đồ án môn học lưới điện 2

Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện cũng nh là phơng thức vận hành của nhà máy điện hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí và tính chất cuả nguồn cung cấp điện.. Nguồn cung cấp điện cho

Bộ công thơng

Trờng đại học điện lực

Nhiệm vụ thiết kế đồ án môn học lới điện

2 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

1 - Tính toán cân bằng công suất, xây dựng phơng án

2 - Tính toán kinh tế kỹ thuật, chọn phơng án tối u

3 - Chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

4 - Tính toán chế độ xác lập lới điện

5 - Tính toán lựa chọn đầu phân áp

6 - Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

3 Các số liệu phụ tải

Phụ tải cực tiểu (MW) 21 31,5 19,6 25,2 17,5 28

Hệ số công suất : cosϕ 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85

SƠ đồ vị trí của Nguồn điện và các phụ tải

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

nề là : UA=1,1Uđm; khi phụ tải cực tiểu là UA=1,05Uđm

Đối với tất cả các hộ tiêu thụ

• Phụ tải cực tiểu bằng : 70% Phụ tải cực đại

• Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax= 5000 giờ

• Giá 1 KWh điện năng tổn thất : 700 đồng/kWh

• Giá 1 KVAr thiết bị bù : 150.103 đồng/kVAr

Thiết kế mạng lới điện

**************************************

Chơng i tính toán cân bằng công suất,

xây dựng phơng án

1.1, Phân tích nguồn và phụ tải

Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện cũng nh là phơng thức vận hành của nhà máy điện hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí và tính chất cuả nguồn cung cấp điện Nguồn cung cấp điện cho các hộ phụ tải ở đây là một nguồn có công suất vô cùng lớn, hệ số công suất của nguồn là Cosϕ = 0,85

Tổng công suất của các hộ tiêu thụ ở chế độ phụ tải cực đại là 204MW Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại

Trong số 6 hộ phụ tải thì có 4 hộ phụ tải yêu cầu có mức đảm bảo cung cấp điện ở mức cao nhất ( 1, 2, 3, 5 ) nghĩa là không đợc phép mất điện trong bất

cứ trờng hợp nào, vì nếu mất điện thì sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng Hai hộ phụ tải còn lại có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện ở mức thấp hơn (hộ loại hai) – là những hộ phụ tải mà việc mất điện không gây hậu quả nghiêm trọng Thời gian sử dụng công suất cực đại của các hộ phụ tải là Tmax = 5000 h

Ta có bảng số liệu tổng hợp về phụ tải nh sau :

1.2, Tính toán cân bằng công suất

Khi thiết kế mạng điện thì một trong các vấn đề cấc phải quan tâm tới đầu tiên đó là điều kiện cân bằng giữa công suất tiêu thụ và công suất phát ra bởi nguồn

Trong đồ án thiết kế môn hoc lới điện việc cân bằng công suất ở đây đợc thực hiện trên một khu vực cụ thể, trong khu vực này có một nguồn điện công suất vô cùng lớn Trong hệ thống điện chế độ vận hành ổn định chỉ tồn tại khi có

sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng Cân bằng công suất tác dụng cần thiết để giữ ổn định tần số, còn để giữ đợc điện áp ổn định phải cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện nói chung và từng khu vực nói riêng

ΣPtrạm : Tổng công suất phát của trạm điện

m : Hệ số đồng thời Trong tính toán thiết kế lấy m = 1

ΣPptj : Tổng phụ tải tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ

1.2.2, Cân bằng công suât phản kháng và bù công suất cỡng bức

Sự cân bằng công suất phản kháng đợc thể hiện bằng biểu thức sau :

Qbi = Qi – Pi tgϕi mới

Trong đó :

Pi ,Qi : Là công suất của hộ tiêu thụ trớc khi bù

tgϕi mới : Đợc tính theo Cosϕi mới – hệ số công suất của hộ thứ i sau khi bù

Ta chọn vị trí bù tại 6 và tại 2

Bù 6 MVAr tại phụ tải 6:

1.3, Xây dựng các phơng án nối dây

1.3.1, Dự kiến các phơng án nối dây

Thực tế thì không có một phơng pháp nhất định nào để lựa chọn sơ đồ nối dây cho mạng điện Một sơ nối dây của mạng điện có thích hợp hay không là do rất nhiều yếu tố quyết định nh : Phụ tải lớn hay nhỏ, số lợng phụ tải nhiều hay ít,

vị trí phân bố của phụ tải, mức độ yêu câù về đảm bảo liên tục cung cấp điện,

đặc điểm và khả năng cung cấp của nguồn điện, vị trí phân bố các nguồn điện …

Hộ loại I đợc cung cấp điện bằng đờng dây kép hoặc có hai nguồn cấp điện (mạch vòng) Hộ loại II thì chỉ cần cung cấp điện sử dụng mạch đơn Sau khi tiến hành phân tích sơ bộ xong ta sẽ chọn ra 2 phơng án để tiến hành tính toán cụ thể

so sánh về mặt kỹ thuật

Ta đa ra 5 phơng án nối dây để phân tích sơ bộ

Các phơng án có sơ đồ nối dây nh các hình vẽ dới đây :

1.3.2, Phân tích, giữ lại một số phơng án để tính toán tiếp.

Ta có:

+ Sơ đồ hình tia có u điểm là: đơn giản về sơ đồ nối dây, bố trí thiết bị đơn giản; Các phụ tải không liên quan đến nhau, khi sự cố trên 1 đờng dây không ảnh hởng đến đờng dây khác; Tổn thất nhỏ hơn sơ đồ liên thông

Tuy vậy sơ dồ hình tia có nhợc điểm: khảo sát, thiết kế, thi công mất nhiều thời gian và tốn nhiều chi phí

+Sơ đồ liên thông có u điểm là: thiết kế, khảo sát giảm nhiều so với sơ đồ hình tia; Thiết bị, dây dẫn có chi phí giảm

Tuy vậy nó có nhợc điểm: cần có thêm trạm trung gian, thiết bị bố trí đòi hỏi bảo vệ rơle; Thiết bị tự động hóa phức tạp hơn; độ tin cậy cung cấp điện thấp hơn sơ đồ hình tia

+Mạng kín có u điểm là độ tin cậy cung cấp cao, khả năng vận hành lới linh hoạt; tổn thất ở chế độ bình thờng thấp

Nhợc điểm: bố trí bảo vệ rơle và tự động hóa phức tạp; Khi xảy ra sự cố tổn thất lới cao, nhất là ở nguồn có chiều dài dây cấp điện lớn.

Dựa vào các u nhợc điểm của các phơng án ở trên, kết hợp vói 5 phơng án

đợc xây dựng ở trên ta chọn phơng án 1 và phơng án 5 để tính toán tiếp

Các định hớng kỹ thuật cơ bản.

Do khoảng cách giữa nguồn cung cấp điện và các hộ phụ tải, hoặc giữa các hộ phụ tải với nhau tơng đối xa nên ta sẽ dùng đờng dây trên không để cung cấp điện cho các hộ phụ tải Và để đảm bảo về độ bền cơ cũng nh khả năng dẫn

điện ta sử dụng loại dây AC để truyền tải, còn cột thì sử dụng loại cột thép

Đối với những hộ loại một có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện ở mức cao nhất phải đợc cung cấp điện từ một mạch vòng kín hoặc đờng dây có lộ kép song song Còn đối với các hộ phụ tải loại hai thì chỉ cần sử dụng một đơng dây

đơn để cung cấp để tránh gây lãng phí

Khi chọn máy biến áp cho các trạm hạ áp của các hộ phụ tải thì đối với các hộ phụ tải loại một ta sẽ sử dụng hai máy biến áp vận hành song song, còn

đối với các hộ phụ tải loại hai thì chỉ cần chọn một máy biến áp

Chơng iI tính toán kinh tế-kỹ thuật,

chọn phơng án tối u

So sánh các phơng án về mặt kỹ thuật

Đối với mỗi phơng án đợc giữ lại để so sánh về mặt kỹ thuật ta cần phải tính toán các nội dung nh sau :

• Lựa chọn điện áp tải điện

Ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau để xác định điện áp định mức của đờng dây :

P : Là công suất chuyên trở trên đờng dây ( MW )

L : Là khoảng cách truyền tải (km)

n: là số lộ dây song song

• Tính toán lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện ( Jkt )

kt

lv kt

U n

Q P

.

max max

Jkt : Mật độ kinh tế của dòng điện (A/mm2)

Sau đó dựa vào tiết diện kinh tế đã tính đợc ở trên ta tiến hành chọn tiết diện theo tiêu chuẩn : Fchọn ≥ Fkt

• Tính tổn thất điện áp lúc vận hành bình thờng và khi sự cố nguy hiểm nhất

Tổn thất điện áp trên một đoạn đờng dây đợc tính theo biểu thức sau :

∆U% = . 2 . .100

dm U

X Q R

Trong đó : P,Q : Là dòng công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đoạn đờng

dây đó

R,X : Là điện trở và điện kháng của đoạn đờng dây đó.

Trờng hợp sự cố nguy hiểm nhất là khi lộ kép (hoặc mạch vòng kín )

bị đứt một lộ đờng dây ( một đoạn đờng dây)

• Kiểm tra phát nóng của dây dẫn lúc sự cố

Ta phải tính đợc dòng điện chạy trong dây dẫn của đoạn đờng dây đó lúc sự cố nặng nề nhất ( Isc ) Sau đó so sánh trị số tính đợc với dòng

điện cho phép chạy trong dây dẫn đó ( Icp )

Nếu là đoạn đờng dây có lộ kép thì dòng điện khi sự cố bằng 2 lần dòng điện khi ở chế độ phụ tải max

I sc = 2 I maxbt

Các phơng án đảm bảo đợc các yêu cầu về kỹ thuật là các phơng án phải thoả mãn đợc hai điều kiện sau :

thất điện áp từ nguồn tới phụ tải xa nhất lúc phụ tải cực đại ) và tổn thất điện áp lúc sự cố nặng nề nhất ∆Umaxsc% phải thoả mãn các điều kiện sau:

- Lúc bình thờng : ∆Umaxbt% ≤ 10%

- Lúc sự cố : ∆Umaxsc% ≤ 20%

+ Các dây dẫn lựa chọn cho các đoạn đờng dây của phơng án phải đảm

bảo đợc điều kiện phát nóng khi sự cố :

I sc ≤ K 1 K 2 I cp

Isc : Dòng điện lớn nhất lúc sự cố

Icp : Là dòng điện cho phép lâu dài chạy qua dây dẫn

K1,K2 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ làm việc khác nhiệt độ tiêu chuẩn ( lấy K1 = 0.88; K2=1)

Nếu nh tiết diện dây dẫn đã chọn mà không thoả mãn điều kiện trên thì ta phải tăng tiết diện dây dẫn lên cho đến khi thoả mãn

I.1, Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp.

I.1.1, Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Sơ đồ nối dây của phơng án 1: (hình vẽ ở trang bên)

Ta có bảng tổng hợp sau :

Phơng án 1 Công suất(MVA) Chiều dài(Km)

0-1 75 + j39,829 28,284 1-2 45 + j 21,238 41,231 0-3 64 + j39,661 36,056 3-4 36 + j22,309 44,721 0-5 65 + j34,28 51 5-6 40 + j18,788 41,231

I.1.2, Chọn cấp điện áp

áp dụng công thức kinh nghiệm để tính điện áp định mức của mạng điện ta tính đợc điện áp tải điện trên các đoạn đờng dây của phơng án 1 nh sau:

U5-6 = 4,34 41 231 + 16 40 = 113,275 (kV)

Kết luận: Qua tính toán ta thấy mạng điện thiết kế dùng cấp điện áp 110

Kv để truyền tải là hợp lý

I.2, Chọn tiết diện dây dẫn (theo từng lộ)

I.2.1, Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế, kiểm tra các điều kiện phát nóng.

0-1: Imax =

110 3 2

10 829 , 39

10 238 , 21

10 661 , 39

64 2 + 2 3 = 197,592 A

⇒ Ftt =1971,,1592 = 179,629 (mm2)

⇒ Chän d©y AC-185, cã Icp = 515 A

Isc= 2.Imax =2 197,592 = 395,184 A

+ KiÓm tra ®iÒu kiÖn ph¸t nãng khi t¶i cìng bøc :

Isc ≤ 0,88 Icp ↔ 395,184 ≤ 0,88.515 ↔ 395,184 ≤ 453,2 (tháa m·n)VËy ®o¹n 0-3 lµ d©y AC-185 : r0=0,16Ω ; x0=0,409Ω ; b0=2,78.10-6(1/Ω)

3-4 : Imax =

110 3

10 309 , 22

10 28 , 34

10 788 , 18

Isc ≤ 0,88 Icp ↔ 231,95 ≤ 0,88.610 ↔ 231,95 ≤ 536,8 (thỏa mãn)

Vậy đoạn 5-6 là dây AC-240 : r0=0,12Ω ; x0=0,401Ω ; b0=2,84.10-6(1/Ω)

Từ kết quả của việc lựa chọn tiết diện dây dẫn ta lập đợc bảng thông số ờng dây của phơng án 1 nh sau :

đ-Lộ ĐD

DDD

L(km) (km)

Ftt Fch ro x0 b0.10 -6 Công suất 0-1 28,284 202,596 185 0,16 0,409 2,78 75 + j39,829

P1−2 1−2 + 1−2 1−2

=

110 2

231 , 41 ).

423 , 0 238 , 21 25 , 0 45 ( 284 , 28 ).

409 , 0 829 , 39 16 , 0 75

=

110 2

056 , 36 ) 661 , 39 409 , 0 64 16 , 0

+

110

721 , 44 ).

309 , 22 409 , 0 36 16 , 0

51 ).

28 , 34 409 , 0 65 16 , 0

+

110

231 , 41 ).

788 , 18 401 , 0 40 12 , 0

- Khi sự cố thì trờng hợp sự cố nặng nề nhất là đứt một dây lộ 0-5 Khi đó

II.1, Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp.

II.1.1, Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Sơ đồ nối dây của phơng án 5 (hình vẽ ở trang bên)

Sù ph©n bè c«ng suÊt trong m¹ng:

S0-1 = S1.(l l1212++l l2020)++l S012.l20 = (30+ j18,591).(4141,,231231++6060,,827287)++28(45,284+ j21,238).60,827 =44,49 + j24,468 (MVA)

0-5 25+j15,492 51 0-6 40 + j18,788 41,231

II.1.2, Tính điện áp định mức của mạng điện

Ta tính đợc điện áp tải điện trên các đoạn đờng dây của phơng án 5 nh sau:

II.2, Chọn tiết diện dây dẫn (theo từng lộ)

II.2.1, Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế, kiểm tra các điều kiện phát nóng

10 468 , 24 49 ,

10 829 , 39

75 2 + 2 3 = 445,713 (A)

+ KiÓm tra ®iÒu kiÖn ph¸t nãng khi t¶i cìng bøc :

Isc ≤ 0,88 Icp ↔ 445,713 ≤ 0,88 610 ↔ 445,713 ≤ 536,8 (tháa m·n)VËy ®o¹n 0-1 lµ d©y AC-240 : r0=0,12Ω ; x0=0,401Ω ; b0=2,84.10-6(1/Ω)

1-2 : Imax =

110 3

10 877 , 5 49 ,

10 238 , 21

45 2 + 2 3 = 261,172 (A)

+ KiÓm tra ®iÒu kiÖn ph¸t nãng khi t¶i cìng bøc :

Isc ≤ 0,88 Icp ↔ 261,172 ≤ 0,88.275 ↔ 261,172 ≥ 242 (kh«ng tháa m·n)Chän l¹i ®o¹n 1-2 lµ d©y AC-120,cã Icp = 380A

0,88Icp = 0,88.380 =334,4 > 261,172 (tháa m·n)

VËy ®o¹n1-2 lµ d©y AC-120 cã: r0=0,25Ω ; x0=0,423Ω ; b0=2,69.10-6(1/Ω)

0-2 : Imax =

110 3

10 361 , 15 51 ,

10 829 , 39

10 661 , 39

Isc ≤ 0.88 Icp ↔ 395,184 ≤ 0,88.515 ↔ 395,184 ≤ 453,2 (tháa m·n)VËy ®o¹n 0-3 lµ d©y AC-185 : r0=0,16Ω ; x0=0,409Ω ; b0=2,78.10-6(1/Ω)

3-4 : Imax =

110 3

10 309 , 22

10 492 , 15

10 788 , 18

Từ kết quả của việc lựa chọn tiết diện dây dẫn ta lập đợc bảng thông số ờng dây của phơng án 5 nh sau :

đ-Lộ ĐD

DDD

L(km) (km)

.100

nh sau :

0-1-2 : Theo tính toán phân bố công suất ta thấy điểm phân công suất là

nút 2 Tổn thất điện áp lúc bình thờng là:

∆U0-1-2bt =∆U0-2=

dm

U

X Q R

409 , 0 365 , 15 16 , 0 51 , 30

+

110

231 , 41 ).

423 , 0 591 , 18 30 25 , 0

=15,644 + 5,759 = 21,403 (kV)

Xét sự cố đứt 0-2: ∆Usc= ∆Uo-1sc + ∆U2-1sc =

110

284 28 ) 829 , 39 401 , 0 75 12 , 0

+

110

231 , 41 ).

423 , 0 238 , 21 45 25 , 0

056 , 36 ) 661 , 39 409 , 0 64 16 , 0

+

110

721 , 44 ).

309 , 22 409 , 0 36 16 , 0

51 ).

492 , 15 441 , 0 25 42 , 0

= 4,018(kV) ∆Usc = 2 4,018 = 8,036 (kV)

0-6: ∆U0-6 =

110

102 , 78 ).

788 , 18 401 , 0 40 12 , 0

= 8,757 (kV) ∆U0-6sc = 8,757 (kV)

Từ kết quả tính toán ta có :

∆U maxbt = ∆U 0-3-4bt = 10,388 (kV) ∆U maxbt %< (10,388/110).100 = 9,44% < 10%

- Khi sự cố thì trờng hợp sự cố nặng nề nhất là đứt một dây lộ 0-1 ở mạch vòng 0-1-2 Khi đó ta có :

∆U scmax = ∆U 0-1-2sc =21,403 (kV)

III, Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và hàm chi phí

Về chỉ tiêu kinh tế thì phơng án nào có số vốn đầu t và phí tổn vận hành hàng năm nhỏ nhất thì đó là phơng án có tính kinh tế nhất

Tiêu chuẩn để so sánh các phơng án về mặt kinh tế là phí tổn tính toán hàng năm bé nhất

Phí tổn tính toán hàng năm của mỗi phơng án đợc tính theo biểu thức sau:

Voij : Là số vốn đầu t để xây dựng 1km chiều dài đờng dây

Lij : Là chiều dài của đoạn đờng dây ijNếu là đờng dây kép thì cần phải nhân thêm hệ số 1,6

∆A : Tổng tổn thất điện năng của phơng án ở chế độ phụ tải max

Q P

co = 700 (®)Sau ®©y ta sÏ tÝnh phÝ tæn tÝnh to¸n hµng n¨m cña tõng ph¬ng ¸n

1, Ph¬ng ¸n 1

TÝnh tæn thÊt c«ng suÊt cña m¹ng ®iÖn:

2 01

2

01 R

U

Q P

dm

+

= 0 , 16 110

829 , 39 75

= 1,349 (MW)

2 12

2

12 R

U

Q P

dm

+

= 0 , 25 110

238 , 21 45

=

= 1,055 (MW)

2 03

2

03 R

U

Q P

dm

+

= 0 , 16 110

661 , 39 64

=

= 1,351 (MW)

2 34

2

U

Q P

dm

+

= 0 , 16 110

309 , 22 36

2

U

Q P

dm

+

= 0 , 16 110

28 , 34 65

2

U

Q P

dm

+

= 0 , 12 110

788 , 18 40

Fch (mm 2 )

ro Ω/km

Voij.10 6 (®/km)

∆ Pnh (MW)

Voij.Lij (®)

VËy tæng chi phÝ cña ph¬ng ¸n 1 lµ:

2

12 R

U

Q P

2

U

Q P

2

03 R

U

Q P

dm

+

= 0 , 16 110

661 , 39 64

= 1,351 (MW)

2 34

2

U

Q P

dm

+

= 0 , 16 110

309 , 22 36

2

U

Q P

dm

+

= 0 , 42 110

492 , 15 25

2

U

Q P

dm

+

= 0 , 12 110

788 , 18 40

Fch (mm 2 )

ro Ω/km

Voij.10 6 (®/km)

∆ Pnh (MW)

Voij.Lij (10 6 ®)

Ta có bảng tổng hợp so sánh các phơng án về chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật :

8212 , 35132 736

I, Chọn máy biến áp

Nếu nh khi tính toán điều chỉnh điện áp mà không đảm bảo đợc thì ta sử dụng máy biến áp điều áp dới tải

Công suất của máy biến áp đợc chọn theo công thức sau:

- Hộ loại II có một máy biến áp, sử dụng cho phụ tải 4, 6:

SđmB≥ Sptmax

- Hé lo¹i I cã hai m¸y biÕn ¸p, sö dông cho phô t¶i 1, 2, 3, 5:

4 , 1

max

pt dmB

S

S ≥+ Hé phô t¶i sè 1:

4 , 1

591 , 18 30 4

, 1

2 2

max

≥ pt dmB

238 , 21 45 4

, 1

2 2

max

≥ pt dmB

352 , 17 28 4

, 1

2 2

max

≥ pt dmB

492 , 15 25 4

, 1

2 2

max

≥ pt dmB

SđmB≥ Spt6max= 40 2 + 18 , 788 2 = 44,2 (MVA)

 Vậy ta chọn máy biến áp cho hộ phụ tải số 6 loại TPD – 63000/110 có công suất định mức là SđmB6 = 63 (MVA)

Cuối cùng ta có bảng tổng hợp kết quả lựa chọn máy biến áp nh sau :

Bảng tổng hợp kết quả chọn máy biến áp: