đồ án thiết kế lưới điện trong hệ thống điện

Cân bằng công suất tác dụng Để hệ thống điện làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải thìnguồn điện phải đảm bảo cung cấp đủ công suất tác dụng P và công suất phảnkháng Q c

Phần thứ nhất

Thiết kế mạng điện khu vực

Chương I cân bằng công suất và vạch các phương án nối điện

i.1.1 Các số liệu về nguồn cung cấp và phụ tải 1.1.1 phân tích nguồn và tải

Các phụ tải 2,3,4,5 có mức độ đảm bảo cung cấp điện cao nhất (loại I), nên

sẽ được cung cấp bởi đường dây kép hoặc mạch vòng để đảm bảo cung cấp điện

liên tục Phụ tải 1 và 6 có mức độ đảm bảo cung cấp điện loại II nên sẽ đượccung cấp điện bằng đường dây một mạch

Dựa vào bảng 1.1, sau khi tính toán ta được bảng số liệu sau:

1.1.2 Cân bằng công suất tác dụng

Để hệ thống điện làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải thìnguồn điện phải đảm bảo cung cấp đủ công suất tác dụng P và công suất phảnkháng Q cho các hộ tiêu thụ và cả tổn thất công suất trên các phần tử của hệthống Nếu sự cân bằng giữa công suất tác dụng và phản kháng phát ra với côngsuất tác dụng và phản kháng tiêu thụ bị phá vỡ thì các chỉ tiêu chất lượng điệnnăng bị giảm, dẫn đến giảm chất lượng của các sản phẩm hoặc có thể dẫn đếnmất ổn định hoặc làm tan rã hệ thống Mục đích của phần này là tính toán xemnguồn phát có đáp ứng đủ công suât tác dụng và phản kháng cho các phụ tảikhông? Từ đó định ra phương thức vận hành cho nhà máy, lưới điện nhằm đảmbảo cung cấp điện cũng như chất lượng điện năng tức là đảm bảo tần số và điện

áp luôn ổn định trong giới hạn cho phép

Công suất tác dụng của các phụ tải liên quan với tần số của dòng điện xoaychiều Tần số trong hệ thống sẽ thay đổi khi sự cân bằng công suất tác dụngtrong hệ thống bị phá vỡ Giảm công suất tác dụng phát ra dẫn đến giảm tân số

và ngược lại, tăng công suất tác dụng phát ra dẫn đến tăng tần số Cân băngcông suất tác dụng có tính chất toàn hệ thống, tần số mọi nơi trong hệ thốngđiện luôn như nhau Vì vậy tại mỗi thời điểm trong các chế độ xác lập của hệ

He thong dien trang2

thống điện, các nhà máy điện trong hệ thống điện cần phải phát công suất bằngcông suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong hệ thống.

Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tải cực đạicủa hệ thống Phương trình công suất tác dụng được biểu diễn bằng biểu thứcsau:

1.1.3 Cân bằng công suất phản kháng.

Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều, đòi hỏi sự cânbằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm Sự cânbằng đòi hỏi không những chỉ đối với công suất tác dụng, mà cả đối với côngsuất phản kháng

Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp Phá sự cân bằngcông suất phản kháng sẽ dẫn đến thay đổi điện áp trong mạch điện Nếu côngsuất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trongmạng sẽ tăng, ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áp trong mạng sẽgiảm Khác với công suất tác dụng, cân bằng công suất phản kháng vừa có tínhchất hệ thống, vừa có tính chất địa phương, có nghĩa là chỗ này của hệ thống có

thể đủ nhưng chỗ khác của hệ thống lại thiếu công suất phản kháng Vì vậy đểđảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện, cầntiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng.

Sự cân bằng công suất phản kháng được biểu diễn bằng biểu thức sau:

Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I,cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tựđộng Vì vậy để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I có thể sử dụng đườngdây hai mạch hoặc mạch vòng

He thong dien trang4

Trong sơ đồ một cạnh ô vuông nhỏ tương ứng 10km ngoài thực địa

Sơ đồ mạch điện phương án I.

Sơ đồ mạch điện phương án II.

6 5

4 3

2 1

iiI

iiI

i

i i

i

nguån

42,42 41,23

2 1

i

i i

i

nguån

42,42 41,23

40

36,05 40

iii

iii

Sơ đồ mạch điện phương án III.

Sơ đồ mạch điện phương án IV.

He thong dien trang6

6 5

4 3

2 1

i

i i

4 3

2 1

i

i i

i

nguån

iii 41,23 50

40 51

67,08 40

iii

1.2.3 Tính bù công suất phản kháng

Ta thấy phụ tải 3 và phụ tải 5,phụ tải 6 ở xa nguồn lại chịu tải lớn lên ta sẽ bù

sơ bộ cho ba phụ tải này để nâng hệ số công suất của các phụ tải này lên từ(0,85 ữ 0,95)

Dung lượng bù cho mỗi phụ tải 3 và 5 và 6 là:

Qb3 = 6 MVAr, Qb5 = 3,041 MVAr, Qb6 = 3,041 MVAr

Ta có bảng phụ tải sau khi bù

Đường dây L (km) Pmax+j.Qmax(MVA) Uđmi (kV) Uđm (kV)

He thong dien trang9

51

67,08 40

40 41,23

6 5

4 3

2 1

iii

i

i i

i

nguån 42,42

Đ 2.1 chọn cấp điện áp cho mạng điện phương án I

Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế

- kỹ thuật, cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng Khi tăng điện áp địnhmức, tổn thất công suất và điện năng sẽ giảm, nghĩa là giảm chi phí vận hành,giảm tiết diện dây dẫn và chi phí về kim loại khi xây dựng mạng điện, đồngthời tăng công suất giới hạn truyền tải trên đường dây, đơn giản hoá sự pháttriển tương lai của mạng điện, nhưng tăng vốn đầu tư để xây dựng mạng điện

áp dụng công thức kinh nghiệm sau để tính điện áp định mức của đường dây:

2.1.1 Chọn cấp điện áp cho từng đoạn

áp dụng công thức kinh nghiệm sau để tính điện áp định mức của đoạn dây:

Uđmi = 4,34  L i  16 P  i kV Trong đó :

- Uđmi : Điện áp định mức của đoạn dây thứ i, kV

 Li : Chiều dài đoạn dây thứ i, km

 Pi : Công suất truyền tải trên đoạn dây thứ i, MW

Đối với dây đơn

Điện áp trên đoạn Nguồn - 1

UđmN - 1 = 4,34 √ L1+16 P1= 4 ,34 √ 42,42+16 25 = 91,2670 kV

Đối với dây kép

Điện áp trên đoạn Nguồn - 2

UđmN - 2= 4,34 √L2+16 P2

2 =4 ,34√41, 23+16 40

2 = 82,486 kV

Tương tự ta có điện áp đối vơi các đoạn khác

Đường dây L (km) Pmax+j.Qmax(MVA) Uđmi (kV) Uđm (kV)

He thong dien trang10

Đ 2.2 Chọn tiết diện dây dẫn phương án I

Mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không.Các đường dây được sử dụng là dây nhôm lõi thép AC, đồng thời các dây dẫnthường được đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tuỳ theo địa hìnhđường dây chạy qua Đối với các đường dây 110 kV, khoảng cách trung bìnhhình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (Dtb=5m)

Đối với mạng điện khu vực, các tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh

tế của dòng điện, nghĩa là:

 I : Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A

 Jkt : Mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm2

 n : số mạch

2.2.2 Tính tiết diện của đường dây

Dòng chạy trên đường dây Nguồn -1 bằng:

Với dây AC và Tmax=5000h thì Jkt=1,1A/mm2

 Điều kiện vầng quang

Đối với đường dây 110 kV, để không xuất hiện vầng quang các dây nhômlõi thép cần phải có tiết diện F 70mm2 Độ bền cơ của đường dây trên khôngthường được phối hợp với điều kiện vầng quang của đường dây, cho nên không

cần phải kiểm tra điều kiện này

Chọn dây nhôm lõi thép: AC – 150 có ICP = 445 A

Tính toán đối với các đường dây còn lại được tiến hành tương tự như đối vớiđường dây Nguồn -1, N- 2

Bảng 4.2 Chọn tiết diện theo mật độ dòng điện kinh tế

mạch

IbtA

2.2.2 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn trong chế độ sau sự cố:

Ftt

mm2

IcpA

IcphcA

 Isc : Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố

 Icp : Dòng điện làm việc lâu dài cho phép của đường dây

 Icphc : Dòng điện hiệu chỉnh cho phép

 Imaxbt : Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại

* Khi sự cố đứt một mạch trên đường dây kép.

Nguồn – 2 : ISC N-2 = 2.Ibt N-2 = 2 123,496 = 246,992 A

Nguồn – 3 : ISC N-3 = 2.Ibt N-3 = 2 131,323= 262,646 A

Nguồn – 4 : ISC N-4 = 2.Ibt N-4 = 2 108,060 = 216,12 A

Nguồn – 5 : ISC N-5 = 2.Ibt N-5 = 2 88,678 = 177,356 A

Có Iscmax = 262,646 < Icphc = 391,6A

Vậy dây đảm bảo

Đ 2.3 Tổn thất điện áp lúc bình thường và khi sự cố phương án I

Phương pháp chung:

* Tính tổn thất điện áp trong chế độ bình thường

+ Tính tổn thất điện áp max cho lưới điện hình tia: tính U từ nguồn đếntất cả các nút phụ tải

- Ui% : Tổn thất điện áp từ nguồn đến nút i

- Pj : Công suất tác dụng chạy trên đường dây thứ j , MW

- Qj : Công suất phản kháng chạy trên đường dây thứ j , MVAr

- Ri : Điện trở của đường dây thứ j , Ω

- Xj : Điện kháng của đường dây thứ j , Ω

- Uđm : Điện áp định mức của mạng điện , ( 110kV)

2.3.1 Trường hợp bình thường:

Đường

dây

IbtA

Ftt

(km)

IcpA

roÙ/km

xoÙ/kmNguồn – 1 154,370 140,366 AC-150 42,42 445 0,210 0,416Nguồn - 2 123,496 112,268 AC-120 41,23 380 0,270 0,423Nguồn – 3 131,323 119,384 AC-120 51 380 0,270 0.423Nguồn – 4 108,060 98,236 AC-120 40 380 0,270 0,423Nguồn – 5 88,678 80,616 AC- 95 40 330 0,33 0,429Nguồn – 6 115,884 105,349 AC-120 67,08 380 0,270 0,423Đoạn Nguồn -1 :

Đứt một mạch trên đường dây kép:

Đoạn Nguồn -2: UscN-2% = 2UbtN-2% = 2  3,62 = 7,24%

Đoạn Nguồn -3: UscN-3% = 2UbtN-3% = 2  4,475 = 8,95%

Đoạn Nguồn -4: UscN-4% = 2UbtN-4% = 2 3,07 = 6,14%

Đoạn Nguồn -5: UscN-5% = 2UbtN-5% = 2 2,95 = 5,9%

Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đường dây cho trong bảng sau:

Bảng 4.5 Tổn thất điện áp trên các đường dây

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sau sự cố bằng:

Umax sc % = UscN-2 % = 8,95% < 14%

Kết luận: Phương án I thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật.

Tính toán đối với các phương án còn lại được tiến hành tương tự như vớiphương án I

Để thuận tiện, trong mỗi phương án còn lại chỉ trình bày phương pháp xácđịnh các thông số chế độ đối với những trường hợp đặc biệt có trong sơ đồmạng điện

Đ 2.4 tính tổn thất công suất, tổn thất điện năng

PN-4 = I2 N-4.R/2 = 140,123 0,270.40/2 = 0,756 MW

2 1

i

i i

i

nguån

iii 42,42 41,23

40 51

40

36,05

iii

Đ 2.1 chọn cấp điện áp cho mạng điện phương án II

2.1.1Chọn cấp điện áp cho từng đoạn

Đoạn N – 5:

UN – 5 = 4,34 √L5+16 P5

2 =4 , 34√40+16.50

2 = 91,036 kV

Làm tương tự như phương án 1 ta có

Đường dây L (km) Pmax+j.Qmax(MVA) Uđmi (kV) Uđm (kV)

Vậy ta chọn điện áp cho toàn lưới 110 kV

Đ 2.2 Chọn tiết diện dây dẫn phương án II

Tính toán như phương án 1 ta có bảng kết quả

Bảng 4.2 Chọn tiết diện theo mật độ dòng điện kinh tế

mạch

IbtA

2.2.1 Kiểm tra điều kiện phát nĩng của dây dẫn trong chế độ sau sự cố:

Tính tốn như phương án 1 ta cĩ bảng kết quả

mạch

IbtA

Ftt

mm2

IcpA

IcphcA

* Khi sự cố đứt một mạch trên đường dây kép.

Nguồn – 2 : ISC N-2 = 2.Ibt N-2 = 2 123,496 = 246,992 A

Nguồn – 3 : ISC N-3 = 2.Ibt N-3 = 2 131,276 = 262,55 A

Nguồn – 4 : ISC N-4 = 2.Ibt N-4 = 2 108,060 = 216,12 A

Nguồn – 5 : ISC N-5 = 2.Ibt N-5 = 2 146,591 = 293,182 A

Cĩ Iscmax = 293,182 < Icphc = 391,6A

Vậy dây đảm bảo

Đ 2.3 Tổn thất điện áp lúc bình thường và khi sự cố phương án II

* Tính tổn thất điện áp trong chế độ bình thường và khi sự cố được tính nhưphương án 1

2.3.1 Trường hợp bình thường:

Đường

dây

IbtA

Ftt

(km)

IcpA

roÙ/km

xoÙ/kmNguồn – 1 154,370 140,366 AC-150 42,42 445 0,210 0,416Nguồn - 2 123,496 112,268 AC-120 41,23 380 0,270 0,423Nguồn – 3 131,276 119,341 AC-120 51 380 0,270 0.423Nguồn – 4 108,060 98,236 AC-120 40 380 0,270 0,423Nguồn – 5 146,591 133,264 AC-150 40 445 0,210 0,416Đoạn5 – 6 110,141 100,128 AC-120 67,08 380 0,270 0,423

 Đối với đường dây nguồn-5

Nguồn-5:

UbtN-5% =

50 0 ,270 40 0,5+24,904 0 ,423 40.0,5

Nguồn – 5 – 6: UbtN-6 = UbtN-5 + Ubt5-6 = 3,975 + 4,483 = 8,458 kV

He thong dien trang20

Các đoạn còn lại tính như PAI

2.3.2 Trường hợp sự cố:

UscN-5% = 2.3,975 = 7,95%

UscN-5-6% = 2 UbtN-5 + Ubt5-6 = 12,433%

Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đường dây cho trong bảng sau:

Bảng 4.5 Tổn thất điện áp trên các đường dây

Kết luận: Phương án II thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật.

Đ 2.4 tính tổn thất công suất, tổn thất điện năng 2.4.1 Tổn thất công suất

Đ 2.1 chọn cấp điện áp cho mạng điện phương án III

2.2.2 Chọn cấp điện áp cho từng đoạn

Chọn tương tự như phương án 1 ta có điện áp cho toàn lưới 110 kV

Đ 2.2 Chọn tiết diện dây dẫn phương án III

Được tính như phương án 1

Bảng 4.2 Chọn tiết diện theo mật độ dòng điện kinh tế

2.2.2 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn trong chế độ sau sự cố:

Được tính như phương án 1

Ta có bảng sau

mạch

IbtA

Ftt

mm2

IcpA

IcphcA

mạch

IbtA

4 3

2 1

i

i i

40 67,08

iii

* Khi sự cố đứt một mạch trên đường dây kép.

Nguồn – 2 : ISC N-2 = 2.Ibt N-2 = 2 200,681 = 401,362 A

Nguồn – 3 : ISC N-3 = 2.Ibt N-3 = 2 131,323 = 262,646 A

Nguồn – 4 : ISC N-4 = 2.Ibt N-4 = 2 108,060 = 216,12 A

Nguồn – 5 : ISC N-5 = 2.Ibt N-5 = 2 88,678 = 177,356 A

Cĩ Iscmax = 401,362 < Icphc = 448,8 AVậy dây đảm bảo

Đ 2.3 Tổn thất điện áp lúc bình thường và khi sự cố phương án III

* Tính tổn thất điện áp trong chế độ bình thường và khi sự cố được tính nhưphương án 1

2.3.1 Trường hợp bình thường:

Đường

dây

IbtA

Ftt

(km)

IcpA

roÙ/km

xoÙ/kmĐoạn 1 –2 154,370 140,366 AC-150 41,23 445 0,210 0,416Nguồn - 2 200,681 182,437 AC-185 41,23 510 0,170 0,377Nguồn – 3 131,323 119,384 AC-120 51 380 0,270 0.423Nguồn – 4 108,060 98,236 AC-120 40 380 0,270 0,423Nguồn – 5 88,678 80,616 AC - 95 40 330 0,33 0,429Nguồn – 6 115,884 105,349 AC-120 67,08 380 0,270 0,423

Đối với đoạn nguồn - 2

Đoạn Nguồn -2 :

UbtN-2 =

65.0 ,170 41 ,23 0,5+40 ,282 0,377.41 ,23.0,5

Đoạn N- 2- 1: UbtN-2-1 = UbtN-2 +Ubt2-1 = 4,469 + 3,91 = 8,379%

He thong dien trang24

2.3.2 Trường hợp sự cố:

Đứt một mạch trên đường dây kép:

Đoạn Nguồn -2: UscN-2% = 2UbtN-2% = 2  1.882 = 3,765%

Đoạn Nguồn -3: UscN-3% = 2UbtN-3% = 2  4,475 = 8,95%

Đoạn Nguồn -4: UscN-4% = 2UbtN-4% = 2 3,07 = 6,14%

Đoạn Nguồn -5: UscN-5% = 2UbtN-5% = 2 2,95 = 5,9 %

Đoạn N- 2- 1: UscN-2-1% = 2UbtN-2% + Ubt2-1% = 12,848%

Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đường dây cho trong bảng sau:

Bảng 4.5 Tổn thất điện áp trên các đường dây

Kết luận: Phương án III thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật.

2.4 Tính tổn thất công suất, tổn thất điện năng

2.4.2 Tổn thất điện năng trên đường dây

A = P. = 5,876 3410 = 20037,16 MWh

D PHƯƠNG áN IV

Đ 2.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện

2.1.1 Tính dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây mạch vòng

Nguồn -2-4-Nguồn

He thong dien trang27

6 5

4 3

2 1

i

i i

i

nguån

iii 42,42 41,23

40 51

67,08 40

iii 50

41,23

40

50

42

nguån

40+j24,789

Để xác định các dòng công suất ta cần giả thiết rằng mạng điện đồng nhất và tất

cả các đoạn đường dây đều có cùng một tiết diện

Dòng công suất chạy trên đoạn Nguồn-2 bằng:(N-2)

Các đoạn còn lại tính toán tương tự như phương án I, kết quả tính điện áp củaphương án này cho ở bảng sau:

Bảng 4.21 Điện áp vận hành trên các đoạn đường dây của PAIV

110Nguồn–2 41,23 38,101+ j23,612 110,720

Nguồn-5 40 30 +j.15,551 72,622

Vậy ta chọn điện áp vận hành định mức cho mạng điện là 110 kV

Đ 2.2 Chọn tiết diện dây dẫn 2.2.1 Tính tiết diện các đoạn đường dây trong mạch vòng N-2-4-N:

FN-2 =

235,266

1,1 = 213,878 mm2Chọn dây dẫn AC-240 có Icp = 605 A

FN-2 =

227,864

1,1 = 207,149 mm2Chọn dây dẫn AC-240 có Icp = 605 A

F2-4 =

11,719

1,1 = 10,653 mm2 Chọn dây dẫn AC-35 có Icp = 175 A

Các đường dây còn lại tính toán tương tự như phương án I, ta có bảng kết quảchọn tiết diện đường dây trong mạng điện như sau:

Bảng 4.22 Chọn tiết diện theo mật độ dòng điện kinh tế phương án IV

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

2.2.1 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn trong chế độ sau sự cố.

a Khi sự cố đứt một mạch trên đường dây kép và mạch vòng:

Khi mạch vòng bị sự cố, ta xét hai trường hợp:

- Mạch vòng bị đứt đường dây Nguồn-2

- Mạch vòng bị đứt đường dây Nguồn-4

Nhận thấy trong hai trường hợp sự cố trên thì dòng công suất chạy trên haiđoạn Nguồn-2 và Nguồn-4 là như nhau Công suất phụ tải 2 lớn hơn công suấtphụ tải 4, do đó dòng sự cố lớn nhất chạy trên đường 2-4 là khi đứt đoạn đườngdây Nguồn-2 vì khi đó dòng công suất chạy trên đoạn 2-4 là công suất phụ tải 2.Khi đứt đoạn Nguồn-2 ( hoặc đoạn Nguồn-4) công suất chạy trên đoạn còn lạilà:

SN -2 = SN -4 = S2 + S4 = 40 + j.24,789 + 35 + j.21,691

He thong dien trang30