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

Đồ án môn học “ Thiết kế lưới điện khu vực” sẽ tính toán thiết kế mạng điện cho một khu vực gồm 7 hộ tiêu thụ điện gồm loại I và loại III, đưa ra phương án thiết kế thực thi nhất, đảm bả

LỜI NÓI ĐẦU

Lưới điện là một bộ phận hệ thống điện làm nhiệm vụ tải điện từ các nguồn điện tớ các thiết bị dung điện Thiết kế và xây dựng lưới điện là công việc hết sức quan trọng của ngành điện, có ảnh hưởng lớn tới cách chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật của

hệ thống điện Giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế- kỹ thuật, xây dựng và vận hành

sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với hệ thống điện

Đồ án môn học “ Thiết kế lưới điện khu vực” sẽ tính toán thiết kế mạng điện cho một khu vực gồm 7 hộ tiêu thụ điện gồm loại I và loại III, đưa ra phương án thiết kế thực thi nhất, đảm bảo cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện với chi phí nhỏ nhất khi thực hiện các hạn chế kỹ thuật về độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng

Do kiến thức còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót,

em rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy , cô giảng viên để em có

thể tự hoàn thiện kiến thức của mình Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Đức thuận đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học này.

Tháng 6 năm 2016Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Hồng Quế

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN, PHỤ TẢI, CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 5

1.1 PHÂN TÍCH NGUỒN, PHỤ TẢI 5

1.1.1 Phân tích nguồn 5

1.1.2 Phân tích phụ tải 5

1.2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT 6

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng 6

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng 7

CHƯƠNG 2: DỰ KIẾN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 8

2.1 PHƯƠNG ÁN HÌNH TIA 8

2.2 PHƯƠNG ÁN LIÊN THÔNG 8

2.3 PHƯƠNG ÁN LƯỚI KÍN 9

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN 10

3.1 XÉT PHƯƠNG ÁN HÌNH TIA 10

3.1.1 Phân bố công suất 10

3.1.2 Chọn Uđm 10

3.1.3 Chọn dây dẫn 11

3.2 PHƯƠNG ÁN LIÊN THÔNG 14

3.2.1 Tính toán sơ bộ công suất 14

3.2.2 Chọn điện áp định mức 15

3.2.3 Chọn dây dẫn 15

3.3 PHƯƠNG ÁN LƯỚI KÍN 16

3.3.1 Phân bố công suất 16

3.3.2 Chọn điện áp định mức 17

3.3.3 Chọn dây dẫn 18

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KINH TẾ VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 22

4.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22

4.2 PHƯƠNG ÁN HÌNH TIA 23

4.2.1 Vốn đầu tư 23

4.2.2 Tổn thất điện năng 24

4.3 PHƯƠNG ÁN LIÊN THÔNG 24

4.3.1 Vốn đầu tư 24

4.3.2 Tổn thất điện năng Error! Bookmark not defined. 4.4 PHƯƠNG ÁN LƯỚI KÍN 25

4.4.1 Vốn đầu tư 25

4.4.2 Tổn thất điện năng 25

CHƯƠNG 5: CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH 27

5.1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP 27

5.1.1 Lựa chọn số lượng máy biến áp 27

5.1.2 Lựa chọn công suất các máy biến áp 27

5.1.3 Chọn loại máy biến áp 28

5.2 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN 29

5.2.1 Nguồn điện 29

5.2.2 Trạm phụ tải 29

CHƯƠNG 6: TÍNH CHÍNH XÁC CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA LƯỚI ĐIỆN 31

6.1 CHẾ ĐỘ PHỤ TẢI CỰC ĐẠI (UN = 121kV) 31

6.2 CHẾ ĐỘ PHỤ TẢI CỰC TIỂU 33

6.3 CHẾ ĐỘ SỰ CỐ 34

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP NÚT VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 35

7.1 TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP NÚT 35

7.1.1 Chế độ cực đại (UN= 121kV) 35

7.1.2 Chế độ cực tiểu 35

7.1.3 Chế độ sự cố 36

7.2 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 36

7.2.1 Yêu cầu về điều chỉnh điện áp 36

7.2.2 Các máy biến áp có điều chỉnh điện áp 37

7.2.3 Chọn đầu phân áp của máy biến áp 38

CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA LƯỚI ĐIỆN 44

8.1 VỐN ĐẦU TƯ 44

8.2 TỔNG TỔN THẤT CÔNG SUẤT TÁC DỤNG 44

8.3 TỔNG TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 45

8.4 CHI PHÍ VẬN HÀNH HÀNG NĂM 45

8.5 CHI PHÍ TÍNH TOÁN HÀNG NĂM 46

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUỒN, PHỤ TẢI, CÂN BẰNG

CÔNG SUẤT1.1 PHÂN TÍCH NGUỒN, PHỤ TẢI.

-Phân tích nguồn cung cấp điện là rất cần thiết và phải quan tâm đúng mức khibắt tay vào làm thiết kế Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện cũng như phương thức vận hành của các mạng nhà máy điện, hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí, nhiệm vụ cũng như tính chất của từng nhà máy điện

-Số liệu về phụ tải là loại tài liệu quan trọng Thiết kế hệ thống có chính xác hay không hoàn toàn toàn do mức độ chính xác của công tác thu thập và phân tích phụ tải quyếtđịnh

-Gồm 7 phụ tải loại I- là những phụ tải phải đảm bảo cung cấp điện liên tục ,

vì khi mất điện gây ra những hậu quả nghiêm trọng

-Tổng công suất tác dụng cực đại: 160 MW

-Thời gian sử dụng công suất lớn nhất: Tmax= 4700h

-Điện áp danh định thứ cấp: 22 kV

-Phụ tải ( 1, 4, 6, 7) là những phụ tải có yêu cầu khác thường , phụ tải ( 2, 3, 5)

là những phụ tải có yêu cầu thường

Bảng 1.2_Số liệu tổng hợp về phụ tải.

STT cosϕ tanϕ (MW)Pmax

Qmax (MVAr) Smax (MVA)

1.2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng.

-Cân bằng công suất tác dụng để ổn định tần số của hệ thống và được biểu diễn bằng biểu thức tổng quát :

Png= Py/c= m∑Pmaxi+ ∑∆Pmax+ Pdt

Png: Tổng công suất tác dụng phát ra của nguồn điện

Py/c: Tổng công suất tác dụng yêu cầu

m: hệ số đồng thời( tính toán sơ bộ lấy bằng 1)

∑Pmaxi: Tổng công suất tác dụng lớn nhất của 7 phụ tải

∑∆Pmax: Tổng tổn thất công suất tác dụng trên lưới điện

(bằng 5%∑Pmaxi)

Pdt: Công suất tác dụng dự trữ của hệ thống

(vì hệ thống công suất vô cùng lớn nên lấy bằng 0)

Vậy Png= 1,05∑Pmaxi= 1,05.160

Png=168( MW)

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng.

- Cân bằng công suất phản kháng để giữ điện áp định mức trong hệ thống và được tính bằng biểu thức:

Qy/c= m∑Qmaxi+ ∑∆Qba + ∑∆QL- ∑QC+ Qdt

Qy/c: Tổng công suất phản kháng yêu cầu

m: hệ số đồng thời( tính toán sơ bộ lấy bằng 1)

∑Qmaxi: Tổng công suất phản kháng lớn nhất của 7 phụ tải

∑∆Qba: Tổng tổn thất công suất phản kháng trong biến áp

(bằng 15%∑Qmaxi)

∑∆QL:Tổng tổn thất công suất phản kháng trên đường dây

∑QC: Tổng công suất phản kháng do đường dây sinh ra( bằng ∑∆QL)

Qdt: Tổng công suất phản kháng dự trữ( sơ bộ bằng 0)

Vậy Qy/c= ∑Qmaxi+ 15%∑Qmaxi= 1,15tgф.∑Pmaxi = 1,15.0,62.160

Qy/c=114,08( MVAr)

-Công suất phản kháng do nguồn điện phát ra :

Qng= Png.tgфng= 168.0,62= 104,16 (MVAr)

Thấy Qy/c > Qng

Kết luận : Hệ thống phải bù sơ bộ để cân bằng công suất phản kháng.

CHƯƠNG 2: DỰ KIẾN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

Nguyên tắc chủ yếu của công tác thiết kế mạng điện là cung cấp điện kinh tế với chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cao Mục đích tính toán thiết kế là

nhằm tìm ra một phương án phù hợp nhất với những nguyên tắc đã nêu ở trên.

Với nhiệm vụ đồ án có 7 phụ tải loại I là được cung cấp điện bằng đường dây kép hoặc có 2 nguồn cung cấp điện ( vòng kín)

2.2 PHƯƠNG ÁN LIÊN THÔNG.

Khi liên thông để đảm bảo an toàn và dễ thi công thì có 3 quy tắc cơ bản :

+ Không nên liên thông quá nhiều phụ tải( chỉ 2 phụ tải)

+ Không nên liên thông từ loại III sang loại I

+ Đường dây không được đi chéo nhau

Sơ đồ liên thông:

( 1ô= 10x10 km).

2.3 PHƯƠNG ÁN LƯỚI KÍN.

Sơ đồ lưới kín:

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN.3.1 XÉT PHƯƠNG ÁN HÌNH TIA.

3.1.1 Phân bố công suất.

Bỏ qua tổn thất công suất trên đường dây ta có:

ṠNi= Ṡmaxi suy ra:

Với Li ( km) : Khoảng cách truyền tải từ nguồn đến phụ tải thứ i.

Pi: Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây đến phụ tải i( =Pmaxi).Nếu 70 ≤ Utti ≤ 170 thì chọn Uđm= 110kV

a, Cơ sở tính toán và kiểm tra.

Lưới điện 110 kV chọn tiết diện theo mật độ dòng điện kinh tế

Ilvmax: Là dòng điện chạy trên đường dây ở chế độ phụ tải cực đại(A)

jkt : mật độ kinh tế của dòng điện (A/mm2)

Sử dụng dây nhôm lõi thép (dây AC) và có Tmax= 4700h suy ra jkt= 1,1( A/mm2)

3.

maxi lvmax

đm n

S I

U



với:

Smax: Công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại( MVA)

n: số mạch của đường dây

Uđm: điện áp định mức của mạng điện (kV).

Khi đã có được Ftt , chọn Ftc gần nhất với Ftt

∎Bước 2 : Kiểm tra ( 4 điều kiện)

-Vầng quang điện : Đối với đường dây trên không 110kV, để giảm tối thiểu lượng tổn thất vầng quang thì các dây nhôm lõi thép phải có tiết diện ≥70 mm2

.

-Độ bền cơ của đường dây trên không thường được phối hợp với điều kiện vầng quang nên không phải kiểm tra điều kiện này

- Điều kiện phát nóng cho phép :

Từ loại dây AC suy ra dòng điện cho phép Icp , dòng này phải thoải mãn :

Icp ≥k 1 k 2 I

Icp≥Isc

Trong đó :

Ilvmax: Dòng điện làm việc cực đại

k1: hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường

(coi như nhiệt độ môi trường bằng nhiệt độ tiêu chuẩn k1= 1)

k2: hệ số hiệu chỉnh

(Đường dây cáp trên không coi k2= 1)

Isc: Dòng điện trong chế độ sự cố ( khi lộ kép chỉ còn 1 mạch hoạt động).-Điều kiện tổn thất điện áp cho phép:

Ta xét ở 2 chế độ : chế độ làm việc bình thường và chế độ sự cố

Tổn thất điện áp chế độ làm việc bình thường : ∆Ubt≤15%Uđm

Bỏ qua phần ảo của điện áp : ∆Ubt= (P.R+Q.X)/U2

đm (kV)

Trong đó :

P (MW) :Công suất tác dụng chạy trên đoạn đường dây

Q(MVAr): Công suất phản kháng chạy trên đường dây

R, X (Ὼ) : Điện trở , điện kháng của đoạn đường dây

Uđm: Điện áp định mức chạy trên đoạn đường dây

Bước 2: Kiểm tra:

-Có thông số đường dây:

Lo i ại dây R( /km)km)Ω/km)0 Xkm)0 ( /km)Ω/km) B(S/km)km)o Icp (A)AC-70 0.45 0.44 2,58.10-6 265AC-95 0.33 0.429 2,65.10-6 330

Từ bảng trên suy ra: Isc < Icp => thỏa mãn điều kiện phát nóng.

-Điều kiện tổn thất cho phép:

Điện trở trên đoạn truyền tải N-1 :R=

Tương tự với các đường dây còn lại ta có:

Bảng 3.2_Tổn thất điện áp phương án hình tia.

N-7 42.43 20 12.39 9.55 9.33 2.53 5.06

 ΔUUbtmax% =5,12 % < ΔUUcpbt%

 ΔUUscmax% = 10,24% < ΔUUcpsc%

Vậy phương án hình tia thoải mãn yêu cầu kỹ thuật.

3.2 PHƯƠNG ÁN LIÊN THÔNG.

3.2.1 Tính toán sơ bộ công suất.

Tương tự như phương án hình tia ta có:

Bảng 3.3 Kết quả tính toán điện áp phương án liên thông.

Số lộdây

Công suấtbiểu kiến(MW)

Ilv max (kA) dây kinh tếTiết diện

(mm2)

Dây phù hợp

- Bước 2 : Kiểm tra.

+ Có thông số đường dây:

Từ bảng trên ta có: ISC < ICP nên thỏa mãn điều điện phát nóng

Điều kiện tổn thất điện áp

Bảng 3.5 Tổn thất điện áp trong phương án 2.

 ΔUUbtmax% =10,02 % < ΔUUcpbt%

 ΔUUscmax% = 20,04% < ΔUUcpsc%

Vậy phương án lien thông thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật.

3.3 PHƯƠNG ÁN LƯỚI KÍN.

3.3.1 Phân bố công suất.

Ở phương án này phụ tải 2 và 4 nối với nhau thành mạch kín N-2-4-N

Giả sử mạch điện là cùng 1 loại dây

Công suất trên đoạn N-2

SmaxN-2 = S max2 .(l l2− 4+l N −4)+S max 4 .l N−4

N−2+l2−4+l N −4

= (20+ j 12,39) (58,31+76,16)+(23+ j 14,25 ).76,1658,31+76,16+63,25 = 22,46+j.13,92 (MVA)Công suất trên đoạn đường dây 2-4

Smax2-4 = SmaxN-2 - Smax2 =(22,46+j.13,92 ) – (20+j12,39) = 2,46 + j1,53 (MVA)Công suất trên đoạn đường dây N-4

SmaxN-4 = Smax4 - Smax2-4 = 23+j14,25 – (2,46 + j1,53) = 20,54+ j12,72(MVA)

Bảng 3.6 Phân bố công suất phương án lưới kín.

Đường dây Công suất S ̇i(MVA)

Bước 1: Tương tự như phương án hình tia ta có:

Bảng 3.8 Chọn dây dẫn cho phương án 3.

ĐD Số lộdây Công suất biểukiến (MW) I

lv max (kA)

Tiết diệndây kinh tế(mm2) Dây phùhợp

Bước 2: Kiểm tra

-Ta có thông số đường dây:

Loại dây

-Điều kiện phát nóng:

Xét lưới kín N-2-4:

Trường hợp 1: Sự cố từ N-4.

Công suất trên đoạn 2-4: Ṡ2-4 =Ṡ4 =23+ j14,25(MVA)

Dòng điện sự cố trên đoạn 2-4:

Công suất trên đoạn 2-4: Ṡ2-4 =Ṡ2 =20+ j12,39 (MVA)

Dòng điện sự cố trên đoạn 2-4:

Isc 2-4 = n S max

√3 U dm = √202+12,392

√3 110 .103=123,48(A)< 265A=>thỏa mãn.Công suất trên đoạn N-4:

Kết luận:Chọn dây dẫn như bảng 3.8

∆UN4% = P N 4 R N 4+Q N 4 X N 4

U dm2 = 20,54.20,56+12,72.32,22

1102 .100 = 6,88 %+ Xét đường dây 2-4

∆U24 = P24 R24+Q24 X24

U2dm = 2,46.26,24+1,53.25,66

1102 .100 = 0,86 %

∎Tổn thất điện áp của đường dây khi bị sự cố:

+Tổn thất điện áp trên đường dây khi xảy ra sự cố đứt dây N-4 là:

∆U N−2−4 sc = ∆U N−2 sc + ∆U2−4sc

+Tổn thất điện áp khi sự cố đứt dây N-2:

Các đoạn còn lại tương tự như phương án hình tia:

Bảng 3.9 Tổn thất điện áp trong phương án 3.

-Từ kết quả bảng trên ta thấy, tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ bình thường

là ∆U bt max = ∆UbtN-2-4 =8,04+ 6,88+ 0,86= 15,78% ≈ 15% ( với lưới kín có thể chấpnhận được )

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố

∆U max sc = ∆Uqtsc N-2-4 = 23,4 % <25%

Kết luận : phương án 3 thỏa mãn yêu cầu về mặt kĩ thuật.

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KINH TẾ VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN

TỐI ƯU.

4.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Khi tính toán, thiết kế mạng lưới điện cần phải đảm bảo yêu cầu về kinh tế và kĩ thuật Mặc dù trên thực tế hai yêu cầu kinh tế và kĩ thuật thường mâu thuẫn nhau, một lưới điện có chỉ tiêu kĩ thuật tốt, vốn đầu tư và chi phí vận hành cao

Ngược lại, lưới điện có vốn đầu tư, chi phí vận hành nhỏ thì tổn thất cao, cấu trúclưới điện phức tạp, vận hành kém linh hoạt, độ an toàn thấp.Vì vậy việc đánh giá tính toán chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật của một lưới điện sẽ đảm bảo cho việc đạt chỉ tiêu

Z: Là hàm tính toán chi phí tổn thất hàng năm (đồng).

atc: Hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư ,với lưới điện 110kV thì atc=0,125

avh : Hệ số khấu hao hao mòn vận hành sửa chữa thiết bị,với đường dây trênkhông các cấp điện áp avh = 0,04

K: tổng vốn đầu tư xây dựng lưới điện

V = x V0.l i

 Với đường dây đơn thì: x=1

 Với đường dây kép thì: x=1, 6

V0: Suất đầu tư cho 1km đường dây nhánh thứ i, tiết diện Fi

li.: Chiều dài đường dây nhánh thứ i, (km)

Bảng 4.1 Giá dây dẫn:

Ri. : Là điện trở tác dụng của đường dây thứ i.

: Thời gian tổn thất lớn nhất (h) được tính bằng công thức:

Từ các công thức và số liệu ở trên ta có:

Bảng 4.2.Vốn đầu tư phương án hình tia.

ΔUPi (MW)

ΔUAi (MWh)

Hàm chi phí tính toán phương án lưới kín:

ZIII = (atc + avh) VIII + AIII C = (0,125+ 0,04) 177927,624.106 + 18267,81.103.700

ZIII= 4,21.1010 (đ)

Từ hàm chi phí tính toán trong 1 năm của 3 phương án , thấy hàm chi phí của phương án hình tia là nhỏ nhất Vì vậy phương án hình tia là phương án tối

ưu nhất.

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

CHÍNH.

5.1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP.

5.1.1 Lựa chọn số lượng máy biến áp

Đồ án thiết kế mạng điện khu vực có điện áp 110 kV cho các hộ tiêu thụ loại I

và hộ tiêu thụ điện loại III Do đó để đảm bảo tính chất cung cấp điện được liên tục

và đảm bảo yêu cầu kinh tế- kỹ thuật thì tại mỗi nút phụ tải loại I ta đều đặt 2 máy biến áp 3 pha làm việc song song Còn các phụ tải loại III dùng 1 máy biến áp 3 phalàm việc độc lập cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện

5.1.2 Lựa chọn công suất các máy biến áp.

Công suất của các máy biến áp lựa chọn phải luôn cung cấp điện được liên tụccho các hộ phụ tải trong tất cả các khả năng của phụ tải như: cực đại, cực tiểu và sựcố

Với 2 máy biến áp làm việc song song, nếu xảy ra sự cố 1 trong 2 máy phảingừng làm việc thì máy biến áp còn lại vẫn phải đảm bảo cung cấp điện đầy đủ vàliên tục cho các hộ phụ tải

Khi 2 máy biến áp làm việc song song ta có công thức xác định công suất của từngmáy biến áp như sau:

S B ≥ S i max (n−1)=

S i max

1,4Với: n – số máy biến áp trong trạm, n = 2

qtsc

k – hệ số quá tải cho phép kqtsc = 1,4.

Với phụ tải loại III: ax

S dmB S m

.Trong mạng điện thiết kế có 7 phụ tải loại I

-Xét phụ tải 1:

Ta có : P1= 21 (MW) , cos1= 0,85

S1max=

1 1

210,85

P COS  = 24,71 (MVA)

Stt(MVA)

SđmB(MVA)

5.2.2 Trạm phụ tải.

Phụ tải loại I :ta dùng sơ đồ cầu

Sơ đồ cầu trong Sơ đồ cầu ngoài

Ta chọn sơ đồ cầu theo điều kiện sau:

- Chọn theo đường dây,sơ đồ cầu thường được phối hợp với đường dây:

Sơ đồ cầu ngoài phối hợp với đường dây có l < 70 km

Sơ đồ cầu trong phối hợp với đường dây có l ≥ 70 km

Bảng 5.3.Chọn sơ đồ cầu.

ĐD

Li

(km)

N-2 63.25 Sơ đồ cầu ngoài

N-4 76.16 Sơ đồ cầu trong

N-6 67.08 Sơ đồ cầu ngoài

N-7 42.43 Sơ đồ cầu ngoài

Vậy phụ tải 4 ta sử dụng sơ đồ cầu trong , các phụ tải còn lại sử dụng sơ đồ cầu ngoài.