Đồ án lưới điện Phân Tích Nguồn Phụ Tải Cân Bằng Công Suất

Sinh Viên Thực Hiện Lê Diệu Linh CHƯƠNG I PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI _ Hệ thống điện là một tập hợp bao gồm máy phát điện, đường dây, trạm biến áp, hộ tiêu thụ điện và các thiết bị

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân được nâng caonhanh chóng Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và trongsinh hoạt đang tăng không ngừng mà trong đó Hệ thống điện đặt ra làm sao phải đáp ứng đượcnhu cầu đó

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các mạng điện và các hộ tiêu thụ đượcliên kết với nhau thành hệ thống để sản xuất cũng như truyền tải phân phối tiêu thụ điện năng

Hệ thống điện là một phần của hệ thống năng lượng nên có cấu trúc vô cùng phức tạp Điều đó thểhiện ở tính đa chỉ tiêu và sự biến đổi của nó, phát triển không ngừng Tùy từng mức độ, phạm vi,cấu trúc nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu điện năng cho sự phát triển kinh tế xã hội cho từng địaphương nói riêng và cả nước nói chung, đồng thời đảm bảo chi tiêu kinh tế, kỹ thuật đề ra

Đồ án môn học Lưới điện của sinh viên khoa hệ thống điện thông qua việc tính toán thiết kế lướiđiện khu vực nhằm mục đích tổng hợp lại những kiến thức đã được học và xây dựng cho mỗi sinhviên những kĩ năng cần thiết khi thiết kế một lưới điện khu vực

Qua đồ án này em vô cùng biết ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn: ThsNguyễn Đức Thuận đã giúp em hoàn thành đồ án này

Vì thời gian cũng như kiến thức có hạn và còn nhiều thiếu sót trong quá trình thực hiện khó tránhkhỏi những sai sót Kính mong sự góp ý của thầy cô để bản đồ án của em có thể được hoàn thiệnhơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh Viên Thực Hiện

Lê Diệu Linh

CHƯƠNG I

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

_ Hệ thống điện là một tập hợp bao gồm máy phát điện, đường dây, trạm biến áp, hộ tiêu thụ điện

và các thiết bị khác như: thiết bị điều khiển, rơle bảo vệ, thiết bị đóng cắt,… chúng tạo thành một

hệ thống thống nhất và có sự phối hợp chặt chẽ với nhau Có nhiệm vụ sản xuất, truyền tải, tiêuthụ điện năng và đảm bảo an toàn cho thiết bị và con người

Nguy n Văn Huy D8_H3

*Để chọn được phương án tối ưu cần tiến hành phân tích những đặc điểm của nguồn cung cấp

và các phụ tải Trên cơ sở đó, xác định công suất phát của nguồn cung cấp và dự kiến các sơ đồnối điện sao cho đạt được hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất

*Khi thiết kế hệ thống điện cần đảm bảo các yêu cầu sau:

· Đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống

· Chế độ vận hành của hệ thống phải linh hoạt, đạt hiệu quả kinh tế cao

· Hệ thống điện phải có độ tin cậy cung cấp điện cao và an toàn

1.1 Nguồn :

Hệ thống điện (HT) có công suất vô cùng lớn

Hệ số công suất trên thanh góp hệ thống có cos φ =0,85

1.2 Phân tích phụ tải :

Thiết kế mạng điện gồm 7 phụ tải Trong đó có 5 phụ tải loại I và 2 phụ tải loại III

Phụ tải loại I gồm có các phụ tải số : 1,2,4,6,7

Phụ tải loai III gồm có phụ tải số : 3,5

Hộ loại 1: Gồm các phụ tải quan trọng, việc ngưng cung cấp điện cho phụ tải này có thể

gây nguy hiểm cho tính mạng con người, thiệt hại đến sản xuất, ảnh hưởng đến an ninh quốc phòng, vì phải cung cấp điện liên tục nên các đường dây phải bố trí sao cho đảm bảo cung cấp điện ngay cả khi có sự cố trong mạng điện

Hộ loại 3: bao gồm phụ tải không quan trọng, mất điện không gây ra hậu quả nghiêm

trọng Trường hợp này ta không cần xét đến phương án dự trữ đảm bảo cung cấp điện

_Điện áp phía hạ áp là 10KV

_Tổng công suất cực đại là 177MW

_Thời gian sử dụng công suất lớn nhất là 5200

_Những phụ tải có tải yêu cầu chỉnh điện áp thường là phụ tải số 2,3,6,7

_Những phụ tải có tải yêu cầu chỉnh điện áp khác thường là phụ tải số 1,4,5

_Công suất phụ tải cực tiểu bằng 60% Pmax

_Công suất tiêu thụ của các phụ tải điện được tính như sau :

Qmax =Pmax.tan φ

Smax=Pmax + jQmax

Smax =√Pmax2+Qmax2

Thứ tự Pmax Cos ϕ Tan ϕ Qmax( MVAR) Smax(MVA) Pmin(MV) Qmin(MVAR) Smin(MVA)

Bảng 1.1 : Bảng tính toán phụ tải trong chế độ cực đại và cực tiểu

CÂN BẰNG NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Đặc điểm quan trọng của hệ thống điện (HTĐ) là truyền tải tức thời điện năng từ nguồn đến hộ tiêu thụ và không có khả năng tích trữ lại điện năng với một lượng lớn, có nghĩa là quá trình sản xuất và tiêu thụ điện xảy ra đồng thời theo một nguyên tắc đảm bảo cân bằng công suất Tại từng thời điểm của chế độ xác lập của hệ thống, các nguồn phát điện phải phát ra công suất đúng băng công suất tiêu thụ, trong đó bao gồm cả tổn thất công suất trong lưới điện Xét trường hợp HTĐ gồm một nhà máy điện và 7 phụ tải điện Sự cân bằng công suất phải được đảm bảo về công suất tác dụng cũng như công suất phản kháng Ngoài ra để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình

thường, cần phải có dự trữ nhất định của công suất tác dụng trong hệ thống Dự trữ hệ thống điện

là một vấn đề quan trọng,liên quan đến vận hành cũng như sự phát triển của hệ thống

1 Cân bằng công suất tác dụng

Vì vậy phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với hệ thống điện thiết kế có dạng: Pht = m∑P max + ∑∆P + P td + P dt

Trong đó: P ht : công suất tác dụng lấy từ hệ thống

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

∑P max : tổng công suất của các phụ tải ở chế độ cực đại

∑∆P: tổng tổn thất công suất trong mạng điện,khi tính sơ bộ có thể lấy ∑∆P=5%∑P max

P td : Do điện áp lấy từ hệ thống nên P td =0 P dt : công suất dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng

sơ bộ có thể lấy P dt =10%∑P max , đồng thời công suất dự trữ cần phải lớn hơn hoặc bằng công suất định mức của tổ máy phát lớn nhất đối với hệ thống điện không lớn Vì hệ thống điện có

công suất vô cùng lớn nên P dt = 0 Tổng công suất của các phụ tải ở chế độ cực đại được xác định

từ bảng 1-1: ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng P max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện có giá trị :

∑∆P=5%∑P max = 5%.177=8,85MW Vậy công suất tiêu thụ trong hệ thống là: P ht =177+8,85=185,85 MW

2/ Cân bằng công suất phản kháng

Như ta đã biết, chế độ vận hành ổn định chỉ có thể tồn tại khi có sự cân bằng công

suất tác dụng và công suất phản kháng.

Cân bằng công suất tác dụng để giữ cho tần số bình thường trong hệ thống điện,

nhưng muốn giữ cho điện áp bình thường cần phải có sự cân bằng công suất phản kháng

Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp

trong mạng sẽ tăng, và ngược lại nếu thiếu cống suất phản kháng, điện áp trong mạng sẽ

giảm Vì vậy, để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp phải tiến hành cân bằng công

suất phản kháng.

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

Q yc = m∑Q max + ∑∆Q L – ∑∆Q C + ∑Q ba + Q dt

Trong đó: m = 1: hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại.

∑∆Q L : tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong mạng điện.

∑∆Q C : tổng tổn thất công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra, khi tính sơ

Qyc =88,524+13,27=128,32 MVAr > Qht => Nên ta phải bù công suất phản kháng thiếu hụt do

đó ta phải dùng các tụ điện đặt tại các nút phụ tải để bù vào cho đủ Nguyên tắc đặt bù: Bù ở hộ

xa nhất ( tính từ nguồn đến phụ tải), nếu chưa đủ thì tiếp tục bù ở hộ gần hơn, quá trình tiếp tục như vậy cho đến khi bù hết số lượng cần bù Hệ số cos ϕ thỏa mãn : 0.85≤ Cos ϕ m ≤ 0.95 ta bù vào phụ tải số 1 ,2 ,5, 6 và 7

CHƯƠNG II: DỰ KIẾN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

Một trong các yêu cầu của thiết kế mạng điện là đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục, nhưng vẫn phải đảm bảo tính kinh tế Muốn đạt được yêu cầu này người ta phải tìm ra

phương án hợp lý nhất trong các phương án vạch ra đồng thời đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng là độ tin cậy và chất lượng cao của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ Khi dự kiến sơ đồ của mạng điện thiết kế, trước hết cần chú ý đến hai yêu cầu trên Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I, cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động Vì vậy để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I có thể sử dụng đường dây hai mạch hay mạch vòng Các hộ tiêu thụ loại III được cung cấp điện bằng đường dây một mạch Để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện ta sử dụng phương pháp chia lưới điện thành các nhóm nhỏ, trong mỗi nhóm ta đề ra các phương án nối dây, dựa trên các chỉ tiêu về kinh tế - kỹ thuật ta chọnđược một phương án tốiưu của từng nhóm Vì các nhóm phân chia độc lập, không phụ thuộc lẫn nhau nên tổng hợp các phương án tối ưu của các nhóm lại ta được sơ đồ tối ưu của mạng điện Một phương án nối dây hợp lý phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Đảm bảo cung cấp điện liên tục + Đảm bảo chất lượng điện + Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị + Đảm bảo thuận lợi cho thi công, vận hành và phải có tính linh hoạt cao + Đảm bảo tính kinh tế + Đảm bảo tính phát triển của mạng điện trong tương lai Dựa vào các điều kiện của các phụ tải đề bài cho ta có thể đưa ra 3 phương án nối dây cho các phụ tải đó là :

2

3

4 5

6 7

ND

2

3

4 5

6 7

Độ tin cậy cung cấp điện thấp.

_Phương án liên thông:

Ưu điểm:

Việc tổ chức thi công sẽ thuận lợi hơn vì hoạt động trên cùng 1 đường dây.

Độ tin cậy cung cấp điện tốt hơn lưới hình tia.

Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố:công suất của phụ tải,

khoảng cách giữa các phụ tải với nhau và khoảng cách từ các phụ tải đến nguồn.

Điện áp định mức của mạng điện thiết kế được 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 và theo chiều dài từ nguồn tới phụ tải.

Có thể tính điện áp định mức của đường dây bằng công thức kinh nghiệm Still sau đây:

U tt =4,34.√L+ 16 P

Trong đó : L là chiều dài đường dây từ nguồn tới phụ tải tinh bằng KM

Bảng 2 : Tính chọn điện áp định mức cho từng đường dây

_Từ bảng trên ta chọn điện áp định mức cho toàn mạng điện là 110kv

nóng dây dẫn trong các chế độ làm việc bình thuờng, sự cố.

Đối với đường dây 110kV, để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép cần

phải có tiết diên F ≥70mm và chọn cột bê tông cốt thép

Ta có dòng điện làm việc lớn nhất là

I lvmax = S max

n√3 U đm 103 Trong đó: n là số mạch đường dây

J kt là mật độ kinh tế dòng điện tra bảng theo Tmax và vật liệu là nhôm ta lấy =1,1(A/mm)

Mà : F kt = I lvmax J

kt Trong đó: I lvmax là dòng điện làm việc lớn nhất chạy trên dường dây

+/ Kiểm tra: lấy k1=0,88 và k2 = 1

Dây AC-70 có I cp k 1 k 2 =1.0,88.265 =233,2 A> I lvmax = 58,31 A

+¿ Với đường dây N-2:

Dây AC-70 có I cp = k 1 k 2.265 =1.0,88.265=233,2A > I lvmax = 63,61A

+ Với đường dây N-3

Dây AC-150 có I cp =k1.k2.265=233,2A > I lvmax = 79,51 A

+¿ Với đường dây N-5:

Dây AC-70 có I cp =1.0,88 265 =233,2A > I lvmax = 74,562 A

+ Với đường dây N-7:

Dây AC-70 có I cp =1.0,88 265=233,2 A > I lvmax = 78,719 A

Vậy ta có bảng kết quả chọn dây dẫn cho phương án hình tia là :

_Ubtmax =5,197%<Ucpbt

_Uscmax =10,394%<Ucpsc

PHƯƠNG ÁN 2 : PHƯƠNG ÁN LIÊN THÔNG

I/ Phân bố công suất :

_Chọn điện áp định mức : Ta chọn tượng tự phương án hình tia và có bảng kết quả :

Đường dây Loại dây

Bảng thông số tiết diện dây :

Từ bảng trên ta có nhận xét :

_Ubt%max =6,238% <Ucpbt

PHƯƠNG ÁN VÒNG KÍN

1/ Phân bố công suất :

_Xét lưới kín :Giả thuyết tất cả đường dây giống nhau tính toán bỏ qua tổn thất trên đường dây

Đường dây Loại dây

N6-7 5 4.380 12.728 12.445 1.029 2.057

Từ bảng trên ta có nhận xét :

_Xét sự cố trong vòng kín N-6-7

+Sự cố đứt N-6:

_Usc%=52.13,5+ 26,568.21,6+27 12,728+13,068.12,445

1102 100 = 14,729% < Ucpsc

_Các phương án so sánh với nhau qua hàm chi phí tính toán qua từng năm :

Z = (avh+ atc ).V + ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng A C

_Trong đó :+ V là vốn đầu tư xây dựng lưới điện vì 3 phương án có trạm biến áp giống nhau nên

ta chỉ tính vốn xây dựng đường dây

+ atc là hệ số thu hồi vốn ( 1/Ttc= trong đó Ttc là thời gian thu hồi vốn và bằng 8 năm )

+ avhlà hệ số vận hành lưới điện bằng 0,04

+ ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng A là tổn thất điện năng trên lưới trong một năm

+ C là giá tiền 1kvh tổn thất điện năng = 700 đồng

ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng P2 = 0,591 MW

ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng P3= 0,677MW

ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng P4= 1,446 MW

ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng P5 =0,461 MW

ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng P6=0,637 MW

ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng P7 = 0, 836MW

ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng Pmax = 0,221+0,591+0,677+1,446+0,461+0,637+0,836 = 4,869 (MW)

-/ Tổng chi phí tính toán hàng năm là :

Z = (avh+ atc ).V + ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng A C

PHƯƠNG ÁN 2 : PHƯƠNG ÁN LIÊN THÔNG

+/ Tính toán tương tự như tính toán chi phí cho phương án hình tia ta có : Z = (avh+ atc ).V + ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng A C

Z = (avh+ atc ).V + ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng A C = 0,165 124251,7024 106+ 12748,502.103 700 = 2,9425.1010 ( đ )+/ Bảng tổng kết phương án 2 :

Z = (avh+ atc ).V + ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng A C = 0,165 142492,7294 106 + 17067,24227.103 .700 = 3,5458 1010(

P 0,221 0,591 0,244 0,519 0,461 0,637 0,836 0,221Nhận xét: Ta thấy rằng phương án I là phương án đảm bảo chỉ tiêu kinh tế-kĩ thuật toàn diệnnhất Có Z nhỏ nhất đảm bảo dộ tin cậy cung cấp điện và tổn thất điện áp vận hành nhỏ hơn so

vs 2 phương án còn lại , vậy ta chọn phương án I là phương án thiết kế cho mạng điện

CHƯƠNG V

XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG, DUNG LƯỢNG CÁC MÁY BIẾN ÁP TRONG CÁC TRẠM BIẾN ÁP CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY HỢP LÝ CỦA CÁC TRẠM BIẾN ÁP

+ / CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHI TIẾT:

_ Yêu cầu của sơ đồ nối điện trong mạng điện và hệ thống điện là đảm bảo độ tin cậy cung cấpđiện, cấu tạo đơn giản, vận hành linh hoạt và an toàn cho người

+ / Chọn sơ đồ nối điện cho trạm biến áp tăng:

_ Là hệ thống thanh góp cao áp của nhà máy điện cung cấp điện cho phụ tải có cos ϕtb = 0,88.

_ Do mạng điện ta thiết kế là từ thanh góp cao áp của nhà máy cung cấp điện cho phụ tải nên xem như thanh góp truyền tất cả các công suất vào mạng điện cao áp do đó ta chọn sơ đồ nối các máy biến áp theo sơ đồ khối máy phát điện-máy biến áp

_ Để đảm bảo việc cung cấp điện liên tục cho phụ tải ta dùng 2 hệ thống thanh góp có thanh góp vòng

+ / Chọn sơ đồ nối điện cho các trạm biến áp hạ:

+ / Đối với các phụ tải 1,2,4,6,7:

+ Là các hộ phụ tải loại I, yêu cầu phải được cung cấp điện áp liên tục đồng thời là các trạm biến áp cụt, do đó ta chọn sơ đồ cầu ngoài (L <70 Km ) và vì khi phụ tải cực tiểu cho phép thao tác vận hành dễ dàng để chỉ vận hành 1 máy biến áp nhằm giảm tổn thất điện năng cho trạm.+ Ta xác định sơ đồ nối điện của các trạm theo nguyên tắc sau:

+ Phía cao áp: dùng máy cắt và dao cách ly

+ Phía hạ áp: dùng máy cắt hợp bộ

+ Ta có sơ đồ nối dây như sau

Hộ 2

_ Đối với phụ tải 2:

+ là phụ tải loại III , không cần phải cung cấp điện liên tục

+ sử dụng các trạm biến áp cụt

+Phía cao áp : dùng máy cắt và dao cách ly

+Phía hạ áp : dùng máy cắt hợp bộ

+ Ta có sơ đồ nối dây như sau:

+ / Chọn máy biến áp cho trạm biến áp hạ:

Máy biến áp là một phần tử quan trọng nhất của hệ thống điện Nó dùng để biến đổi nănglượng điện từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Việc chọn công thức và phương thức vậnhành của trạm biến áp có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện+ Chọn máy biến áp có điều áp dưới tải đối với các hộ phụ tải (TPDH) có yêu cầu điều chỉnhđiện áp khác thường và đối với các hộ phụ tải có yêu cầu điều chỉnh điện áp thường thì chúng tanên chọn máy biến áp có đầu phân áp cố định (TPD)

_ Ở các hộ loại I, ta dùng 2 máy biến áp vận hành song song để đảm bảo cung cấp điện liên tục,khi có sự cố 1 máy biến áp, máy biến áp còn lại cho phép quá tải 40% trong 5 ngày đêm mỗi ngàyđêm không quá 6 giờ Vậy công suất của mỗi máy biến áp được chọn theo điều kiện:

SdmBA≥ Spt max

+/ Chọn máy biến áp cho phụ tải 1(Loại I):

Ta có điều kiện chọn máy biến áp : S dmBA≥

Tra bảng 18, trang 276 sách Thiết kế các mạng và hệ thống điện

Chọn 2 máy biến áp điều áp dưới tải, loại TPDH – 32000/110

+/ Chọn máy biến áp cho phụ tải 3(Loại III):

SdmB 3≥ √ 312+16 ,7092=35,21( MVA )

Chọn 1 máy biến áp, loại TPD – 40000/110

+ Chọn tương tự cho các phụ tải còn lại ta có bảng sau :

ΔP max = 201 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng Po