đồ án thiêt kế lưới điện trong hệ thống điện

CHƯƠNG IPhân tích nguồn và phụ tải cân bằng công suất trong hệ thống điện I – Phõn tớch nguồn và phụ tải Các nguồn điện và phụ tải điện đợc bố trí theo sơ đồ mặt bằng nh sau: Nguồn cụn

CHƯƠNG I

Phân tích nguồn và phụ tải cân bằng công suất trong hệ thống điện

I – Phõn tớch nguồn và phụ tải

Các nguồn điện và phụ tải điện đợc bố trí theo sơ đồ mặt bằng nh sau:

Nguồn cụng suất vụ cựng lớn là mọi sự biến đổi của phụ tải thỡ điện ỏp trờn thanh gúp của nguồn khụng đổi và cú cụng suất nguồn lớn hơn rất nhiều so với cụng suất phụ tải(5– 7 lần)

Phụ tải cú cỏc thụng số như sau:

2

1

6

Hé S max P max Q max S min P min Q min Cos φ

Yêu cầu điều chỉnh điện áp:

- Yêu cầu cao( yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường)

Độ lệch điện áp cho phép ở chế độ phụ tải cực tiểu Smin : U% = 0%

Độ lệch điện áp cho phép ở chế độ phụ tải cực đại Smax : U% = + 5%

Độ lệch điện áp chế độ sau sự cố Ssc : U% = (0 ÷ + 5)%

- Yêu cầu thấp(yêu cầu điều chỉnh điện áp thường)

Độ lệch điện áp cho phép ở chế độ phụ tải cực tiểu Smin :U% ≤ 7.5%

Độ lệch điện áp cho phép ở chế độ phụ tải cực đại Smax : U% ≥ 2.5 %

Độ lệch điện áp chế độ sau sự cố Ssc : U% ≥ - 2.5 %

II – Cân bằng công sφuất 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 các phụ tải điện

Ch¬ng II

Dù kiÕn c¸c ph¬ng ¸n – tÝnh to¸n s¬ bé lùa chän ph tÝnh to¸n s¬ bé lùa chän ph ¬ng

¸n

I. Dự kiến các phương án nối (đi) dây.

Dựa vào các dạng sơ đồ nối điện cơ bản (sơ đồ hình tia,sơ đồ hình liên thông,sơ

đồ mạng điện kín) ta thiết lập được 5 phương án nối dây như sau:

Phương án 1 Phương án 2

4

3 N

2

1

4

3 N

2 1

Phương ỏn 3 Phương ỏn 4

Phương ỏn 5

II Chọn điện ỏp định mức cho lưới điện.

Lựa chọn đúng điện áp của đờng dây tải điện là một việc rất quan trọng lúcthiết kế hệ thống điện bởi vì nó có ảnh hởng trực tiếp đến tính kinh tế và kỹ thuậtcủa mạng điện Giá trị điện áp định mức lúc lựa chọn có ảnh hởng đến khả năng tảicủa các hộ tiêu thụ, giá trị tổn thất điện áp và tổn thất điện năng của mạng điện

5

4

3 N

2 1

6

5

4

3 N

2 1

6

Trong phạm vi đồ án môn học này, ta sẽ dựa vào công thức kinh nghiệm sau để xác

định trị số điện áp định mức của mạng điện:

P l

III Xác định tiết diện dây dẫn.

Có nhiều cách lựa chọn tiết diện dây dẫn nh:

- Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế

- Chọn tiết diện dây dẫn theo phát nóng

- Chọn tiết diện dây dẫn theo tổn thất cho phép của điện áp

Do mạng điện cao ỏp cú cụng suất lớn,chiều dài đường dõy lớn,tiết diện lớn nờn chi phớ về vốn đầu tư và vận hành lớn.Mặt khỏc,mạng điện cao ỏp cú nhiều thiết bị cú khả năng điều chỉnh điện ỏp,phạm vi điều chỉnh tương đối rộng

→ Trong mạng điện khu vực này ta lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh

tế của dòng điện Jkt

kt

i i

J

I

i dm

i dm

i i i

U m

P U

m

Q P I



cos 3

3

2 2





Trong đó

Fi: tiết diện dây dẫn, mm2

Ii: dòng nhánh cực đại tính trên lộ cần xác định tiết diện, Am: số lộ đờng dây trên nhánh

Si = Pi + j.Qi: công suất chuyên tải trên đờng dây đang xét

Jkt: mật độ kinh tế của dòng điện

Tuy chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện song dây dẫn

đợc chọn cũng phải thoả mãn các điều kiện sau:

- Thoả mãn dòng điện lúc sự cố

- Thoả mãn điều kiện phát nóng dây dẫn

- Thoả mãn điều kiện vầng quang điệnTrong đồ án môn học này ta dự kiến chọn loại dây dẫn AC (dây nhôm lõithép) đặt trên cột bêtông cốt thép, có Dtb = 5m nếu có đờng dây hai mạch thì cả haimạch đợc đặt trên cùng một cột

Tra bảng phụ lục với dây dẫn AC và Tmax = 5000h ta có Jkt = 1,1 A/mm2

Theo điều kiện vầng quang điện ta tìm đợc tiết diện tối thiểu của dây dẫn loại AC

nh sau:

- Đối với điện áp 110kV : Fmin = 70 mm2

- Đối với điện áp 220kV : Fmin = 120 mm2

IV Xác định tổn thất điện áp.

a Chế độ vận hành bình thờng với phụ tải cực đại

Tổn thất điện áp đợc tính theo công thức:

100

dm

i i i i i

U

X Q R P

Trong đó

Pi, Qi: công suất tác dụng và phản kháng cực đại trên nhánh i

Ri, Xi: giá trị điện trở và điện kháng của nhánh thứ iVới hộ tiêu thụ loại I ta phải dùng đờng dây 2 mạch nên điện trở và điệnkháng của đờng dây đợc tính bằng công thức:

i i

i i

l x X

l r R

2 1

2 1

đ-Các phơng án phải thoả mãn điều kiện về tổn thất điện áp sau mới có thể đợc

1 Tính toán lựa chọn điện áp định mức của mạng điện

Dựa vào công thức (2-1), tính toán cho từng đờng dây ta đợc bảng số liệu sau:

5

4

3 N

2 1

6

Đờng dây Smax Pmax  jQmax

Vậy ta chọn điện áp định mức cho mạng điện là: Uđm = 110 kV

2 Chọn tiết diện dây dẫn

Xét đoạn N-1:

SN-1= S1= 34 MVA

IN-1= 1 34 3

10 178.45 3 1 3 110

N dm

S

FN-1= 1 178.45

162.23 1,1

N kt

I

Chọn dây AC-150 có Icp =445 A

Tính toán tơng tự đối với các đờng dây còn lại ta có bảng tổng kết sau:

- Đk phỏt núng của dây dẫn sau sự cố: :Sự cố nguy hiểm nhất của mạng

điện xảy ra khi đứt 1 đờng dây trong lộ kép của đờng dây hai mạch Khi

đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi cha xảy ra sự cố.

Đoạn N-2: I scN2  2  102 35  204 7 (A)

Tính toỏn tương tự cho cỏc đoạn còn lại ta cú bảng sau:

N-4 2 230.94 268

Từ bảng tổng kết trên ta suy ra tiết diện dây dẫn các đờng dây đã thỏa 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 đờng dây là r0, x0, b0 và tiến hành tinh các thông số tập trung R, X, B/2 trong sơ đồ thay thế hình  của các đờng dây theo các công thức sau:

0

1

R r L n

L (km)

dây dẫn

X Ω

b Xét khi mạng điện gặp sự cố:

Đứt một mạch trên đờng dây kép:

Đoạn N-2: UscN-2% = 2UbtN-2% = 22.36% = 4.72%

Tính toỏn tương tự cho cỏc đoạn còn lại ta cú bảng sau:

Umax bt% = UbtN-5% = 5.76 % < 10%

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

Umax sc% = UscN-4% = 6.08 % < 20%

Kết luận: Phơng án 1 thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật.

2 1

6

Xét tơng tự với các đoạn đờng dây khác ta có bảng tổng kết sau:

Lộ Smax Pmax  jQmax

KL:Vậy ta chọn điện áp định mức cho mạng điện là 110kV.

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Xét đoạn N-2 :

S N2  62 052  38 472 73.01 (MVA)

110 3 2

01 73

3

3 2

U n

N N

kt

I J

dm

S I

N N

I3-4= 3 4 44 3

.10 115.47 3. dm 2 3.110

kt

I J

3 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 đờng dây trong lộ kép của

đờng dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi cha xảy ra sự cố

Đoạn N-2: I scN2  2ImaxN2   2 191.6 383.2  A

Tơng tự ta có bảng kết quả kiểm tra sau

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn đạt tiêu chuẩn, ta xác định các thông số đơn

vị của đờng dây là r0, x0, b0 và tiến hành tinh các thông số tập trung R, X, B/2 trong sơ đồ thay thế hình  của các đờng dây theo các công thức sau:

L r n

  

Xét khi mạng điện gặp sự cố đứt một mạch trên đờng dây kép:

Usc% = 2Ubt%

Tính toán cho các đoạn đờng dây ta đợc bảng số liệu nh sau:

Umax bt% = UbtN-5% = 5.76% < 10%

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

Umax sc% = UscN-3% + Usc3-4% = 6.52% + 4.66% = 11.18% < 20%

Kết luận: Phơng án 2 thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật.

Phơng án 3

5

4

3 N

2 1

6

1 Lựa chọn điện áp định mức cho mạng điện:

KL:Vậy ta chọn điện áp định mức cho mạng điện là 110kV.

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Xét đoạn N-6:

S N6  64 62  40 052 76.01 (MVA)

110 3 2

01 76

3

3 6

U n

N N

kt

I J

   mm2

Chọn dây AC-150 có Icp =445 A

Tính toán tơng tự đối với các đờng dây còn lại ta có bảng tổng kết sau:

3 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 đờng dây trong lộ kép của

đờng dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi cha xảy ra sự cố

Đoạn N-6: I scN6  2ImaxN6   2 199.47 398.94  A

Tơng tự ta có bảng kết quả kiểm tra sau

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn đạt tiêu chuẩn, ta xác định các thông số đơn

vị của đờng dây là r0, x0, b0 và tiến hành tinh các thông số tập trung R, X, B/2 trong sơ đồ thay thế hình  của các đờng dây theo các công thức sau:

L r n

X Ω

  

Xét khi mạng điện gặp sự cố đứt một mạch trên đờng dây kép:

Usc% = 2Ubt%

Tính toán cho các đoạn đờng dây ta đợc bảng số liệu nh sau:

Umax bt% = UbtN-6% + Ubt6-5% = 4.05% + 3.41% = 7.46% < 10%

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

Umax sc% = UscN-6% = 8.1% < 20%

Kết luận: Phơng án 3 thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật.

Phơng án 4

1 Tính toán lựa chọn điện áp định mức của mạng điện

Dựa vào công thức (2-1), tính toán cho từng đờng dây ta đợc bảng số liệu sau:

Đờng dây Smax Pmax  jQmax

2 1

6

3 - 4 37.4 + j 23.19 25.3 108.39

N - 5 30.6 + j 18.97 48.66 100.69

N - 6 34 + j 21.08 35.78 104.50

Vậy ta chọn điện áp định mức cho mạng điện là: Uđm = 110 kV

2 Chọn tiết diện dây dẫn

dm

S I

N N

kt

I J

   mm2

Chọn dây AC-95 có Icp =335 A

Các đờng dây còn lại tính toán nh phơng án I ta đợc bảng tổng kết sau:

Đờng dây Số mạch I maxbt (A) F tt (mm2) Dây dẫn I cp (A)

- Đk phỏt núng của dây dẫn sau sự cố: :Sự cố nguy hiểm nhất của mạng

điện xảy ra khi đứt 1 đờng dây trong lộ kép của đờng dây hai mạch Khi

đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi cha xảy ra sự cố.

Đoạn N-2: I scN2  2ImaxN2   2 102 204  A

Tính toỏn tương tự cho cỏc đoạn còn lại ta cú bảng sau:

Đờng dây Số mạch I sφc (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 đờng dây là r0, x0, b0 và tiến hành tinh các thông số tập trung R, X, B/2 trong sơ đồ thay thế hình  của các đờng dây theo các công thức sau:

0

1

R r L n

X Ω

  

Xét khi mạng điện gặp sự cố đứt một mạch trên đờng dây kép:

Usc% = 2Ubt%

Tính toán cho các đoạn đờng dây ta đợc bảng số liệu nh sau:

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

Umax sc% = UscN-3% + Usc3-4% = 6.52% + 4.66% = 11.18% < 20%

Kết luận: Phơng án 4 thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật.

Phơng án 5

1 Lựa chọn điện áp định mức cho mạng điện:

Tính dòng công suất chạy trên các đoạn dây mạch kín N-4-3-N

Để thuận tiện ta ký hiệu chiều dài các đoạn dây nh hình vẽ Để xác định các dòng công suất ta cần giả thiết rằng mạng điện là đồng nhất

Dòng công suất chạy trên đoạn N-4 bằng:

3 2 1

3 3 3 2 4 4

L L L

L S L L S

84 28 61 21 85 34 84 28 3 25 19 23 4 37

Điểm phân công suất trong mạng điện kín N-4-3-N là điểm 4

Xét tơng tự với các đoạn đờng dây khác ta có bảng tổng kết sau:

5

4

3 N

2 1

6

Kết luận: Ta sẽ chọn cấp điện áp định mức của mạng điện la Udm= 110kV

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Xét đoạn N-4:

Dòng điện chạy trên đoạn N-4:

110 3 1

56 21 78 34

3

3 2 2



dm

N U n

S

A

FN-4= 195 25

1 , 1

78 214

3 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 đờng dây trong lộ kép của đờng dây hai mạch và mạch vòng

Khi đứt 1 đờng dây trong lộ kép của đờng dây hai mạch dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi cha xảy ra sự cố

Đoạn N-2: I scN2  2ImaxN2  2  102 35  204 7 (A)

Dòng điện sự cố chạy trên đoạn N-4 ( hoặc đoạn N-3 ) là:

2 446 10

110 3

78 44 25

72 2 2 3 3

Ssc     (MVA)

Dòng điện sự cố chạy trên đoạn 4-3 là:

97 230 10

110 3

19 23 4

37 2 2 3 3

Tính toán tơng tự đối với các đờng dây còn lại ta có bảng tổng kết sau:

Từ bảng tổng kết trên ta suy ra tiết diện dây dẫn các đờng dây đã thỏa 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 đờng dây là r0, x0, b0 và tiến hành tinh các thông số tập trung R, X, B/2 trong sơ đồ thay thế hình  của các đờng dây theo các công thức sau:

UbtN-4% = 100 % 3 59 %

110

22 13 56 21 29 4 78 34





Đứt một mạch trên đờng dây kép:

Đoạn N-2: UscN-2% = 2UbtN-2% = 22.36% = 4.72%

Tính tơng tự đối với các đoạn còn lại

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

Umax bt% = UbtN-4% + Ubt4-3% = 3.59% + 0.33% = 3.92% < 10%

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

Umax sc% = UscN-4% +Ubt4-3% = 7.46% + 0.33% = 7.79% < 20%

Kết luận: Phơng án 5 thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật.

Để thuận tiện khi so sánh các phơng án về kỹ thuật, các giá trị tổn thất điện

áp cực đại của các phơng án đợc tổng hợp ở bảng sau:

so sánh các phơng án về mặt kinh tế là chi phí tính thoán hàng năm phải bé nhất

Trong các phơng án đã chọn đều thỏa mãn các chỉ tiêu về kỹ thuật ta phải so sánh các phơng án về mặt kinh tế để chọn một phơng án tối u

Vì các phơng án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định mức, do đó để

đơn giản không cần tính vốn đầu t vào các trạm hạ áp Và coi các phơng án đều có

số lợng các máy biến áp, dao cách ly, máy cắt và các thiết bị khác trong trạm biến

áp là nh nhau

Tiêu chuẩn để so sánh các phơng án về mặt kinh tế là chi phí tính toán hàngnăm bé nhất, đợc xác định theo công thức:

Z = (avh + atc).K + A.cTrong đó: Z: là hàm chi phí phí tổn hàng năm (đồng)

avh: hệ số vận hành hay hệ số khấu hao tu sửa thờng kì và phục vụ các

đờng dây của mạng điện Lấy avh = 0,04

atc: hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu t phụ

tc tc T

Kđ = K0i.li = Ki

K0i: chi phí cho 1 km đờng dây nhánh th i, tiết diện Fi Với lộ kép (2mạch) thì lấy K0i = 1,6 lần chi phí cho lộ đơn có cùng tiết diện, đồng/km

li: chiều dài chuyên tải nhánh thứ i, km

A: tổn thất điện năng của phơng án đang xét, kWh

A = Pi max.

Pi max: tổn thất công suất trên đờng dây thứ i khi phụ tải cực đại, kW

i dm

i i dm

i i

U

S R U

Q P

2 2

max

2 max 2

  = (0,124 + 4800.10-4)2.8760 = 3196 hc: giá 1 kWh điện năng tổn thất, c = 500 đồng/1kWh

Dự kiến các phơng án dùng đờng dây trên không (2 mạch đối với phụ tải loại

I và 1 mạch đối với phụ tải loại III) đợc đặt trên cùng cột bê tông cốt thép

Bảng tổng hợp giá đầu t cho đờng dây trên không điện áp 110k đối với cột bêtống cốt thép nh sau:

Ký hiệu dây

dẫn

70) kV thì ta chọn giá

95

120) kV thì ta chọn giá

150) kV thì ta chọn giá

185

240) kV thì ta chọn giá

30) kV thì ta chọn giá0) kV thì ta chọn giá

Tổng vốn đầu t đờng dây: KĐ (106 đồng) 92982

2 Tính tổn thất điện năng hàng năm trên đờng dây

Tổn thất công suất trên đờng dây thứ i có thể tính nh sau:

i dm

i i dm

i i

U

S R U

Q P

2 2

max 2 max 2



Tổn thất công suất trên đờng dây N-1:

8 0 4 8 110

92 17 9 28

2

2 2

Tính toán tổn thất tơng tự đối với các đờng dây còn lại ta có bảng tổng kết sau:

Tổng tổn thất công suất trên đờng dây P i 4.8

Tổng tổn thất điện năng trong mạng là:

Tổng vốn đầu t đờng dây: KĐ (106 đồng) 103059.81

2 Tính tổn thất điện năng hàng năm trên đờng dây

Tổn thất công suất trên đờng dây thứ i có thể tính nh sau:

i dm

i i dm

i i

U

S R U

Q P

2 2

max

2 max 2



Tổn thất công suất trên đờng dây N-1:

P N 5 51 1 14

110

34 26 5 42

2

2 2

Tổng tổn thất công suất trên đờng dây P i 4.47

Tổng tổn thất điện năng trong mạng là:

Tổng kết chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của 2 phơng án đợc chọn

Thông số Umax bt% Umax sc% K 10 9 đồn

- Về mặt kỹ thuật : cả 2 phơng án đề đạt về chỉ tiêu kỹ thuật.Phơng án I có

tổn thất công suất, tổn thất điện năng nhỏ hơn phơng án V Mặt khác ta thấy phơng án có sơ đồ nối tia đơn giản, dễ thi công và vận hành, có thể

sử dụng thiết bị đầu cuối đờng dây đơn giản, thuận tiện cho việc phát triển tơng lai

- Về mặt kinh tế: Phơng án I là phơng án có hàm Z nhỏ nhất

Kết luận: Vậy phơng án I là phơng án tối u nhất để chọn và thiết kế thi

công

Chơng IV: tính toán lựa chọn mba.

Bố trí khí cụ và thiết bị trên sơ đồ nối điện chính.

MBA là thiết bị rất quan trọng trong HTĐ Tổng công suất các MBA rất lớn vì vậy vốn đầu t cho MBA cũng rất nhiều, việc lựa chọn MBA phải đảm bảo giá thành rẻ nhất mà vẫn an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ