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

√L i+16.P in Trong đó: Utt: Điện áp định mức của đường dây thứ i kV Li: Chiều dài đường dây từ nguồn tới phụ tải thứ i km Pi: Công suất tác dụng của đường dây từ nguồn tới phụ tải thứ i

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 quyếtcho 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, emrất mong thầy cô trong bộ môn góp ý để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn

Hà Nội, tháng 6 năm 2016

Sinh viên: Phạm Thị Phúc

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 nguồn: hệ số công suất vô cùng lớn có hệ số công suất là 0,85

1.1.2: Phân tích phụ tải:

- Tồn tại phụ tải: tất cả đều là loại I

- Tổng công suất cực đại : ∑Pmax = 22+21+18+20+30+33+35= 179 (MW)

- Thời gian sử dụng lớn nhất: Tmax= 4800 (h)

- Điện áp phía hạ: 22 (kV)

- Tải có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường là: 1;2;5;6

- Tải có yêu cầu điều chỉnh điện áp thường là: 3;4;7

Bảng tổng hợp công suất các phụ tải

TT Pmax cosφ tanφ Qmax ´Smax Pmin Qmin ´Smin

7 35 0,88 0,54 18,9 35+j.18,9 26,25 14,18 26,25+j.14,18

1.2: Cân bằng công suất:

1.2.1: Cân bằng công suất tác dụng

Cân bằng công suất tác dụng thực sự cần thiết để giữ được tần số bình thường trong

hệ thống Điều đó có nghĩa là tổng cống suất phát ra phải bằng tổng công suất tác dụng yêu cầu

1.2.2: Cân bằng công suất phản kháng

Cân bằng công suất phản kháng để dự trữ điện áp bình thường trong hệ thống, sự thiếu hụt công suất phản kháng sẽ làm điện giảm sụt

 Với: ∑∆ Q ba:tổng tổn thất công suất phản kháng trong MBA (=15%.∑Q max)

∑∆ Q L:tổng tổn thất công suất phản kháng trên đường dây

∑∆ Q C: tổng tổn thất công suất phản kháng do điện dung đường dây sinh ra

CHƯƠNG 2:DỰ KIẾN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

Sơ đồ mặt bằng vị trí nguồn điện và các phụ tải

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

 Ưu điểm:

+ Đơn giản hóa về sơ đồ nối dây

+ Bố trí thiết bị đơn giản

+ Các phụ tải không liên quan tới nhau

+ Khi có sự cố trên một đường dây thì sẽ không ảnh hưởng tới đường dây khác

+ Tổn thất nhỏ hơn so với phương án liên thông.

+ Cần có thêm trạm trung gian

+ Thiết bị bố trí đòi hỏi bảo vệ rơle

+ Thiết bị tự động hóa phức tạp hơn

+ Độ tin cậy cung cấp điện thấp hơn với phương án hình tia

Lưu ý:

+ Chỉ tối đa liên thông 2 điểm

+ Không nên liên thông từ loại III sang loại I

2.3/ Phương án lưới kín: tất cả dùng dây đơn,không dùng dây kép

 Ưu điểm:

+ Độ tin cậy cung cấp cao

+ Khả năng vận hành lưới điện linh hoạt

+ Tổn thất ở chế độ bình thường thấp.

 Nhược điểm:

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

+ Khi xảy ra sự cố, tổn thất lưới cao, nhất là ở nguồn có chiều dài dây cấp điện lớn

Dựa vào những ưu và nhược điểm của từng loại phương án ta có những lựa chọn khác nhau để thiết kế mạng điện sao cho đảm bảo cung cấp điện với chất lượng điện năng cao, độ tin cậy cấp điện lớn, đảm bảo yêu cầu kinh tế

2.4: Các phương án dự kiến thiết kế:

Phương án 1: hình tia

Phương án 2: liên thông

Phương án 3: lưới kín

Chương 3: tính toán kỹ thuật các phương án

3.1:Phương án 1:

3.1.1:Tính toán công suất sơ bộ:

Ở phương án hình tia, ta có phân bố công suất như sau:

3.1.2: Chọn điện áp định mức cho từng lộ đường dây:

Ta sử dụng công thức kinh nghiệm:

Utt = 4,34 √L i+16.P i

n

Trong đó:

Utt: Điện áp định mức của đường dây thứ i (kV)

Li: Chiều dài đường dây từ nguồn tới phụ tải thứ i (km)

Pi: Công suất tác dụng của đường dây từ nguồn tới phụ tải thứ i (MW)

n: số lộ đường dây

Từ đó ta có bảng kết quả tính toán sau:

Đường dây Pi (MW) Li (km) Utt (kV) Uđm (kV)

Lưới điện 110kV chọn tiết diện dây theo mật độ dòng kinh tế, đồ án sử dụng dây

AC, sử dụng cột bê tông cốt thép và có khoảng cách Dtb = 5m

Tiết diện kinh tế đường dây:

j kt

Trong đó:

Fkt: Tiết diện dây theo mật độ kinh tế (mm2)

jkt: Mật độ kinh tế của dòng điện (mm2) Do thời gian sử dụng công suất lớn nhất

Smax-i: Công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại (MVA)

Uđm: Điện áp định mức của mạch điện (kV)

n: số lộ đường dây, n=2

Ta có bảng tổng hợp sau:

TT số lộ dây

Công suấtbiểu kiến(MW) Ilv max(kA) kinh tế (mmTiết diện dây2) phù hợp (mmtiết diện dây2)

Kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật:

Với dây AC-70 ta có Icp =265 (A), dây AC-95 ta có Icp= 330(A)

Xét đoạn N-1: ta có Isc =2.Icp= 2.0,0656.103= 131,2(A) < 265(A)

=> thỏa mãn điều kiện phát nóng

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-2: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0626.103= 125,2(A) < 265(A)

=> thỏa mãn điều kiện phát nóng

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-3: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0537.103= 107,4(A) < 265(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-4: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0596.103= 119,2(A) < 265(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-5: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0895.103=179(A) < 330(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-6: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0984.103= 196,8(A) <330(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-7: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,1044.103=208,8(A) <330(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Ta có bảng thông số đường dây như sau:

Đường dây

Ví dụ: với đường dây N-1 ta có:

R1= R 0 L1

2 = 0,45.41,23112 = 9,2770 (Ω) X1= X0

Vậy ta có bảng kết quả sau:

Đường dây Pi (MW) Qi (MVAr) (RiΩ) Xi (Ω) ∆Uibt% ∆Uisc%

Vậy ∆Ubt max% = 4,7366% < ∆Ubtcp%

∆Usc max% = 9,4732% < ∆Usccp%

Như vậy phương án này đạt tiêu chuẩn kỹ thuật

3.2: Phương án 2: liên thông

3.2.1: phân bố công suất:

3.2.2: Chọn điện áp định mức cho từng lộ đường dây:

Ta sử dụng công thức kinh nghiệm:

Utt = 4,34 √L i+16.P i

n

Trong đó:

Utt: Điện áp định mức của đường dây thứ i (kV)

Li: Chiều dài đường dây từ nguồn tới phụ tải thứ i (km)

Pi: Công suất tác dụng của đường dây từ nguồn tới phụ tải thứ i (MW)

n: số lộ đường dây n=2

Từ đó ta có bảng kết quả tính toán sau:

Đường dây Pi (MW) Li (km) Utt (kV) Uđm (kV)

Lưới điện 110kV chọn tiết diện dây theo mật độ dòng kinh tế, đồ án sử dụng dây

AC, sử dụng cột bê tông cốt thép và có khoảng cách Dtb = 5m

Tiết diện kinh tế đường dây:

j kt

Trong đó:

Fkt: Tiết diện dây theo mật độ kinh tế (mm2)

jkt: Mật độ kinh tế của dòng điện (mm2) Do thời gian sử dụng công suất lớn nhất

Smax-i: Công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại (MVA)

Uđm: Điện áp định mức của mạch điện (kV)

n: số lộ đường dây

Ta có bảng tổng hợp sau:

TT số lộ Công suất Ilv max Tiết diện dây tiết diện dây

dây biểu kiến(MW) (kA) kinh tế (mm2) phù hợp(mm2)

 Kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật:

Với dây AC-70: Icp =265 (A), dây AC-95 có Icp= 330(A),

dây AC-185 có Icp= 510(A)

Xét đoạn N-1: ta có Isc =2.Icp= 2.0,0656.103= 131,2(A) < 265(A)

=> thỏa mãn điều kiện phát nóng

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-2: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0626.103= 125,2(A) < 265(A)

=> thỏa mãn điều kiện phát nóng

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-3: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0537.103= 107,4(A) < 265(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-4: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0596.103= 119,2(A) < 265(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-5: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,1939.103=387,8(A) < 510(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-6: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0984.103= 196,8(A) <330(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn 5-7: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,1044.103=208,8(A) <330(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

2 L1= 0,442 41,2311 = 9,0708 (Ω)

Khi mạng vận hành bình thường ta có: ∆U1bt% = P1 R1+Q1 X1

= 9,2770.22+ 9,0708.11,88

1102 100= 2,5773% Mặt khác ∆U1sc%= 2.∆U1bt%= 2.2,5773= 5,1546%

Vậy ta có bảng kết quả sau:

Ta so sánh giữa tổn thất cho phép và tổn thất tính toán như sau:

Do có liên thông N-5-7 nên:

∆Ubt N-5% +∆Ubt 5-7 = 3,1495+ 2,9289= 6,0784%

∆Usc N-5% +∆ Usc 5-7 = 6,2990+ 5,8577= 12,1567%

Như vậy ∆Ubt max% =6,0784% < ∆Ubtcp%=10%

∆Usc max% = 12,1567% < ∆Usccp%=20%

Vậy: phương án 2 đạt tiêu chuẩn kỹ thuật

3.3: Phương án 3: lưới kín

3.3.1: phân bố công suất:

Xét riêng đoạn lưới kín N-1-2 ta có phân bố công suất như sau:

´SN-1= ´S1.(l12+l N−2)+ ´S2 l N −2

l1−2+l N −1+l N−2 = (22+ j 11,88) (31,6228+70 )+ (21+ j 11,34 ).7031,6228+70+ 41,2311 =25,9405+j.14,0079 (MVA)

´SN-2 = ´S1 + ´S2 - ´SN-1=17,0595+ j.9,2121 (MVA)

´S1-2 = ´SN-1 - ´S1=3,9405+j.2,1279 (MVA) ´S N−3= ´S3=18+j.9,72 (MVA)

´S N−4= ´S4=20+j.10,8 (MVA)

´S N−5= ´S5= 30+j.16,2 (MVA)

´S N−6= ´S6= 33+j.17,2 (MVA)

´S N−7= ´S7= 35+j.18,9 (MVA)

3.3.2: Chọn điện áp định mức cho từng lộ đường dây:

Ta sử dụng công thức kinh nghiệm:

Utt = 4,34 √L i+16.P i

n

Trong đó:

Utt: Điện áp định mức của đường dây thứ i (kV)

Li: Chiều dài đường dây từ nguồn tới phụ tải thứ i (km)

Pi: Công suất tác dụng của đường dây từ nguồn tới phụ tải thứ i (MW)

n: số lộ đường dây

Từ đó ta có bảng kết quả tính toán sau:

Đường dây Pi (MW) Li (km) Utt (kV) Uđm (kV)

Lưới điện 110kV chọn tiết diện dây theo mật độ dòng kinh tế, đồ án sử dụng dây

AC, sử dụng cột bê tông cốt thép và có khoảng cách Dtb = 5m

Tiết diện kinh tế đường dây:

j kt

Trong đó:

Fkt: Tiết diện dây theo mật độ kinh tế (mm2)

jkt: Mật độ kinh tế của dòng điện (mm2) Do thời gian sử dụng công suất lớn nhất

Smax-i: Công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại (MVA)

Uđm: Điện áp định mức của mạch điện (kV)

n: số lộ đường dây

Ta có bảng tổng hợp sau:

TT số lộ Công suất biểu Ilv max Tiết diện dây tiết diện dây phù

dây kiến (MW) (kA) kinh tế (mm2) hợp (mm2)

 Kiểm tra các yêu cầu kỹ thuật:

Với dây AC-70: Icp =265 (A), dây AC-95 có Icp= 330(A),

dây AC-150 có Icp= 445(A)

*Ki m tra: ểm tra:

- Kiểm tra trường hợp sự cố N-1:

Vậy đường dây thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

Kiểm tra trường hợp sự cố N-2:

Xét đoạn N-3: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0537.103= 107,4(A) < 265(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-4: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0596.103= 119,2(A) < 265(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-5: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0895.103=179(A) < 265(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-6: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0984.103= 196,8(A) <330(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn N-7: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,1044.103=208,8(A) <330(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Xét đoạn 1-2: ta có Isc= 2.Icp = 2.0,0235.103= 47(A) < 265(A)

Vậy tiết diện dây đã chọn là hợp lý

Ta có bảng thông số đường dây như sau:

Đường dây

+Điện trở đường dây N-1: RN-1 = R0.LN-1 = 0,21.41,2311 = 8,6585 (Ω))

+Điện kháng đường dây N-1: XN-1 = X0.LN-1 = 0,416.41,2311 = 17,1521 (Ω))

+Tổn thất điện áp bình thường đường dây N-1:

∆Ubt%=P N −1 R N −1+Q N −1 X N −1

U đm2 100= 25,9405.8,6585+ 14,0079.17,1521

3,8419%

Với đoạn lưới kín N – 1 – 2:

Xét sự cố đứt đoạn đường dây N – 1:

N-6 33 17,82 8,8855 11,5512 4,1245 8,2490

Ta so sánh giữa tổn thất cho phép và tổn thất tính toán được ở trên:

Như vậy ∆Ubt max% =5,5431% < ∆Ubtcp%=10%

∆Usc max% = 9,4956% < ∆Usccp%=20%

Như vậy: Phương án này đạt tiêu chuẩn kỹ thuật

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KINH TẾ - CHỌN PHƯƠNG ÁN

TỐI ƯU

4.1: Cơ sở lý thuyết:

Các phương án so sánh thông qua hàm chi phí tính toán trong 1 năm:

Z = (avh + atc).V+ A.CTrong đó :

+ V : Vốn đầu tư xây dựng lưới điện (gồm các dây và trạm)

+ atc : Hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn

Với Ttc : thời gian thu hồi vốn đầu tư – 8 năm

+ avh : Hệ số vận hành lưới điện Ở đây ta lấy avh = 0,04+ ∆A :Tổn thất điện năng lưới trong 1 năm (kWh)Với : ∆ P max−i: Tổn thất công suất lớn nhất ở đường dây thứ i (MW)

τ: Thời gian tổn thất công suất lớn nhất (h)

τ = ( 0,124 + Tmax.10 -4)2.8760Theo đồ án ta có Tmax = 4800h nên:

τ = ( 0,124 + 4800.10 -4)2.8760 = 3195,7881 (h) + C : Giá tiền 1 kWh tổn thất điện năng (đồng) Theo đồ án, giá 1 kWh điện năng tổn thất 700 đồng

Giá thành xây dựng 1km đường dây 110kV cột bê tông cốt thép với các thiết bịtiết diện là như sau:

Loại dây Cột bê tông cốt thép

Xét riêng với từng đường dây:

+ Nếu đường dây là lộ đơn:

Vi = V0-i.Li+ Nếu đường dây là lộ kép:

Ta sử dụng các công thức sau :

Trong đó:

∆ P i: Tổn thất công suất tác dụng của đường dây i (MW)

Pi : Công suất tác dụng của đường dây i (MW) Ta đã tính ở chương III

Qi : Công suất phản kháng của đường dây i (MVAr) Ta đã tính ở chương III.Udm : Điện áp định mức của đường dây i (kV) Điện áp định mức đã được tính

ở chương III của đồ án

Ri : Điện trở của đường dây i (Ω))

τ : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất Ta đã có τ = 3195,7881 (h)

U đm2 .R N−1= 22

2+11,882

1102 9,277= 0,4793 (MW)

∆A1=∆P1.τ= 0,4793.3195,7881= 1531,699048 (MWh) = 1531699,048 (kWh)

Dựa vào các công thức trên ta có bảng số liệu như sau:

Đường dây Pi (MW) Qi (MVAr) Ri (Ω) ∆Pi (MW) ∆Ai (kWh)

U đm2 .R N−1= 22

2+11,882

1102 9,277= 0,4793 (MW)

∆A1=∆P1.τ= 0,4793.3195,7881= 1531,699048 (MWh) = 1531699,048 (kWh)

Dựa vào các công thức trên ta có bảng số liệu như sau:

Đường dây Pi (MW) Qi (MVAr) Ri (Ω) ∆Pi (MW) ∆Ai (kWh)

∆P1= P1

2+Q12

U đm2 .R N−1=25,9405

2+14,00792

Chọn phương án phù hợp:

Sau khi tính toán chi phí của các phương án ta có bảng tổng hợp sau:

Phương án Chi Phí ( Đồng )

Hình tia 3,9364.1010Liên thông 3,9414.1010Lưới kín 3,9681.1010

Ta chọn phương án khả thi nhất và có chi phí nhỏ nhất

Vậy nên Phương Án 1: Hình Tia là phương án đảm bảo được những điều kiện trên

CHƯƠNG 5: CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ.

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:

S đmB ≥ S max

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

Riêng với trường hợp trạm có nhiều MBA, ta cần kiểm tra lại khi trạm này bị gặp sự

cố Trong đồ án, ta xét trường hợp khi 1 MBA gặp sự cố và không hoạt động Như vậy điều kiện để trạm đó không gặp sự cố như sau:

Trong đó:

SđmB : Công suất định mức của một MBA (MW)

n : Số tổ máy

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

k qt sc:Hệ số quá tải sự cố Trong đồ án, ta lấy k qt sc= 1,4, tức MBA được quá tải 40% nhưng với điều kiện MBA làm việc liên tục không quá 6 tiếng mỗi ngày và không quá 5 ngày liên tiếp

Smax : Công suất lớn nhất của phụ tải

Ta xét vào lưới điện trong đồ án:

Công suất trong trạm 1: