Thiết kế phần điện cho nhà máy điện và trạm biến áp

Phụ tải Mạng điện khu vực mà ta cần thiết kế gồm 6 phụ tải: I, II, III, IV, V, VI; Trong đó : Phụ tải I; III; IV; VI là các hộ tiêu thụ điện phụ tải loại I Được cung cấp bởi đường dây k

CHƯƠNG I

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, XÂY DỰNG

PHƯƠNG ÁN

§1.1)Phân tích nguồn và phụ tải

1.) Nguồn cung cấp điện.

Nguồn cung cấp cho hệ thống là nguồn có công suất vô cung lớn, có đủ khả năng đáp ứng công suất cho phụ tải

2.) Phụ tải

Mạng điện khu vực mà ta cần thiết kế gồm 6 phụ tải: I, II, III, IV, V, VI; Trong đó :

Phụ tải I; III; IV; VI là các hộ tiêu thụ điện phụ tải loại I

Được cung cấp bởi đường dây kép hoặc vòng để đảm bảo độ an toàn cung cấp điện

Phụ tải II; V là các hộ tiêu thụ điện phụ tải loại II

Được cung cấp điện bằng các đường dây đơn

Tổng công suất tác dụng lớn nhất của 6 phụ tải tiêu thụ là :

P∑max = 205(MW)

Phụ tải là công suất tác dụng và phản kháng yêu cầu tại một điểm nào đó của lưới điện ở điện áp định mức, gọi là điểm đặt hay điểm đấu phụ tải Tổng công suất của các phụ tải:

P∑max = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6

= 25 + 35 + 40 + 30 + 45 = 205 (MW)

Pmin = 70%Pmax = 100

70

.205 = 143,5 (MW)

Ta có:

Q

j

P

S. = + ; cos ϕ

P

S =

; Q = P tgϕ , với cosϕ = 0,85 ⇒ tgφ = 0,62

Dựa vào bảng số liệu đã cho, ta có thông số của các phụ tải ở chế độ cực đại và cực tiểu như sau:

Bảng số liệu các phụ tải:

tải Hộ

P(MW) Q(MVAr) S(MVA) P(MW) Q(MVAr) S(MVA)

Tổng 205 127,1 241,17 143,5 88,97 168,83 0,85

Bảng số liệu các đoạn đường dây:

đường

ch ều dài

Phương trình cơ bản:

∑PF = ∑Ptt

Trong đó:

∑PF : tổng công suất phát

∑Ptt : tổng công suất tiêu thụ

Để hệ thống làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải, thì

nguồn điện phải được cung cấp đủ công suất tác dụng P và công suất phản

kháng Q cho các hộ tiêu thụ và tổn thất công suất trên các phần tử của hệ

thống

Sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng phát ra so với

công suất tiêu thụ bị phá vỡ, thì các chỉ tiêu chất lượng điện năng bị giảm

đến thiệt hại kinh tế hoặc làm tan vỡ hệ thống

Nếu công suất tác dụng của nguồn nhỏ hơn yêu cầu phụ tải, thì tần số

giảm và ngược lại Tần số là thước đo cân bằng công suất tác dụng Khi tần

số nằm trong phạm vi cho phép quy định bởi chất lượng điện năng thì có

nghĩa là đủ công suất tác dụng Nếu tần số cao hơn thì công suất thừa so với

phụ tải, ngược lại nếu tần số nhỏ hơn thì công suất nguồn thiếu so với phụ

tải Cân bằng công suất tác dụng có tính chất toàn hệ thống, tần số ở mọi nơi trên hệ thống luôn như nhau

Nếu công suất phản kháng phát nhỏ hơn yêu cầu thì điện áp giảm, còn khi công suất phản kháng lớn hơn công suất phản kháng yêu cầu thì điện áp tăng

Vì vậy mục đích cân bằng công suất là tính toán xem nguồn phát có đáp ứng đủ công suất P, Q cho phụ tải không Từ đó đưa ra phương thức vận hành cho nhà máy, lưới điện nhằm đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cũng như đảm bảo chất lượng điện năng

1.2.1) Cân bằng công suất tác dụng

Phương trình cân bằng công suất tác dụng :

∑PF = m∑Ppti+ ∑∆P md i + ∑P td + Pdp (1.2.1) Trong đó:

∑Ppt :công suất tính toán của phụ tải

PF : tổng công suất phát của trạm điện phát

m : Hệ số đồng thời (m = 1)

∆P md : tổn thất công suất tác dụng bao gồm tổn thát điện trên các

đường dây và các máy biến áp

Ptd : công suất tiêu dùng của nhà máy để hoạt động

Pdp : công suất dự phòng của hệ thống

Trong tính toán sơ bộ ta lấy :

∑∆P md = 5%∑Ppt = 100

5

.205 = 10,25 (MW)

Pdp = 10% ∑Ppt

∑∆P dp= Pdp = 0

Vậy:

∑PF = m∑Ppti+ ∑∆P md i

PF = m∑Ppti+ ∆P md= 205+10,25 = 215,25 (MW)

1.2.2) Cân bằng công suất phản kháng

- Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế

∑QF + ∑QΣb= m∑Qpti+ ∑∆Qbi + ∑QtdK+ Qdp (1.2.2)

QF : tổng công suất phản kháng do trạm điện phát

QΣb: lượng công suất phản kháng cần bù thêm để đảm bảo cân bằng công suất phản kháng

∆Qb : tổn thất công suất phản kháng do máy biến áp gây ra

m∑Qpt : tổng công suất phản kháng của phụ tải ở chế độ cực đại

QtdK: công suất phản kháng tiêu dùng của nhà máy

∑QtdK = 0

Qdp : công suất phản kháng dự trữ của hệ thống

Qdp = 0

Trong tính toán sơ bộ lấy :

m∑Qpti = m∑tgφi.Ppti

∑QF = ∑tgQh – PFh

∑∆Qb = 15%∑Qpt

m – hệ số đồng thời; với cosϕHT = 0,85 ⇒tgϕHT = 0,62.

) (

46 , 133 62 0 25 , 215

P

Q F = F ϕHT = = .

) (

1 , 127 62 , 0 205

.

m∑ pt i = ∑ pt i ϕi = =

) (

06 , 19 1 , 127 15 , 0

%.

∆

Từ (1.2.2)

⇒Q b∑ =m.∑Q pt i + ∑ ∆Q b −∑ Q F =127,1+19,06−133,46=12,7(MVAr)

0 ) (

7

,

=

Q b , nên phải bù công suất phản kháng

Ta dự kiến bù sơ bộ dựa trên nguyên tắc là:

- Bù ưu tiên cho các hộ ở xa, có công suất lớn, có cos ϕ thấp trước và bù đến cosϕ =0,90÷0,95.(không bù cao hơn vì không kinh tế và ảnh hưởng

không tốt tới tính ổn định của hệ thống điện)

- Nếu thừa bù vào cho các hộ ở gần có cos ϕ cao hơn, bù đến

90 , 0 85 , 0

Công suất bù sơ bộ cho các hộ tiêu thụ thứ i được tính như sau:

imoi i

i

bi Q P tg

Q = − ϕ

Trong đó: Pi,Qi – là công suất của hộ tiêu thụ thứ i trước khi bù;

tgϕimoi - tính theo cos ϕimoi;

cos ϕimoi - hệ số công suất của hộ thứ i sau khi bù

Ta chọn vị trí bù tại phụ tải 4 và phụ tải 2

Bù 6 MVAr tại phụ tải 4: S’

pt4 =40 + j(24,8 - 6) = 40 + j18,8 (MVA)

40

4

'

pt S

P

ϕ

= 0,91

Bù 6,7 MVAr tại phụ tải 2:

S’ pt2 = 25 + j(15,5 – 6,7) = 25 + j8,8 (MVA)

25

2

'

pt S

P

ϕ

= 0,94 kết quả bù sơ bộ được tính như sau :

§1.3) Xây dựng các phương án nối dây

1.3.1) Xây dựng các phương án nối dây

Lựa chọn các phương án nối dây của mạng điện là nhiệm vụ hết sức quan trọng, từ đó tính toán so sánh các phương án về mặt kỹ thuật nhằm tìm

ra một phương án hợp lý nhất đảm bảo cung cấp điện kinh tế và hiệu quả Việc lựa chọn phương án nối dây của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu

tố khác nhau như: Công suất yêu cầu phụ tải lớn hay nhỏ hơn, số lượng phụ tải nhiều hay ít, vị trí phân bố phụ tải, mức độ yêu cầu về đảm bảo cung cấp điện liên tục, đặc điểm và khả năng cung cấp điện của nhà máy điện, vv… Những yêu cầu chủ yếu đối với các mạng

- Các sơ đồ mạng điện cần phải có các chi phí nhỏ nhất

- Đảm bảo độ tin cậy và chất lượng cao của điện năng cung cấp cho các

hộ tiêu thụ

- Đảm bảo an toàn đối với người và thiết bị

- Sơ đồ an toàn trong vận hành, khă năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới

Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ loại I, cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng tự động Vì vậy

để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I có thể sử dụng đường dây 2 mạch hay mạch vòng

Đối với các hộ tiêu thụ loại II, trong nhiều trường hợp được cung cấp điện bằng đường dây 2 mạch hoặc bằng hai đường dây riêng biệt.Nhưng có thể cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại II bằng đường dây trên không một mạch, bởi vì thời gian sửa chữa sự cố các đường dây trên không rất ngắn Đối với hộ tiêu thụ loại III được cung cấp điện bằng đường dây một mạch

• Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của các nguồn cung cấp điện và các phụ tải, cũng như vị trí của chúng, có 5 phương án dự kiến như hình a; b; c; d; e

Phương án A

I

II

III

IV V

VI

N

s2

s1

s3

s4

s5

s6

Phương án B

I

II

III

IV

VI

N

s2

s1

s3

s4

s6

s5

V

Phương án C

III

IV

s1

s3

s4

s6

s2

II

V

s5

Phương án D

I

VI

s1

s6

V

s5

s2

II

s3

III

s4

IV

N

Phương án E

I

II

III

VI

N

s2

s1

s6

s5

V

s3

s4

IV

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN KINH TẾ KĨ THUẬT CHỌN

PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KĨ THUẬT

PHƯƠNGÁN A

II

III

IV V

VI

N

s2

s1

s3

s4

s5

s6

đường

dây

ch ều dài

Công suất

(MW)

30+j18,

6 25+j15,5 35+21,7 40+j24,8 30+j18,6 45+j27,9

1.Lựa chọn điện áp tải điện.

Lựa chọn hợp lý cấp điện áp định mức là một trong những nhiệm vụ quan

trọng khi thiết kế mạng điện vì điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu

kinh tế kĩ thuật của mạng

Điện áp của mạng điện được thiết kế 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

Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức thực nghiệm:

U = 4,34 L +16.P , kV Trong đó:

L: Khoảng cách truyền tải, km

P: Công suất truyền tải trên đường dây, MW

Điện áp tính trên các đoạn đ ư ờng d ây

đoạn N-1 :

UN-3 = 4,34 = 99,91 kV

đoạn N-2 :

UN-3 = 4,34 = 92,07 kV

đoạn N-3 :

UN-4 = 4,34 = 105,96 kV

đoạn N-4:

UN-4 = 4,34 = 111,69 kV

đoạn N-5:

UN-5 = 4,34 = 97,27 kV

đoạn N-6:

UN-6 = 4,34 = 119,74 kV

Từ kết quả nhận ta thấy 70 kV≤ U ≤ 150 kV nên chọn điện áp định mức là

Uđm = 110 kV

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

việc chọn tiết diện dây dân phải phụ thuộc vào hai yếu tố đó là chỉ tiêu kĩ thuật và kinh tế

về mặt kĩ thuật tiết diện dây dẫn phải thỏa mãn các yêu cầu về phát nóng,tổn thất điện áp,tổn thất vầng quang điện, độ bền cơ khí, ổn định động, ổn định nhiệt

về mặt kinh tế dây dẫn đựoc chọn sao cho giá thành là tối ưu nhất

a.Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế và kiểm tra điều kiện phát nóng

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

Fkt = J kt

Imax

Trong đó:

Fkt :Tiết diện kinh tế đoạn dây, mm2

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

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

Imax =

3 max 10

3 U dm n

S

, A Hay Imax =

3 2 2

10 3

n

Q

P +

,A

n :Số mạch của đường (dây đơn n = 1, dây kép n = 2)

Uđm : Điện áp định mức của mạng điện, kV

Smax : Công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA

Đối với đường dây 110kV, để không suất hiện tổn thất vầng quang các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F ≥ 70 mm2

Với đoạn đường dây N-1

IN-1 = 103 = 103 = 185,26 (A)

FN-1 = = = = 168,42 (mm2)

Chọn dây AC-150 Icp =445

Đường dây N-1 có một mạch nên không xét sự cố đứt dây Ở các tr ường hợp d ây có hai mạch ta tính dòng điện trong m ạch khi có sự cố đứt một m ạch sau đó kiểm tra xem dòng điện có sự cố có nhỏ hơn Icp không sau đó mới quyết định có sử dụng loại dây đấy không

Với đoạn đường dây N-2 :

IN-2 = 103 = 1000 = 77,19 (A)

FN-2 = = = 70,17 (mm2)

Chọn d ây AC- 70 Icp = 265

Nếu ngừng một mạch của đường dây thì dòng điện chạy trên mạch còn lại bằng:

I2sc = 2.IN-2 = 2.77,19 = 154,38 (A)

I2sc =154,38 < 0,88Icp =233,2

Thỏa mãn điều kiện phát nóng

Với đoạn đường dây N-3 :

IN-3 = 103 = 1000= 216,14 (A)

FN-3 = = = 196,49 (mm2)

ch ọn d ây AC- 185 Icp=510

Với đoạn đường dây N-4 :

IN-4 = 103 = 1000 = 247,02 (A)

FN-4 = = = 224,56(mm2)

ch ọn AC - 240 Icp = 610

Với đoạn đường dây N-5 :

IN-5 = 103 = 1000 = 92,63 (A)

FN-5 = = = 84,21 (mm2)

ch ọn AC - Icp=

ch ọn d ây AC - 95 Icp=330

Nếu ngừng một mạch của đường dây thì dòng điện chạy trên mạch còn lại bằng:

I5sc = 2.IN-5 = 2.92,63 = 185,26 (A)

I5sc =185,26 <0,88 Icp = 290,4

Thỏa mãn điều kiện phát nóng

Với đoạn đường dây N-6 :

IN-6 = 103 = 103 = 277,9 (A)

FN-6 = = = 252,63 (mm2)

ch ọn d ây AC-240 Icp = 610

Tra các đợn vị thông số của đường dây là: r0, x0, b0 và tính các thông số

tập trung R, X, B/2 trong sơ đồ thay thế hình Πcủa các đường dây dẫn

theo công thức sau:

R = n.r .l

1 0

, X = n.x .l

1 0

, n b l

B . . .

2

1

Trong đó n là số mạch của đường dây

Kết quả tính toán các thông số của các đường dây trong mạng điện :

(MVA)

r 0

(km

Ω

)

x 0

(km

Ω

)

b 0 . 10 -6

(km

S

)

R ( Ω) ( XΩ) 2

B

.10 -4

(S)

N – 1(AC-150) 30+j18,6 0,210 0,416 2,74 10,5 20,8 68,5

N – 2(AC-70) 25+j8,8 0,640 0,440 2,58 16 11 129

N – 3(AC-185) 35+j21,7 0,170 0,409 2,82 6,13 14,74 50,83

N – 4(AC-240) 40+j18,8 0,130 0,390 2,86 2,91 8,72 31,97

N – 5(AC-95) 30+j18,6 0,330 0,429 2,65 3,69 4,79 59,25

N – 6(AC-240) 45+j27,9 0,130 0,390 2,86 5,36 16,08 58,96

b.Tính tổn thất điện áp

Đối với đường dây hai mạch, sự cố nặng nề nhất là đứt một trong hai

mạch, đối với mạng kín là đứt lần lượt từng đoạn với nguồn

Tổn thất điện áp được tính như sau

=

= 100

Tổn thất trên đường dây 2 mạch, ngừng một mạch thì tổn thất điện áp được

xác định theo công thức :

% = 2%

-Trên đoạn đường dây N-1 :

= = 6,38 kV

% = 100 = 5,8 %

-Trên đoạn đường dây N-2 :

= = 4,52 kV

= 100 = = 4,11%

Khi một mạch của đường dây ngừng làm việc, tổn thất điện áp trên đường dây có giá trị :

% = 2 = 2.4,11 = 8,22%

-Trên đoạn đường dây N-3:

= = 4,86 kV

= 100 = 4,42%

-Trên đoạn đường dây N-4:

= = 2,55 kV

% = 100 = 100 = 2,32 % -Trên đoạn đường dây N-5:

= = 1,82 kV

% = .100 = 100 = 1,65 % Khi một mạch của đường dây ngừng làm việc, tổn thất điện áp trên đường dây có giá trị :

% = 2 = 2.1,65 = 3,3 %

-Trên đoạn đường dây N-6 :

= = 6,27 kV

% = 100 = = 5,7 %

• Tổn thất điện năng được xác định theo công thức:

τ

.

max

i P

A= ∑ ∆

∆

Trong đó:

max

i

P

∆ : tổn thất công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại;

τ : thời gian tổn thất công suất cực đại.

• Tổn thất công suất được xác định theo công thức:

i đm

i i

U

Q P

2 max

2 max max

+

=

∆

∑

Trong đó:

max

max , i

i Q

P : công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy trên đường dây thứ i trong chế độ phụ tải cực đại;

Ri: điện trở của đường dây thứ i;

Uđm:điện áp định mức của mạng điện

• Thời gian tổn thất công suất cực đại có thể tính theo công thức sau:

8760 ) 10 124

, 0

max

−

+

τ

Trong đó Tmax là thời gian sử dụng phụ tải cực đại trong năm

Như vậy thay số ta có:

τ =(0,124+Tmax.10−4)2.8760 = (0,124 + 5000.10-4).8760

= 3410,934 (h)

Tính tổn thất công suất

= = 10,5 = 1,08 (MW) = = 16 = 0,93 (MW) = = 6,13 =0,86 (MW) = = 2,91 = 0,47 (MW) = = 3,69 = 0,38 (MW) = = 5,36 = 1,24 (MW) Tổn thất điện năng :

= ∑∆ = ( + + + + + )

=(1,08+0,93+0,86+0,47+0,38+1,24).3410,934

=16918,23 (MWh)

PHƯ ƠNG ÁN B

I

II

III

IV

VI

N

s2

s1

s3

s4

s6

s5

V