Đồ Án Môn Học Lưới Điện

Nguồn cung cấp điện cho các hộ phụ tải ở đây là một nguồn có công suất vô cùng lớn: - Nguồn công suất vô cùng lớn là nguồn có điện áp đầu cực không thay đổi về biên độ dù có xảy ra sự

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân đượcnâng cao nhanh chóng Nhu cầu về điện trong tất cả các lĩnh vực tăng cường không ngừng Một lực lượng đông đảo cán bộ kỹ thuật trong và ngoài ngành điện đang tham gia thiết kế, lắp đặt các công trình điện Sự phát triển của ngành điện sẽ thúc đẩy nền kinh tế nước ta phát triển

Bên cạnh việc xây dựng các nhà máy điện thì việc truyền tải và sử dụng tiết kiệm, hợp lí, đạt hiệu quả cao cũng hết sức quan trọng Nó góp phần vào sự phát triển của ngành điện và làm cho kinh tế nước ta phát triển

Trong phạm vi của đồ án này là trình bày về thiết kế môn học lưới điện Đồ án gồm 6 chương :

Chương 1 : Tính toán cân bằng công suất và xây dựng phương án

Chương 2 : Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

Chương 3 : Chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

Chương 4 : Tính toán chế độ xác định của lưới điện

Chương 5 : Tính toán lựa chọn đầu phân áp

Chương 6 : Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Để thực hiện các nội dung nói trên đồ án cần xử lý các số liệu tính toán thiết kế

và lựa chọn các chỉ tiêu, đặc tính kỹ thuật, vạch các phương án và lựa chọn phương án tôi ưu nhất

Đồ án được hoàn thành với sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Phạm Văn Hòa

và các bài giảng của thầy trong trong chương trình học

Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Văn Hòa đã giúp đỡ em hoàn

thành đồ án

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Thảo Hiền

Trang 2

MỤC LỤC

Chương 1.Tính toán cân bằng công suất, xây dựng phương án

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng và bù công suất cưỡng bức 6

1.3.2 Phân tích, giữ lại một số phương án để tính toán tiếp 10

Chương 2 Tính toán kinh tế kỹ thuật, chọn phương án tối ưu 112.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp

2.1.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ

2.1.2 Chọn cấp điện áp

2.2 Chọn tiết diện dây dẫn (theo từng lộ)

2.2.1 Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế

2.2.2 Kiểm tra các điều kiện phát nóng và tổ thất điện áp

2.2.3 Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng

2.3 Tính toán kinh tế- kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

2.3.1 Hàm chi phí tính toán

2.3.2 So sánh kinh tế kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

Chương 3 Chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính 28

Chương 4 Tính toán chế độ xác lập lưới điện

Trang 3

4.2 Tính toán các chế độ sự cố khi phụ tải max 33

Chương 5 Tính toán lựa chọn đầu phân áp

Bản vẽ

Trang 4

THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC GỒM MỘT NGUỒN ĐIỆN VÀ

MỘT SỐ PHỤ TẢI KHU VỰC

Họ tên sinh viên: TRẦN THỊ THẢO HIỀN

2.Nguồn: Công suất vô cùng lớn

Trang 5

Giá 1kVAR thiết bị bù: 150.103 đ/kVAR

Hệ số đồng thời m = 1; Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax= 5000 giờ,

Jkt =1,1A/mm2

Điện áp trên thanh cái nguồn khi phụ tải cực tiểu UA =1,05Uđm, khi phụ tải cực đại

UA =1,1Uđm, khi sự cố nặng nề UA =1,1Uđm

CHƯƠNG 1

Trang 6

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN

1.1 Phân tích nguồn và phụ tải.

1.1.1 Nguồn cung cấp

Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện cũng như phương thức vận hành của nhà máy điện hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí và tính chất của nguồn cung cấp điện Nguồn cung cấp điện cho các hộ phụ tải ở đây là một nguồn có công suất vô cùng lớn:

- Nguồn công suất vô cùng lớn là nguồn có điện áp đầu cực không thay đổi về biên độ dù có xảy ra sự cố gì sau nó

- Công suất nguồn lớn (5÷7) lần công suất tải Hệ số công suất của nguồn là Cosφ= 0,85

1.1.2 Phụ tải

Tổng công suất của các hộ tiêu thụ ở chế độ phụ tải cực đại là 200MW Phụ tảicực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại

Trong 6 hộ phụ tải thì có 4 hộ phụ tải yêu cầu có mức đảm bảo cung cấp điện

ở mức cao nhất (1, 2, 3, 5) nghĩa là không được phép mất điện trong bất cứ trường hợpnào, vì nếu mất điện thì sẽ gây hậu quả nghiêm trọng Vì vậy phải dự phòng chắc chắn.Mỗi phụ tải phải được cấp điện bằng một lộ đường dây kép và hai máy biến áp làm việc song song để đảm bảo cấp điện liên tục cũng như đảm bảo chất lượng điện năng ởmột chế độ vận hành

Hai hộ phụ tải còn lại (4, 6) có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện thấp hơn (hộ loại hai) – là những hộ phụ tải mà việc mất điện không gây hậu quả nghiêm trọng hơn nên để giảm chi phí đầu tư ta chỉ cần cấp điện bằng một đường dây đơn và một máy biến áp

Thời gian sử dụng công suất cực đại của các hộ phụ tải là Tmax = 5000h

Ta có bảng số liệu tổng hợp về phụ tải như sau :

Trang 7

Qmax = Pmax.tgφ

Qmin = Pmin.tgφ

1.2 Tính toán cân bằng công suất

Khi thiết kế mạng điện thì một trong các vấn đề cần phải quan tâm tới đầu tiên là điều kiện cân bằng giữa công suất tiêu thụ và công suất phát ra bởi nguồn

Trong đồ án thiết kế môn học lưới điện việc cân bằng công suất ở đây được thực hiện trên một khu vực cụ thể, trong khu vực này có một nguồn điện công suất vô cùng lớn Trong hệ thống 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 cần thiết giữ ổn định tần số,còn để giữ được điện áp ổn định phải cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện nói chung và từng khu vực nói riêng

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng

Một đặc điểm quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từcác nguồn điện đến các hộ tiêu thụ và không thể tích luỹ điện năng thành số lượngnhìn thấy được.Tính chất này xác định sự đồng bộ của quá trình sản xuất và tiêu thụđiện năng

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ thống cầnphải 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 hệ thống vận hành bình thường cần phải có sự dự trữ nhất định củacông suất tác dụng trong hệ thống Dự trữ trong hệ thống điện là một vấn đề quantrọng liên quan đến vận hành cũng như phát triển cuả hệ thống điện

Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tải cực đại của

hệ thống

Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong khu vực :

P Tram  m P pt  P

Trong đó:

PTrạm - công suất tác dụng của trạm;

ΣPPpt - tổng công suất tác dụng các phụ tải ở chế độ cực đại;

m - hệ đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại (m= 1);

ΣΔ P - tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp, có thể tính gần đúng bằng 5% của mΣPΣPPpt ;

Vậy:

Trang 8

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng và bù công suất cưỡng bức

Trong hệ thống, chế độ vận hành ổn định chỉ tồn tại khi có sự cân bằng công suấtphản kháng và tác dụng

Cân bằng công suất tác dụng, trước tiên để giữ được tần số bình thường trong hệthống, còn để giữ được điện áp bình thường thì cần phải có sự cân bằng công suấtphản kháng ở hệ thống nói chung và từng khu vực nói riêng Sự thiếu hụt công suấtphản kháng sẽ làm cho điện kháng giảm.Mặt khác sự thay đổi điện áp ảnh hưởng tớitần số và ngược lại Như vậy giảm điện áp sẽ làm tăng tần số trong hệ thống và giảmtần số sẽ làm tăng điện áp.Vì vậy để đảm bảo chất lượng của điện áp ở các hộ tiêu thụtrong mạng điện và trong hệ thống ,cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phảnkháng

Sự cân bằng công suất phản kháng trong khu vực được biểu diễn bằng biểu thứcsau:

QTramΣP+ Qb ΣP= mΣPΣPQpt+ ΣΔQB

Trong đó :

Q TramΣP - công suất phản kháng trạm biến áp;

( Q TramΣP=tg ϕTramΣP P TramΣP , tgϕ TramΣP

=√1−cos2ϕ TramΣP cos ϕ TramΣP ,cosϕ TramΣP

là hệ số công suất trạm biến áp, thường lấy khoảng 0,85)

2

1 0,85

0,620,85

0,62.210 130,21.(18,6 24,8 18,6 21,7 15,5 24,8) 12415%.124 18,6

(124 18,6) 130, 2 12,4

Tram

Tram pt B b

Trang 9

→Spt4 = 35+ j( 21,7 – 6,4) = 35 + j15,3 [MVA]

35

35 15,3 = 0,916Đặt Q6b = 6 MVAr tại phụ tải 6:

→Spt6 = 40 + j( 24,8 – 6) = (40 + j18,8) MVA

40

40 18,8 =0,905Kết quả bù như sau:

1.3.Xây dựng các phương án nối dây

1.3.1 Dự kiến các phương án nối dây

Thực tế thì không có một phương án nhất định nào để lựa chon sơ đồ nối dây cho mạch điện Một sơ đồ nối dây của mạng điện có thích hợp hay không là do nhiều yếu

tố quyết định như : Phụ tải lớn hay nhỏ, số lượng phụ tải nhiều hay ít, vị trí phân bố của phụ tải, mức độ yêu cầu về đảm bảo liên tục cung cấp điện, đặc điểm và khả năng cung cấp của nguồn điện, vị trí phân bố các nguồn điện….Hộ loại I được cung cấp điện bằng đường dây kép hoặc có hai nguồn cấp điện (mạch vòng ) Hộ loại II thì chỉ cần cung cấp điện sử dụng mạch đơn Sau khi tiến hành phân tích sơ bộ xong ta sẽ chọn ra 2 phương án để tiến hành tính toán cụ thể so sánh về mặt kĩ thuật

Ta đưa ra 5 phương án nối dây để phân tích sơ bộ

Các phương án nối dây như các hình vẽ dưới đây:

Trang 10

51km (N)

Trang 11

(5)

(4)

40+j18,8 50km

(4)

5 1 k m

25+j 15,5

 Phương án 5:

Trang 12

(6) 30+j18,6

- Nhược 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 Chi phí của thiết bị và dây dẫn giảm hơn

-Nhược điểm : Cần có thêm trạm trung gian, đòi hỏi phải có bảo vệ rơle Thiết

bị tự động hóa phức tạp hơn Độ tin cậy cung cấp điện thấp hơn so với sơ đồ hình tia

Trang 13

SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT

Đối với mỗi phương án được giữ lại để so sánh về mặt kỹ thuật ta cần phải tính toán các nội dung như sau:

2.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp

2.1.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ

2.1.2 Chọn cấp điện áp

Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện Vì vậy chọn đúng điện áp định mức của mạng khi thiết kế cũng

là bài toán kinh tế - kỹ thuật quan trọng 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 tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải

- Khi điện áp càng cao thì tổn thất công suất càng bé, sử dụng ít kimloại màu (I nhỏ) Nhưng điện áp càng tăng cao thì chi phí xây dựng mạng điện càng lớn và giá thành thiết bị càng tăng Vì vậy phải chọn điện áp định mức như thế nào chophù hợp về kinh tế và kĩ thuật

Để tính điện áp định mức của mạng điện áp dụng công thức kinh nghiệm:

Ui=4,34

i i

P 16

l

n



Trong đó : n - số lộ dây (n=1,2)

Ui - 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 Chọn và tính các chỉ tiêu.

 Chọn tiết diện dây dẫn

Tiết diện dây dẫn thường được chọn theo phương pháp mật độ kinh tế của dòng điện

Fkt – tiết diện dây dẫn

Jkt – mật độ kinh tế của dòng điện (Jkt = 1,1 A/mm2)

Imax - dòng điện cực đại trên đường dây trong chế độ làm việc bình thường:

Imax =

max

3

i đm

S

2

3.10 [ ]

đm

A n

 2

3UTrong đó :

Trang 14

Uđm - điện áp định mức của dòng điện [kV] (Uđm =110kV)

Smax i - công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại [MVA]

n - số lộ đường dây.

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức (*), tiết hành chọn tiết diện tiêu chuẩngần nhất và kiểm tra độ bền cơ về đường dây và điều kiện phát nóng của dây dẫn

→ Đối với đường dây đơn: I cbmax Imax [A]

Đối với đường dây kép:I cbmax 2Imax [A]

 Kiểm tra các điều kiện phát nóng

Khi có sự cố, dây dẫn được chọn phải đảm bảo chỉ tiêu phát nóng như sau:

Icbmax≤ k1.k2 Icp

Trong đó:

I cb

max

- dòng điện cưỡng bức lớn nhất;

Icp - dòng điện cho phép của dây dẫn trong điều kiện chuẩn;

k1- hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ;

k1=√θ cp bt−θxq

θ cp bt−θch (1.13a) Trong đó: θ cp bt - nhiệt cho phép lúc bình thường, θ cp bt =700C;

θxq - nhiệt độ môi trường xung quanh (Việt Nam θxq =350C)

k2- hệ số xét sự đặt gần nhau của dây dẫn (nếu là lộ kép), k2=0,92;

 Chỉ tiêu tổn thất điện áp và tổn thất công suất

Khi một lưới điện đã được lựa chọn loại dây dẫn cũng như tiết diện của chúng thìnhất thiết tổn thất điện áp kể từ đầu nguồn tới phụ tải xa nhất phải đảm bảo nhỏ hơnmột giá trị cho phép lúc bình thường cũng như lúc sự cố:

max

(10 12%)(18 20%)

Trang 15

Tổn thất điện áp và công suất trên đường dây thứ i nào đó khi vận hành bìnhthường được xác định theo công thức:

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

2.3.Tính toán kinh tế-kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

2.3.1 Hàm chi phí tính toán

Các chi phí tính toán hàng năm của mỗi phương án được tính toán theo biểu thức: Z=a tc V + ΔAA.c0

ΔA : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải maxA : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải max

C0 -là giá 1kWh điện năng tổn thất c0 = 700 (đ/kWh)

2.3.2 So sánh kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

Tiến hành tính toán cho từng phương án:

A Phương án 1

Trang 16

A.2.1.Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp

A.2.1.1.Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Tiến hành phân bố công suất cho các nhánh điện như sau :

(1)

(2)

(3)

(6)(5)

(4)

4 0 + j1 8 ,8

25+j15,5(N)

Trang 17

2 2

3 max

kt

F   mm

→ Chọn dây AC - 95, có Icp = 330 A

I cbmax = 2.Imax = 2.92,63 = 185,26[A]

 Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức

max 0,88.0,92

I  I → 185,26 ≤ 0,88.0,92.330 =267,168 (thỏa mãn)

 Tổn thất điện áp trên đường dây

Với loại dây AC - 95 ta có: r0 =0,33Ω/km, x0 =0,429ΩĐiện trở và điện kháng đường dây:

R=

1.0,33.28,5 4,703

1.0, 429.28,5 6,1132





%-Tổn thất điện áp ở chế độ sự cố:

112, 28 [ ]1,1

kt

F   mm

→ Chọn dây AC-120, có Icp = 380A

I cbmax = 2.Imax = 2.123,51 = 247,02[A]

max 0,88.0,92

I  I → 247,02 ≤ 0,88.0,92.380 = 307,648 (thỏa mãn)

Trang 18

R=

1 0, 27.60 8,1

1 0, 423.60 12, 69 2





84, 21[ ]1,1

kt

F   mm

I cbmax = 2.Imax = 2.92,63 = 185,26[A]

max 0,88.0,92

I  I → 185,26 ≤ 0,88.0,92.330 =267,168 (thỏa mãn)

R=

1 0,33.37 6,105

1 0, 429.37 7,937 2





U sc % = 2.2,734 = 5,468%

Trang 19

F   mm

I cbmax = Imax = 200,49[A]

max 0,88

I  I → 200,49 ≤ 0,88.510 = 448,8 (thỏa mãn)





U sc % = ΔA : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải maxUbt% = 7,365 %

70,17[ ]1,1

kt

F   mm

I cbmax = 2.Imax = 2.77,19 = 154,38[A]

Trang 20

max 0,88.0,92.

I  I → 154,38 ≤ 0,88.0,92.265 = 214,544 (thỏa mãn)

R=

1 0, 46.51 11, 73

1 0, 44.51 11, 22 2





210,9[ ]1,1

kt

F   mm

→ Chọn dây AC - 240, có Icp = 605A

I cbmax = Imax = 231,98[A]

max 0,88

I  I → 231,98 ≤ 0,88.605 = 532,4 (thỏa mãn)





U sc % = ΔA : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải maxUbt% = 8,949 %Tổn thất công suất

Trang 21

2 2 2

40 18,8

.11,05 1,784 [ ]110

Trang 22

Theo số liệu tính toán bảng trên,các dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng khitải cưỡng bức

Bảng tính tổn thất điện áp và tổn thất công suất

Đường dây

R (Ω)

X (Ω)

ΔA : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải maxP∑ = ∑ΔA : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải maxPi = 0,484+1,483+0,629+1,496+0,839+1,784 = 6,715 [MW]

ΔA : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải maxA∑ = ΔA : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải maxP∑. = ΔA : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải maxP∑.(0,124+10-4Tmax)2.8760 = 6,715.(0,124+10-4.5000)2.8760

=22,91.106 [kWh]

A.2.3.Tính toán kinh tế-kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

A.2.3.1 Hàm chi phí tính toán

Ta có bảng tính toán số vốn đầu tư cơ bản của phương án 1 là:

Đường dây Số lộ

Trang 23

B.2.1.Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp

B.2.1.1.Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Trang 24

(6) 30+j18,6

Định dạng
Số trang	49
Dung lượng	0,97 MB