải loại I, yêu cầu ñiều chỉnh ñiện áp là khác thường Tổng công

suất phụ tải yêu cầu ở chế ñộ cực ñại là ∑Pmaxpt =161 (MW), ở chế ñộ phụ tải cực

tiểu có tổng công suất là ∑Pminpt =80.5 (MW)

Phụ tải có phân bố tương ñối ñều xung quanh nguồn ñiện Khoảng cách lớn nhất

tới nguồn ñiện là 76.158 Km, khoảng cách ngắn nhất là 42.426 Km ðể vận hành linh

hoạt thì cần phải có sự liên hệ chặt chẽ giữa hệ thống ñiện và nguồn ñiện

Ch−¬ng 2 :

C©n b»ng c«ng suÊt trong

hÖ thèng

Trong hệ thống ñiện chế ñộ vận hành chỉ tồn tại khi có sự cân bằng cống suất tác

dụng cà cống suất phản kháng Việc cân bằng công suất trong hệ thống, trước hết là

kiểm tra khả năng cung cấp và tiêu thụ ñiện trong hệ thống Từ ñó xác ñịnh phương

thức vận hành cho nhà máy ñiện trong hệ thống, ở trạng thái vạn hành cực ñại, cực

tiểu và sự cố dựa trên sự cân bằng, ñặc ñiểm và khả năng cung cấp của nhà máy và hệ

thống

2.1 c©n b»ng c«ng suÊt t¸c dông

Công suất tác dụng của phụ tải liên quan với tần số của dòng ñiện xoay chiều Tần

số trong hệ thống sẽ thay ñổi khi sự cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống bị

phá vỡ Giảm công suất tác dụng phát ra dẫn ñến giảm tần số và ngược lại, tăng công

suất tác dụng phát ra dẫn ñến tăng tần số Vì vậy, tại mỗi thời ñiểm cần có sự cân

bằng công suất tác dụng giữa công suất phát và công suất yêu cầu

Phương trình cân bằng công suất tác dụng có dạng tổng quát như sau:

F yc

Với: - ∑P F : là tổng công suất phát

- ∑P yc : là tổng công suất yêu cầu

max

yc pt td dt

- P td : là tổng công suất tự dùng trong nhà máy

- P dt : là tổng công suất dự trữ cần thiết trong nhà máy

Xác ñịnh ∑P yc:

• m = 1 (vì ñây là lưới truyền tải)

• ∑P ptmax= + + + + + =P1 P2 P3 P4 P5 P6 161 (MW) (như ñã tính ở phần I)

ðể ñảm bảo chất lượng ñiện áp cần thiết ở các hộ tiêu thụ ñiện trong hệ thống ñiện

và các khu vực riêng biệt của nó thì cần có sự cân bằng công suất phản kháng trên các

hệ thống ñiện và các khu vực ñó, sự thiều hụt công suất phản kháng sẽ làm cho ñiện

áp giảm sút Do ñó trong giai ñoạn ñầu của thiết kế phát triển các mạng ñiện cần phải

tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng

Phương trình cân bằng công suất phản kháng của hệ thống :

- ∑∆Q L: là tổng tổn thất công suất phản kháng trên ñường dây

- ∑Q C: là công suất phản kháng do ñường dây sinh ra

(Trong ñồ án này ta bỏ qua ∑∆Q L,∑Q C )

- ∑Q td : là tổng công suất tự dùng trong nhà máy ñiện

- ∑Q dt : là tổng công suất dự trữ trong hệ thống

(Trong ñồ án này ta cũng không xét ñến ∑Q td ,∑Q dt )

⇒∑Q y c= m.∑Qmaxi+ ∑∆Q BA= 1×77.976 + 11.696= 89.672 (MVAr)

Vậy so sánh ∑Q F và ∑Q y cta thấy ∑Q F >∑Q y c

⇒Do ñó ta không cần tiến hành bù công suất phản kháng, mà chỉ cần ñiều chỉnh

kích từ

Ch−¬ng 3 :

Chän ph−¬ng ¸n cung cÊp

®iÖn hîp lÝ nhÊt

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng ñiện phụ thuộc rất nhiều vào sơ ñồ của nó

Vì vậy các sơ ñồ mạng ñiện cần ñược chọn sao cho có chi phí nhỏ nhất, ñảm bảo ñộ

tin cậy cung cấp ñiện cần thiết, ñảm bảo chất lượng ñiện 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 phụ tải mới ðể chọn ñược sơ ñồ tối ưu của mạng ñiện người ta sử dụng phương

pháp nhiều phương án Từ các vị trí ñã cho của phụ tải cần tiến hành dự kiến một số

phương án và phương án tốt nhất sẽ ñược chọn trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật

các phương án

3.1 dù kiÕn c¸c ph−¬ng ¸n nèi d©y cña m¹ng

®iÖn

Từ việc phân tích nguồn và phụ tải ở trên ta thấy: tất cả 6 phụ tải ñiện ñều là hộ

tiêu thụ ñiện loại I, yêu cầu ñộ tin cậy cung cấp ñiện cao Do ñó phải sử dụng các

biện pháp cung cấp ñiện : lộ kép, mạch vòng Ta ñưa ra 5 phương án sau cung cấp

ñiện sau:

Km

42.426 m

70.711 Km

P.A 1 N

3.1.2 ph−¬ng ¸n 2

70.711 Km

42.426 m

6 7.08

2 K m

2

N

41.231Km

41.231 Km

42.4

26 Km

70.711 Km

40 Km

N

5 99

2 K m

7 71 K m

42.426 m

70.711 Km

N

41.231 Km

3.1.5 ph−¬ng ¸n 5

70.711 Km

42.4

26 Km

7 71

Km

67 0 82 K m

ðây là bước rất quan trọng của công việc thiết kế mạng ñiện vì nó ảnh hưởng trực

tiếp tới các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, cũng như các ñặc trưng của mạng ñiện

ðiện áp ñịnh mức có thể xác ñịnh sơ bộ theo công suất truyền tải ñã biết P (MW)

và theo chiều dài của ñường dây truyền tải l (km) với công thức Still:

ñm

U =4,34 l+16.P (KV)

b Chọn tiết diện dây dẫn

Tiết diện dây dẫn phải ñược chọn làm sao cho phù hợp với quan hệ tối ưu giữa chi

phí ñầu tư xây dựng ñường dây và chi phí về tổn thất ñiện năng Trong thực tế người

ta thường dùng giải pháp ñơn giản ñể xác ñịnh tiết diện dây dẫn, ñó là phương pháp

chọn tiết diện dây dẫn theo mật ñộ kinh tế của dòng ñiện, sau ñó kiểm tra lại bằng

ñiều kiện phát nóng

Ta dự kiến sử dụng dây nhôm lõi thép trên không (AC trên không), với thời gian

sử dụng công suất cực ñại là Tmax= 5000 h, khoảng cách trung bình hình học giữa các

pha là Dtb = 5( )m Ta tra Bảng 2.4 Mật ñộ kinh tế của dòng ñiện, A/ 2

mm (trang 64 sách Thiết kế các mạng và hệ thống ñiện – Nguyễn Văn ðạm) ta có J = 1.1 (A/kt 2

mm )

- Tiết diện kinh tế dây dẫn ñược tính theo công thức sau:

lv max kt

I F J

=

Trong ñó :

- F : là tiết diện tính toán của dây dẫn theo mật ñộ kinh tế ( mm2)

- Ilv max i: là dòng ñiện chạy trong dây dẫn ở chế ñộ phụ tải cưc ñại ñược xác ñịnh theo

lv max i

S I

+

- Jkt: là mật ñộ dòng kinh tế của dây dẫn (A/mm2)

- Kiểm tra lại bằng ñiều kiện phát nóng :

sc cp

I ≤I với Isc = ×2 Ilv maxTrong ñó : - Isclà dòng ñiện trên dây dẫn khi xảy ra sự cố

- Icplà dòng ñiện cho phép của dây dẫn.(phụ thuộc vào bản chất của dây dẫn)

Với ñiện áp Uñm≥ 110( )KV tiết diện dây dẫn cần chọn có 2

- i i oi

l rRn

= là ñiện trở của ñường dây

- i i oi

l xXn

= là ñiện kháng của ñường dây

- n là số lộ dây (trong ñồ án này tất cả các lộ ñều là lộ kép nên ta lấy n=2)

- Tổn thất ñiện áp ở chế ñộ sự cố ñược xác ñịnh bằng công thức:

∆ ≤ Do các hộ phụ tải ñều là hộ loại I nên ta dùng máy biến

áp ñiều áp dưới tải

7 1 m

42.426 m

70.711 Km

P.A 1N

a Xác ñịnh ñiện áp ñịnh mức của mạng ñiện

Thay số vào tính toán ta ñược bảng kết quả sau:

SI

mm loại dây AC-70 có Icp= 265 A,

- Tính toán tương tự cho các lộ dây còn lại ta có bảng kết quả sau:

c Xác ñịnh tổn thất ñiện áp trong mạng ñiện

6 7.0

82 Km

2 N

41.231Km

a) Xác ñịnh ñiện áp ñịnh mức của mạng ñiện

SI

54

157 46 2

mm loại dây AC-150 có Icp= 445A,

- Tính toán tương tự cho các lộ dây còn lại ta có bảng kết quả sau:

2 K m

41.231 Km

42.426 m

a) Xác ñịnh ñiện áp ñịnh mức của mạng ñiện

b) Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra lại bằng ñiều kiện phát nóng

- Tính toán tương tự (như lộ N-2 trong P.A 2) cho các lộ dây còn lại ta có bảng

7 1 m

42.426 m

70.711 Km

N

41.231 Km

a) Xác ñịnh ñiện áp ñịnh mức của mạng ñiện

Tính dòng công suất chạy trên các ñoạn ñường dây trong mạch vòng

N − − − N , với chiều dài các ñoạn ñường dây ghi trên hinh vẽ ðể xác ñịnh các

dòng công suất ta cần giả thiết rằng, mạng ñiện ñồng nhất và tất cả các ñoạn ñường

dây ñều có cùng một tiết diện

41.231 Km

4 3

7 7

1 Km

67 0

82 Km

N

Dòng công suất chạy trên ñoạn N1-3 là:

Nhận thấy ngay SN1 3− < S3⇒ ñiểm 3 là ñiểm phân công suất nên ta có chiều dòng

công suất như hình vẽ trên

Dòng công suất chạy trên ñoạn N2-4 là:

4 3 4 1 3 3 1 3 4

b) Lựa chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra lại bằng ñiều kiện phát nóng

- Tính tiết diện các ñoạn ñường dây trong mạch vòng N-3-4-N

* Dòng ñiện chạy trên ñoạn N-3:

lvmax N

SI

( )

3 3

23 888

139 31210

mm loại dây AC-120 có Icp= 380A,

mm loại dây AC-70 có Icp= 265A,

25 112

146 44810

mm loại dây AC-120 có Icp= 380A,

r = Ω / km x , = Ω / km

- Kiểm tra dây dẫn khi có sự cố: ñối với mạch vòng ñã cho thì có 2 trường hợp

sự cố có thể xảy ra ñó là ñứt ñoạn N-3 hoặc N-4

* Trên ñoạn 4-3: dòng ñiện sẽ có giá trị lớn nhất khi ngừng ñường N-4 như vậy :

4 3

* Trường hợp sự cố trên ñoạn N-3( tức ñoạn này bị ñứt) thì dòng ñiện sự cố trên

ñoạn N-4 cũng có giá trị bằng giá trị dòng ñiện trên ñoạn N-3 khi xảy ra sự cố ñứt

ðoạn P max i Qmax i Ilv max(A)

c) Xác ñịnh tổn thất ñiện áp trong mạng ñiện

- Tổn thất ñiện áp trong mạch vòng: trong mạch vòng này chỉ có một ñiểm phân

công suất ñó là ñiểm 3 ⇒ ñiện áp ở ñiểm này là thấp nhất trong toàn mạch vòng, tổn

thất ñiện áp trên lưới kín là tổn thất ñiện áp từ nguồn ñến ñiểm 3 tính từ phía nào cũng

7 1 m

6 7.08

2 K m

72.1

11 Km1

6

5

4 3

2 N

P.A 5

41.231 Km

40 Km

a) Xác ñịnh ñiện áp ñịnh mức của mạng ñiện

Tính dòng công suất chạy trên các ñoạn ñường dây trong mạch vòng

N − − − N tương tự như trong P.A 4, tính dòng công suất trên ñoạn N – 2 và

ñoạn 2 – 1 tương tự như trong P.A 2

Thay số vào tính toán ta ñược bảng kết quả sau:

- Tính toán tương tự như P.A 2 và P.A 4 cho các lộ dây còn lại ta có bảng kết

c) Xác ñịnh tổn thất ñiện áp trong mạng ñiện

- Tính toán tương tự cho các nhánh khác ta ñược bảng kết quả sau:

Ch−¬ng 4 :

so s¸nh chØ tiªu kinh tÕ c¸c

ph−¬ng ¸n

Lựa chọn ñược phương án tối ưu thì phải dựa trên cơ sở so sánh về kỹ thuật và

kinh tế Với kết quả ñã tính ở Chương 3 ta ñã chọn ñược phương án 1, 2, 3 và 4 là các

phương án ñể so sánh về mặt kinh tế

Vì các phương án so sánh của mạng ñiện có cùng ñiện áp ñịnh mức, do ñó ñể ñơn

giản không cần tính vốn ñầu tư vào các trạm hạ áp Chỉ tiêu kinh tế ñược sử dụng khi

so sánh các phương án là các chi phí tính toán hàng năm, ñược xác ñịnh theo công

thức:

Trong ñó:

- atc: là hệ số hiệu quả của vốn ñầu tư (atc = 0 125 )

- avhñ: là hệ số vận hành ñối với các ñường dây trong mạng ñiện

avhñ = 0 07 Giả thiết rằng các ñường dây trên không hai mạch ñược ñặt trên cùng cột thép (cột kim loại)

- Kñ: là tổng các vốn ñầu tư về ñường dây

- ∆ A : là tổng tổn thất ñiện năng hàng năm

- c : là giá 1kW.h ñiện năng tổn thất (c = 500 ñ/kw.h)

ðối với các ñường dây trên không hai mạch ñặt trên cùng một cột, tổng vốn ñầu tư

ñể xây dựng các ñường dây có thể xác ñịnh theo công thức sau:

1 6

K =∑ × ×k l

Trong ñó:

- koilà giá thành 1 km ñường dây một mạch (ñ/km)

- lilà chiều dài ñường dây thứ i (km)

Tổn thất ñiện năng trên ñường dây ñược xác ñịnh theo công thức:

Với Tmaxlà thời gian sử dụng phụ tải cực ñại trong năm

Bây giờ ta tiến hành tính các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các phương án so sánh:

4.1 ph−¬ng ¸n 1

a Tổn thất công suất tác dụng trên các ñường dây

- Trên ñoạn N – 1: là dây AC – 70 với chiều dài là lN−1 = 76.159 km ñiện trở

ñường dây là RN−1 = 17 135 Ω, Pmax = 20( )MW , Qmax = 9 686 (MVAr)

Tổn thất công suất tác dụng trên ñoạn N – 1 là:

- Tổn thất công suất trên các ñoạn còn lại tính tương tự như trên ñoạn N-1:

Kết quả tính tổn thất công suất tác dụng trên các ñường dây ñược tổng hợp trong

bảng trang 33

b Tính vốn ñầu tư xây dựng mạng ñiện