THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC GỒM 1 NGUỒN VÀ 7 PHỤ TẢI

Ngày nay, điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong 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 một vai trò vô cùng quan trọng. Điện năng là điều kiện tiên quyết cho việc phát triển nền công nghiệp cũng như các ngành sản xuất khác. Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc sản xuất điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như phân phối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kĩ lưỡng để vừa đảm bảo hợp lí 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 nguồn và bảy phụ tải. Nhìn chung, phương án được đưa ra đã đáp ứng được những yêu cầu cơ bản của một mạng điện. Do kiến thức còn hạn chế nên đồ án này của em không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong thầy cô trong bộ môn góp ý để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.

ĐỒ ÁN LƯỚI ĐIỆN

Họ và tên sinh viên : Nguyễn Ngọc AnhLớp : Đ5H1

Ngành : Hệ thống điện

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU

VỰC GỒM 1 NGUỒN VÀ 7 PHỤ TẢI

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong 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 một vai trò vô cùng quan trọng Điện năng là điều kiện tiên quyết cho việc phát triển nền công nghiệp cũng như các ngành sản xuất khác Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc sản xuất điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như phân phối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kĩ lưỡng để vừa đảm bảo hợp lí 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 nguồn và bảy phụ tải Nhìn chung, phương án được đưa ra đã đáp ứng được những yêu cầu cơ bản của một mạng điện.

Do kiến thức còn hạn chế nên đồ án này của em không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong thầy cô trong bộ môn góp ý để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.

Hà Nội,tháng 5 năm 2013

Sinh viên: Nguyễn Ngọc Anh

SỐ LIỆU

I - SỐ LIỆU CHO BIẾT:

Sơ đồ mặt bằng vị trí các nguồn điện và các phụ tải được cho như hình vẽ:

Yêu cầu điều

Điện áp trên thanh cái cao áp của nhà máy điện khi phụ tải cực đại, khi sự cốnặng nề là: 110% khi phụ tải cực tiểu là 105% điện áp danh định

Đối với tất cả các hộ tiêu thụ (trạm hạ thế): Pmin = 70% Pmax ; Tmax = 5000 giờ

Giá điện năng tổn thất: 700 đ/kWh Giá thiết bị bù là 150.000 đ/kVAr

II – NỘI DUNG PHẦN THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

1. Cân bằng công suất, lựa chọn phương án hợp lý

2. Lựa chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

3. Giải tích các chế độ của hệ thống điện

4. Tính toán bù CSPK

5. Tính toán điều chỉnh điện áp tại các nút

6. Tính toán giá thành tải điện

CHƯƠNG I:

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

-o0o -I. Nguồn công suất vô cùng lớn

Nguồn công suất vô cùng lớn là nguồn có công suất lớn hơn rất nhiều lần so vớicông suất phụ tải (thường từ 5-7 lần) Trong đó mọi sự biến đổi của phụ tải thìđiện áp trên thanh góp của nguồn không đổi

II. Phân tích phụ tải

Yêu cầu điều

+ Hộ phụ tải loại I gồm 6 hộ: 2,3,4,5,6,7 là những phụ tải quan trọng có yêu cầucung cấp điện liên tục Nếu xảy ra hiện tượng mất điện sẽ gây hậu quả và thiệt hạinghiêm trọng về an ninh, chính trị Vì vậy phải có dự phòng chắc chắn Mỗi phụtải phải được cấp điện bằng ít nhất 2 mạch, để đảm bảo cấp điện liên tục cũng nhưđảm bảo chất lượng điện năng ở mọi chế độ vận hành.

+ Hộ phụ tải loại III là hộ 1 Là hộ phụ tải ít quan trọng hơn vì vậy để giảm chiphí đầu tư ta chỉ cần cấp điện bằng một mạch đơn

Đề xuất phương án nối dây và tính toán chỉ tiêu kĩ thuật

-o0o -I. Dự kiến các phương án

PHƯƠNG ÁN I

PHƯƠNG ÁN II

PHƯƠNG ÁN III

PHƯƠNG ÁN IV

PHƯƠNG ÁN V

PHƯƠNG ÁN VI

II. .Lựa chọn cấp điện áp định mức cho lưới điện

Lựa chọn điện áp định mức là một vấn đề quan trọng trong quá trình thiết kếmạng điện vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạngđiện như vốn, đầu tư, tổn thất điện áp, tổn thất điện năng, chi phí vận hành,…Điện áp định mức của mạng điện được phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công suấtcác phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải với nguồn cấp, vị trí tương đối giữa cácphụ tải với nhau, phụ thuộc vào sơ đồ của mạng điện thiết kế Như vậy, chọn điệnáp định mức của mạng điện được xác định chủ yếu bằng các điều kiện kinh tế.Điện áp định mức của mạng điện cũng có thể được xác định đồng thời với sơ đồcung cấp điện hoặc theo giá công suất truyền tải và khoảng cách truyền tải côngsuất trên mỗi đoạn đường dây trong mạng điện

Để chọn cấp điện áp hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu sau:

+ Đáp ứng được các yêu cầu của phụ tải

+ Phù hợp với lưới điện hiện tại và lưới điện quốc gia

+ Mạng điện có chi phí tính toán là nhỏ nhất

Có thể tính toán được công thức điện áp định mức theo công thức thực nghiệmsau:

Pi : công suất truyền trên đoạn đường đường dây thứ i (MW)

Li : chiều dài đoạn đường dây thứ i (km)

III. Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Chọn tiết diện dây dẫn của mạng điện thiết kế được tiến hành có chú ý đến cácchỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, khả năng tải của dây dẫn theo điều kiện phát nóng trongcác điều kiện sau sự cố, độ bền cơ của các đường dây trên không và các điều kiệntạo thành vầng quang điện

Dây dẫn lựa chọn là dây nhôm lõi thép, loại dây này dẫn điện tốt lại đảm bảođược dộ bền cơ, do đó được sử dụng rộng rãi trong thực tế Vì mạng điện thiết kế

là mạng điện 110KV, có chiều dài lớn nên tiết diện dây dẫn được chọn theo mật

độ dòng kinh tế ( JKT)

ax KT

J

m KT

I

Với :

FKT – tiết diện dây dẫn được tính theo đường dây thứ i

Imax – dòng điện chạy trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại, A

JKT – mật độ dòng kinh tế, phụ thuộc vào thời gian sử dụng công suất lớn nhất

và loại dây dẫn (A/mm2 ), ta có Jkt = 1,1 ( A/mm2 )

Đối với đường dây đơn :

3 ax

S

A U

×

Đối với đường dây kép:

3 ax

S

A U

- Theo điều kiện phát nóng dây dẫn: Sự cố dùng để kiểm tra điều kiện kỹthuật với lộ kép là khi đứt một nhánh trong lộ kép của đường dây, còn với mạchvòng thì ta phải xét đến sự cố xảy ra trên các nhánh

Kiểm tra điều kiện phát nóng dòng điện làm việc trên dây dẫn khi xảy ra

sự cố phải thỏa mãn điều kiện: Isc ≤ 0,8.Icp

Icp: là giá trị dòng điện tải cho phép đặt ở ngoài t

Isc: là giá trị dòng điện trên đường dây khi xảy ra sự cố

IV. Tổn thất điện áp trong lưới điện:

Tổn thất điện áp lúc bình thường và khi sự cố của mạng là tổn thất điện áp lớnnhất từ nguồn tới phụ tải khi phụ tải cực đại bình thường và phụ tải cực đại sự cố

Và được xác định theo công thức:

∆U% =

%100

2

dm

i i i i

U

X Q R

P +

Trong đó:

Pi, Qi :công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây thứ i

Ri, Xi :điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây thứ i

Chú ý rằng tổn thất điện áp chỉ tính cho phạm vi 1 cấp điện áp và ta sẽ tínhtổn thất điện áp cực đại lúc bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất, các trị

số của tổn thất điện áp phải thoả mãn các yêu cầu sau:

Đối với trường hợp dùng máy biến áp thường:

a/Lựa chọn cấp điện áp vận hành:

Để thuận tiện cho tính toán, ta chỉ lựa chọn điện áp cho một phương án và lấykết quả đó dùng cho các phương án còn lại

Trong bản thiết kế này, ta sử dụng công thức kinh nghiệm để tính:

i i

34

,

= 124,756 (kV)Tương tự cho các nhánh còn lại ta có kết quả cho trong bảng:

Đường dây S max (MW) P max (W) L i (km) U i (kV) U dm (kV)

Nhận xét: Từ bảng kết quả trên ta thấy hầu hết các giá trị điện áp tính cho từng

đoạn đều nằm trong khoảng (60-110) kV Để đảm bảo cho toàn mạng ta chọn điệnáp chung cho các phương án là cấp 110 kV.( Áp dụng cho các phương án sau)

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Dòng trên mỗi đoạn đường dây được tính theo công thức:

3

10

3

=

dm U n

S I

(A)Dòng điện chạy trong nhánh N-1 :

IN-7 = ( A)Tiết diện kinh tế của dây dẫn:

73,78

max 7

−

kt

N N

J

I F

Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố:

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộkép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so vớidòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-7: IscN-7 = 2.ImaxN-7 = 2.78,73=157,46 (A)

Tương tự cho các đoạn N-1 đến N-6:

Đường dây Số mạch I sc (A) K hc I cp (A)

B/2 trong sơ đồ thay thế hình π

của các đường dây theo các công thức sau:

L r n

1

;

L x n

X = 1 0 ×

Kiểm tra tổn thất điện áp trong trên các đoạn dây ở chế độ vận hành bìnhthường và khi sự cố:

* Xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Tính tổn thất điện trên các nhánh áp dụng công thức:

%100

U

X Q R P U

Đoạn N-7: SN-7 = S7 = 27+j13,077 (MVA)

% 887 , 11

% 100 110

593 , 9 077 , 13 379 , 7 27

% 100

N btN

U

X Q R

P U

* Xét khi mạng điện có sự cố:

%2

Tính tương tự cho các đoạn còn lại, kết quả cho trong bảng sau:

Đường dây Số mạch P i

Thoả mãn điều kiện tổn điện áp cho phép lúc bình thường.

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố:

Kết luận: Vậy phương án I thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật

2.Phương án II

a/Điện áp vận hành:

Để thuận tiện cho tính toán, ta sử dụng các kết quả tính toán được từ phươngán trước để tính toán thay thế cho các thông số của các phương án tiếp theo:

Trong bản thiết kế này, ta sử dụng công thức kinh nghiệm để tính:

i i

U =4,34 +16

(kV)

Xét đoạn N-7:

) 247 , 23 48 ( ) 077 , 13 27 (

1 7

Tính tương tự cho các đoạn còn lại, ta có bảng sau:

Đường dây S max (MW) P max (W) L i (km) U i (kV)

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Dòng trên mỗi đoạn đường dây được tính theo công thức:

3

10

3

=

dm U n

S I

(A)Dòng điện chạy trong nhánh N-2 :

IN-2 = = 58,318( A)Tiết diện kinh tế của dây dẫn:

(mm2)Tương tự tính toán ở trên ta có bảng kết quả sau:

Đường dây Số mạch P i

Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố:

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộkép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so vớidòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-3: IscN-3 = 2.ImaxN-3 = 2.104,973=209,946 (A)

Tương tự cho các đoạn còn lại, ta có bảng

Đường dây Số mạch I sc (A) K hc I cp (A)

của các đường dây theo các công thức sau:

L r n

R = 1 0 ×

;

L x n

X = 1 0×

;

L b n

Đường dây Số mạch L i (km) Dây dẫn R 0 (Ω) X 0

*)Xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Tính tổn thất điện trên các nhánh áp dụng công thức:

%100

U

X Q R P U

Đoạn N-2:

% 81 , 7

% 100 110

755 , 16 686 , 9 516 , 17 20

% 100

N btN

U

X Q R

P

U

* Xét khi mạng điện có sự cố( sự cố đứt 1 đường dây trên đường dây kép ):

%2

Từ kết quả trong bảng trên ta nhận thấy rằng,

+ Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường :

3 Phương án IV :

a/Lựa chọn cấp điện áp vận hành:

Ta sử dụng công thức kinh nghiệm để tính:

i i

U =4,34 +16

(kV)

Xét mạch vòng kín N-2-3-N

Tính phân bố công suất tự nhiên theo công thức:

Dòng công suất trên đoạn N-2:

Dòng công suất trên đoạn 2-3:

Đường dây S max (MW) P max

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Dòng trên mỗi đoạn đường dây được tính theo công thức:

Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố:

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộkép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so vớidòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-4: IscN-4 = 2.ImaxN-4 = 2.122,468=244,936 (A)

Isc = IscN-2 = IscN-3 = 326,582 (A)

Tương tự cho các nhánh còn lại , ta có bảng:

Đường dây Số mạch I sc (A) K hc I cp (A)

của các đường dây theo các công thức sau:

L r n

R = 1 0 ×

;

L x n

* Xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Tính tổn thất điện trên các nhánh áp dụng công thức:

%100

U

X Q R P U

%2

N-2 1 21,641 10,481 20.563 32.215 6,468 11,771N-3 1 34,359 16,641 8,668 20,906 5,337 7,046

Thoả mãn điều kiện tổn điện áp cho phép lúc bình thường

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố :

= 11,771 % < 20%

Thoả mãn điều kiện tổn điện áp cho phép lúc sự cố

Kết luận: Vậy phương án IV thoả mãn các chỉ tiêu điều kiện kỹ thuật

Chương III

CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU THEO CHỈ TIÊU KINH TẾ -o0o -

I Cơ sở để tính toán kinh tế các phương án:

- Chỉ tiêu kinh tế là chỉ tiêu quan trọng nhất để so sánh các phương án với nhau

- Các phương án 1, 2, 3, 4, 5 đã đạt chỉ tiêu kỹ thuật

- Ta giả thiết như sau:

+ Số lượng máy biến áp của các phương án bằng nhau

+ Số lượng máy cắt của các phương án bằng nhau

+ Số lượng dao cách ly của các phương án bằng nhau

- Tính kinh tế của mỗi phương án thể hiện bởi hàm chi phí tính toán của

Σ K = Σ k0i li a

Σ k0i :Vốn đầu tư cho 1 km đường dây (đồng/km)

Li : Chiều dài đường dây (km)

Đường dây kép: a = 1,6Đường dây đơn: a = 1+ C : Giá tiền điện năng tổn thất C = 500 (đ/kWh)

+ ∆A: Tổn thất điện năng trong mạng điện

∆A = Σ∆Pi.τ

+ ∆Pi: Tổn thất công suất trong mạng điện

i đm

U

Q P

Qua bảng tổng kết ta thấy phương án 1 và phương án 2 có tổn thất điệp áp ở

chế độ làm việc bình thường là nhỏ nhất so với các phương án khác Còn tổn thất

điện áp lúc có sự cố thì phương án 1 và 2 có tổn thất điện áp nhỏ nhất Nhưng

mạng điện luôn luôn được đặt trong tình trạng làm việc bình thường với phần lớn

thờ gian còn ở chế độ sự cố thì xác suất xảy ra rất ít và sẽ khắc phục ngay Vì vậy

ta chọn phương án 1 và 2 để so sánh về mặt kinh tế

Giá thành xây dựng 1km đường dây 110kV cột thép với các thiết bị tiết diện là

Từ các công thức và số liệu trên, ta lập bảng tính toán sau:

Q i

(MW) R i (Ω)

∆P i

(MW )

1-7

23.247

5.506

9 1.295N-2

17.436

6.883

7 0.910N-4

63.24

20.342

8.538

2 1.537N-5

44.72

36.324

Mặt khác phương án 1 là phương án đi dây kiểu hình tia nên sơ đồ đi dây và

bố trí thiết bị đơn giản (các thiết bị bảo vệ rơ le, máy biến áp, máy cắt…).Các phụ tải không liên quan với nhau nên khi có sự cố trên một đường dây bất kì thì không ảnh hưởng đến các phụ tải khác.Tổn thất công suất và điện áp nhỏ

Vì vậy chúng ta chọn sơ đồ đi dây theo phương án 1 là tối ưu cho mạng điện

CHƯƠNG IV:

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP

VÀ SƠ ĐỒ TRẠM -o0o -

I Tính toán chọn công suất, số lượng, loại máy biến áp

1 Tính toán chọn công suất định mức

Lựa chọn số lượng máy biến áp cho phụ tải: Công suất máy biến áp được chọnphải đảm bảo cung cấp điện trong tình trạng làm việc bình thường lúc phụ tải làmviệc cực đại khi có sự cố một máy biến áp phải ngừng làm việc thì các máy biếnáp còn lại phải cung cấp đủ công suất cho các phụ tải

Trong trường hợp sự cố một máy biến áp thì máy biến áp còn lại được phépmang tải là 140% định mức Tuy nhiên sự cố này trong giới hạn : hoạt động trong

5 ngày đêm liên tục, mỗi ngày không quá 6 tiếng

Đối với hộ phụ tải loại I: Để đảm bảo cấp điện liên tục cũng như đảm bảo chấtlượng điện năng ở mọi chế độ vận hành cần lựa chọn 2 máy biến áp giống nhaulàm việc song song

Công suất của mỗi máy biến áp trong trạm có 2 máy biến áp được xác định

Smax : phụ tải cực đại của trạm

Kqtsc : hệ số quá tải của máy biến áp trong chế độ sau sự cố (kqtsc = 1,4).Đối với hộ phụ tải loại III: Trạm biến áp chỉ cần 1 máy biến áp làm việc.Máy biến áp của hộ loại III được chọn theo công suất của chính phụ tải:

,1

2 max

2 max

Sđm = 16 MVA; UC = 115 kV: UH = 22 kV; UN% =10,5%

∆PN =85 kW: ∆P0 = 21 kW; ∆Q0 = 136 kVAR; RB =4,38 Ω

Tra bảng, ta chọn công suất định mức cho máy biến áp

Phụ tải Hộ loại S đm (MVA) Số máy S tt (MVA) S đmB (MVA)

5 I 61,111 2 61.111 43,651

2 Chọn loại máy biến áp:

Từ kết quả trên ta chọn các máy biến áp cho từng hộ phụ tải Thông số cácmáy biến áp cho trong bảng 18 (theo tài liệu Thiết kế các mạng và hệ thống điện –

X (Ω)