đồ án cung cấp điện

Ngày nay, điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống năng lượng của một quốc gia. Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa càng nhanh, mạnh kéo theo nhu cầu sử dụng năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng ngày càng lớn. Cùng với sự phát triển đòi hỏi chúng ta phải thiết kế, tính toán kĩ lưỡng các mạng lưới hệ thống truyền tải điện, cung cấp điện cũng như điện phân phối điện cho các hộ tiêu thụ phù hợp với từng kiện cụ thể, để vừa đảm bảo hợp lý về kĩ thuạt cũng như hiệu quả về kinh tế. Xuất phát từ thực tế đó, lớp Đ8QLNL2 được giao làm bài tập đồ án môn học Hệ thống cung cấp điện để phần nào hiểu được và làm quen với các hệ thống cung cấp điện. Đồ án môn học đã đưa ra phương án có khả năng thực thi nhất trong việc thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực. Trong đồ án môn học này em trình bày về: Thiết kế hệ thống điện có 2 nguồn và 9 phụ tải.

Khoa Quản lý năng lượng

-*** -ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Đề tài Thiết kế mạng điện khu vực

Giáo viên hướng dẫn: Ts Nguyễn Thị Hương Mai

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Huế

Lớp: Đ8-QLNL2

Hà Nội, tháng 10 - 2015

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHỤ LỤC 4

CHƯƠNG I PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN CUNG CẤP VÀ CÁC PHỤ TẢI 6

1.1.Nguồn cung cấp 6

1.1.1.Hệ thống 6

1.1.2.Nhà máy điện gió 6

1.2.Các phụ tải điện 7

CHƯƠNG II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 9

2.1 Cân bằng công suất tác dụng 9

2.2 Cân bằng công suất phản kháng 11

CHƯƠNG III XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KINH TẾ - KĨ THUẬT 13

3.1 Dự kiến các phương án 13

3.2 So sánh các phương án về một phương án 19

3.2.1 Phương án 1 19

3.2.2:Phương án 2: 31

3.2.3.Phương án 3 37

3.2.4.Phương án 4 42

3.2.5.Phương án 5 47

3.3 So sánh phương án về mặt kinh tế 52

3.3.1.Phương án 1: 53

3.3.2.Phương án 4 54 CHƯƠNG 4: ĐỀ ÁN GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT CỦA PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

VÀ TÍNH TOÁN TÀI CHÍNH Error! Bookmark not defined

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống năng lượng của một quốc gia Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa càng nhanh, mạnh kéo theo nhu cầu sử dụng năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng ngày càng lớn Cùng với sự phát triển đòi hỏi chúng ta phải thiết kế, tính toán kĩ lưỡng các mạng lưới

hệ thống truyền tải điện, cung cấp điện cũng như điện phân phối điện cho các hộ tiêu thụ phù hợp với từng kiện cụ thể, để vừa đảm bảo hợp lý về kĩ thuạt cũng như hiệu quả về kinh

tế

Xuất phát từ thực tế đó, lớp Đ8QLNL2 được giao làm bài tập đồ án môn học Hệ thống cung cấp điện để phần nào hiểu được và làm quen với các hệ thống cung cấp điện Đồ án môn học đã đưa ra phương án có khả năng thực thi nhất trong việc thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực Trong đồ án môn học này em trình bày về: Thiết kế hệ thống điện có 2 nguồn và 9 phụ tải

Đồ án gồm:

1 Chương I: Phân tích các nguồn cung cấp điện và phụ tải

2 Chương II: Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống điện

3 Chương III: Xây dựng các phương án tối ưu

4 Chương IV: Đề án giảm tổn thất công suất cho phương án tối ưu và tính toán tài chính cho đề án

Trong quá trình làm đồ án, với sự hướng dẫn tận tình của cô giáo TS Nguyễn Thị Hương Mai và nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành đồ án môn học Tuy nhiên, do lượng kiến thức và kinh nghiệm thực tế của em còn hạn chế nên bài đồ án của em không tránh khỏi những sai sót và hạn chế Em rất mong nhận được sự chỉ đạo và hướng dẫn của các thầy,

cô, để em hoàn thiện thêm kiến thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 11 năm 2015 Sinh viên

Nguyễn Thị Huế

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

Yêu cầu về số mang tải Nhỏ hơn 80%

Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 5000h

Giá 1 kWh điện năng tổn thất: 1500đ

Giá 1 kVAr công suất thiết bị bù: 100000đ

Thông tin nguồn:

Nguồn hệ thống: Hệ thống điện (HT) có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên

thanh góp 35kV của HT bằng 0,85

Một nhà máy điện gió có 5 tuabin gió Mỗi tuabin gió có công suất định mức Pđm =

5MW, cosφ = 0,85, Uđm = 10,5 kV

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

CHƯƠNG I PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN CUNG CẤP VÀ CÁC

1.1.2.Nhà máy điện gió

Nhà máy điện gió(ĐG) có 5 tuabin gió Mỗi tuabin gió có công suất định mức

Pđm=5MW, cosφ=0,85, Uđm=10,5 kV Như vậy tổng công suất định mức của ĐG bằng 5×5=25MW

Năng lượng điện chạy bằng sức gió Hiệu suất của các nhà máy điện gió tương đối thấp (khoảng 40÷50%) Đồng thời công suất tự dùng của ĐG thường chiếm khoảng 5% tùy theo loại nhà máy điện gió

Đối với nhà máy điện gió, các tuabin làm việc ổn định khi phụ tải P≥70%Pđm; khi phụ tải P<30% Pđm, các tuabin ngừng làm việc Công suất phát kinh tế của các tuabin ĐG thường bằng (80÷90%)Pđm Khi thiết kế chọn công suất kinh tế bằng 85% Pđm, nghĩa là:

Trong hệ thống điện thiêt kế có 9 phụ tải Tất cả các phụ tải đều là hộ loại I, II, III và có

hệ số cosφ=0,85 Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax=5000 h Các phụ tải đều có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp của các trạm

hạ áp bằng 10kV Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại Các phụ tải hầu hết đều phân

bố tập trung xung quanh nguồn điện Một phần các phụ tải sẽ nhận công suất từ nhà máy điện gió, phần còn lại sẽ nhận công suất từ hệ thống điện

Kết quả tính giá trị công suất của phụ tải trong các chế độ cực đại và cực tiểu cho trong bảng 1.1

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

Bảng 1.1 Thông số của các phụ tải

CHƯƠNG II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1 Cân bằng công suất tác dụng

Đặc điểm rất quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ các nguồn điện điến 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, các nhà máy của hệ thống cần phải phát công suất bằng với công suất của hộ tiêu thụ, kể cả 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 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 cực đại đối với hệ thống điện thiết kế có dạng:

Đ + = = ∑ + ∑∆ + + Trong đó:

• Đ - tổng công suất do nhà máy điện gió phát ra;

• - công suất tác dụng lấy từ hệ thống;

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

• ∑ - tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại;

• ∑∆ - tổng tổn thất công suất trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

các tuabin lớn nhất đối với hệ thống điện không lớn Bởi vì hệ thống điện có công suất vô cùng lớn cho nên công suất dự trữ lấy ở hệ thống, nghĩa là = 0;

• - công suất tiêu thụ trong mạng điện;

Tổng công suất tác dụng của các phụ tải khi cực đại được xác định từ bảng 1.1 bằng: ∑ =84 MW

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

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 và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm Sự cân bằng đòi hỏi không những chỉ đối với công suất tác dụng, mà cả đối với 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 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 côn 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 tring 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 điện thiết kế có dạng:

Trong đó:

• - tổng công suất phản kháng do ĐG phát ra;

• - công suất phản kháng do HT cung cấp;

• - tổng công suất phản kháng tiêu thụ;

• ∆ - tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong mạng điện;

• ∑ - tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra, khi tính

sơ bộ lấy ∑∆ = 15% ∑ ;

• - công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện gió; - 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 (2.2)

Đối với mạng điện thiết kế, công suất lấy từ hệ thống, nghĩa là = 0

Như vậy, tổng công suất phản kháng do ĐG phát ra bằng:

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp bằng:

= tan =70,5 × 0,62= 43,71MVAr Tổng tổn thất công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác định

=45,88 + 6,88 + 1,55 = 54,31 MVAr Tổng công suất phản kháng do HT và ĐG có thể phát ra bằng:

+ = 13,175 + 43,71 = 56,885 MVAr

Từ 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

CHƯƠNG III XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ SO SÁNH CÁC

PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KINH TẾ - KĨ THUẬT 3.1 Dự kiến các phương án

Các chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của nó 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 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

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 kĩ thuật của các phương án đó Không cần dự kiến quá nhiều phương án Sau khi phân tích tương đối cẩn thận có thể dự kiến 4 đến 5 phương án hợp lý nhất 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 thỏa mãn những yêu cầu kinh tế kĩ thuật

Những phương pháp được lựa chọn để so sánh về mặt kinh tế chỉ là những phương án thỏa mãn các yêu cầu kĩ thuật của mạng điện

Những yêu cầu kĩ 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 2 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 hoặc mạch vòng

Đối với các hộ tiêu thụ loại II , trong nhiều trường hợp được cung cấp đường dây hai mạch hoặc bằng hai đường dây riêng biệt Nhưng nói chung cho phép cung cấp điện cho các hộ loại II bằng đường dây trên không một mạch bởi vì thời gian sửa chữa sự cố các đường dây trên không rất ngắn

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

Trên cơ sở phân tích nhưỡng đặc điểm của các nguồn cung cấp vàn các phụ tải cũng như vị trí của chúng, có 5 phương án được dự kiến như trên hình sau:

Phương án 1:

Phương án 2:

Sơ đồ mạng điện

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

Phương án 3:

Sơ đồ mạng điện:

Phương án:4

Sơ đồ mạng điện:

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

Phương án 5:

Sơ đồ mạng điện:

3.2 So sánh các phương án về mặt kinh tế- kỹ thuật

Để tinh các chỉ tiêu kinh tế- kĩ thuật của mạng điện, trước hết cần chọn điện áp định mức của mạng điện, chọn tiết diện các dây dẫn, tính các chỉ tiêu chất lượng của đliện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ của các phương án so sánh

3.2.1 Phương án 1

Sơ đồ mạng điện phương án 1

1 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 kĩ thuật, cũng như các đặc trưng kinh tế kĩ 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 của các phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điệ

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 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 Trong 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 mạch 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:

đ = 4,34√ + 16 , kV (3.2.1.1) Trong đó:

• l- khoảng cách truyền tải, km;

• p- công suất truyền tải trên đường dây, MW

Tính điện áp định mức trên đường dây ĐG-7-HT

Công suất tác dụng từ ĐG truyền vào đường dây ĐG-7 được xác định như sau:

Đ = − − − ∆ (3.2.1.2) Trong đó:

• - tổng công suất phát kinh tế của ĐG

• - công suất tự dùng trong nhà máy điện

• - tổng công suất phụ tải nối với điện gió ( = + )

• ∆ - tổn thất công suất trên đường dây do nhiệt cung cấp (∆ = 5% )

Theo các kết quả tính toán ở chương I, ta có:

= 21,25 ; = 1,25

Từ sơ đồ mạng điện hình 3.1a ta có:

Dòng công suất truyền tải trên đường dây HT-7 bằng:

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

Bảng 3.2.1.1 điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện

Vậy chọn điện áp định mức của mạng điện đ = 35kV

2 Chọn tiết diện dây dẫn

Các mạng điện 35 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép AC Khoảng cách trung bình học giữa dây dẫn các pha giả định bằng 2m( = 2 )

Đường dây

Công suất truyền tải ̇, MVA

Chiều dài đường dây

l, km

Điện áp tính toán

U, kV

Điện áp định mức của mạng đ , kV

Đối với các mạng điện khu vực, các dây dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng cho

phép, nghĩa là: Imax ≤ Icp và Isc < Icp

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

=

√ đ

× 10 (3.2.1.4)

Trong đó:

• n- số mạch của đường dây

• đ - điện áp định mức của mạng điện, kV

• - 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 nhất, và kiểm tra các điều kiện tạo thành vầng quang, độ bền cơ của đường dây dẫn

và phát nóng dây dẫn trong các chế độ sau sự cố

Đối với đường dây 10,5 kV; để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép cần

phải có tiết diện F ≥ 70

Độ bền cơ của đường dây dẫn trên không thường được phối hợp với điều kiện về vầng

quang của dây dẫn, cho nên không cần phải kiểm tra điều kiện này

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

Icp≥

, √ × đ ×103 (3.2.1.5) 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;

a Chọn tiết diện đường dây ĐG-7

Dòng điện trên đường dây khi phụ tải cực tải bằng:

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

Khi ngừng một tuabin gió thì bốn tuabin còn lại sẽ phát 100% công suất.Do đó tổng công suất phát của điện gió bằng:

Isc = , ,

, √ × × 10 = 26,30 A Các kết quả cho thấy: Isc<Icp

Để đáp ứng điều kiện phát nóng dây dẫn cần chọn dây nhôm lõi thép do

CADIVI chế tạo có Icp = 320 (A)

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

Ø Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn,cần xác định các thông số đơn vị của của đường dây là r0,x0,b0 và tiến hành tính các thông số R, X, ⁄ của các 2đường dây trong sơ đồ thay thế

R = ×r0 ×l ; X = ×x0× l ; = n× ×l

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

Kết quả các thông số của các đường dây trong mạng điện được tính ở bảng 3.2.1.2

BẢNG 3.2.1.2.THÔNG SỐ CỦA CÁC ĐƯỜNG DÂY (Phương án 1)

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

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 các 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

Độ lệch cho phép của điện áp ở các hộ tiêu thụ được quy định như sau (TCVN) :

+ Trên các cực của các thiết bị chiếu sáng làm việc từ -2,5 đến +5% chiếu sáng trong nhà

±5%

+ Trên các cực của các động cơ,các thiết bị mở máy và điều khiển từ -5 đến +10%

+ Trên các cực của các thiết bị dùng điện còn lại ±5%

Theo các điều kiện cách điện,điện áp trong các mạng 35 – 220kV không được lớn hơn 15%,trong các mạng 330kV không lớn hơn 10%,trong các mạng 500kV và cao hơn

không lớn hơn 5% so với điện áp danh định

Độ lệch điện áp thay đổi theo thời gian do sự thay đổi của phụ tải,của chế độ điện áp

Đồ án môn học: Hệ thống cung cấp điện

Chạy chương trình ta được kết quả:

- Tổn thất công suất là : ∆P=3.8 MW

- Tổn thất điện áp ∆Umax%=UHT-1=-7.68%