Thiết kế lưới điện, trạm biến áp và đường dây

trờng đại học bách khoa hà nôi khoa điện bộ môn hệ thống điện đồ án tốt nghiệp Đề tài: thiết kế lới điện Giáo viên hớng dẫn : Đinh quang huy Giáo viên hớng dẫn : Trần bách Sinh viên

trờng đại học bách khoa hà nôi

khoa điện

bộ môn hệ thống điện

đồ án tốt nghiệp

Đề tài: thiết kế lới điện

Giáo viên hớng dẫn : Đinh quang huy

Giáo viên hớng dẫn : Trần bách

Sinh viên : ĐINH NGọC SƠN

Lớp : htđ2 – K44

hà nội 5- 2004

Lời nói đầu

Trong sự phát triển của các quốc gia trên thế giới nói chung và công cuộc xâydựng xã hội chủ nghĩa ở nớc ta nói riêng Ngành năng lợng chiếm một vai trò rất quantrọng trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc.Là nền tảng cho sự pháttriển của các ngành kinh tế: công nghiệp, nông nghiệp, quốc phòng, văn hoá xã hội vàphục vụ nhu cầu sinh hoạt dân sinh Chính vì vậy ngành năng lợng, đặc biệt là ngành hệthống điện luôn đợc u tiên phát triển trớc một bớc so với các ngành kinh tế quốc dânkhác

Nhằm đáp ứng sự tăng trởng và phát triển liên tục của nền kinh tế ở nớc ta, ngành điện

đã và đang không ngừng nghiên cứu, tìm tòi những giải pháp tối u nhằm cung cấp điện

Trờng đhbk hà nội sv: đinh ngọc sơn

năng đạt hiệu quả cao nhất Vì vậy nhà nớc và ngành Năng lợng luôn chú trọng trongcông tác đào tạo, giáo dục các thế hệ sinh viên ngành hệ thống điện có những kiến thứcsâu sắc, toàn diện về mạng lới điện cũng nh cả hệ thống năng lợng để dần từng bớc làmchủ công nghệ, phát triển ngành công nghiệp điện phục vụ tốt công cuộc điện khí hoá ởnớc ta

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế lới điện, trạm biến áp và đờng dây" nhằm mục đích để sinhviên biết vận dụng những kiến thức cơ bản đã đợc học và nghiên cứu Từ đây nhữngkiến thức các môn học chuyên ngành sẽ đợc chúng em áp dụng vào thực tiễn ngành hệthống điện, trong đó có công tác "Thiết kế mạng điện", vận hành, quản lý lới điện Trong thời gian thực tập và làm đồ án tốt nghiệp , em đã cố gắng vận dụng những kiếnthức đã học, dới sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn,

đặc biệt là sự giảng dạy tâm huyết, sự giúp đỡ nhiệt thành của thầy giáo TS : ĐinhQuang Huy đã giúp em hoàn thành bản đồ án này Tuy nhiên, do thời gian và l ợng kiếnthức của em còn hạn chế nên trong bản đồ án này em không thể tránh khỏi những thiếusót Vì vậy rất mong đợc sự góp ý của các thầy, các cô để đồ án của em đợc hoàn thànhtốt hơn

phân tích nguồn và phụ tảI

Trong công tác thiết kế mạng điện, việc đầu tiên cần phải nắm đợc các thông tin

về nguồn và phụ tải nhằm định hớng cho việc thiết kế Cần phải xác định vị trí nguồn

điện, phụ tải, công suất và các dự kiến xây dựng ,phát triển trong tơng lai Xác định nhu cầu điện năng trong thời gian kế hoạch bao gồm tổng công suất đặt và lợng điện tiêu thụhiện nay của từng hộ phụ tải ,từ đó định hớng cho việc thiết kế kết cấu của mạng điện

Trờng đhbk hà nội sv: đinh ngọc sơn

1.Sơ đồ địalý :

2 Các thông số của nguồn cung cấp:

a Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) :

Lới thiết kế đợc cung cấp điện từ một nhà máy nhiệt điện công suất đặt Pđặt= 200

MW và một hệ thống công suất vô cùng lớn Do vậy để đảm bảo tính kinh tế cao và dựtrữ quay cho hệ thống ta cho nhà máy nhiệt điện phát công suất PF = 8085%PPđặt , phầncông suất còn thiếu đợc lấy từ phía hệ thống

Trong các phụ tải có 6 hộ loại I chiếm 80,9%P tổng công suất phụ tải yêu cầu, đối vớicác phụ tải này cần phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao Do đó khi đặt ph ơng ánnối dây phải đặc biệt chú ý đến điều kiện này Ngoài các phụ tải loại I ta còn có hai phụtải loại III nên khi chọn phơng án nối dây cũng cần lu ý điểm này để đạt đuợc hiệu qủakinh tế cao nhất

Phụ tải cực đại

I

I

I

Cân bằng công suất trong hệ thống điện trớc hết là xem khả năng cung cấp vàtiêu thụ điện trong hệ thống có cân bằng không Sau đó sơ bộ định phơng thức vận hànhcho từng nhà máy,máy điện trong hệ thống, trong các trang thái vận hành cực đại,cựctiểu và sự cố,dựa trên sự cân bằng toàn khu vực,đặc điểm và khả năng cung cấpnguồn.Từ đó định ra phơng thức vận hành giữa nhà máy và hệ thống

*QL: là tổng tổn thất công suất phản kháng trên các đoạn đờng dây

*QC : là tổng tổn thất do dung dẫn của đờng dây

QL= QC

*Qtd: là tổng công suất phản kháng tự dùng của nhà máy điện trong hệ thống Qtd = Ptd tgtd

tgtd đợc lấy theo hệ số công suất Cos của các động cơ dùng trong nhà máy

điện Có thể lấy Costd = 0,7  0,8, ở đây ta lấy Costd = 0,8

Do đó tgtd = 0,75

Suy ra Qtd = 20.0,75 = 15,00 (MVAr)

*Qdt: là tổng công suất dự trữ của nhà máy và hệ thống

Thay số liệu vao biểu thức trên ta đợc:

Qi’ là công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải thứ i sau khi đã bù sơ bộ tgi

đ-ợc tính theo cosi của phụ tải thứ i sau khi đã bù sơ bộ

Bù sơ bộ đợc tiến hành theo nguyên tắc bù yêu tiên cho những phụ tải ở xa nguồn

có hệ số công suất cos thấp và bù đến cos = 0,9  0,95 Còn thừa thì bù cho các hộ ởgần nguồn có cos cao hơn và bù tới cos = 0,85  0,9

Ta bảng phụ tải của các hộ sau khi bù:

Trờng đhbk hà nội sv: đinh ngọc sơn

S

(MVA)

S’

(MVA)

Ta có PPtMax = 240(MW)

 PYcMax = PPtMax = 240 (MW)

Tổng công suất đợc cung cấp từ phía nhiệt điện là:

PNĐMax = 0,85.200 - 0,85.200.0,1 = 153 (MW)

Vậy lợng công suất lấy từ hệ thống xuống là:

PHTMax = PYcMax- PNĐMax = 240 -153 = 87 (MW)

Tổng công suât của phụ tải là:

PPt min = 65%PPPtMax = 0,65.240 = 156 (MW)

 PYcmin = PPt min = 156(MW)

Tổng công suất phía nhà máy cung cấp cho phụ tải là:

PNĐmin =0,85.150 - 0,85.150.0,1 = 114,75 (MW)

Vậy công suất lấy xuống từ hệ thống khi phụ tải cực tiểu là:

PHtmin = PYcmin - PNĐmin = 156 - 114,75 = 41,25 (MW)

Trờng đhbk hà nội sv: đinh ngọc sơn

P6 P4

HT N§

P6 P4

HT N§

Trêng ®hbk hµ néi sv: ®inh ngäc s¬n

P6 P4

HT N§

P6 P4

HT N§

Trêng ®hbk hµ néi sv: ®inh ngäc s¬n

P6 P4

HT N§

P6 P4

HT N§

Trêng ®hbk hµ néi sv: ®inh ngäc s¬n

P6 P4

HT N§

P7

P3 P5

P6 P4

HT N§

Trêng ®hbk hµ néi sv: ®inh ngäc s¬n

P6 P4

HT N§

P6 P4

HT N§

Trêng ®hbk hµ néi sv: ®inh ngäc s¬n

P6 P4

HT N§

P6 P4

HT N§

13.ph¬ng ¸n 13

Trêng ®hbk hµ néi sv: ®inh ngäc s¬n

P6 P4

HT N§

15.ph¬ng ¸n 15

Trêng ®hbk hµ néi sv: ®inh ngäc s¬n

P6 P4

HT N§

P6 P4

HT N§

II.tÝnh m« men phô t¶i cho c¸c ph¬ng ¸n vµ chän ph¬ng ¸n

(ë ®©y khi tÝnh to¸n s¬ bé ta bá qua tæn thÊt trong m¹ng)

2 2 2

ND

l l l

l P l

l P

Trêng ®hbk hµ néi sv: ®inh ngäc s¬n

P2

P1

N§

N§ 50,99 Km 31,62 Km 63,24 Km

B i i

L

L P

 

PHT-5 =

05 36 80 50 23 , 41 70 99 , 50

) 05 , 36 80 50 23 , 41 (

78 ) 05 , 36 80 50 23 , 41 70 (

05 , 36 80 50 23 , 41 70 99 , 50

05 , 36 35 ) 05 , 36 80 (

25 ) 05 , 36 80 50 (

12 So s¸nh m« men phô t¶i cña c¸c ph¬ng ¸n

Tõ c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n ë trªn ta cã b¶ng m« men phô t¶i cña c¸c ph¬ng ¸n

Ph¬ng ¸n thø i Tæng m« men phô t¶i

Chơng IV

Lựa chọn phơng án tối u

A tính toán so sánh các phơng án về mặt kĩ thuật

Để tiến hành so sánh các phơng án về mặt kinh tế, kĩ thuật ta thực hiện các bớc sau:

Công việc xác định điện áp định mức của mạng rất quan trọng vì nó ảnh h ởng trực tiếptới tính kinh tế kĩ thuật của mạng điện Ta có thể xác định điện áp định mức của mạngtheo công thức kinh nghiệm sau:

Ui = l i  16P i (kV)

Trong đó: Ui là điện áp định mức hợp lý của đoạn đờng dây thứ i

Pi là công suất tác dụng cần tải trên đoạn đờng dây thứ i

l i là chiều dài đoạn đờng dây thứ i

Nếu Ui =60160 (kV) thì ta chọn điện áp danh định của mạng là 110 kV Để đơn giản

ta có thể tính điện áp định mức cho một phơng án còn các phơng án khác lấy kết quả củaphơng án này

Vì mạng điện thiết kế là mạng điện khu vực có công suất truyền tải lớn, điện áp cao, ờng dây dài do đó vốn đầu t và phí tổn vận hành lớn cho nên để đạt đợc hiệu quả kinh tếcao thì ta chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế

đ-Mạng điện đợc tải điện bằng đờng dây trên không dùng dây nhôm lõi thép chịu lực, tiếtdiện dây chọn theo mật độ dòng kinh tế (Jkt):

Fi là tiết diện kinh tế của đoạn thứ i

Trờng đhbk hà nội sv: đinh ngọc sơn

Jkt là mật độ dòng điện kinh tế (tra trong sách “mạng lới điện”_Nguyễn Văn

Đạm) Với thời gian sử dụng công suất cực đại Tln = 4400 giờ ta tra đợc Jkt=1,1A/mm2

Ii là dòng điện tải trên đoạn đờng dây thứ i

Ii =

dm

i

U n

S

3

Si là dòng công suất tải trên đoạn đờng dây thứ i

P

' cos ( MVA)

%

% 15 10

%

Maxsc Maxbt

U U

Điều kiện kiểm tra:

Isc  k.Icp (*)

K là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ làm việc khác nhiệt độ tiêu chuẩn

K =

tc cp

 là nhiệt độ môi trờng làm việc của phần tử

tc là nhiệt độ làm việc tiêu chuẩn của phần tử.tc 35 oc

Đối với các điều kiện làm việc ở Việt Nam có thể lấy = 35 oc Do đó k1 Công thức(*) trở thành: Isc  Icp

P6 P4

HT NĐ

Lựa chọn điện áp danh định cho mạng điện

áp dụng công thức kinh nghiệm:

Ui = 4,34 l i  16 P i Ta có:

UNĐ-1= 4,34 50 , 99  16 22 = 87,12 ( kV)

Trờng đhbk hà nội sv: đinh ngọc sơn

22 = 25,88 (MW)Dßng ®iÖn ch¹y trong nh¸nh N§_1:

110 3 2

88 , 25

0,06791(KA) =67,91 (A)TiÕt diÖn kinh tÕ cña d©y dÉn:

FN§-1





1 , 1

91 , 67

18





(MW)Dßng ®iÖn ch¹y trong nh¸nh N§_2:

110 3 2

18 , 21

0,05564(KA) =55,64 (A)TiÕt diÖn kinh tÕ cña d©y dÉn:

FN§-2





1 , 1

64 , 55

35





(MW)Dßng ®iÖn ch¹y trong nh¸nh N§_3:

110 3 2

88 , 38

0,10205(KA) =102,05 (A)TiÕt diÖn kinh tÕ cña d©y dÉn:

FN§-3





1 , 1

05 , 102

40





(MW)Dßng ®iÖn ch¹y trong nh¸nh N§_4:

110 3 2

50

0,13121(KA) =131,21 (A)TiÕt diÖn kinh tÕ cña d©y dÉn:

FN§-4





1 , 1

21 , 131

119,28(mm2)  Chän d©y dÉn 2AC - 120

§o¹n N§_5 (lé kÐp):

Trêng ®hbk hµ néi sv: ®inh ngäc s¬n

Dßng c«ng suÊt ch¹y trong nh¸nh N§_5:

SN§-5

44 , 14 9 , 0

13





(MW)Dßng ®iÖn ch¹y trong nh¸nh N§_5:

110 3 2

44 , 14

0,03790(KA) =37,90 (A)TiÕt diÖn kinh tÕ cña d©y dÉn:

FN§-5





1 , 1

90 , 37

25





(MW)Dßng ®iÖn ch¹y trong nh¸nh N§_6:

110 3

78 , 27

0,14580 (KA) =145,80 (A)TiÕt diÖn kinh tÕ cña d©y dÉn:

FN§-6





1 , 1

80 , 145

32





(MW)Dßng ®iÖn ch¹y trong nh¸nh HT_5:

110 3 2

55 , 35

0,09330(KA) =93.30 (A)TiÕt diÖn kinh tÕ cña d©y dÉn:

FHT-5





1 , 1

30 , 93

35





(MW)Dßng ®iÖn ch¹y trong nh¸nh HT_7:

110 3 2

75 , 43

0,11481(KA) =114,81 (A)TiÕt diÖn kinh tÕ cña d©y dÉn:

FHT-7





1 , 1

81 , 114

20





(MW)Dßng ®iÖn ch¹y trong nh¸nh HT_8:

110 3

53 , 23

0,12350(KA) =123,50 (A)TiÕt diÖn kinh tÕ cña d©y dÉn:

FHT-8





1 , 1

50 , 123

112,27(mm2)  Chän d©y dÉn AC - 120

Tõ c¸c tÝnh to¸n ë trªn ta cã b¶ng kÕt qu¶ sau:

Trêng ®hbk hµ néi sv: ®inh ngäc s¬n

(/

Km)

X()

U

X Q R

UNĐ-4%P 100 4 , 01 %

110

76 , 8 30 57 , 5 40

*Tổn thất điện áp khi sự cố

Khi sự cố đứt một mạch trong lộ kép thì tổn thất tăng gấp đôi

Suy ra UscNĐ-3%P = 2.UNĐ-3 =10,46%P Do đó thất điện áp sự cố là:

UscMax%P = 10,46%P Thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phépkhi sự cố

Sự cố nguy hiểm nhất khi đứt một mạch trong lộ kép khi đó dòng sự cố tăng gấp đôi do

đó ta có bảng kết quả:

Bảng kiểm tra điều kiện phát nóng lâu dài của đờng dây:

13MW 32MW

P7

P3 P5

P6 P4

HT NĐ

Lựa chọn điện áp danh định cho mạng điện

Xo

(/

Km)

X()

X Q R

Bảng kiểm tra điều kiện phát nóng lâu dài của đờng dây:

P6 P4

HT N§

X Q R

Bảng kiểm tra điều kiện phát nóng lâu dài của đờng dây:

Từ bảng trên ta thấy với các dây dẫn đã chọn đều thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dàicho phép

P6 P4

HT NĐ

Xo

(/

Km)

X()

X Q R

*Tổn thất điện áp khi sự cố

Xét sự cố đứt đoạn NĐ_1 trong mạch vòng NĐ_1_2 khiđó ta có :

Vậy tổn thất điện áp khi sự cố là: UscMax= 16,72%P thoả mãn điều kiện tổn thất điện ápcho phép khi sự cố

1 2

=135,83(A)

Trờng đhbk hà nội sv: đinh ngọc sơn

Bảng kiểm tra điều kiện phát nóng lâu dài của đờng dây:

P6 P4

HT NĐ

Chọn điện áp danh định của mạng là: Uđm = 110 KV

Tính tơng tự nh phơng án 11 ta lập đợc bảng kết quả sau:

Trờng đhbk hà nội sv: đinh ngọc sơn

(/Km)

X()

U

X Q R

U1-2%P 100 2 , 70 %

110

10 , 22 7 , 4 23 71 , 9

Tổn thất điện áp khi sự cố

Xét sự cố đứt mạch NĐ_2 trong mạch vòng NĐ_2_3_NĐ khi đó dòng công suất phân







Do đó: UscMax =19,43%P thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép khi sự cố

Dòng sự cố trong mạch vòng

Sự cố đứt đoạn NĐ_2:

110 3

10 88 , 58

10 17 , 21

Dòng sự cố của các nhánh còn lại tính tơng tự nh phơng án I ta có bảng kết quả sau:

Bảng kiểm tra điều kiện phát nóng lâu dài của đờng dây:

Trờng đhbk hà nội sv: đinh ngọc sơn

Từ bảng tổng kết trên ta thấy cả 5 phơng án có các chỉ tiêu kĩ thuật đạt yêu cầu vì vậy

ta tiến hành so sánh về mặt kinh tế của 5 phơng án trên để chọn ra 1 phơng án tốt nhất

II so sánh các phơng án về mặt kinh Tế :

Một trong những yêu cầu thiết kế lới điện là phải chọn đợc phơng án đảm bảo

đ-ợc các yêu cầu kỹ thuật đồng thời phải đảm bảo yêu cầu kinh tế (tức là phải có hàm chiphí tính toán nhỏ nhất)

Khi so sánh ta bỏ qua so sánh những phần giống nhau can các phơng án và cũng cha đềcập đến các trạm biến áp vì ta coi các trạm biến áp trong các phơng án là nh nhau

Để so sánh tính kinh tế của các phơng án ta phải tìm chi phí tính toán của từng phơng

án Hàm chi phí tính toán đợc tính theo công thức sau:

đối với đờng dây

Trờng đhbk hà nội sv: đinh ngọc sơn

Do đó ta có:

k = kai.li với kai là giá thành 1 km đờng dây

li là chiều dài đờng dây

A :Tổng tổn thất điện năng trong mạng điện

2

2 2

Đối với đờng dây cột sắt ta có giá thành 1 km đờng dây lộ đơn tiết diện Fi nh sau:

Giá thành 1 km

đờng dây(đ/km) 208.10

6 283.106 354.106 403.106 441.106 500.106

Đối với đờng dây lộ kép thì k0ikép = 1,6.k0iđơn

Tính toán cụ thể cho từng phơng án :

A.Tính tổng chi phí đờng dây:

Tổng giá thành xây dựng đờng dây 211,77

B.Tính tổng tổn thất điện năng cho các phơng án:

A = P i  (MWh)

2 1

2 1

U

Q P P

2 2

U

Q P P

2 7

U

Q P P

2 11

U

Q P P

5.Phơng án 14: 2 14

2 14

2 14

U

Q P P

Nhận xét : Từ bảng tổng kết trên ta thấy các phơng án đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ

thuật đồng thời có hàm chi phí tính toán chênh lệch nhau < 5%P ,vì vậy ta có thể coi cácphơng án tơng đơng nhau về mặt kinh tế Nhng phơng án 1 vừa có hàm chi phí tính toánnhỏ thứ 2 ,nhng có tổn thất điện áp ở chế độ làm việc bình thờng và sự cố nhỏ nhất Vìvậy đây sẽ là phơng án tối u để ta tính toán thiết kế lới điện

Trờng đhbk hà nội sv: đinh ngọc sơn

Lựa chọn sơ đồ nối dây của trạm, số lợng, công suất mba và

sơ đồ kết dây toàn trạm.

Để đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các hộ phụ tải ta phải lựa chọn hợp lý sơ đồ chotừng trạm biến áp và từ đó xác định sơ đồ kết dây của toàn lới điện

* Đối với hộ loại I ta có thể dùng sơ đồ cầu để nối điện trạm biến áp

* Đối với trạm trung gian ta dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp

* Đối với các hộ loại III cho phép sủ dụng một máy biến áp hạ áp để cung cấp điện

* Đối với trạm tăng áp ( phía nhà máy điện ) ta dùng sơ đồ hệ thống hai thanh góp

1 Xác định số lợng MBA.

Để lựa chọn số lợng và công suất của MBA trong trạm ta phải căn cứ vào yêu cầu cungcấp điện của phụ tải, công suất và điện áp của hộ tiêu thụ Lựa chọn đúng số lợng côngsuất của MBA không những đảm bảo an toàn cung cấp điện mà còn nâng cao đợc tuổithọ của MBA và đảm bảo đợc tính kinh tế kỹ thuật cho mạng điện Vì mạng điện thiết

kế chỉ có hai cấp điện áp 10( kV) và 110( kV) nên ta chọn MBA là loại ba pha hai cuộndây Những hộ loại I là hộ quan trọng đòi hỏi phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện do

đó ta dùng hai MBA còn đối với hộ loại III ta chỉ dùng một MBA

Công suất của MBA đợc lựa chọn theo công suất của phụ tải sau khi đã hiệu chỉnh theonhiệt độ: S’đm = Sđm.(1-

Sđm là công suất của MBA

tb là nhiệt độ làm việc trung bình của môi trờng làm việc của MBA đối với điều kiệnkhí hậu ở Việt Nam lấy tb = 24oc do đó S’đm = 0,81.Sđm

2 Lựa chọn công suất của MBA.

a.Chọn MBA cho hộ loai I

Dựa vào yêu cầu cung cấp điện của các hộ tiêu thụ,đối với hộ loại I ta chọn 2 MBAvận hành song song với mỗi trạm

Mỗi máy nối vào 1 phân đoạn thanh góp riêng,và giữa các phân đoạn này có đặt mộtthiết bị tự động đóng cắt khi cần thiết

Để đơn giản ta chọn 2 MBA giống nhau trong 1 trạm

Đối với hộ loại I trong trạm ta sử dụng 2MBA vận hành song song do đó ta phải chọnMBA theo điều kiện quá tải sự cố, công suất của MBA sẽ đợc xác định theo công thức:

S’đm 

qtsc

Maxi qtsc

Maxi

k

S ) 1 (

Maxi

k

S ) 1 (

Trong đó: SMaxi là công suất lớn nhất của phụ tải trong trạm i

n: là số MBA vận hành song song trong trạm (n=2)

kqtsc : là hệ số quá tải sự cố đối với trạm ngoài trời lấy kqtsc=1,4