thiết kế mạng lưới điện khu vực

I.Phương pháp tính toán chung1.Lựa chọn cấp điện áp định mức cho lưới điện Lựa chọn điện áp định mức là một vấn đề quan trọng trong quá trình thiết kế mạng điện vì nó ảnh hưởng trực tiếp

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÔN HỌC

I - SỐ LIỆU CHO BIẾT:

Sơ đồ mặt bằng vị trí các nguồn điện và các phụ tải được cho như hình vẽ:

Tỉ lệ: 1 đơn vị = 8 km

1 Nguồn N

Hệ thống có công suất vô cùng lớn

Điện áp trên thanh cái cao áp của nhà máy điện khi phụ tải cực đại, khi sự cố nặng

nề là: 110% khi phụ tải cực tiểu là 105% điện áp danh định

Đối với tất cả các hộ tiêu thụ (trạm hạ thế): Pmin = 60% Pmax ; Tmax = 4800 giờ

Giá điện năng tổn thất: 500 đ/kWh Giá thiết bị bù là 150.000 đ/kVAr

II – NỘI DUNG PHẦN THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

1 Cân bằng công suất, lựa chọn phương án hợp lý

2 Lựa chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

3 Giải tích các chế độ của hệ thống điện

4 Tính toán bù CSPK

5 Tính toán điều chỉnh điện áp tại các nút

6 Tính toán giá thành tải điện

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 quyết cho 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 sáu 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,

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

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Ngọc Trung đã giúp

em hoàn thành đồ án môn học này

Hà Nội,tháng 06 năm 2009

Sinh viên: Nguyễn Viết Cường

I PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

1 Nguồn công suất vô cùng lớn

Nguồn công suất vô cùng lớn là nguồn có công suất lớn hơn rất nhiều lần so với công suất phụ tải (thường từ 5-7 lần) Trong đó mọi sự biến đổi của phụ tải thì điện áp trên thanh góp của nguồn không đổi

+ Hộ phụ tải loại III là hộ 4 Là hộ phụ tải ít quan trọng hơn vì vậy để giảm chi phí đầu tư ta chỉ cần cấp điện bằng một mạch đơn.

II – CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Do nguồn có công suất vô cùng lớn nên có thể đáp ứng đầy đủ về mặt công suất và chất lượng điện áp cho tất cả các phụ tải điện

B DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN SƠ BỘ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

I.Phương pháp tính toán chung

1.Lựa chọn cấp điện áp định mức cho lưới điện

Lựa chọn điện áp định mức là một vấn đề quan trọng trong quá trình thiết kế mạng điện vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện như vốn, đầu tư, tổn thất điện áp, tổn thất điện năng, chi phí vận hành,…

Điện áp định mức của mạng điện được phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công suất các phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải với nguồn cấp, vị trí tương đối giữa các phụ tải với nhau, phụ thuộc vào sơ đồ của mạng điện thiết kế Như vậy, chọn điện áp định mức của mạng điện được xác định chủ yếu bằng các điều kiện kinh tế Điện áp định mức của mạng điện cũng có thể được xác định đồng thời với sơ đồ cung cấp điện hoặc theo giá công suất truyền tải và khoảng cách truyền tải công suất trên mỗi đoạn đường dây trong mạng điện

Để chọn cấp điện áp hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu sau:

+Đáp ứng được các yêu cầu của phụ tải

+Phù hợp với lưới điện hiện tại và lưới điện quốc gia

+Mạng điện có chi phí tính toán là nhỏ nhất

Có thể tính toán được công thức điện áp định mức theo công thức thực nghiệm sau:

P

li i i

U =4,34 +16 (kV) Trong đó:

Pi : công suất truyền trên đoạn đường đường dây thứ i (MW)

Li : chiều dài đoạn đường dây thứ i (km)

2.Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Chọn tiết diện dây dẫn của mạng điện thiết kế được tiến hành có chú ý đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, khả năng tải của dây dẫn theo điều kiện phát nóng trong các điều kiện sau sự cố, độ bền cơ của các đường dây trên không và các điều kiện tạo thành vầng quang điện

Dây dẫn lựa chọn là dây nhôm lõi thép, loại dây này dẫn điện tốt lại đảm bảo được

dộ bền cơ, do đó được sử dụng rộng rãi trong thực tế Vì mạng điện thiết kế là mạng điện 110KV, có chiều dài lớn nên tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ dòng kinh

tế ( JKT)

ax KT

J

m KT

I

Với :

FKT – tiết diện dây dẫn được tính theo đường dây thứ i

Imax – dòng điện chạy trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại, A

JKT – mật độ dòng kinh tế, phụ thuộc vào thời gian sử dụng công suất lớn nhất và loại dây dẫn (A/mm2 ), ta có Jkt = 1,1 ( A/mm2 )

dm

3

m m

S

A U

S

A U

×

* Kiểm tra tiết diện dây dẫn theo điều kiện vầng quang và điều kiện phát nóng dây dẫn:

- Theo điều kiện vầng quang: đối với cấp điện áp 110 kV, để đảm bảo không

phối hợp với độ bền cơ học

- Theo điều kiện phát nóng dây dẫn: Sự cố dùng để kiểm tra điều kiện kỹ thuật với lộ kép là khi đứt một nhánh trong lộ kép của đường dây, còn với mạch vòng thì ta phải xét đến sự cố xảy ra trên các nhánh

Kiểm tra điều kiện phát nóng dòng điện làm việc trên dây dẫn khi xảy ra sự cố phải thỏa mãn điều kiện: Isc ≤ 0,8.Icp

Icp: là giá trị dòng điện tải cho phép đặt ở ngoài t

Isc: là giá trị dòng điện trên đường dây khi xảy ra sự cố

3.Tổn thất điện áp trong lưới điện:

Tổn thất điện áp lúc bình thường và khi sự cố của mạng là tổn thất điện áp lớn nhất từ nguồn tới phụ tải khi phụ tải cực đại bình thường và phụ tải cực đại sự cố Và được xác định theo công thức:

dm

i i i i U

X Q R

P +

%Trong đó:

Pi, Qi :công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây thứ i

Ri, Xi :điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây thứ i

Chú ý rằng tổn thất điện áp chỉ tính cho phạm vi 1 cấp điện áp và ta sẽ tính tổn thất điện áp cực đại lúc bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất, các trị số của tổn thất điện áp phải thoả mãn các yêu cầu sau:

Đối với trường hợp dùng máy biến áp thường:

II.Tính toán chi tiết cho từng phương án

U =4,34 +16 (kV)

UN-1 = 4,34 46.648+16.31,45 = 101.770 kV

Tương tự cho các nhánh còn lại ta có kết quả cho trong bảng:

Đường dây S max (MW) P max (W) L i (km) U i (kV) U dm (kV)

Nhận xét: Từ bảng kết quả trên ta thấy hầu hết các giá trị điện áp tính cho từng đoạn

đều nằm trong khoảng (60-110) kV Để đảm bảo cho toàn mạng ta chọn điện áp chung cho các phương án là cấp 110 kV.( Áp dụng cho các phương án sau)

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Dòng trên mỗi đoạn đường dây được tính theo công thức:

3

10

3

=

dm U n

11.97

max 1

−

kt

N N

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

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộ kép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-1: IscN-1 = 2.ImaxN-1 = 2.97.11=194.22 (A)

Tương tự cho các đoạn N-2 đến N-6:

Đường dây Số mạch I sc (A) K hc I cp (A)

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn đạt tiêu chuẩn, ta xác định các thông số đơn vị của đường dây là r0, x0, b0 và tiến hành tính các thông số tập trung R, X, B/2 trong sơ

đồ thay thế hình π của các đường dây theo các công thức sau:

L r n

* Xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Tính tổn thất điện trên các nhánh áp dụng công thức:

%100

U

X Q R P U

Đoạn N-1: SN-1 = S1 = 31.45+j19.499 (MVA)

%61.3

%100110

01.10.5.197.7.45.31

%100

N btN

U

X Q R

P U

* Xét khi mạng điện có sự cố:

%2

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thường trên nhánh N-4 là:

% 10

% 99 4

Tính tương tự cho các đoạn còn lại, ta có bảng sau:

Đường dây S max (MW) P max (W) L i (km) U i (kV)

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Dòng trên mỗi đoạn đường dây được tính theo công thức:

3

10

3

=

dm U n

97.11

88.281,1

N N

kt

I F

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

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộ kép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-3: IscN-3 = 2.ImaxN-3 = 2.209.97=419.94 (A)

Tương tự cho các đoạn còn lại, ta có bảng

Đường dây Số mạch I sc (A) K hc I cp (A)

Đường dây Số mạch L i (km) Dây dẫn (Ω R 0 )

*)Xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Tính tổn thất điện trên các nhánh áp dụng công thức:

U

X Q R P U

Đoạn N-1: S N−2 =68.85+ j42.93MVA

%81,7

%100110

21,13.93,4249,5.85,68

%100

N btN

U

X Q R

P U

* Xét khi mạng điện có sự cố( sự cố đứt 1 đường dây trên đường dây kép ):

%62.1581,7.2

%2

Từ kết quả trong bảng trên ta nhận thấy rằng,

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường bằng:

3.Phương án III

a/Điện áp vận hành:

Từ kết quả của phương án trước ta có thế áp dụng ở phương án này

Trong bản thiết kế này, ta sử dụng công thức kinh nghiệm để tính:

i i

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Dòng trên mỗi đoạn đường dây được tính theo công thức:

3

10

3

=

dm U n

97.11

88.281,1

N N

kt

I F

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

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộ kép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-3: IscN-3 = 2.ImaxN-3 = 2.249.34=498,68 (A)

Tương tự cho các đoạn còn lại, ta có bảng:

Đường dây Số mạch I sc (A) K hc I cp (A)

Đường dây Số mạch L i (km) Dây dẫn (Ω R /km) 0

* Xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Tính tổn thất điện trên các nhánh áp dụng công thức:

%100

U

X Q R P U

∆U scN− U btN−

Tính tương tự cho các đoạn còn lại, ta có bảng sau:

Đường dây Số mạch P max (MW) Q max

Từ kết quả trong bảng trên ta nhận thấy rằng

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường bằng:

4 Phương án IV :

a/Lựa chọn cấp điện áp vận hành:

Ta sử dụng công thức kinh nghiệm để tính:

i i

U =4,34 +16 (kV)

Xét mạch vòng kín N-5-6-N

Tính phân bố công suất tự nhiên theo công thức:

Dòng công suất trên đoạn N-5:

5 6 N 5 5 (26,055 16,155) (32,3 20,026)

S − =S − −S = + j − + j

= -6,245-j3,871 (MVA)

Do S5-6< 0 nên điểm phân công suất trọng mạng điện kín N-5-6-N là điểm 5

Sử dụng kết quả từ phương án trước và

Tương tự như cách tính trên ta có bảng sau:

Đường dây S max (MVA) P max

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Dòng trên mỗi đoạn đường dây được tính theo công thức:

97.11

88.281,1

N N

kt

I F

J

−

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

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộ kép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-1: IscN-1 = 2.ImaxN-1 = 2.224,21=236,448,42 (A)

kt

I F

Tương tự cho các nhánh còn lại , ta có bảng:

Đường dây Số mạch I sc (A) K hc I cp (A)

Từ bảng kết quả trên ta thấy tiết diện của dây dẫn các đường dây thoả mãn điều kiện phát nóng cho phép khi dây có sự cố.

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn đạt tiêu chuẩn, ta xác định các thông số đơn vị của đường dây là r0, x0, b0 và tiến hành tính các thông số tập trung R, X, B/2 trong sơ

đồ thay thế hình π của các đường dây theo các công thức sau:

L r n

* Xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Tính tổn thất điện trên các nhánh áp dụng công thức:

%100

U

X Q R P U

a/Lựa chọn cấp điện áp vận hành:

Ta sử dụng công thức kinh nghiệm để tính:

i i

U =4,34 +16 (kV)

Xét mạch vòng kín N-1-2-N

Tính phân bố công suất tự nhiên theo công thức:

Dòng công suất trên đoạn N-1:

1 1 2 2 2 2 1

1 2 N 1 1 (34,186 21,196) (31, 45 19, 499)

Do S5-6 > 0 nên điểm phân công suất trọng mạng điện kín N-1-2-N là điểm 2

Sử dụng kết quả từ phương án trước ta có bảng:

Đường dây Số mạch S max (MVA) P max (MW) L i (km) U i (kV)

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Dòng trên mỗi đoạn đường dây được tính theo công thức:

3

10

3

=

dm U n

97.11

88.281,1

N N

kt

I F

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộ kép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố.

Đoạn N-3 IscN-3= 2.ImaxN-3= 2.131,23=262.46 (A)

Tương tự cho các nhánh còn lại , ta có bảng:

Đường dây Số mạch I sc (A) K hc I cp (A)

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn đạt tiêu chuẩn, ta xác định các thông số đơn vị của đường dây là r0, x0, b0 và tiến hành tính các thông số tập trung R, X, B/2 trong sơ

đồ thay thế hình π của các đường dây theo các công thức sau:

L r n

* Xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Tính tổn thất điện trên các nhánh áp dụng công thức:

%100

U

X Q R P U

I Cơ sở để tính toán kinh tế các phương án:

- Chỉ tiêu kinh tế là chỉ tiêu quan trọng nhất để so sánh các phương án với nhau

- Các phương án 1, 2, 3, 4, 5 đã đạt chỉ tiêu kỹ thuật

- Ta giả thiết như sau:

+ Số lượng máy biến áp của các phương án bằng nhau

+ Số lượng máy cắt của các phương án bằng nhau

+ Số lượng dao cách ly của các phương án bằng nhau

- Tính kinh tế của mỗi phương án thể hiện bởi hàm chi phí tính toán của phương

Σ K = Σ k0i li a + Σ k0i :Vốn đầu tư cho 1 km đường dây (đồng/km)

+ Li : Chiều dài đường dây (km)

Đường dây kép: a = 1,6Đường dây đơn: a = 1+ C : Giá tiền điện năng tổn thất C = 500 (đ/kWh)

+ ∆A: Tổn thất điện năng trong mạng điện

∆A = Σ∆Pi.τ

+ ∆Pi: Tổn thất công suất trong mạng điện

i đm

U

Q P

Thay số vào (1) ta có công thức:

Z = (0.04 + 0,125) Σ K + 3195,79 Σ∆Pi.5.105

Để thuận tiện khi so sánh các phương án về kỹ thuật, ta xét các giá trị tổn thất

điện áp cực đại của các phương án:

Qua bảng tổng kết ta thấy phương án 1 và phương án 2 có tổn thất điệp áp ở chế

độ làm việc bình thường là nhỏ nhất so với các phương án khác Còn tổn thất điện áp lúc có sự cố thì phương án 1 và 2 có tổn thất điện áp nhỏ nhất Nhưng mạng điện luôn luôn được đặt trong tình trạng làm việc bình thường với phần lớn thờ gian còn ở chế

độ sự cố thì xác suất xảy ra rất ít và sẽ khắc phục ngay Vì vậy ta chọn phương án 1

Tổng vốn xây dựng toàn mạng điện:

∑Ki = 114,768.109 (đ)Tổng tổn thất công suất toàn mạng điện:

∑∆Pi = 4,745 (MW)Tổng tổn thất điện năng toàn mạng điện:

∑∆Pi = 4,748 (MW)Tổng tổn thất điện năng toàn mạng điện:

Hàm chi phí tính toán:

Z = (0.04 + 0,125) Σ K + 3196 Σ∆Pi.5.105

Z = (0.04 + 0,125) 115,116.109 + 3196 4,748.5.105 = 26,58.109 (đ)

Hệ số a

Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án

Phương án K tt (10 6 đ) ∆A (MWh) Z tt (10 9 đ) ∆U btmax % ∆U scmax %

Vì vậy chúng ta chọn sơ đồ đi dây theo phương án 1 là tối ưu cho mạng điện

CHƯƠNG II:

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP

BỘ KHÍ CỤ VÀ THIẾT BỊ TRÊN SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH

-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 thức:

qtsc đmB

k

S

S ≥ max

Smax : phụ tải cực đại của trạm

Kqtsc : hệ số quá tải của máy biến áp trong chế độ sau sự cố (kqtsc = 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:

SđmB≥ SptmaxTrong mạng điện thiết kế có cả hộ loại I và hộ loại III Ta tính toán cụ thể cho từng loại hộ:

* Hộ phụ tải loại I:

4,14

,1

2 max

2 max max P Q S