đồ án môn học lưới điện trong hệ thống điện

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÔN HỌCHọ và tên sinh viên: Hoàng Thu Trang Lớp : Đ1 - H3 Ngành : Hệ thống điện ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC GỒM 1 NGUỒN ĐIỆN VÀ MỘT SỐ PHỤ TẢI KHU VỰC I - SỐ

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÔN HỌC

Họ và tên sinh viên: Hoàng Thu Trang

Lớp : Đ1 - H3

Ngành : Hệ thống điện

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC GỒM 1

NGUỒN ĐIỆN VÀ MỘT SỐ PHỤ TẢI KHU VỰC

I - SỐ LIỆU CHO BIẾT:

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

31

4

5

Điện áp trên thanh cái cao áp của nhà máy điện khi phụ tải cực đại, khi sự cốnặng 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 Phân tích nguồn và phụ tải, cân bằng công suất trong hệ thống

2 Dự kiến các phương án lưới điện và tính toán sơ bộ lựa chọn phương ánhợp lý

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

4 Giải tích các chế độ của hệ thống điện

5 Tính toán bù CSPK

6 Tính toán điều chỉnh điện áp tại các nút

7 Tính toán giá thành tải điện

Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành:

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

I PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

1 Nguồn công suất vô cùng lờn

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

3

62

1

33,94km49,48 km

+ Hộ phụ tải loại I gồm 6 hộ: 1,2,3,4,5 là những phụ tải quan trọng có yêu cầucung cấp điện liên tục Nếu xảy ra hiện tượng mất điện sẽ gây hậu quả và thiệt hạinghiêm trọng về an ninh, chính trị Vì vậy phải có dự phòng chắc chán Mỗi phụtải phải được cấp điện bằng ít nhất 2 mạch, để đảm bảo cấp điện liên tục cũng nhưđảm bảo chất lượng điện năng ở mọi chế độ vận hành

+ Hộ phụ tải loại III gồm hộ 6 là hộ phụ tải ít quan trọng hơn vì vậy để giảmchi phí đầu tư ta chỉ cần cấp điện bằng một mạch đơn

S = Cos P ; Q = P.tg = S.sin

* Yêu cầu điều chỉnh điện áp (ĐCĐA): Chất lượng điện năng được đặc

trưng bằng các quy định của điện áp và tần số trong mạng điện Để nâng cao chấtlượng điện năng cần có những yêu cầu ĐCĐA

Các yêu cầu ĐCĐA trong TBA có thể phân ra làm 2 loại:

1 Thường (T): Có độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp của trạm giảm áp chophép như sau (tính theo phần trăm điện áp danh định của mạng điện) Và có giớihạn:

+ Trong chế độ phụ tải lớn nhất: dU% ≥ 2,5%

+ Trong chế độ phụ tải nhỏ nhất: dU% ≤ 7,5%

+ Trong chế độ sau sự cố: dU% ≥ -2,5%

2 Khác thường (KT): Có độ lệch điện áp trên thanh góp hạ áp có yêu cầuĐCĐA khác thường Và có giới hạn như sau:

+ Trong chế độ phụ tải lớn nhất: dU% = 5%

+ Trong chế độ phụ tải nhỏ nhất: dU% = 0%

+ Trong chế độ sau sự cố: dU% = 0 - 5%

Yêu cầu

Điện áp thứ

cấp 22.00 22.00 22.00 22.00 22.00 22.00 5.10

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 côngsuất và chất lượng điện áp cho tất cả các phụ tải điện

CHƯƠNG II

DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN SƠ BỘ LỰA CHON PHƯƠNG ÁN

N

54

3

62

1

N

54

3

62

1

N

54

3

62

1

N

54

3

62

1

N

54

3

62

1

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 kếmạng điện vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạngđiện 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 côngsuất các phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải với nguồn cấp, vị trí tương đối giữacác phụ tải với nhau, phụ thuộc vào sơ đồ của mạng điện thiết kế Như vậy, chọnđiện 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 côngsuất 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 nghiệmsau:

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 đếncác chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, khả năng tải của dây dẫn theo điều kiện phát nóngtrong các điều kiện sau sự cố, độ bền cơ của các đường dây trên không và các điềukiện tạo thành vầng quang điện

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

F 

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 )

Đối với đường dây đơn : ax ax 3

dm

3

m m

S

A U

S

A U

- Theo điều kiện phát nóng dây dẫn: Sự cố dùng để kiểm tra điều kiện kỹthuật với lộ kép là khi đứt một nhánh trong lộ kép của đường dây, còn với mạchvòng 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 lớnnhất 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:

U% = 2 100%

dm

i i i i

U

X Q R

%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 tínhtổn thất điện áp cực đại lúc bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất, các trị sốcủa tổn thất điện áp phải thoả mãn các yêu cầu sau:

Đối với trường hợp dùng máy biến áp thường:

Umaxbt  10%

Umaxsc  20%

Đối với truường hợp dùng mba điều áp dưới tải thì:

U  4 , 34  16 (kV)

UN-1 = 4 , 34 60  16 38 25 = 112,51 (kV)Tương tự cho các nhánh còn lại, kết quả cho trong bảng:

Đường dây S max (MVA) P max

3

62

1

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

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

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

3

10

3



dm U n

85 , 23 25 , 38 10

3 2

3 2

2 3

2 1 2

U

Q P

( A)Tiết diện kinh tế của dây dẫn:

54 , 107 1

, 1

295 , 118

max 1



kt

N N

c/ 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 lộkép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so vớidòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-1: IscN-1 = 2.ImaxN-1 = 2.118.29=236.58 (A)

Tương tự cho các đoạn N-2 đến N-6:

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

*)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 = 38,25 + j23,85 (MVA)

% 06 , 5

% 100 110

69 12 85 23 1 8 25 , 38

% 100

N btN

U

X Q R

P U

*)Xét khi mạng điện có sự cố:

% 2

U scN U btN = 2.5,06 = 10,12%

Tính tương tự cho các đoạn còn lại, kết quả cho trong bảng sau:

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thường trên nhánh N-6 là:

% 10

% 25 7

%

U bt U btN Thoả mãn điều kiện tổn điện áp cho phép lúc bình thường

- Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố:

% 20

% 97 , 11

3

62

1

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:

2 2 1 1

2 2 2 12 1 1

) (

N N

N

l l l

l S l

l S

62 , 64 94 , 33 60

62 , 64 ).

08 19 6 30 ( ) 62 , 64 94 , 33 ).(

85 , 23 25 , 38 (

SN

= 36,25+j22,6 (MVA)Dòng công suất trên đoạn N-2:

2 2 1 1

1 1 1 12 2 2

) (

N N

N

l l l

l S l

l S

62 , 64 94 , 33 60

60 ).

85 , 23 25 , 38 ( ) 60 94 , 33 ).(

08 , 19 6 , 30 (

SN

= 32,603+j20,33 (MVA)Dòng công suất trên đoạn 1-2:

) 85 , 23 25 , 38 ( ) 33 , 20 603 , 32 (

1 1 2

S  N      

= -5,647-j3,52 (MVA)

Do S1-2  0 nên điểm phân công suất trọng mạng điện kín N-1-2-N là điểm 1

UN-1 = 4 , 34 60  16 38 25 = 112,51 (kV)

Xét đoạn N-3

22 , 39 9 , 62 ) 96 , 16 2 , 27 ( ) 26 , 22 7 , 35 (

6 3

LN-3 = 67,88 km

25 , 142 9 , 62 16 88 , 67 34 , 4

S     MVA

94 2 , 27 16 94 , 33 34 , 4 6

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:

3

10

3



dm U n

6 , 22 25 , 36 10

3 1

3 2

2 3

2 1 2

U

Q P

( A)Tiết diện kinh tế của dây dẫn:

83 , 203 1

, 1

21 , 224

max 1



kt

N N

N-5 2 33.15 20.67 102.52 93.20 AC-95 330 264

3-6 1 27.2 16.96 168.24 152.95 AC-150 445 356

c/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 képcủa đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòngđiện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

2 1 2

SN N       

=68,85+j42,93 MVADòng điện sự cố chạy trên đoạn N-1 (N-2) là:

86 , 425 10

110 3

93 , 42 85 ,

68 2 2 32

Ssc    MVADòng điện sự cố trên đoạn 1-2 là:

59 , 236 10

110 3

85 , 23 25 ,

38 2 2 32



%47.18100))

()

((

2

1 2 1 1 2 1



đm đm

N N

sc

U

X Q R P U

X Q Q R

P P U

% 47 18 ) 110

56 14 33 20 2 11 603 32 110

06 24 93 42 86 7 85 68 (

56.1426.222.1125.36100

100))

()

((

2

2 2 1 2 2 1



đm đm

N N

sc

U

X Q R P U

X Q Q R

P P U

% 09 20 100 ) 110

56 14 6 22 2 11 25 36 110

91 25 93 42 47 8 85 68

Tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thường trên nhánh N-1 là:

Umaxbt% = UbtN-3% = 7.5%  10% Thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp chophép lúc bình thường

Khi sự cố đứt trên đoạn N-3 là:

Umaxsc% = UscN-3%+Ubt3-6% = 15+3.58=18.58%  20%

3.Phương án III

N

54

3

62

1

U  4 , 34  16 (kV)

Xét đoạn N-3:

) 96 16 2 27 ( ) 6 22 7 35 (

6 3

S     MVA

L3-6 = 33,94 km

94 2 , 27 16 94 , 33 34 , 4 6

Xét đoạn 2-1

) 08 19 6 30 ( ) 85 23 25 38 (

2 1

SN       

= 68.85+j42.93 MVA

85 23 25 38

1 2 2 1

S  N      MVA

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

Đường dây S max (MVA) P max

N-5 33.15+j20.67 33.15 50.91 104.643-6 27.2+j16.96 27.2 33.94 94.00

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

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

3

10

3



dm U n

S

Dòng điện chạy trong nhánh N-2 :

93 , 212 10

110 3 2

93 , 42 85 , 68 10

3 2

3 2 2

3

2 2 2

N

U

Q P

Tiết diện kinh tế của dây dẫn:

57 , 195 1

, 1

93 , 212

max 1

c/ 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 lộkép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so vớidòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

Đoạn N-2: IscN-2 = 2.ImaxN-2 = 2.212,93=425,86 (A)

Tương tự cho các đoạn 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 sốđơn 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  của các đường dây theo các công thức sau:

L r n

Đường

dây

Số mạch

*)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-2: S N2  68.85  j42.93MVA

% 01 , 7

% 100 110

96 , 12 93 , 42 23 , 4 85 , 68

% 100

N btN

U

X Q R

P U

*)Xét khi mạng điện có sự cố:

% 02 14 01 , 7 2

% 2

Từ kết quả trong bảng trên ta nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất trongchế độ vận hành bình thường bằng:

Umax bt% = UbtN-3% = 7.50 % < 10%

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

Umax sc% = UscN-3% = 15 % < 20%

Kết luận: Phương án III thỏa mãn yêu cầu về tiêu chuẩn kỹ thuật.

4.Phương án IV:

N

54

3

62

1

U  4 , 34  16 (kV)

Xét mạch vòng kín N-4-5-N

Tính phân bố công suất tự nhiên theo công thức:

Dòng công suất trên đoạn N-4:

5 5 4 4

5 5 5 45 4 4

) (

N N

N

l l l

l S l

l S

48 91 50 94 37

91 50 ) 67 20 15 33 ( ) 91 50 94 37 ( ) 2 21 34 (

SN

= 34.41+j21.45 MVA

Dòng công suất trên đoạn N-5:

5 45 4

4 4 4 45 5 5

) (

N N

N

l l l

l S l

l S

91 50 94 , 37 48

48 ) 2 21 32 ( ) 48 94 37 ( ) 67 20 15 33 (

SN

= 32.04+j20.38 MVA Dòng công suất trên đoạn 4-5:

) 2 21 34 ( ) 45 21 41 34 (

4 4 5

S  N      

= 0.41+j0.25 MVA

Do S4-5 >0 nên điểm phân công suất trọng mạng điện kín N-4-5-N là điểm 5

) 08 19 6 30 ( ) 85 23 25 38 (

2 1

SN       

= 68.85+j42.93 MVADòng công suất trên đoạn 1-2:

08 19 6 30

2 1 1 2



N

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

Đường dây Số mạch S max (MVA) P max

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

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

3

10

3



dm U n

93 , 42 85 , 68 10

3 2

3 2

2 3

2 1 2

U

Q P

( A)Tiết diện kinh tế của dây dẫn:

57 , 195 1

, 1

93 , 212

max 1



kt

N N

N-5 1 32.04 20.38 199.30 181.19 AC-240 605

c/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 képcủa đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòngđiện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố

5 4 5

SN N       

=66.45+j41,83 MVADòng điện sự cố chạy trên đoạn N-1 (N-2) là:

12 412 10

110 3

83 41 45

66 2 2 3 5

Ssc     MVA

Dòng điện sự cố trên đoạn 4-5 là:

82 212 10

110 3

45 21 41

34 2 2 35

UbtN-5% = 100 % 5 2 %

110

41 20 38 20 67 6 04 32

% 100 110

88 13 6 22 77 5 7 35

% 100

N btN

U

X Q R

P U

Tính tương tự đối với các đoạn còn lại

*) Xét khi mạng điện gặp sự cố:

Khi mạch vòng bị đứt N-5:

100))

()

((

2

4 5 4 4 5 4

đm đm

N N

sc

U

X Q R

P U

X Q Q R

P P U

% 17 16 ) 110

28 16 38 20 52 12 04 32 110

25 19 83 41 29 6 45 66 (

()

((

2

5 5 4 5 5 4

đm đm

N N

sc

U

X Q R

P U

X Q Q R

P P U

% 16 17 ) 110

28 16 45 21 52 12 41 34 110

41 20 83 41 67 6 45 66 (

Tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thường trên nhánh N-1 là:

Umaxbt% = UbtN-1% = 7.25%  10% Thoả mãn điều kiện tổn thất điện

áp cho phép lúc bình thường

Khi sự cố đứt trên đoạn N-1 là:

Umaxsc% = UscN-1% = 17.17%  20%

Kết luận: Phương án IV thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật.

5 Phương án V

a/Điện áp vận hành:

N

54

3

62

1

Để thuận tiện cho tính toán, ta chỉ lựa chọn điện áp cho một phương án và lấykết quả đó dùng cho các phương án còn lài.

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

i i

U  4 , 34  16 (kV)

Xét đoạn 1-2

) 08 19 6 30 ( ) 85 23 25 38 (

2 1

SN       

= 68.85+j42.93 MVADòng công suất trên đoạn 1-2:

08 19 6 30

2 1 1 2

S  N      MVA

Xét đoạn 4-5

) 67 20 15 33 ( ) 2 21 34 (

5 4

SN       

= 67.15+j41.87 MVADòng công suất trên đoạn 4-5:

67 20 15 33

5 4 4 5



N

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

Đường dây Số mạch S max (MVA) P max

b/Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

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

3

10

3



dm U n

S

Dòng điện chạy trong nhánh N-1 :

IN-1 = 10 212 , 93

110 3 2

93 , 42 85 , 68 10

3 2

3 2

2 3

1 1

U

Q P

( A)Tiết diện kinh tế của dây dẫn:

57 , 195 1

, 1

93 , 212

max 1



kt

N N

c/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 képcủa đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòngđiện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố