THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

Chạy chương trình nghiên cứu các dạng sự cố sau: Khi ngắn mạch thoáng quatrong thời gian 1s ở giữa đường dây nút hệ thống điện và nút 1 trong cáctrường hợp: chỉ có máy phát điện; máy phá

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH LƯỚI

ĐIỆN KHU VỰC

Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN ĐĂNG TOẢN

Sinh viên thực hiện : TRẦN THỊ THẢO HIỀN

Ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN

Lớp : Đ3 – H1

Khoá : 2008 - 2013

Hà Nội, tháng 12 năm 2012

Trường Đại học Điện lực

KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Trần Thị Thảo Hiền Lớp: Đ3-H1 Ngành: Hệ thống điện

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đăng Toản

Tiêu đề: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC Phần 1: Thiết kế lưới điện khu vực

1 Hệ thống điện gồm một nhà máy nhiệt điện và Hệ thống điện cung cấp cho các phụtải sau đây:

a Tính toán cân bằng công suất, vạch các phương án nối điện

b Lựa chọn máy biến áp, và sơ đồ nối điện chính

c Tính toán các chế độ của hệ thống điện

d Tính toán điều chỉnh điện áp tại các nút

e Tính toán giá thành truyền tải điện năng

f Các bản vẽ: các phương án nối điện, bảng phân tích kinh tế kỹ thuật, bảng cácchế độ làm việc và tính toán điều chỉnh điện áp, bảng tổng kết

Phần 2: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá độ của hệ thống điện

1 Các thông số động của máy phát điện, hệ thống điện, PSS được cho trước như trongcác bảng dưới đây (hệ thống điện thay thế như thanh góp vô cùng lớn)

2 Nhiệm vụ

a Tìm hiểu chương trình phân tích lưới điện PSS/E trong mô phỏng động hệthống điện

b Nhập số liệu động, kiểm tra sự đúng đắn của các thông số động

c Chạy chương trình nghiên cứu các dạng sự cố sau: Khi ngắn mạch thoáng quatrong thời gian 1s ở giữa đường dây nút hệ thống điện và nút 1 trong cáctrường hợp: chỉ có máy phát điện; máy phát điện và hệ thống kích từ đơn giản;máy phát điện, hệ thống kích từ đơn giản và thiết bị cản dao động PSS

d Vẽ các đường đặc tính góc roto, công suất tác dụng, công suất phản kháng,điện áp thanh cái đầu cực máy phát điện tương ứng với các trường hợp trên

Thông số động máy phát điện một trong hai mô hình sau

Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày 01 tháng 10 năm 2012

Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 28 tháng 12 năm 2012

Trưởng khoa Hà Nội, ngày tháng năm

Giáo viên hướng dẫn

Nguyễn Đăng Toản

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân đượcnâng cao nhanh chóng, điện năng đã trở thành dạng năng lượng không thể thay thếtrong các lĩnh vực của đời sống và sản xuất Đi đôi với việc tăng cường năng lực sảnxuất điện phục vụ đời sống là vấn đề truyền tải điện năng.

Việc truyền tải là một trong ba khâu cơ bản của quá trình sản xuất, tiêu thụ vàphân phối điện năng Thực tế một hệ thống điện có vận hành ổn định hay không là phụthuộc rất nhiều vào các hệ thống truyền tải Tổn thất điện áp cao hay thấp phụ thuộchoàn toàn vào các đường dây tải điện Đồng thời mức độ tin cậy của hệ thống cungcấp điện cũng được quyết định bởi hệ thống truyền tải điện năng Do vậy việc thiết kế,xây dựng và vận hành hệ thống điện luôn luôn phải được đề cao

Trong phạm vi của đồ án có rất nhiều chi tiết đã được đơn giản hóa nhưng đồ án

là những cơ sở quan trọng cho việc thiết kế một hệ thống điện lớn Với mục đích đó đồ

án tốt nghiệp của em đã đưa ra hai nhiệm vụ chính sau:

Phần 1: Thiết kế lưới điện khu vực

Chương 1: Phân tích nguồn và phụ tải

Chương 2: Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật

Chương 3: Tính toán các chỉ tiêu kinh tế

Chương 4: Lựa chọn máy biến áp

Chương 5: Giải tích chế dộ xác lập lưới điện

Chương 6: Tính các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Phần 2: Tính toán ổn định lưới điện khu vực

Chương 7: Khái niệm chung về ổn định của hệ thống điện

Chương 8: Ứng dụng phần mềm PSS/E tính toán ổn định lưới điện khu vực

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm đồ án với sự nỗ lực của bản thân, cũng như sự giúp đỡ tậntình của các thầy cô giáo trong khoa Hệ thống điện, bản đồ án của em đã được hoànthành

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Hệ thống điện đã trang bịkiến thức cho em trong suốt quá trình học tập để có thể hoàn thành được bản đồ án

này Đặc biệt em xin chân thành cám ơn thầy giáo: TS Nguyễn Đăng Toản là người

đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đồ án

Em xin chân thành cám ơn !

Hà Nội, ngày 28 tháng 12 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Thảo Hiền

MỤC LỤC

PHẦN 1 THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC……….1

DANH MỤC CÁC HÌNH VE

DANH MỤC CÁC BẢNG

KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

PHẦN 1 THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

Chương 1: Phân tích nguồn và phụ tải

Nội dung chính của chương này là phân tích những đặc điểm của nguồn cung cấp

và các phụ tải Trên cơ sở đó tính toán cân bằng công suất tác dụng, công suất phảnkháng và phân tích chế độ làm việc của nguồn khi phụ tải cực đại, cực tiểu và sự cố

Chương 2: Tính toán chỉ tiêu kỹ thuật

Từ những tính toán ở chương trên, trong chương này ta tiến hành đề xuất cácphương án nối điện, phân tích và đánh giá giữ lại một số phương án để tính toán tiếp.Sau đó tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật như: phân bố công suất, chọn cấp điện áp, chọntiết diện dây dẫn, tính tổn thất điện áp

Chương 3: Tính toán các chỉ tiêu kinh tế

Ở chương này ta tính toán các chỉ tiêu kinh tế kinh tế như: tổn thất điện năng,hàm chi phí tính toán của các phương án Kết hợp với các chỉ tiêu kỹ thuật đã tính ởtrên để chọn phương án tối ưu cho các nhóm Phương án tối ưu của mạng điện là tổnghợp các phương án tối ưu của các nhóm

Chương 4: Lựa chọn máy biến áp

Ở chương này ta tính toán chọn số lượng và công suất của các máy biến áp trongmạng tăng áp và hạ áp, xác định sơ đồ trạm và sơ đồ nối điện chính của hệ thống điện

Chương 5: Giải tích chế độ xác lập lưới điện

Chương này giới thiệu phần mềm mô phỏng hệ thống điện PSS/E và ứng dụngphần mềm vào tính toán chế độ vận hành của mạng điện: chế độ phụ tải cực đại Sau

đó tính điện áp các nút ở chế độ phụ tải cực đại, chế độ phụ tải cực tiểu và sau sự cốtrên cơ sở đó điều chỉnh nấc phân áp của máy biến áp trong trạm điện

Chương 6: Tính các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Ở chương này tiến hành tính toán các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật bao gồm: vốnđầu tư xây dựng lưới, chi phí vận hành hàng năm, tổn thất công suất, tổn thất điệnnăng…

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHU

TẢI 1.1 Nguồn cung cấp

Hệ thống điện thiết kế gồm một nhà máy Nhiệt điện và hệ thống điện làm nhiệm

vụ cung cấp điện cho các phụ tải

1.1.1 Hệ thống điện

Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện cũng như phương thức vận hànhcủa nhà máy điện phụ thuộc vào vị trí và tính chất của nguồn cung cấp điện cho các hộphụ tải Nguồn có công suất vô cùng lớn: có điện áp đầu cực không thay đổi về biên

độ dù có xảy ra sự cố gì sau đó Hệ số công suất: cosϕ = 0,9 Điện áp định mức thanhcái: Uđm = 110kV

Vì vậy cần phải có sự liên hệ giữa hệ thống điện và nhà máy điện để có thể traođổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho hệ thống điện thiết

kế làm việc bình thường trong các chế độ vận hành

Mặt khác, vì hệ thống có công suất vô cùng lớn nên chọn hệ thống là nút cânbằng công suất và là nút cơ sở về điện áp Vì thế không cần phải dự trữ công suấttrong nhà máy điện, nói cách khác công suất tác dụng và phản kháng dự trữ sẽ đượclấy từ hệ thống

1.1.2 Nhà máy nhiệt điện

Đối với nhà máy nhiệt điện, các máy phát làm việc ổn định khi phụ tải P ≥ 70%

Pđm, khi P ≤ 30 % Pđm các máy phát ngừng làm việc Công suất phát kinh tế của cácmáy phát nhiệt điện thường bằng (80 ÷ 90 %)Pđm

Phần công suất phát thừa sẽ được đưa lên hệ thống, phần công suất thiếu trongcác chế độ vận hành sẽ lấy từ hệ thống về

1.2 Các phụ tải điện

Các thông số về phụ tải cho trong bảng sau:

min

Cos 0,9 tg 0,4840,75

Q P tg

Q P tg

QQ

S S

ϕ ϕ

Q P tg 45.0,484 21,78

Q P tg 33,75.0,484 16,34

45 21,78 49,9933,75 16,34 37,5

MVAr MVAr

ϕ ϕ

Bảng 1.2 Thông số của các phụ tải

Hình 1.1 Sơ đồ vị trí của nguồn và các phụ tải

Tổng công suất của các phụ tải ở chế độ phụ tải cực đại là 255 MW Phụ tải cựctiểu bằng 75% phụ tải cực đại là 191,25 MW

Thời gian sử dụng công suất cực đại của các phụ tải là: Tmax = 4500h

Theo sơ đồ phân bố phụ tải cho ta thấy phụ tải được phân bố tập trung về haiphía, do đó xu hướng khi thiết kế có thể phân thành 2 vùng phụ tải như sau:

- Vùng 1 được cấp điện từ NĐ: Gồm 4 phụ tải 3,4,5 và 6

- Vùng 2 được cấp điện từ HT: Gồm 3 phụ tải 2,7 và 8

- Riêng phụ tải 1 nằm giữa NĐ và HT nên được cấp điện từ 2 nguồn đồng thờilàm nhiệm vụ liên lạc giữa NĐ và HT

Trong 8 phụ tải, có 5 phụ tải loại 1 yêu cầu có mức đảm bảo cung cấp điện ở mứccao nhất (1, 2, 3, 6,7) nghĩa là không được phép mất điện trong bất cứ trường hợp nào.Nên khi thiết kế đối với các phụ tải này ta phải cấp điện bằng một lộ đường dây kép vàhai máy biến áp làm việc song song hoặc mạch vòng để đảm bảo cấp điện liên tụccũng như đảm bảo chất lượng điện năng ở một chế độ vận hành

Ba phụ tải còn lại (4, 5, 8) loại 3 có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện thấphơn là những phụ tải mà việc mất điện không gây hậu quả nghiêm trọng nên để giảmchi phí đầu tư ta chỉ cần cấp điện bằng một đường dây đơn và một máy biến áp.

1.3 Tính toán cân bằng công suất

Khi thiết kế mạng điện một trong các vấn đề cần phải quan tâm tới đầu tiên làđiều kiện cân bằng giữa công suất tiêu thụ và công suất phát ra bởi nguồn Trong hệthống điện chế độ vận hành ổn định chỉ tồn tại khi có sự cân bằng công suất tác dụng

và phản kháng Cân bằng công suất tác dụng chỉ giữ được ổn định tần số, còn muốngiữ được điện áp ổn định phải cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện nóichung và từng khu vực nói riêng

1.3.1 Cân bằng công suất tác dụng

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ thốngcần phải phát công suất bằng công suất tiêu thụ của các hộ tiêu thụ điện, kể cả tổn thấtcông suất trong mạng điện, nghĩa là cần thực hiện đúng sự cân bằng công suất giữacông suất phát và công suất tiêu thụ

Ngoài ra để đảm bảo hệ thống vận hành bình thường, cần phải có dự trữ nhấtđịnh của công suất tác dụng trong hệ thống Đây là một vấn đề quan trọng liên quanđến vận hành cũng như phát triển của hệ thống điện Vì công suất dự trữ lấy ở hệthống điện nên Pdt = 0

Vậy phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đốivới hệ thống điện thiết kế có dạng:

PNĐ + PHT = Ptt =m P ∑ max + ∆ + ∑ P Ptd

(1.2)

trong đó:

PNĐ - Tổng công suất do nhà máy nhiệt điện phát ra: PNĐ = 200 MW

PHT - Công suất tác dụng lấy từ hệ thống

Ptt – Công suất tiêu thụ

m – Hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại (m=1)

∑ Pmax - Tổng công suất của các phụ tải ở chế độ cực đại

(∑ Pmax = 255MW).

1.3.2 Cân bằng công suất phản kháng

Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp Phá hoại sự cân bằngnày sẽ dẫn đến thay đổi điện áp trong mạng điện Nếu công suất phản kháng phát ralớn hơn công suất tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu côngsuất phản kháng thì điện áp trong mạng sẽ giảm Vì vậy để đảm bảo chất lượng cầnthiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và hệ thống, cần tiến hành cân bằng

sơ bộ công suất phản kháng

Đối với mạng điện thiết kế, công suất Qdt sẽ lấy ở hệ thống, nghĩa là Qdt =0.Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế có dạng:

F F

QHT – Công suất phản kháng do hệ thống cung cấp (QHT = tg P ϕHT HT

cos ϕ =HT 0,9 ⇒

2

1 cos

0,484 cos

HT HT

– Tổng công suất phản kháng bù cưỡng bức

∑ Qmax - Tổng công suất phản kháng trong chế độ cực đại của các phụ

tải (∑ Qmax = 123,42 MVAr).

td td

1.4 Phân tích chế độ làm việc của nguồn

1.4.1 Chế độ phụ tải cực đại

Hệ thống và nhà máy nhiệt điện có vai trò là như nhau, nhưng hệ thống có côngsuất vô cùng lớn do đó ta cho nhà máy nhận tải trước Các nhà máy nhiệt điện vậnhành kinh tế khi công suất phát chiếm (70 ÷ 90%) công suất định mức của các tổ máy,

vì vậy ta cho nhà máy phát ở chế dộ phụ tải cực đại bằng 85% công suất đặt

Công suất phát kinh tế của nhà máy:

Pkt = 85%.Pđm = 0,85.4.50 = 170 MWCông suất phản kháng của nhà máy ở chế độ phụ tải cực đại:

QNĐ = Pkt.tgφNĐ= 170.0,62 = 105,4 MVArCông suất tác dụng tự dùng của nhà máy tính sơ bộ như sau:

Ptd = 10%.Pkt = 0,1.170 = 17 MWCông suất phản kháng tự dùng của nhà máy lúc này là:

Qtd = Ptd.tgφtd = 17.0,882 = 14,99 MVArCông suất tác dụng phát lên lưới của nhà máy nhiệt điện là:

PvhNĐ = Pkt – Ptd = 170 – 17 = 153 MWCông suất phản kháng phát lên lưới của nhà máy nhiệt điện là:

QvhNĐ = QNĐ – Qtd = 105,4 – 14,99 = 90,41 MVArTổng công suất tác dụng yêu cầu của lưới là:

∑Pyc = ∑Pmax + ∑ΔP = 255 + 5%.255 = 267,75MWTổng công suất phản kháng yêu cầu của lưới là:

∑Qyc = ∑Qmax+∑ΔQb = 123,42 + 15%.123,42 = 141,93 MVArLượng công suất tác dụng phát lên lưới do hệ thống đảm nhiệm là:

PvhHT = ∑Pyc– PvhNĐ = 267,75 – 153 = 114,75 MWLượng công suất phản kháng phát lên lưới do hệ thống đảm nhiệm là:

QvhHT = ∑Qyc – QvhNĐ = 141,93 – 90,41 = 51,52 MVAr

1.4.2 Chế dộ phụ tải cực tiểu

Do phụ tải cực tiểu bằng 75% phụ tải cực đại nên ở chế độ phụ tải cực tiểu ta cho

4 tổ máy phát kinh tế bằng 75% công suất định mức

Công suất phát kinh tế của nhà máy:

Pkt = 75%Pđm = 0,75.4.50 = 150 MWCông suất phản kháng của nhà máy ở chế độ phụ tải cực tiểu:

QNĐ = Pkt.tgφNĐ= 150.0,62 = 93 MVAr

Công suất tác dụng tự dùng của nhà máy tính sơ bộ như sau:

Ptd = 10%.Pkt = 0,1.150 = 15 MWCông suất phản kháng tự dùng của nhà máy lúc này là:

Qtd = Ptd.tgφtd = 15.0,882 = 13,23 MVArCông suất tác dụng phát lên lưới của nhà máy nhiệt điện là:

PvhNĐ = Pkt – Ptd = 150 – 15 = 135 MWCông suất phản kháng phát lên lưới của nhà máy nhiệt điện là:

QvhNĐ = QNĐ – Qtd = 93 – 13,23 = 79,77 MVArTổng công suất tác dụng yêu cầu của lưới là:

∑Pyc = ∑Pmin+ ∑ΔP = 191,25 + 5%.191,25 = 200,81 MWTổng công suất phản kháng yêu cầu của lưới là:

∑Qyc = ∑Qmin+ ∑ΔQb = 92,57 + 15%.92,57 = 106,46 MVArLượng công suất tác dụng phát lên lưới do hệ thống đảm nhiệm là:

PvhHT = ∑Pyc– PvhNĐ = 200,81 – 135 = 65,81 MWLượng công suất phản kháng phát lên lưới do hệ thống đảm nhiệm là:

QvhHT = ∑Qyc – QvhNĐ = 106,46 – 79,77 = 26,69 MVAr

1.4.3 Chế độ sự cố

Trong chế độ sự cố, ta xét nhà máy làm việc với trường hợp sự cố nghiêm trọng

là hỏng 1 tổ máy của nhà máy nhiệt điện Khi đó 3 tổ máy còn lại phát phát 100%công suất

Công suất phát kinh tế của nhà máy:

của nhà máy và của hệ thống được tổng kết trong Bảng 1.3.

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU

KỸ THUẬT 2.1 Đề xuất các phương án nối điện

2.1.1 Những vấn đề cần quan tâm

Trong thiết kế hiện nay, để chọn được sơ đồ nối điện tối ưu người ta sử dụngphương pháp nhiều phương án Từ sơ đồ vị trí của nguồn cung cấp và các phụ tải ta dựkiến một số phương án, phương án tối ưu nhất được chọn dựa trên cơ sở so sánh chỉtiêu kinh tế – kỹ thuật của các phương án như: chi phí xây dựng; chất lượng điện năng

và độ tin cậy cung cấp điện của các hộ tiêu thụ; thuận tiện và an toàn trong vận hành;khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới

Để thực hiện yêu cầu về dộ tin cậy cung cấp điện cho các hộ phụ tải thì:

- Hộ loại I: cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòngđóng tự động nên được cung cấp điện bằng đường dây mạch kép hoặc có 2 nguồncung cấp (mạch vòng)

- Hộ loại III: được cung cấp bằng đường dây mạch đơn

2.1.2 Dự kiến các phương án nối dây

Từ sơ đồ mặt bằng nguồn và phụ tải ta thấy các phụ tải được bố trí theo từngnhóm riêng biệt nên việc tìm phương án tối ưu của mạng điện sẽ được chuyển thànhbài toán tìm phương án tối ưu cho mỗi nhóm Căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện củacác hộ tiêu thụ, vào đặc điểm và phương thức vận hành của nhà máy điện, hệ thốngcông suất vô cùng lớn và sơ đồ địa lý của các phụ tải, ta phân nhóm như sau:

2.1.2.1 Nhóm I: gồm 2 phương án

Hình 2.2 Sơ đồ mạng điện nhóm I

2.1.2.2 Nhóm II: gồm 2 phương án

Hình 2.3 Sơ đồ mạng điện nhóm II

2.1.2.3 Nhóm III: gồm 2 phương án

Hình 2.4 Sơ đồ mạng điện nhóm III

2.1.2.4 Nhóm IV: chỉ có phương án duy nhất

Hình 2.5 Sơ đồ mạng điện nhóm IV

2.1.3 Phân tích và giữ lại một số phương án để tính toán tiếp

2.1.3.1 Sơ đồ nối điện hình tia

- Tổn thất điện áp nhỏ hơn sơ đồ liên thông và mạch vòng.

2 Nhược điểm

Khảo sát thiết kế, thi công mất nhiều thời gian hơn

2.1.3.2 Sơ đồ nối điện liên thông

- Khoảng cách từ nguồn đến phụ tải xa nhất là rất lớn, đòi hỏi có thêm trạm trunggian, bảo vệ rơle, thiết bị tự động hóa cũng phức tạp hơn dẫn đến tốn kém hơn về kinhtế

2.1.3.3 Sơ đồ nối điện mạch vòng

1 Ưu điểm

- Độ tin cậy cung cấp điện cao Khả năng vận hành lưới linh hoạt

- Tổn thất ở chế độ bình thường thấp

4 Nhược điểm

- Bố trí bảo vệ rơle và tự động hóa phức tạp

- Khi xảy ra sự cố tổn thất trên lưới cao nhất là ở đường dây có chiều dài từnguồn dến phụ tải lớn

Nhận xét:

- Dựa vào các ưu, nhược điểm của từng sơ đồ ta nhận thấy rằng phương án 1 (sơ

đồ hình tia) ở cả 2 nhóm I và II có ưu điểm vượt trội hơn so với phương án 2 (sơ đồliên thông) cả về kinh tế và kỹ thuật Vì vậy ta loại bỏ phương án 2 ở cả 2 nhóm chỉgiữ lại phương án 1 để tính toán tiếp

- Trong nhóm III: ưu nhược điểm của 2 phương án đều tương đương nhau nên tachưa đưa ra được kết luận gì Vì thế ta cần phải tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

- Do sơ đồ nối điện của nhóm I, nhóm II (sau khi đã loại bỏ chỉ còn lại phương

án 1) và nhóm IV luôn là tối ưu nên ta chỉ so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật mà không phải

so sánh về mặt kinh tế

2.2 Nguyên tắc chung để tính toán kỹ thuật

2.2.1 Phân bố công suất

Tùy loại sơ đồ nối dây và công suất của phụ tải mà ta có các cách phân bố côngsuất khác nhau Vấn đề này sẽ được trình bày cụ thể ở từng phương án

2.2.2 Chọn điện áp định mức

Điện áp định mức quyết định trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật củamạng điện Để chọn được cấp điện áp hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Phải đáp ứng được yêu cầu mở rộng phụ tải sau này

- Đảm bảo được tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải

- Khi điện áp càng cao thì tổn thất công suất càng bé, sử dụng ít kim loại màuhơn (I nhỏ hơn) nhưng chi phí xây dựng và giá thành thiết bị lại tăng Vì vậy phải chọnđiện áp định mức như thế nào cho phù hợp về cả kinh tế và kỹ thuật

Có nhiều phương pháp khác nhau để chọn điện áp hợp lý cho mạng điện, mộtphương pháp được sử dụng khá phổ biến là xác định điện áp định mức của đường dâytheo công thức kinh nghiệm:

Uđm = 4,34

i i

P 16

n - số lộ của đường dây (đường dây đơn n = 1; đường dây kép n = 2)

Uđm - điện áp định mức của mạng điện [kV]

li - chiều dài đoạn đường dây [km]

Pi- công suất truyền tải trên đường dây [MW]

2.2.3 Chọn tiết diện dây dẫn

Tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện, nghĩa là:

=

kt

I F

J (2.5)

trong đó:

F – tiết diện dây dẫn, [mm2]

Jkt - mật độ kinh tế của dòng điện, [A/mm2] Tra tài liệu [1] - Bảng 44,

trang 295 ta có: Tmax = 4500 h thì Jkt = 1,1 A/mm2

Imax - dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại:

3 max

3. dm

S I

=

[A] (2.6)

trong đó:

n - số lộ đường dây (đường dây đơn: n = 1; đường 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]

2.2.3.1 Kiểm tra điều kiện vầng quang điện

Một tiết diện dây dẫn được chọn phải đảm bảo tổn thất do vầng quang là chấp

nhận được Dựa vào kết quả tính được theo công thức (2.3), tiến hành chọn tiết diện

dây dẫn theo chỉ tiêu tiết diện tối thiểu: Tiết diện dây dẫn phải đảm bảo lớn hơn tiếtdiện tối thiểu: F ≥ Fmin Đối với đường dây 110 kV, để không xuất hiện vầng quangcác dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F ≥ 70 mm2

2.2.3.2 Kiểm tra điều kiện phát nóng

Khi sự cố dòng điện trên dây dẫn sẽ là dòng điện cưỡng bức, lớn hơn lúc bìnhthường, dây dẫn phải chịu phát nóng hơn Vậy dây dẫn được chọn phải đảm bảo chỉtiêu phát nóng như sau:

cp 2 1

max cb

Icp - dòng điện cho phép của dây dẫn trong điều kiện chuẩn, [A]

k2- hệ số xét sự đặt gần nhau của dây dẫn (k2 = 1)

k1- hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ:

ch

bt cp xq

bt cp 1

k

θ

− θ

θ

− θ

=

(2.8)

trong đó:

bt cp

θ

- nhiệt cho phép lúc bình thường,

bt cp

2.2.3.3 Xác định các thông số của đường dây

Sau khi chọn được tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn, cần xác định các thông số đơn vịcủa đường dây là r0, x0, b0 và tính các thông số tập trung R, X và B/2 trong sơ đồ thaythế hình của các đường dây theo công thức sau:

Π



1

0

r n

X= [Ω] ( 2.9)

[S]

trong đó:

n – số lộ đường dây (lộ đơn: n = 1; lộ kép: n = 2)

r0 – điện trở đơn vị, [Ω/km] (tra tài liệu [2] – Bảng B.2, trang 153)

x0 – điện kháng đơn vị, [Ω/km] (tra tài liệu [2] – Bảng B.6, trang 158)

b0 – điện dẫn đơn vị, [s/km] (tra tài liệu [2] – Bảng B.6, trang 158)

2.2.4 Tính toán tổn thất điện áp

Loại dây dẫn và tiết diện được chọn phải đảm bảo tổn thất điện áp kể từ đầunguồn tới phụ tải xa nhất nhỏ hơn một giá trị cho phép lúc bình thường và lúc sự cố:

max max

% (15 20%)

% (20 25%)

btđm scđm

U

+

(2.11)trong đó:

Pi, Qi - Công suất chạy trên đường dây thứ i

Ri, Xi - Điện trở và điện kháng của đường dây thứ i



1

0

x n

 2

1

2 n b0

B =

Nhóm I gồm NĐ và các phụ tải 3,4 Sơ đồ mạng điện của nhóm 1:

Hình 2.6 Sơ đồ mạng điện nhóm I

1 Phân bố công suất

Dòng công suất truyền tải trên đường đây NĐ – 3 là:

5 Chọn cấp điện áp

Điện áp tính toán trên đoạn đường dây NĐ – 3 theo công thức (2.1) là:

3

40 4,34 42,94 16 82,68

25 4,34 35,51 16 90,57

1

NĐ

Kết quả được tổng kết trong bảng sau:

Bảng 2.4 Điện áp tính toán nhóm I

Vậy ta chọn điện áp định mức mạng điện ở nhóm I là: Uđm = 110kV

6 Chọn tiết diện dây dẫn

 Chọn tiết diện dây dẫn:

Dòng điện chạy trên đường dây NĐ – 3 được tính theo công thức (2.3) bằng:

Theo công thức (2.2), tiết diện của đường dây NĐ – 3 có giá trị là:

2 3

116,62

106,02 1,1

Tiết diện đường dây NĐ – 4 là:

2 4

145,78

132,53 1,1

NĐ

=> Chọn dây AC – 150 Tra tài liệu [2] – Bảng B.2, trang 153 ta có Icp = 445A

 Kiểm tra điều kiện vầng quang

Ta có: Fi ≥ Fmin = 70 mm2 → Các dây dẫn đảm bảo không xuất hiện vầng quangkhi phụ tải cực đại.

 Kiểm tra điều kiện phát nóng

Khi ngừng một mạch của đường dây NĐ – 3, dòng điện trong mạch còn lại là:

Khi sự cố trên đường dây NĐ – 4 dòng điện chạy trong đường dây là:

 Tính toán các thông số đơn vị của đường dây

Đối với đường dây NĐ – 3: tra tài liệu [2] – Bảng B.2 trang 153, bảng B.6 trang

r

0,423 42,94 9,08( )

7 Tính tổn thất điện áp

Trong chế độ làm việc bình thường tổn thất điện áp trên đường dây NĐ - 3 tính

Tính toán tương tự cho đường dây NĐ – 4 Ta có bảng tổng kết:

Bảng 2.7 Các giá trị tổn thất điện áp nhóm I

Nhận xét:

Tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện khi bình thường trong nhóm I là:

maxbt % bt 3% 3,37%

NĐ

U U −

< 20% => thỏa mãn điều kiện (2.7)

Tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện khi sự cố trong nhóm I là:

Nhóm II gồm NĐ và 2 phụ tải 5,6 Sơ đồ mạng điện nhóm II:

Hình 2.7 Sơ đồ mạng điện nhóm II

Tính toán tương tự nhóm I, ta được các kết quả sau:

Bảng 2.8 Công suất và điện áp định mức nhóm II

-

NĐ - 6 30+j14,52 87,47 79,52 95 174,94 330 290,4 AC - 95

Nhận xét:

Từ kết quả được ghi trong Bảng 2.6 ta thấy các đường dây trong nhóm II đều

thỏa mãn điều kiện vầng quang và điều kiện phát nóng

Bảng 2.10 Thông số của các đường dây nhóm II

Bảng 2.11 Các giá trị tổn thất điện áp nhóm II

=> thỏa mãn điều kiện (2.7).

Tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện khi sự cố trong nhóm II là:

Hình 2.8 Sơ đồ mạng điện phương án 1 – nhóm III

Tính toán tương tự nhóm I, ta được các kết quả sau:

Bảng 2.12 Điện áp định mức phương án 1 – nhóm III

Vậy điện áp định mức của mạng điện phương án 1 - nhóm II chọn là 110kV

Bảng 2.13 Chọn tiết diện dây dẫn phương án 1 – nhóm III

Nhận xét

Từ kết quả được ghi trong Bảng 2.10 ta thấy các đường dây trong phương án 1 –

nhóm III đều thỏa mãn điều kiện vầng quang và điều kiện phát nóng

Bảng 2.14 Thông số của các đường dây phuơng án 1 – nhóm III

HT - 7 51,61 70 0,46 0,44 2,58 11,87 11,35 1,33

Bảng 2.15 Các giá trị tổn thất điện áp phương án 1 – nhóm III

=> thỏa mãn điều kiện (2.7).

Tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện khi sự cố trong phương án 1 - nhóm III

Hình 2.9 Sơ đồ mạng điện phương án 2 – nhóm III

1 Phân bố công suất

Để thuận tiện ta ký hiệu chiều dài các đoạn đường dây như Bảng 2.8 Như vậy

dòng công suất chạy trên đoạn HT – 2 bằng:

.

2 7 2 HT 2 (35 16,94) (31,07 15,04) 3,93 1,9

MVADòng công suất chạy trên đoạn HT – 7:

8 Chọn cấp điện áp định mức

Tính toán tương tự như nhóm I ta có bảng kết quả sau:

Bảng 2.16 Điện áp tính toán và điện áp định mức phương án 2 - nhóm III Đường

Vậy điện áp định mức của mạng điện phương án 2 - nhóm III chọn là 110kV.

9 Chọn tiết diện dây dẫn

 Chọn tiết diện dây dẫn các đường dây trong mạch vòng HT – 2 – 7 – HT:

Dòng điện chạy trên các đoạn trong mạch vòng HT – 2 – 7 – HT tính theo công

181,18

164,71 1,1

HT

=> Chọn dây AC – 185 cho đường dây HT

- 2 Tra tài liệu [2] – Bảng B.2, trang 153 ta có Icp = 510A

2

2 7

22,91

20,83 1,1

=> Vì F2-7 < Fmin , để thỏa mãn điều kiện vầng quang thì F2-7 ≥ 70 mm2 vì thế ta chọn dây AC – 70 cho đường dây 2 – 7 Tra tài liệu [2] – Bảng B.2, trang 153 ta có Icp = 265A