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

Để so sánh các phương án về mặt kỹ thuật, ta phải xét tới các nội dung sau:- Chọn lựa cấp điện áp định mức của hệ thống - Chọn lựa thiết diện dây dẫn - Tính toán tổn thất điện áp - Kiểm

Phần 1 Thiết khế lưới điện khu vực

LỜI NÓI ĐẦU

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

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện,trạm biến áp,các mạng điện và các hộ tiêu thụ được liên 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 thể hiện 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 địa phương nói riêng và cả nước nói chung, đòng 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 lưới điện khu vực nhằm mục đích tổng hợp lại những kiến thức đã được học và xây dựng cho mỗi sinh viên 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: Ths Nguyễn Đức Thuận đã giúp em hoàn thành đồ án này.

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

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh Viên Thực Hiện

Phạm Nhật Huy Tân

Chương I: PHÂN TÍCH NGUỒN, PHỤ TẢI VÀ XÂY DỰNG

PHƯƠNG ÁN

1.1 Phân tích nguồn và phụ tải:

1.1.1 Sơ đồ lưới điện khu vực :

-Nguồn điện cung cấp đủ công suất tác dụng cho phụ tải

-Nguồn là thanh góp hệ thống 110kv có công suất vô cùng lớn và ta có hệ

số công suất trên thanh góp là cos =0.85 nên ta không cần phải tính toán cân bằng công suất

1.1.3 Phân tích phụ tải điện:

Phụ Smax = Pmax + jQmax Smax Smin = Pmin + jQmin Smin

So sánh các phương án về mặt kỹ thuật:

Để so sánh các phương án về mặt kỹ thuật, ta phải xét tới các nội dung sau:

- Chọn lựa cấp điện áp định mức của hệ thống

- Chọn lựa thiết diện dây dẫn

- Tính toán tổn thất điện áp

- Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn khi có sự cố

Chọn lựa cấp điện áp của hệ thống:

- Việc chọn lựa cấp điện áp liên quan tới cả vấn đề kỹ thuật cũng như

về mặt kinh tế Vì nếu chúng ta chọn U cao thì tổn thất trên lưới giảmnhưng chi phí lại cao Còn nếu chúng ta chọn U thấp thì tổn thất trên lưới cao còn chi phí được giảm đáng kể Chính vì lí do đó ta cần phảichọn U sao cho hợp lí

- Ta có công thức để tính U này:

i i

U = 4.34 +16 (KV).

Trong đó : Pi là công suất truyền tải trên đường dây thứ i, (MW)

Li là chiều dài của đường dây thứ I, (KM)

Nếu U = 70160 (kV) thì ta sẽ chọn cấp điện ấp của hệ thống là

Udm=110kv

Lựa chọn thiết diện dây dẫn của các đoạn đường dây:

- Ta đang thực điện việc thiết kế mạng điện khu vựa nên ta sẽ chọn tiếtdiện dây dẫn theo mật đố kinh tế của dòng điện Ta dự kiến sử dụng loại dây dẫn AC

- Công thức tính thiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế dòng điện là:

kt

i kti

S

3

max

(A),

n là số mạch của đường dây,n=1;2

Smaxi là công suất max của đường dây thứ i

-Khi ta đã xác định được tiết diện dây dẫn của các đoạn đường dây,

ta tiến hành só sánh với thiết diện chuẩn để chọn ra tiêu chuẩn gần nhất

Tính tổn thất điện áp của hệ thống:

- Tổn thất của hệ thống được tính theo công thức :

100 2

dm

i i i

i

U n

X Q R

P + ΣΣ

%Trong đó:

Pi và Qi là công suất tác dụng và công suất phản kháng của đường dây thứ i

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

Lưu ý : tổn thất điện áp chỉ tính cho một phạm vi điện áp và ta sẽ tínhtổn thất cực đại lúc bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất, cáctrị số của tổn thất điện áp phải thoả mãn:

Ta kiểm tra điều kiện tổn thất vầng quang của dây dẫn khi có sự cố nặng

nề nhất theo biểu thức sau:

Đường dây đơn: Imax ≤ Khc.Icp

Đường dây kép: Isc ≤ Khc.Icp

Khc là hệ số hiệu chỉnh nhiệt hộ làm việc ta lấy Khc=0.8.

Chương II: Tính toán chỉ tiêu Kỹ thuật

Ta bắt đầu tính toán các chỉ tiêu cho 4 phương án đã đề xuất ở chương I:

Đường dây L(km) Ṡmax(MVA) Pmax(MW) Utt(KV) Uđm (KV)

 Chọn dây AC-70 có Icp=265 (A) vì để đảm bảo cho lưới điện ổn

định nên tiết diện dây tối thiếu là 70mm2

 Tính toán tương tự các đường dây còn lại ta có bảng:

Đường dây Số mạch Imaxbt (A) Ftt(mm2) Dây dẫn Icp(A)

Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây sau sự cố:

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện là đứt 1 trong 2 đường dây của

đường dây 2 mạch Khi đó , dòng diện sự cố sẽ tăng lên 2 lần so với dòng

điện của mạch điện chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-1: IscN-1=2ImaxbtN-1=259.65=119.3(A)

Tương tự với các đoạn dây còn lại ta có bảng:

Đường dây Số mạch Isc (A) 0.8Icp (A)

Tiếp theo ta sẽ xác định các thông số đơn vị của đường dây là ro,xo,bo và

tiến hành tính các thông số tập trung R,X,B/2 theo các công thức sau:

R= ; X=;B=nboL

Đường

dây

Sốmạch

L(kM)

Dây

N-1 2 36.06 AC-70 0.46 0.44 2.58×10^-6 8.28 7.93 186.07×10^-6N-2 2 70.71 AC-70 0.46 0.44 2.58×10^-6 16.26 15.56 364.86×10^-6N-3 2 53.85 AC-70 0.46 0.44 2.58×10^-6 12.39 11.85 277.87×10^-6N-4 2 51 AC-70 0.46 0.44 2.58×10^-6 11.73 11.22 263.16×10^-6N-5 2 92.2 AC-70 0.46 0.44 2.58×10^-6 21.21 20.28 475.75×10^-6N-6 2 90.55 AC-70 0.46 0.44 2.58×10^-6 20.83 19.92 467.24×10^-6N-7 2 42.43 AC-70 0.46 0.44 2.58×10^-6 9.76 9.33 218.94×10^-6

Kiểm tra điện áp ở chế độ vận hành bình thường và khi sự cố:

Ta xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Xét đoạn N-1có:

Ta tiến hành chọn điện áp dòng điện

1. Ta chọn điện áp định mức cho mạng điện

Ftt(mm2

Icp(A)

Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây sau sự cố

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện là đứt 1 trong 2 đường dây của

đường dây 2 mạch Khi đó , dòng diện sự cố sẽ tăng lên 2 lần so với dòng

điện của mạch điện chưa xảy ra sự cố

Đoạn 1-2: Isc1-2=2Imaxbt1-2=259.65=119.3(A)

Tính toán tương tự với các đường dây khác ta có bảng:

Tiếp theo ta sẽ xác định các thông số đơn vị của đường dây là ro,xo,bo và

tiến hành tính các thông số tập trung R,X,B/2 theo các công thức sau:

R= ; X=;B=nboL

Đườn

1-2 2 41.23 AC-70 0.46 0.44 2.58×10^-6 9.48 9.07 212.75×10^-6N-2 2 70.71 AC-120 0.27 0.42 2.69×10^-6 9.55 14.85 380.41×10^-6N-3 2 53.85 AC-70 0.46 0.44 2.58×10^-6 12.39 11.85 277.87×10^-6N-4 2 51 AC-70 0.46 0.44 2.58×10^-6 11.73 11.22 263.16×10^-6N-5 2 92.2 AC-70 0.46 0.44 2.58×10^- 21.2 20.28 475.75×10^-

6 1 6N-6 2 90.55 AC-70 0.46 0.44

6

2.58×10^-20.83

19.92

467.24×10^-6N-7 2 42.43 AC-70 0.46 0.44

218.94×10^-6

Kiểm tra điện áp ở chế độ vận hành bình thường và khi sự cố:

Ta xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Ta coi chiều dài của đường dây N-1 là L1; Chiều dài của đường dây N-2 là

L2; Chiều dài đoạn 1-2 là L3.

Đầu tiên ta đi tính công suất chạy trên đoạn N-1:

Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây sau sự cố:

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện là đứt 1 trong 2 đường dây của đường dây 2 mạch và mạch vòng

Khi đứt 1 đường dây trong lộ kép đường dây 2 mạch , dòng diện sự cố sẽ tăng lên 2 lần so với dòng điện của mạch điện chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-3: IscN-3=2Imaxbt1-2=280.54=161.08(A)

Dòng điện sự cố chạy trên 1 trong 2 đoạn:

Công suất sự cố trên đoạn 1-2 khi đứt 1 trong 2 dây trên:

Dòng điện sự cố chạy trong đoạn 1-2:

Dây

N-1 1 36.06

120

Từ bảng trên ta thấy tiết diện dây dẫn đã thoả mãn điều kiện phát nóng cho

phép khi dây có sự cố

Tiếp theo ta sẽ xác định các thông số đơn vị của đường dây là ro,xo,bovà

tiến hành tính các thông số tập trung R,X,B/2 theo các công thức sau:

R= ; X=;B=nboL

Kiểm tra điện áp ở chế độ vận hành bình thường và khi sự cố:

Ta xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Tổn thất điện áp trên đoạn N-2

-Đứt 1 đường dây trên mạch vòng:

Khi đứt N-1 thì tổn thất trên đoạn N-2 là :

Đườn

g dây ∆ Ubt% ∆ Usc %

Kết luận: Vậy phương án 3 thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật.

Vậy cả 5 phương án đã đều thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật

Ta có bảng so sánh về kỹ thuật của 3 phương án:

Chương III :Tính toán chỉ tiêu kinh tế

Thực tế, việc ta quyết định chọn phương án thiết kế nào của hệ thống điện đều phải dựa trên cơ sở so sánh về mặt kinh tế, kỹ thuật Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kinh tế là chi phí tính toán hằng năm phải bé nhất

Với 3phương án trên đều thoả mãn chỉ tiêu về mặt kỹ thuật nên ta phải so sánh các phương án về mặt kinh tế để chọn 1 phương án tối ưu

Vì các phương án só sánh của mạng điện có cùng cấp điện áp định mức,

do đó đơn giản không cần tính vốn đầu tư vào các trạm hạ áp Và coi các phương án đều có số lượng các máy biến áp , dao cách ly, máy cắt và các thiết bị khác là như nhau

Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kin tế là chi phí tính toán hàng năm bé nhất, được xác định theo công thức:

Z = ().K + ∆A.cTrong đó:

: là vốn đầu tư của mạng điện Trong đồ án này, vốn đầu tư chỉ tính đối với đường dây, còn các thiết bị khác như trạm biến áp, máy cắt, dao cách li,… Ta coi như nhau trong các phương án:

: chi phí cho 1 km đường dây nhánh thứ i, tiết diện Fi Với lộ kép (2 mạch) thì lấy = 1.6 lần chi phí cho lộ đơn có cùng tiết diện,

(đồng/km)

: chiều dài chuyền tải nhánh thứ I (km)

∆A: Tổn thất điện năng của phương án đang xét (kWh)

c: giá 1 kWh điện năng tổn thất, c= 700 đồng/1kWh

Dự kiến các phương án dùng dây trên không ( 2 mạch đối với phụ tải

I và 1 mạch với loại III) được đặt trên cùng 1 cột bê tông cốt thép hoặc cột thép

Bảng tổng hợp giá đầu tư trên dây trên không điện áp 110kV đối với cột bê tông cốt thép và cột thép như sau:

Loại dây Cột bê tông cốt thép Cột thép

Nếu dây là lộ kép thì lấy giá tiền ở bảng trên nhân với 1,6 Ta có bảng:

Loại dây Cột bê tông cốt thép( Cột thép(

Tính toán kinh tế phương án I:

1 Tính tổng vốn đầu tư về đường dây áp dụng công thức:

Ta có bảng kết quả tính như sau:

Đường

dây

L(km) Dây dẫn Số mạch

Ko (đồng/km)

Ki(đồng/km)

N-4 51 AC-70 2 480 24480

Tổng vốn đầu tư đường dây: Kđ(đồng/km) 209659.2

Tính tổn thất điện năng hàng năm trên đường dây:

-Tổn thất công suất trên đường dây thứ i tính như sau:

Tính toán kinh tế phương án 2:

Tính tổng vốn đầu tư về đường dây áp dụng công thức:

Ta có bảng kết quả tính như sau:

Đường dây L(km) Dây dẫn số mạch Ko (đồng/km)

N-5 92.2 AC-70 2 480

Tổng vốn đầu tư đường dây: Kđ(đồng/km) 214403.52

Tính tổn thất điện năng hàng năm trên đường dây:

Tổn thất công suất trên đường dây thứ i tính như sau:

Tổng tổn thất công suất của các đường dây:

Tính toán kinh tế phương án 3:

Tính tổng vốn đầu tư về đường dây áp dụng công thức:

Từ công thức trên ta có bảng sau:

Tổng vốn đầu tư đường dây: Kđ(đồng/km) 211308.2

Tính tổn thất điện năng hàng năm trên đường dây:

Tổn thất công suất trên đường dây thứ i tính như sau:

Từ bảng tổng hợp kết quả trên cho ta thấy cả 3 phương án đều đảm

bảo kĩ thuật và phương án kín có Z nhỏ nhất , phương án liên thông

có Z lớn nhất.

Xét các phương án có thể chênh nhau 5% về tổng chi phí ,

Mặt khác phương án 1 là phương án đi dây kiểu hình tia nên sơ đồ

đi dây và bố trí thiết bị đơn giản (các thiết bị bảo vệ rơ le, máy biến

áp, máy cắt…).Các phụ tải không liên quan với nhau nên khi có sự

cố trên một đường dây bất kì thì không ảnh hưởng đến các phụ tải

khác.

Nên để đảm bảo an toàn đường dây khi vận hành một cách tốt nhất

ta chọn phương án tia là phương án tối ưu.

Chương4:TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP

-o0o -I Tính toán chọn công suất, số lượng, loại máy biến áp

1 Tính toán chọn công suất định mức

Lựa chọn số lượng máy biến áp cho phụ tải: Công suất máy biến áp được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tình trạng làm việc bình thường lúc phụ tải làm việc cực đại khi có sự cố một máy biến áp phải ngừng làm việc thì các máy biến áp còn lại phải cung cấp

đủ công suất cho các phụ tải.

Trong trường hợp sự cố một máy biến áp thì máy biến áp còn lại được phép mang tải là 140% định mức Tuy nhiên sự cố này trong giới hạn : hoạt động trong 5 ngày đêm liên tục, mỗi ngày không quá 6 tiếng.

Đối với hộ phụ tải loại I: Để đảm bảo cấp điện liên tục cũng như đảm bảo chất lượng điện năng ở mọi chế độ vận hành cần lựa chọn 2 máy biến áp giống nhau làm việc song song

Công suất của mỗi máy biến áp trong trạm có 2 máy biến áp được xác định theo công

S max : phụ tải cực đại của trạm

K qtsc : hệ số quá tải của máy biến áp trong chế độ sau sự cố (k qtsc = 1,4).

Đối với hộ phụ tải loại III: Trạm biến áp chỉ cần 1 máy biến áp làm việc Máy biến áp của hộ loại III được chọn theo công suất của chính phụ tải:

, 1

2 max

2 max max P Q S

Vậy ta chọn máy biến áp loại TPDH-25000/110

Tra bảng, ta chọn công suất định mức cho máy biến áp

2 Chọn loại máy biến áp:

Ta chọn MBA cho từng loại phụ tải:

Từ những tính toán trên ta có bảng thông số về các máy biến áp đặt ở các

∆Q 0

(kVAr)

Sơ đồ MF-MBA Sơ đồ cầu trong Sơ đồ cầu ngoài

Ta có bảng xét các phụ tải :

Ta có thể chọn sơ đồ cầu theo 2 điều kiện sau:

Để nối điện tới các phụ tải ta sử dụng sơ đồ cầu trong hoặc cầu ngoài.Sơ đồ cầu trong được sử dụng khi hai đường dây làm việc song song, có chiều dài lớn (thường l

≥ 70 km), hay có sự cố trên đường dây nhưng lại ít phải đóng mở các mạch máy biến áp.Sơ đồ cầu ngoài được sử dụng khi đường dây có chiều dài ngắn (l ≤ 70 km), ít sự

cố trên đường dây nhưng lại thường xuyên đóng cắt các máy biến áp khi phụ tải cực tiểu để giảm tổn thất điện năng trong các máy biến áp.

Từ đó ta có bảng chọn sơ đồ cầu cho các đường dây như sau:

Chương 5 : Tính toán chính xác cân bằng công suất

Mở đầu

Việc tính toán chính xác cân bằng công suất trong các chế độ của phương án được chọn có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với việc tính toán , thiết kế và vận hành mạng điện.Ở chương này ta xác định thông số chế độ xác lập trong các trạng thái phụ tải cực đại , cực tiểu, và sau sự cố khi phụ tải cực đại Khi xác định các dòng công suất và các tổn thất công suất, ta lấy điện áp ở tất cả các nút trong mạng điện bằng điện áp định mức là U i = U đm = 110 kV.

Đường dây: dây AC-70 có r 0 = 0,45 Ω/km, x 0 = 0,44 Ω/km, b 0 = 2,58.10 -6 S/km.

Ta có điện áp trên thanh cái cao áp của nguồn khi phụ tải cực đại: U N = 110%U dm =

Công suất phản kháng do dung dẫn cuối đường dây N1 sinh ra có giá trị:

Công suất sau tổng trở đường dây có giá trị:

’ N1c = - j j1.1253

= 20.108+ 11.26j (MVA)

Tổn thất công suất trên tổng trở đường dây bằng:

Dòng công suất trước tổng trở đường dây có giá trị:

’ N1đ = ’ N1c + 20.108+ 11.26j +

Công suất phản kháng do dung dẫn đầu đường dây tạo ra bằng:

Công suất từ hệ thống điện truyền vào đường dây là:

’ N1 –

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Thiết kế lưới điện khu vực

Tính toán tương tự cho các đường dây còn lại

Phạm Nhật Huy Tân – D8-H3 GVHD : ThS.Nguyễn Đức Thuận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Thiết kế lưới điện khu vực

Từ các kết quả trên nhận thấy rằng, công suất phản kháng do các nguồn cung cấp lớn hơn công suất phản kháng yêu cầu Vì vậy, không cần bù công suất phản kháng trong chế độ này.

Chế độ phụ tải cực tiểu

Khi tính toán chế độ xác lập ta lấy :U N = 105%U dm = 115 kV

Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại: S min = 70%.S max

Phạm Nhật Huy Tân – D8-H3 GVHD : ThS.Nguyễn Đức Thuận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Thiết kế lưới điện khu vực

Tính toán tương tự như với chế độ phụ tải cực đại ta có bảng tính toán chế độ xác lập cho chế

độ cực tiểu như sau:

,012i 18,302+11,21i 1,3245 18,302+11,21i 0,3513+0,3358i 18,654+10,22i 1,3245

Phạm Nhật Huy Tân – D8-H3 GVHD : ThS.Nguyễn Đức Thuận