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

Các phụ tải loại I cần phải được cung cấp bằng đường dây mạch kép để đảm bảo cung cấp điện liên tục cũng như đảm bảo chất lượng điện năng ở mọi chế độ vận hành.. - Phụ tải loại III: là p

Lời nói đầu

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 các hộ tiêu thụ điện loại I và loại III Nhìn chung, phương án đưa ra đã đáp ứng được những yêu cầu cơ bản của một mạng điện.

Dù đã cố gắng song đồ án vẫn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy,cô để em có thể tự hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong các lần thiết kế đồ án sau này Qua đây em xin cảm ơn thấy Nguyễn Đức Thuận đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

Sinh viên Nguyễn Thị Khánh Linh

CHƯƠNG 1:PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

1.1 Phân tích nguồn và phụ tải:

1.1.1 Phân tích vùng: hệ số công suất vô cùng lớn có hệ số công suất là 0.85

 ∑P max=20+27+25+30+32+33+35=202 (MW)

 T max=4400(h)

 Điện áp phía hạ : 22 (KV)

 Thiết kế lưới điện cho khu vực gồm 7 phụ tải Trong đó có 5 phụ tải loại I và 2

phụ tải loại III

- Phụ tải loại I: là những phụ tải quan trọng có yêu cầu cung cấp điện liên

tục Nếu xảy ra hiện tượng mất điện sẽ gây hậu quả và thiệt hại nghiêm trọng về an ninh chính trị Các phụ tải loại I cần phải được cung cấp bằng đường dây mạch kép để đảm bảo cung cấp điện liên tục cũng như đảm bảo chất lượng điện năng ở mọi chế độ vận hành

- Phụ tải loại III: là phụ tải ít quan trọng hơn để giảm chi phí đầu tư ta chỉ

cần cung cấp điện bằng đường dây đơn

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

Q max=P max tg φ (MVAr) Q min=P min tg φ

Ṡ max=P max+jQ max (MVA) Ṡ min=P min+j Q min

S max=√P max2 +Q max2 (MVA) S min=√P min2 +Q2min

- Yêu cầu điều chỉnh điện áp:

 Trong mạng thiết kế mạng điện cho hộ phụ tải (1,4,5) yêu cầu điều

chỉnh điện áp khác thường (KT) nên độ lệch điện áp thỏa mãn:

Chế độ phụ tải cực đại: du%=+5%Udm

Chế độ phụ tải cực tiểu: du%=0%Udm

Chế độ sự cố : du%= 0 5%Udm

 Phụ tải (2,3,6,7) yêu cầu điều chỉnh điện áp thường (T) nên phạm viđiều chỉnh điện áp thỏa mãn:

Chế độ phụ tải cực đại: du% +2, 5%

Chế độ phụ tải cực tiểu: du% +7, 5%

Chế độ sau sự cố : du% -2, 5%

Bảng tổng hợp công suất các phụ tải

28.4091

36.6667

33+j15.982

19.8+j9.5896

7 35 0.9 0.4843 16.9513 38.8889 35+j16.9513 21.0 10.1708 23.3333 21+j10.1708

∑Q max=9,6864+13,0767+13,4936+16,1923+15,4983+15,9826+16,513

= 100,8812(MVAr)

1.2 Cân bằng công suất:

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng :

P N=P y/ c=m∑

i=1

7

P maxi+∑∆ P max+P dt=1.202+5 %.202+0=212,11.2.2 Cân bằng công suất phản kháng:

Q y /c=m.∑

i=1 n

Q maxi+∑∆ Q ba+∑∆Q L−∑Q c+Q dt

CHƯƠNG 2:DỰ KIẾN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

Sơ đồ tổng quan về mạng điện cần thiết kế

2.1/ Phương án hình tia: cấp điện từ nguồn đến tải.Phụ tải cung cấp điện loại I dùng

đường dây lộ kép,cung cấp điện loại III dùng đường dây lộ đơn

2.2/Phương án liên thông:

-Nguyên tắc :+ Không liên thông quá nhiều phụ tải + Đường dây không được chéo nhau + Không nên liên thông từ III sang I

2.3/ Phương án lưới kín:nối kín thì dùng dây đơn,không dùng dây kép

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN

Điện áp định mức của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồcung 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 (KV)

Với :L là khoảng cách truyền tải của đoạn đường dây thứ i;(km)

P là công suất truyền tải đoạn đường dây thứ i;(MW)

50.9902

- Lưới điện 110KV chọn tiết diện dây theo mật độ dòng điện kinh tế

- Tiết diện kinh tế đường dây:

 Fkt = I max j

kt

 Ilv max=n U S max

đ m√3Với : n: số đường dây

jkt : mật độ dòng điện kinh tế

Imax:dòng điện cực đại của đường dây ở chế độ làm việc bìnhthường

Smax: công suất trên đường dây khi phụ tải cực đại.

- Để không xuất hiện hiện tượng vầng quang trên các dây dẫn AC, đốivới mức điện áp 110kV thì các dây nhôm lõi thép phải có tiết diện

Trong đó: Isc là dòng điện của dây dẫn trong chế độ sự cố (Isc=2Ilvmax)

Icp là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dòng điện, phụthuộc vào bản chất và tiết diện dây dẫn

=>> Chọn dây AC-70 có Icp=265(A)

Isc=2.Imax=2.58,3182=116,6364(A)

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

Isc ≤ Icp → 116,6364 ≤ 265 ( thỏa mãn )

Bảng chọn tiết diện dây:

Nguyễn Thị Khánh Linh – Đ8H2 Page 10

- R,X : điện trở và điện kháng của đường dây (Ω))

- Thông số của đường dây :

R=Ro.l/n(Ω))X=Xo.l/n(Ω)) B=Bo.l.n(Ω))(với n là số đường dây)

N-3 25 13.4936 10.0623 9.8387 3.1762 6.3524N-4 30 16.1923 4.2597 8.4383 2.1853

N-5 32 15.4983 8.4134 10.9374 3.6259 7.2519N-6 33 15.9826 10.4355 13.5662 4.6380 9.2760

∆ U btmax=∆ U btN 6=4,6380 %< 10 %

∆ U scmax=∆ U scN 6=9,2760 %<20 %

=>> Thỏa mãn điều kiên tổn thất điện áp

3.2 Phương án liên thông:

1.Phân bố công suất:

Đ.Dây Pi Li Utti Uđm

=>> chọn dây dẫn AC-185 có Icp=510(A)

Isc=2.Imax=396,564(A)

Do đó tiết diện này thỏa mãn về mặt kĩ thuật

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

Isc≤ I cp → 396,564 ≤510 ( thỏa mãn ) Tính toán tương tự phương án hình tia ta có:

N-3 25 13.4936 10.0623 9.8387 3.1762 6.3524N-4 30 16.1923 4.2597 8.4383 2.1853

N_5 32 15.9826 11.4728 11.2178 4.5159 9.0317N-6 68 32.9339 5.3759 12.9337 6.5415 13.0829N-7 35 16.9513 4.9500 6.4350 2.3333 4.6666

 ´S N−6= ´S5+ ´S6−´S N−5

=32+15,4983 j+33+15,9826 j−¿35,1223+17,0105j) = 29,8777+14,4704j(MVA)

 ´S5−6= ´S N −5−´S5=¿35,1223+17,0105j) –( 32+15,4983 j¿

= 3,1223+1,5122j(MVA)

 S´N 7= S´7=35+16,9513j (MVA)

2.Chọn điện áp định mức:

Từ công thức: U tt = 4,34√L+ 16 P (KV)

Tương tự ta có bảng kết quả tính toán sau:

107.448

5_6 3.1223 31.6228 39.1995 110n-6 29.8778 63.245

=>> Chọn dây AC-185 cso Icp=510(A)

- Kiểm tra điều kiện phát nóng:

Đ.dây n Smax Ilvmax Fkt Loại dây Ro Xo

N-3 25 13.494 10.0623 9.8387 3.1762 6.3524N-4 30 16.192 4.2597 8.4383 2.1853

N-5 35.1223 17.0105 8.6683 20.8550 5.4480 19.52555_6 3.1223 1.5122 14.2303 13.914

∆ U btmax=∆ U btN −6=6,4260 %<10 %

∆ U scmax=∆ U scN −5=19,5255 %<20 %

=>> Thỏa mãn điều kiên tổn thất điện áp

CHƯƠNG 4:TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KINH TẾ.CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 4.1 Cơ sở lý thuyết: Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng khi so sánh các phương án

là chi phí tính toán hàng năm Z, được xác định theo công thức:

Z=(atc+avh).V+∆A.CTrong đó:

atc: hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư phụ và được tính

tc tc

1aT



- Ttc: là thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư phụ nó phụ thuộc vào từng giai.Giai đoạn phát triển kinh tế chúng ta, lấy Ttc =8 (năm) Nên:

- V: tổng vốn đầu tư xây dựng mạng điện (chỉ xét đến việc xây dựng đường dây

vì coi số lượng của máy biến áp, máy cắt, dao cách ly của các phương án lànhư nhau)

- ∆A: tổng tổn thất điện năng hàng năm trong mạng điện.

- C: giá tiền của 1kWh tổn thất điện năng; c = 700 (đ/kWh)

 V0i: suất đầu tư cho 1km đường dây, (đ/km)

 li : chiều dài đoạn đường dây thứ i, (km)

+x = 1 nếu lộ đơn ; x = 1,6 nếu lộ kép

Ta có bảng giá thành 1km đường dây trên không một mạch điện áp 110kV

Loại dây AC-70 ac-95 ac-120 ac-150 ac-185 ac-240

125935.46302.Tổn thất điện áp:

Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn đường dây thứ i được tính như sau

- Ri:điện trở của đường dây thứ i

- Uđm:điện áp định mức của mạng điện

Tổn thất điện năng trên dường dây được xác định theo công thức:

∆A = ∑∆Pimax.τ (kWh)

Trong đó:

- Pi: tổn thất công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại

- : thời gian tổn thất công suất cực đại

Thời gian tổn thất công suất cực đại có thể tính theo công thức:

max 0,124 +T 10 8760

 Trong đó: Tmax:là thời gian sử dụng công suất cực đại trong năm

N-1 20 9.6864 4.5640 0.1863 519.5847N-2 27 13.0767 8.6585 0.6440 1796.4931N-3 25 13.4936 10.0623 0.6712 1872.1964N-4 30 16.1923 4.2597 0.4091 1141.2882

3 8.4134 0.8790 2452.0224N-6 33 15.9826 10.4355 1.1595 3234.4166N-7 35 16.9513 5.9492 0.7436 2074.1749

13090.1762Vậy tổng chi phí vận hành hằng năm của phương án

17514.282

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

Ta có bảng tổng hợp so sánh các phương án về chỉ tiêu kinh tê-kỹ thuật

Chỉ tiêu P.Án tia P.Án liên thông P.Án kín

=>> Từ bảng tổng hợp kết quả trên cho ta thấy cả 3 phương án đều đảm bảo kĩ thuật.Ta thấy phương án tia và kín có chi phí lệch nhau không quá 5% ta so sánh tổn thất điện năng của 2 phương án:

∆ A tia<∆ A kín(13090,1762<13861,014)

=>> Phương án tia là phương án tối ưu

PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Bảng tổng hợp chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của phương án tối ưu

CHƯƠNG 5 :CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH

Máy biến áp (MBA) là một thiết bị rất quan trọng và nó chiếm một phần không nhỏ vềvốn đầu tư trong hệ thống điện Việc lựa chọn máy biến áp cần dựa vào các nguyên tắc sau:

- Căn cứ vào phương thức vận hành và yêu cầu điều chỉnh điện áp của phụ tải,

để chọn máy biến áp thường hay máy biến áp điều chỉnh dưới tải

- Căn cứ vào tính chất hộ tiêu thụ là hộ loại I, loại II, hay loại III để chọn số

lượng máy biến áp cho phù hợp Mạng điện yêu cầu thiết kế gồm có 5 phụ tảiloại I nên đặt hai máy biến áp và 2 phụ tải loại III đặt 1 máy biến áp

Khi một máy biến áp bất kỳ nghỉ (do sự cố hay bảo dưỡng) thì máy biến áp còn lại vớikhả năng quá tải cho phép có thể cung cấp điện cho toàn bộ phụ tải lúc cực đại.Với nhà máy nhiệt điện phát công suất hầu hết lên điện áp cao, phụ tải cấp điện áp máy phát nhỏ do đó ta nối bộ một máy biến áp với một máy phát điện.Ta sử dụng máy biến

áp ba pha hai cuộn dây để giảm chi phí lắp đặt, chuyên chở, vận hành

Tất cả các các MBA được chọn đều được hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đặt MBA Tại Việt Nam nhiệt độ trung bình của môi trường đặt máy là 250C, nhiệt độ môitrường lớn nhất là 420C Các MBA được chọn ở dưới đây coi như đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường ở Việt Nam

5.1 Chọn số lượng và công suất máy biến áp

Để chọn được máy biến áp ta phải căn cứ vào công suất, điện áp của hệ thống và của phụ tải Đối với mạng điện thiết kế này cấp điện áp đường dây là 110kV và cấp điện

áp của các hộ tiêu thụ là 22kV

Số lượng máy biến áp phụ thuộc vào tính chất của hộ tiêu dùng

Đối với trạm 1 MBA,MBA đó cần phải có công suất định mức lớn hơn hoặc bằng công suất lớn nhất của phụ tải : SđmB≥ Smax

Đối với trạm có n MBA các MBA được thiết kế làm việc song song.Vậy nên công suất định mức của các MBA sẽ lớn hơn công suất lớn nhất của phụ tải được chia đều cho các MBA : S đmB ≥ S max

n

Khi chọn công suất của máy biến áp cần xét đến khả năng quá tải của máy biến áp cònlại ở chế độ sau sự cố Xuất phát từ điều kiện quá tải cho phép bằng 40% trong thời gian phụ tải cực đại Công suất của mỗi máy biến áp trong trạm có n máy biến áp (n>1) được xác định theo công thức:

max dmB sc

α %:Phần trăm phụ tải loại III trong phụ tải loại I.Trong đồ án ta lấy α %=0

Pi, Qi: công suất tác dụng, phản kháng của phụ tải ở chế độ cực đại

SđmB: công suất máy biến áp được chọn

Công suất của máy biến áp trong trạm 1 có 2 máy biến áp

S đmB ≥ 1

k qt sc S max

n−1=

11,4.

22,22222−1 =15,873 Chọn máy biến áp: TDH-16000/110

Tính toán tương tự cho các trạm còn lại ta có:

5.2 Chọn sơ đồ nối điện

Do đa phần phụ tải là các hộ tiêu thụ loại I nên để đảm bảo cung cấp điện an toàn và

liên tục ta sử dụng sơ đồ hệ thống hai thanh góp là việc song song.Khi vận hành một

thanh góp vận hành còn một thanh góp dự trữ

Sơ đồ hệ thống 2 thanh gópĐối với các trạm cuối ta có 2 trường hợp:

- Phụ tải loại I : Ta dùng sơ đồ cầu

- Phụ tải loại III : Ta dùng sơ đồ bộ đường dây-máy biến áp

a.Sơ đồ đường dây-MBA b.Sơ đồ cầu trong c.Sơ đồ cầu ngoài

Ta có thể chọn sơ đồ cầu theo điều kiện sau:

 Chọn theo chiều dài đường dây:

Đường dây có chiều nhỏ hơn 70km sẽ chọn sơ cầu ngoài vì lúc đó đường dây đượccoi như là đường dây ngắn nên ít sự cố

Sơ đồ trạm của MBA chọn theo chiều dài đường dây

5.3 Sơ đồ nối điện chính của lưới điện:

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CHẾ ĐỘ XÁC LẬP LƯỚI ĐIỆN

Khi tính toán phân bố dòng công suất trên các lộ đường dây trong mạng điện ta lấy điện áp nút là là Uđm =110kV

S'bi ∆S0 Sbi S''ni ∆Sni S'ni

0,0853+1,7896j 20,0853+11,476j 0.042+0,272j 20,1273+11,748j 20,1273+11,1147j 0,1994+0,1949j 20,3267+11,3096j 0,1391+3,2355j 27,1391+16,3122j 0.35+0,24j 27,1741+16,5522j 27,1741+15,8687j 0,7086+1,4037j 27,8827+17,2724j 0,0847+1,8643 25,0847+15,3579j 0,058+0,4j 25,1427+15,7579j 25,1427+14,3618j 0,6972+0,6817j 25,8399+15,0435j 0,1383+3,3425j 30,1383+19,5348j 0,042+0,28j 30,1803+19,8148j 30,1803+19,4787j 0,4542+0,8998j 30,6345+20,3785j 0,0977+2,2724j 32,0977+17,7707j 0,07+0,48j 32,1677+18,2507j 32,1677+16,6157j 1,1305+1,4697j 33,2982+18,0854j 0,1039+2,4167j 33,1039+18,3993j 0,07+0,48j 33,1739+18,8793j 33,1739+16,8513j 0,9626+1,2515j 34,1367+18,1027j 0,1168+2,7185j 35,1168+19,6698j 0,07+0,48j 35,1868+20,1498j 35,1868+18,9937j 0,7861+1,0219j 35,9729+20,0156j 0,7658+17,6395j 202,7658+118,5207j 0,702+2,632j 203,1534+121,1557j 203,1528+113,2846j 4,9387+6,9232j 208,0916+120,2077j

Tính toán phân bố công suất ở chế độ cực đại của phương án tối ưu

6.1.2 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống

Từ bảng 5.1 ta có tổng công suất yêu cầu trên thanh góp 110kV của hệ thống bằng:

7 1

Pcc = 208,0916 MVAKhi hệ số công suất của hệ thống bằng 0,85 thì công suất phản kháng của hệ thống có thể cung cấp bằng:

Qcc = Pcc tgφ = 208,0916.0,62 =129,0168 MWArNhư vậy:

Scc = 208,0916+j129,0168 MVA

Từ kết quả trên ta nhận thấy rằng công suất phản kháng do hệ thống cung cấp lớn hơn công suất phản kháng yêu cầu Vì vậy không cần phải bù công suất phản kháng

6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu:

Phụ tải bằng 60% phụ tải cực đại Tính phân bố công suất cho chế độ cực tiểu ta tính

tương tự như tính toán cho chế độ cực đại, ta có bảng phân bố công suất cho chế độ cực tiểu như

S'bi ∆S0 Sbi S''ni ∆Sni S'ni

0,0322+0,6443j 12,0322+6,4562j 0.042+0,272j 12,0742+6,7282j 12,0742+6,0949j 0.069+0,0675j 12,1432+6,1624j 0,0501+1,1648j 16,2501+9,0108j 0.35+0,24j 16,2851+9,2508j 16,2851+8,5673j 0,2423+0,4799j 16,5274+9,0473j 0,0305+0,6711j 13,0305+8,7672j 0,058+0,4j 15,0885+9,1672j 15,0885+7,7711j 0,2395+0,2342j 15,328+8,0053j

0,0498+1,2033j 18,0498+10,9187j 0,042+0,28j 18,0918+11,1987j 18,0918+10,8026j 0,1563+0,3096j 18,2481+11,1122j 0,0352+0,8181j 19,2352+10,1171j 0,07+0,48j 19,3052+10,5971j 19,3052+8,9621j 0,3907+0,5079j 19,6959+9,47j

0,0374+0,87j 19,8374+10,4596j 0,07+0,48j 19,9074+10,9396j 19,9074+8,9116j 0,0367+0,8551j 19,9442+9,7667j 0,0421+0,9786j 21,0421+11,1495j 0,07+0,48j 21,1121+11,6295j 21,1121+10,4734j 0,2731+0,355j 21,3852+10,8284j

0,2773+6,3502j 119,4773+66,8791j 0,702+2,632j 121,8643+69,5111j 121,8643+61,583j 1,4076+2,8092j 123,272+64,3923j

Tính toán phân bố công suất ở chế độ cực tiểu của phương án tối ưu

6.2.1 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống

Từ bảng trên ta có tổng công suất yêu cầu trên thanh góp 110kV của hệ thống bằng:

Pcc =123,272 MVA

Khi hệ số công suất của hệ thống bằng 0,85 thì công suất phản kháng của hệ thống có thể cung cấp bằng:

Qcc = Pcc tgφ =123,272.0,62 =76,4286 MWAr

Như vậy: Scc = 123,272+ j76,4286MVA

Từ kết quả trên ta nhận thấy rằng công suất phản kháng do hệ thống cung cấp lớn hơn công suất phản kháng yêu cầu Vì vậy không cần bù công suất phản kháng

6.3 Chế độ sau sự cố

Sự cố trong mạng điện thiết kế có thể xảy ra khi ngừng một mạch trên đường dây hai mạch liên kết hai nhà máy với nhau, ngừng một mạch trên các đường dây hai mạch nối từ nguồn cung cấp đến các phụ tải Khi đó những đường dây đơn từ hệ thống đến phụ tải sẽ không xét đến