Thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm các hộ tiêu thụ điện loại I và loại III

Ngày nay, điện năng là một phần vô cùng quan trọngtrong hệ thống năng lượng của một quốc gia. Trong điều kiện nước ta hiện nay đang trong thời kì công nghiệp hoá và hiện đại hoá thì điện năng lại đóng vai trò vô cùng quan trọng.Điện năng là điều kiện tiên quyểt cho việc phát triển nền nông nghiệp cũng như các ngành sản xuất khác.Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc phát triển điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như điện phân phối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kĩ lưỡng để vừa đảm bảo hợp lý về kĩ thuật cũng như về kinh tế.Đồ án môn học này đã đưa ra phương án có khả năng thực thi nhất trong việc thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm các hộ tiêu thụ điện loại I và loại III. Nhìn chung, phương án đưa ra đã đáp ứng được những yêu cầu cơ bản của một mạng điện.Dù đã cố gắng song đồ án vẫn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy, để em có thể tự hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong các lần thiết kế đồ án sau này.

Lời nói đầu

*******

Ngày nay, điện năng là một phần vô cùng quan trọngtrong hệ thống năng lượng của một quốc gia Trong điều kiện nước ta hiện nay đang trong thời kì công nghiệp hoá và hiện đại hoá thì điện năng lại đóng vai trò vô cùng quan trọng.Điện năng là điều kiện tiên quyểt cho việc phát triển nền nông nghiệp cũng như các ngành sản xuất khác.Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc phát triển điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như điện phân phối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kĩ lưỡng để vừa đảm bảo hợp lý về kĩ thuật cũng như về kinh tế.

Đồ án môn học này đã đưa ra phương án có khả năng thực thi nhất trong việc thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm các hộ tiêu thụ điện loại I và loại III Nhìn chung, phương án đưa ra đã đáp ứng được những yêu cầu cơ bản của một mạng điện.

Dù đã cố gắng song đồ án vẫn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế,

em rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy, để em có thể tự hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong các lần thiết kế đồ án sau này.

Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo, đặc biết cám ơn thầy giáo Nguyễn Văn Thiện đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

Sinh viên Phạm Thị Thạch Thảo

ĐỀ TÀI LẬP PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC HỘ TIÊU

THỤ ĐIỆN

**********

Chương I PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

1.1.3.Nguồn công suất vô cùng lớn (VCL)

- Nguồn có công suất VCL có khả năng đáp ứng được mọi yêu cầu về công suất

của phụ tải và đảm bảo chất lượng điện áp:

- Nguồn có công suất VCL đảm bảo điện áp trên thanh góp cao áp không đổi khi

xảy ra mọi biến động về công suất phụ tải dù xảy ra ngắn mạch

- Nguồn có công suất (≥5÷7)lần công suất phụ tải

1.2 Phân tích phụ tải

1.2.1.Số liệu về các phụ tải trong bảng sau:

Trong đó: Smin=75%Smax

Smax=Pmax.cosφ Smin=Pmin.cosφ

Qmax=Pmax.tanφ Qmin=Pmin.tanφ

Pmax(MW)

Qmax

(MVAR)

Smin(MVA)

Pmin(MW)

Qmin(MVAR)

Cos

φ

Tmax(h)

Uđm(kV)

Yêucầuđcđa

1.1.1 Có 6 hộ phụ tải (từ phụ tải 1 tới phụ tải 6) chia thành 2 loại:

- Hộ phụ tải loại I (gồm 5 phụ tải:1,2,3,5,6 chiếm 83,3%):là loại phụ tải rấtquan trọng phải cung cấp điện liên tục.Nếu gián đoạn cung cấp điện thì sẽ gây hậu quả

nghiêm trọng ảnh hưởng đến an ninh, quốc phòng,an ninh,chính trị,tính mạng con

người,và thiệt hại nhiều về kinh tế.Vì thế mỗi phụ tải loại I phải được cấp điện bằng 1

lộ đường dây kép và TBA có 2 máy biến áp làm việc song song để đảm bảo độ tin cậy

và chất lượng điện năng

- Hộ phụ tải loại III (gồm phụ tải 4 chiếm 16,7%): là loại phụ tải có mức quantrọng thấp hơn,để giảm chi phí đầu tư thì mỗi phụ tải chỉ cần cấp điện bằng 1đường

dây đơn và 1 máy biến áp

- Các phụ tải đều có điện áp định mức Uđm=22kV và hệ số công suất cosφ=0.87

- Hộ phụ tải 1,2,3,5,6 có Tmax = 5000h

- Hộ phụ tải 4 có Tmax = 4000h

- Yêu cầu điều chỉnh điện áp:

+ Trong mạng thiết kế mạng điện cho hộ phụ tải (1, 2, 3, 5, 6) yêu cầu điềuchỉnh điện áp khác thường (KT) nên độ lệch điện áp thỏa mãn:

Chế độ phụ tải cực đại: du%=+5%Udm

Chế độ phụ tải cực tiểu: du%=0%Udm

Chế độ sự cố : du%= 0 ÷ 5%Udm

+ Các phụ tải (4) yêu cầu điều chỉnh điện áp thường (T) nên phạm vi điềuchỉnh điện áp thỏa mãn :

Chế độ phụ tải cực đại: du%≥+2, 5%

Chế độ phụ tải cực tiểu: du%≤+7, 5%

Chế độ sau sự cố : du%≥ -2, 5%

1.2 Cân bằng công suất nguồn và phụ tải

Để đảm bảo sự ổn định chế độ vận hành trong hệ thống điện thì điện năng do cácnhà máy điện trong hệ thống sản xuất phải cân bằng với điện năng tiêu thụ.Do đóchúng ta phải cân bằng công suất

Vì nguồn ta sử dụng là nguồn công suất VCL nên có thể đáp ứng mọi yêu cầu vềcông suất và chất lượng điện áp cho tất cả các phụ tải khi xảy ra mọi biến động vềcông suất phụ tải.Vì thế, ta không cần cân bằng công suất

CH ƯƠNG II

DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY, PHÂN TÍCH,

TÍNH TOÁN, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

***************

2.1 Dự kiến các phương án nối dây

Các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nối dâycủa mạng điện.Vì vậy các sơ đồ mạng điện phải đảm bảo tính khả thi và cạnh tranhcao.Các sơ đồ mạng điện phải có chi phí hằng năm và vốn đầu tư nhỏ nhất,đảm bảo độtin cậy cung cấp điện cần thiết,chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ thuậntiện và an toàn tỏng vận hành,khả năng áp dụng các công nghệ cao cũng như đáp ứngđược các phụ tải phát triển

Các yêu cầu chính đối với mạng điện:

- Cung cấp điện liên tục

- Đảm bảo chất lượng điện năng

- Đảm bảo thuận lợi cho thi công,vận hành,có tính linh hoạt cao

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

- Đảm bảo chất lượng về kinh tế Mạng thiết kế điện gồm 1 nguồn điện và 6 phụ tải,trong đó có 1 phụ tải loại III và

5 phụ tải loại I.Các hộ phụ tải loại I được cấp điện bằng 1 lộ đường dây kép,còn các hộphụ tải loại III thì được cấp điện bằng 1 đường dây đơn

Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của nguồn điện, các hộ phụ tải cũng như vịtrí địa lý của chúng, ta có các phương án nối dây sau:

Phương án I:

Phương án II:

Phương án III:

Phương án IV:

2.2 Tính toán chọn tiết diện dây dẫn

Dây dẫn lựa chọn là dây nhôm lõi thép (AC) là loại dây dẫn có độ dẫn điện tốt,đảmbảo độ bền cơ học cao,sử dụng ở mọi cấp điện áp và được sử dụng rộng rãi trong thựctế

Do mạng điện thiết kế có Udm=110kA nên tiết diện dây dẫn thường được chọntheo phương pháp mật độ kinh tế của dòng điện Jkt:

: Dòng điện cực đại đường dây chế độ làm việc bình thường

Tra bảng số liệu 4.3 trang 194 trong Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện –Ngô

Suất cực đại Tmax=5000h và 4000h nên mật độ kinh tế Jkt=1,1 A/mm2.

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức:

Trong đó: Isc là dòng điện của dây dẫn trong chế độ sự cố

Icp là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dòng điện, phụ thuộc vào bản chất và tiết diện dây dẫn

K là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ.Lấy k= 0, 8 ứng với t=25℃

Đối với đường dây kép thì I sc 2.Imax 0,8.I cp

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

2.3Tiêu chuẩn tổn thất điện áp

Các mạng điện 1 cấp điện áp đạt tiêu chuẩn kĩ thuật nếu trong chế độ phụ tảicực đại các tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ làm việc bình thường và chế độ sự

cố nằm trong khoảng sau đây:

15% 20%

ax

bt U m

sc

: Tổn thất điện áp khi bình thường

Ta tính tổn thất điện áp theo công thức:

i  n và

x l o i X

i  n

Với dây đơn thì n=1, với dây kép thì n=2

Đối với đường dây kép, nếu đứt 1 dây thì tổn thất điện áp trên đường dây là:

2, Chọn tiết diện dây dẫn

a) Đoạn đường dây N-1:

 Chọn tiết diện dây dẫn:

J kt



Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn ta chọn loại dây dẫn AC-120 có Icp=380A

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd>70mm2 (thỏa mãn điều kiện)

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng:

Nên loại dây dẫn AC-120 thỏa mãn điều kiện phát nóng

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên đoạn dây N-1:

1

r l

o N

bt U

b) Đoạn đường dây N-2:

 Chọn tiết diện dây dẫn:

J kt



Chọn loại dây dẫn AC-95 có tiết diện chuẩn là 95mm2 và I cp=330A

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

 Thỏa mãn điều kiện phát nóng

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây:

bt U

c) Đoạn đường dây N-3:

 Chọn tiết diện dây dẫn:

Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn thì ta chọn dây dẫn loại AC-95 có Icp=330A

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=95mm2>70mm2 (thỏa mãn điều kiện) + Kiểm tra điều kiện phát nóng:

Nên dây dẫn AC-95 thỏa mãn điều kiện phát nóng

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây N-3:

bt U

d) Đoạn đường dây N-4

 Chọn tiết diện dây dẫn:

Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn thì ta chọn dây dẫn loại AC-120 có Icp=380A

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=120mm2>70mm2 (thỏa mãn điều kiện) + Kiểm tra điều kiện phát nóng:

Nên dây dẫn AC-120 thỏa mãn điều kiện phát nóng

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây N-4:

bt U

e) Đoạn đường dây N-5

 Chọn tiết diện dây dẫn:

J kt



Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn thì chọn dây dẫn loại AC-95 có Icp=330A

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=95mm2 >70mm2nên thỏa mãn điều kiện + Kiểm tra điều kiện phát nóng:

Nên dây dẫn AC-95 thỏa mãn điều kiện phát nóng

+ Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp trên dây N-5

bt U

f) Đoạn đường dây N-6

 Chọn tiết diện dây dẫn

J kt



Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn thì chọn dây dẫn loại AC-95 có Icp=330A

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=95mm2 >70mm2 nên thỏa mãn điều kiện + Kiểm tra điều kiện phát nóng: vì N-6 là đường dây đơn nên khi xảy ra sự cố sẽ mấtđiện nên ta không tính đến IscN-6

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên đoạn dây N-6:

bt U

Ta có bảng số liệu tính toán sau:

LKm

 PHƯƠNG ÁN II

1) Sơ đồ

2) Chọn tiết diện dây dẫn

a) Đoạn dây dẫn 5-4:

 Chọn tiết diện dây dẫn:

Công suất trên đoạn 5-4 là

Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn thì chọn dây dẫn loại AC-70 có I cp=265A

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=70mm2 nên thỏa mãn điều kiện

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng : vì 5-4 là đường dây đơn nên khi xảy ra sự cố sẽmất điện nên ta không tính đến Isc5-4

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên đoạn dây 5-4:

 

66

 Chọn tiết diện dây dẫn:

Công suất trên đoạn N-5:

Tra bảng chọn tiết diện dây thì chọn loại dây AC-185 có Icp=510A

+Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=185mm2>70mm2(thỏa mãn điều kiện)

+Kiểm tra điều kiện phát nóng:

+Kiểm tra tổn thất điện áp trên đoạn dây N-5:

bt U

 Chọn tiết diện dây dẫn

Công suất trên đoạn dây dẫn 1-2 là:

J kt



Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn thì ta chọn dây dẫn loại AC-70 có Icp=265A

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=70mm2 (thỏa mãn điều kiện)

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng:

Nên dây dẫn AC-70 thỏa mãn điều kiện phát nóng

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây 1-2:

Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn ta chọn dây dẫn AC-240 có Icp=605A

+Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=240mm2>70mm2(thỏa mãn điều kiện) +Kiểm tra điều kiện phát nóng:

+Kiểm tra tổn thất điện áp trên đoạn dây N-1:

 

66

bt U

e) Các đoạn đường dây còn lại N-3,N-6 ta lấy kết quả từ phương án I

BẢNG THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY CỦA PHƯƠNG ÁN II

LKm

XΩ)

BẢNG TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN ÁP CỦA PHƯƠNG ÁN II

Nên phương án II đạt yêu cầu về kỹ thuật.

 PHƯƠNG ÁN II I

1 Sơ đồ

2 Chọn tiết diện dây dẫn

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

Ta có sơ đồ phân bố dòng công suất các đoạn dây trong mạch kín N-1-2-N:

Vậy điểm phụ tải 2 là điểm phụ tải phân công suất trong mạch kín trên

 Tính dòng phân công suất trên các đoạn đường dây

 Giả sử mạch điện là đồng nhất và các đoạn đường dây có cùng tiết diện

- Công suất trên đoạn dây N-2

a) Đoạn đường dây N-1

 Chọn tiết diện dây dẫn

S N

Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn ta chọn loại dây AC-240 có Icp=605A

+Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=240mm2>70mm2 (thỏa mãn điều kiện)

+Kiểm tra điều kiện phát nóng: đối với đoạn dây N-1 khi xảy ra sự cố thì có 2trường hợp vận hành sự cố:

- Trường hợp sự cố đứt đoạn dây N-2

- Trường hợp sự cố đứt đoạn dây 1-2

Vì điểm phụ tải 2 là điểm phụ tải phân công suất nên sự cố đứt đoạn dây N-2 là nguyhiểm hơn

Công suất trên đoạn dây N-1 khi sự cố đứt đoạn N-2 là:

(Thỏa mãn điều kiện phát nóng)

b) Đoạn đường dây N-2

 Chọn tiết diện dây dẫn:

S N

- Trường hợp sự cố đứt đoạn dây N-1

- Trường hợp sự cố đứt đoạn dây 1-2

Sự cố khi đứt đoạn dây N-1 nặng nề hơn

Vì phụ tải 2 là điểm phụ tải phân công suất Nên công suất trên đoạn dây N-2 khiđứt đoạn dây N-1 là:

(Thỏa mãn điều kiện phát nóng)

c) Đoạn đường dây 1-2

 

2 2 3,01 1,69

max1 2 10 10 18,11 ax1 2 3. 1 3.110

Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn ta chọn loại dây dẫn AC-70 có Icp=265A

+Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=70mm2(thỏa mãn điều kiện)

+Kiểm tra điều kiện phát nóng: đoạn dây 1-2 khi xẩy ra sự cố sẽ có 2 trường hợp:

- Trường hợp sự cố đứt đoạn dây N-1

- Trường hợp sự cố đứt đoạn dây N-2

Sự cố đứt đoạn dây N-2 nguy hiểm hơn vì sự cố nặng nề nhất là sự cố đứt đoạn dây

từ nguồn tới điểm phụ tải phân công suất (điểm 2 là điểm phân công suất)

Công suất trên đoạn dây 1-2 khi đứt đoạn dây N-2 là:

(Thỏa mãn điều kiện phát nóng)

 Kiểm tra tổn thất trên mạch điện kín N-1-2-N

Thông số đường dây của đoạn đường dây N-1 (loại dây dẫn AC-240):

bt U

bt U

- Tổn thất điện áp trên đường dây khi xảy ra sự cố đứt đoạn dây N-2 là:

Các số liệu của các đoạn đường dây còn lại ta lấy kết quả từ phương án II

Ta có bảng số liệu tổng quát của phương án III như sau:

BẢNG THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY CỦA PHƯƠNG ÁN III

XΩ)

BẢNG TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN ÁP CỦA PHƯƠNG ÁN III

Ta thấy: ax% 7, 02% 10%

bt U

m

và ax% 18,51% 20%

sc U m

Nên phương ánIII đạt yêu cầu kỹ thuật

 PHƯƠNG ÁN IV

1) Sơ đồ

2) Chọn tiết diện dây dẫn

a) Đoạn đường dây 3-2

 Chọn tiết diện dây dẫn:

Công suất đoạn 3-2 là:

Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn thì ta chọn dây dẫn loại AC-70 có Icp=265A

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=70mm2 (thỏa mãn điều kiện)

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng:

 

173,5 0,8 0,8.265 212

3 2

Nên dây dẫn AC-70 thỏa mãn điều kiện phát nóng

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây 3-2:

U

U dm







b) Đoạn đường dây N-3

 Chọn tiết diện dây dẫn:

Công suất trên đoạn dây N-3 là:

J kt



Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn thì ta chọn dây dẫn loại AC-240 có Icp=605A

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang: Fdd=240mm2>70mm2 (thỏa mãn điều kiện) +Kiểm tra điều kiện phát nóng:

bt U

Các số liệu của các đoạn đường dây còn lại ta lấy kết quả từ phương án I, II

BẢNG THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY CỦA PHƯƠNG ÁN IV

lkm

XΩ)

BẢNG TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN ÁP CỦA PHƯƠNG ÁN IV

Nên phương án IV đạt yêu cầu kỹ thuật

Bảng tổng kết tổn thất điện áp lớn nhất của 4 phương án như sau:

%ax

bt U

m

%ax

sc

U m

Theo bảng trên ta thấy:

- Phương án I có tổn thất điện áp thấp nhất cả ở chế độ bình thường cũng như khi

xảy ra sự cố

- Phương án III có tổn thất điện áp ở chế độ sự cố là lớn nhất

- Phương án IV có tổn thất điện áp trung bình ở cả hai chế độ

Từ những nhận xét trên thì ta chọn phương án I và phương án IV để so sánh về mặtkinh tế

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KINH TẾ

***************

Tính toán so sánh 2 phương án về mặt kinh tế.Lựa chọn phương án tối ưu.

Khi tính toán, thiết kế mạng lưới điện cần phải đảm bảo yêu cầu về kinh tế và kĩthuật.Mặc dù trên thực tế hai yêu cầu kinh tế và kĩ thuật thường mâu thuẫn nhau, mộtlưới điện có chỉ tiêu kĩ thuật tốt, vốn đầu tư và chi phí vận hành cao

Ngược lại, lưới điện có vốn đầu tư, chi phí vận hành nhỏ thì tổn thất cao, cấutrúc lưới điện phức tạp, vận hành kém linh hoạt, độ an toàn thấp.Vì vậy việc đánh giátính toán chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật của một lưới điện sẽ đảm bảo cho việc đạt chỉ tiêu về

Z: Là hàm tính toán chi phí tổn thất hàng năm (đồng).

atc: Hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư,với lưới điện 110kV thì atc=0,125

avh: Hệ số khấu hao hao mòn vận hành sửa chữa thiết bị,với đường dây trênkhông các cấp điện áp avh = 0,04

K: tổng vốn đầu tư xây dựng đường dây

K = x K0.li

Với đường dây đơn thì: x=1

Với đường dây kép thì: x=1, 6

K0: Suất đầu tư cho 1km đường dây nhánh thứ i, tiết diện Fi

li.: Chiều dài đường dây nhánh thứ i, (km)

Giá dây dẫn:

Giá