NHIỆM VỤ THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO MỘT NHÀ XÍ NGHIỆP

CHƯƠNG IPHÂN TÍCH NGUỒN VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT HỆ THỐNG ĐIỆN I.Phân tích nguồn điện Phân tích nguồn và phụ tải của mạng điện là một phần quan trọng trong tính toán thiết kế.. Vì vậy,cần

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN

Họ và tên sinh viên : Bùi Duy Đoàn

Lớp : Đ3-LT Quản Lý Năng Lượng

Ngành học : Quản Lý Năng Lượng

Giáo viên hướng dẫn : T.S Nguyễn Văn Điệp

1 Đầu đề thiết kế:ải

Thiết kế hệ thống điện có 2 nguồn cung cấp và 9 phụ tải

2 Các số liệu ban đầu:

Hệ thống có công suât vô cùng lớn, hệ số công suất(cos)trên thanh góp 110KV bằng 0,85

Nhà máy nhiệt điện có công suất 3x100MW; Uđm = 10,5KV; cos= 0,85

Các số liệu về phụ tải cho ở phần phụ lục

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

a Phân tích các đặc điểm của nguồn phụ tải

b Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng trong mạng điện

c Chọn phương án cung cấp điện hợp lý

d Chọn số lượng , công suất các máy biến áp trong các trạm, chon sơ đồ các trạm

và mạng điện

e Phân tích chế độ vận hành của mạng điện

f Chọn phương thức điều chỉnh điện áp trong mạng điện

g Tính toán các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của mạng điện

Hệ số công suất( cos) 0,9

Mức đảm bảo cung cấp điện Loại I

Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT

Điên áp danh định của điện thứ cấp(KV) 10

Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại; Tmax=5000h

Giá 1kWh điện năng tổn thất:500 đồng

Giá 1kVAr công suất thiết bị bù: 150*103 đồng.

LỜI NÓI ĐẦU

Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa của nước ta ttrong giai đoạn hiện nay không ngừng yêu cầu tăng sản lượng điện Để thực hiện yêu cầu đó cần phát triển các nhà máy điện cũng như các mạng và hệ thống điện có công suất lớn Điều này đặt ra những nhiệm vụ quan trọng đối với các kỹ sư Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó cùng với các kiến thức em đã được học tại khoa, em đã được nhận đồ án môn học: “Thiết kế hệ thốngđiện có 2 nguồn va 9 phụ tải”

Đồ án gồm 4 chương:

Chương I: Phân tích nguồn và cân bằng công suất trong hệ thống điện

Chương II: Xây dựng các phương án nối dây

Chương III: Chọn tiết diện dây dẫn

Chương IV: Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và chọn phương án tối ưu Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, cùng với sự chỉ bảo hướng dẫn của thầy giáo: T.S Nguyễn Văn Điệp, em đã hoàn thành song đồ án môn học cuả mình Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế nên đồ án của em còn những khiếm khuyết nhất định Em rất mong có những nhận xét và đóng góp ý kiến của thầy để em thêm hoàn thiện và rút ra những kinh nghiệm cho bản thân

Em xin trân thành cảm ơn thầy !

Hà nội, ngày 19 tháng 05 năm 2010 Sinh viên

Bùi Duy Đoàn

CHƯƠNG I

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT HỆ THỐNG ĐIỆN

I.Phân tích nguồn điện

Phân tích nguồn và phụ tải của mạng điện là một phần quan trọng trong tính toán thiết

kế Tính toán thiết kế có chính xác hay không hoàn toàn phụ thuộc vào mức độ chính xác của công tác thu thập và phân tích phụ tải Phân tích nguồn là việc làm cần thiết nhằm định hướng phương thức vận hành của nhà máy điện cũng như quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện Phân tích về những đặc điểm kinh tế - kỹ thuật của từng nhà máy điện như: công suất, hiệu suất, hệ số công suất cos ,khả năng điều chỉnh

Trong hệ thống điện thiết kế có 2 nguồn cung cấp, đó là hệ thống điện và nhà máy nhiệt điện

1.Hệ thống điện:

Hệ thống điện (HT) có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất trên thanh góp 110Kv bằng 0,85 Vì vậy,cần có sự liên kết giữa HT và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa 2 nguồn cung cấp khi cần thiết, đmr bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thường trong các chế độ vận hành Mặt khác vì HT có công suất vô cùng lớn cho nên chọn HT là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp Ngoài ra do HT có công suất

vô cùng lớn cho nên không cần phải dự trữ công suất trong các nhà máy nhiệt điện, nói cách khác công suất tác dụng va phản kháng dự trữ sẽ được lấy từ hệ thống điện

2.Nhà máy nhiệt điện;

Nhà máy nhiệt điện (NĐ) có 3 tổ máy phát Mỗi máy phát có công suất định mức Pđm=100MW, cos= 0,85,Uđm= 10,5kV Như vậy, tổng công suất định mức của NĐ bằng: 3 x 100 = 300 (MW)

Nhiên liệu của NĐ có thể là than đá, dầu và khí đốt Hiệu suất của các nhà máy NĐ tương đối thấp (khoảng 30% - 40%) Đồng thời công suất tự dùng của NĐ thường chiếmkhoảng từ 6% đến 15% tùy theo loại nhà máy nhiệt điện

Đối với nhà máy NĐ, các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải P 70% Pđm ; khi phụ tải P < 30% Pđm các máy phát ngừng làm việc

Công suất phát kinh tế của các nhà máy NĐ thường bằng (80% - 90%) Pđm Khi thiết

kế chọn công suất phát kinh tế bằng 80% Pđm, nghĩa là:

Trong hệ thống điện thiết kế co 9 phụ tải Tất cả các hộ phụ tải đều là hộ loại I và co

hệ số cos= 0,9 Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax = 5000h Các phụ tải đều có nhucầu điều chỉnh điện áp khác thường Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp của trạm biến 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 các nguồn điện Một phần phụ tải nhận công suất từ nhà máy NĐ, phần còn lại nhận từ thanh góp 110kV của hệ thống

Smin= Pmin+ j*QminMVA

SminMVA

II.Cân bằng công suất trong hệ thống điện

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 đến hộ tiêu thụ và không thể dự 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 điện cần phải phát công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong các 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 có dự trữ nhất địnhcủa công suất tác dụng trong hệ thống Dự trữ trong hệ thống điện là một vấn đề rất 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 ttrong chế độ phụ tải cực đại đối với hệ thống điện thiết kế có dạng:

PNĐ + PHT = Ptt = m * ∑Pmax + ∑ P + Ptd + Pdt

Trong đó:

PNĐ : tổng công suất do nhà máy nhiệt điện phát ra

PHT :công suất tác dụng lấy từ hệ thống

Ptt :công suất tiêu thụ trong mạng điện.

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

∑Pmax : tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại.

∑ P : tổng tổn thất trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy ∑ P=5%∑Pmax

Ptd :công suất tự dùng trong các nhà máy điện, có thể lấy bằng 10% tổng công

suất đặt của nhà máy

Pdt : công suất dự trữ trong hệ thống điện, khi cân bằng có thể lấy

Pdt=10%∑Pmax, đồng thời công suất dự trữ cần phải bằng công suất định mức của các tổ máy phát lớn nhất đối với hệ thống điện Bởi vì hệ thống điện có công suất vô cùng lớn, cho nên công suất dự trữ lấy ở hệ thống, nghĩa là Pdt = 0

Tổng công suất tác dụng của các phụ tải khi cực đại được xác định từ bảng thông số

kiến Trong thực tế thường chọn các nhà máy điện có công suất lớn và khả năng điều chỉnh công suất tác dụng là nút cân bằng công suất.

Để thực hiện khi tính, nút cơ sở về điện áp thường được chọn trùng với nút cân bằng công suất

Cân bằng công suất trong hệ thống điện trước hết là xem khả năng cung cấp điện và tiêu thụ trong hệ thống có cân bằng không Sau đó sơ bộ định hướng phương thức vận hành của từng nhà máy điện trong các chế độ vận hành lúc phụ tải cực đại, cực tiểu hay

sự cố dựa vào khả năng cung cấp điện của từng nguồn điện Cân bằng công suất chính

là nhằm ổn định chế độ vận hành của hệ thống điện

Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ tần số ổn định trong hệ thống điện.Để giữ được điện áp bình thường ta cần phải co sự cân bằng công suất phản kháng Ở hệ thống nói chung và khu vực nói riêng.Mặt khác sự thay đổi điện áp cũng ảnh hưởng tới

sự thay đổi tần số và ngược lại

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 diện năng sản suất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm Sự cân bằng đòi hỏi khôngnhững chỉ đối với công suất tác dụng , mà cả đối với công suất phản kháng

Sự cân bằng công suất phẩn kháng có quan hệ với điện áp Phá hoại sự cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn tới sự 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 điện sẽtăng, ngược lai nếu thiếu công suất phản kháng phản kháng điện áp trong mạng sẽ giảm

Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện vàtrong hệ thống cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng

Phương trinh cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế có dạng:

QF = QHT = Qtt = m * ∑Qmax +∑ QL - ∑ QC + ∑ Qb +Qtd + Qdt (*)

Trong đó:

m = 1

QF : tổng công suất phản kháng do NĐ phát ra

QHT : công suất phản kháng do HT cung cấp.

Qtt : tổng công suất phản kháng tiêu thụ.

∑ QL : tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây

Qdt : công suất phản kháng dự trữ trong HT, khi cân bằng sơ bộ có thể lấy

bằng 15% tổng công suất phản kháng ở phần bên phải của chương trình (*)

Đối với mạng điện thiết kế, công suất Pdt sẽ lấy ở hệ thống, nghĩa là Qdt = 0

Như vậy tổng công suất do NĐ phát ra bằng:

CHƯƠNG II

XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

Phương án cung cấp điện được lựa chon có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh

tế - kỹ thuật của hệ thống Một phương án cung cấp điện được xem là hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu:

 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật

 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

 Đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế

 Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

 An toàn cho người và thiết bị

 Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải

I.Xây dựng các phương án nối dây

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ 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 của các hộ tiêu thụ, thuận tiện an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới Dựa vào việc phân tích nguồn và phụ tải ở chương I ta thấy:

Các phụ tải phân bố tập trung gần 2 nguồn và đều là các hộ loại I có yêu cầu cung cấp điện rất cao Do đó, phải sử dụng lộ đường dây mạch kép hoặc mạch vòng để cung cấp điện cho phụ tải

Các phụ tải 3,4,5,6,7 phân bố gần nhà máy nhiệt điện do đó sẽ lấy điện từ nhà máy Các phụ tải 1,2,8,9,phân bố gần hệ thống có công suất vô cùng lớn nên sẽ nhận điện từ thanh góp 110kV của hệ thống

Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và chế độ vận hành linh hoạt giữa hệ thống và nhà máy nhiệt điện ta sẽ sử dụng một đường dây liên lạc giữa chúng.Đường day liên lạc này sử dụng mạch kép.

Khi dự kiến các phương án nối dây phải dựa trên các ưu, khuyết điểm của một số mạng điện cũng như phạm vi sử dụng của chúng

Từ vị trí tương quan giữa các phụ tải với nhau, giữa các phụ tải với nguồn và các nhận xét ở trên ta vạch ra 6 phương án như sau:

50 9

60

3 k m

58 31 km

50 9

60

3 k m

58 31 km

50 9

60

3 k m

58 31 km

60

3 k m

58 31 km

50 9

60

3 k m

58 31 km

58 31 km

II Chọn cấp điện áp cho lưới điện

1._Phân tích,giữ lại một số phương án để tính toán tiếp (giữ lại 3 phương án)

Phõn tớch một số ưu - nhược điểm của cỏc sơ đồ cung cấp điện cơ bản :

- Sơ đồ hình tia:

Ưu điểm: đơn giản về sơ đồ nối dây, bố trí thiết bị đơn giản; Các phụ tải không liên quan đến nhau, khi sự cố trên 1 đờng dây không ảnh hởng đến đờng dây khác; Tổn thất nhỏ hơn sơ đồ liên thông

Nhợc điểm: khảo sát, thiết kế, thi công mất nhiều thời gian và tốn nhiều chi phí

- Sơ đồ liên thông :

Ưu điểm là: thiết kế, khảo sát giảm nhiều so với sơ đồ hình tia; thiết bị, dây dẫn có chiphí giảm

Nhợc điểm: cần có thêm trạm trung gian, thiết bị bố trí đòi hỏi bảo vệ rơle; Thiết bị tự

động hóa phức tạp hơn; độ tin cậy cung cấp điện thấp hơn sơ đồ hình tia

- Mạng kín:

Ưu điểm là độ tin cậy cung cấp cao, khả năng vận hành lới linh hoạt

Nhợc điểm: bố trí bảo vệ rơle và tự động hóa phức tạp Mạng kín có công suất lớn thìtổn thất điện áp khi xảy ra sự cố rất lớn

Từ đú ta giữ lại 3 phương ỏn là phương ỏn 1, phương ỏn 5 và phương ỏn 6 để tớnhtoỏn tiếp

2 Chọn cấp điện ỏp cho phương ỏn 1

50 9

60

3 k m

58 31 km

Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức k inh nghiệm sau đây:

Ui = 4,34 x l i16P i

Trong đó:

Ui : điện áp của đường dây thứ I (kV)

li : chiều dài của đoạn dường dây thứ i (km)

Pi : công suất tác dụng truyền tải trên đoạn đường dây thứ I (MW)

Nếu điện áp tính toán nằm trong khoảng: 70 kV < U < 150 kV thì ta sẽ chọn điện ápđịnh mức của mạng điện là 110 kV

Thông số của các phụ tải cho như sau:

Xét đoạn liên lạc NĐ-7-HT: PNĐ = Pkt - Ptd - PN - PN

Trong đó:

PNĐ : tổng công suất phát kinh tế của NĐ

Ptd : công suất tự dùng trong nhà máy điện

PN : tổng công suất của các phụ tải nối với NĐ ( PN = P3 + P4 + P5 + P6 )

PN : tổn thất công suất trên các đường dây do nhiệt điện cung cấp (PN =5%PN)

Theo kết quả tính toán ở phần trước, ta có: Pkt = 240 MW; Ptd = 30 MW

Từ sơ đồ mạng điện của phương án 1, ta có:



= 59,32 + j36,78 MVA Dòng công suất truyền tải trên đoạn đường dây HT-7 bằng:

SHT-7=S7 - SND-7= 38 + j18,39 – 59 – j36,78 = - 21 – j19,38 MVA

Do đó phụ tải 7 phải lấy công suất tác dụng và công suất phản kháng từ hệ thống với giátrị là: S = 21 + j19,38 MVA

Điện áp trên đoạn đường dây NĐ -7 bằng:UNĐ-7 = 4,34* 41, 23 16*59,32 136,58  KV Đối với đường dây HT-7: UHT-7 = 4,34* 50 16*21 85, 28 

Đối với đường dây HT-1: UHT-1 = 4,34* 58,31 16*36 109,32 

Tính điện áp cho các đường dây còn lại, tính tương tự như đường dây trên

Kết quả tính toán điện áp định mức của các đường dây trong phương án 1 cho bởi bảng sau:

Đường dây Công suất

truyền tải S

MVA

Chiều dài đường dây l, km

Điện áp tính toán U kV

Điện áp định mức của mạng Uđm, KV

Từ bảng kết quả trên, ta thấy điện áp vận hành của các đường dây gần với cấp điện áp

110 kV, nên ta chon điện áp định mức cho mạng điện cần thiết là Uđm = 110 kV

3 Chọn cấp điện áp cho phương án 5

50 9

60

3 k m

58 31 km

Từ sơ đồ phương án 5, ta tính được công suất truyền tải trên các đường dây như sau:

- Các đường dây: HT-1, HT-2, NĐ-2, NĐ-3, NĐ-4 như đã được tính trong phương

án 1

- Hai nhánh liên lạc NĐ-7 và HT-7 có công suất như đã tính trong phương án 1

- Đường dây NĐ-5: có SNĐ-5 = 69,5 + j33,63 MVA

- Đường dây 5-6 : có S5-6 = 36 +j17,42 MVA

- Tính dòng công suất chạy trên đoạn đường dây trong mạch vòng HT-8-9-HT

 Để xác định các dòng công suất ta giả thuyết rằng, mạng điện đồng nhất và tất cả các đoạn dường dây đều có cùng một tiết diện

Như vậy dòng công suất chạy trên đoạn HT-8 bằng: