đồ án môn học lưới điện

Lời nói đầu Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước chúng ta hiện nay ,đòi hỏi tất cả các nghành nghề phải có trình độ kỹ thuật cao.Trong tất cả các nghành nghề đang góp

Lời nói đầu

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước chúng ta hiện nay ,đòi hỏi tất

cả các nghành nghề phải có trình độ kỹ thuật cao.Trong tất cả các nghành nghề đang góp phần cho sự phát triển của đất nước chúng ta không thể không nhắc đến nghành điện Nghành điện là nghành hạ tầng cơ sở được sự ưu tiên ,quan tâm của Đảng và chính phủ.Tuy nhiên trong giai đoạn hiện nay với sự phát triển như vũ bão của tất cả các nghành khoa học nên nghành điện của chúng ta phải luôn luôn đổi mới và phát triển về trình độ khoa học kỹ thuật để có thể theo kịp và đáp ứng được nhu cầu trong tình hình hiện nay

Ngày nay trên thế giới,hệ thống điện đã phát triển theo con đường tập trung hóa sản xuất điện năng trên cơ sở những nhà máy lớn hợp nhất các hệ thống năng lượng vì vậy mỗi chúng

ta phải học hỏi,trau dồi kiến thức khoa học kỹ thuật góp phần đưa nghành hệ thống điện ta

có thể theo kịp tốc độ phát triển trên toàn thế giới

Trong hệ thống điện của nước ta hiện nay,quá trình phát triển phụ tạo,gia tăng rất

nhanh.Do vậy việc qui hoạch thiết kế mới và phát triển mạng điện đây là vấn đề cần được quan tâm của nghành điện nói riêng và của cả nước nói chung

Đồ án môn học “Lưới điện”là một sự tập dượt lớn cho các sinh viên nghành hệ thống điện làm quen với các hệ thống cung cấp điện.Công việc làm đồ án giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thực hiện một nhiệm vụ tương đối toàn diện về lĩnh vực sản xuất,truyền tải và phân phối điện năng

Sau hơn 2 năm học tập tại trường đại học điện lực được các thầy cô giáo tạo điều kiện

thuận lợi trong việc làm đồ án môn học.Đặc biệt là sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Phạm

Văn Hòa, đến nay bản đồ án môn học của em đã hoàn thành.Vì đây là lần đầu tiên em làm

quen với đồ án ,kinh nghiệm năng lực còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô trong khoa ,nhà trường đểbản đồ án của em hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Tuấn Nghĩa Lớp : Đ1H2

Phần I –Thiết kế lưới điện khu vực

Chương 1 : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT , XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN:

1.1.Phân tích nguồn và phụ tải:

1 Các số liệu nguồn cung cấp và phụ tải:

a Những số liệu về nguồn cung cấp:

Nguồn A là thanh cái cao áp trạm tăng áp của nhà máy điện.Điện áp duy trì trênthanh cái cao áp:Khi phụ tải cực tiểu UA=1,05Uđm ,khi phụ tải cực đại UA=1,1Uđm ,khi sự cốnặng nề UA=1,1Uđm

Nguồn A luôn đáp ứng công suất vô cùng lớn

(4)

(6) (3)

TT Max Min Loại

Bảng 1.1-Số liệu các phụ tải của lưới điện thiết kế

2.Phân tích nguồn và phụ tải

Nhiệm vụ của thiết kế mạng lưới điện và hệ thống điện là nghiên cứu và phân tích

các giải pháp ,phương án để đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải với chi phí nhỏ nhấtnhưng không hạn chế độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng

Để chọn phương án tối ưu cần tiến hành phân tích những đặc điểm của các nguồncung cấp điện và dự kiến sơ đồ nối điện sao cho đạt hiệu quả kinh tế cao – Kỹ thuật caonhất

nền kinh tế quốc dân gây ảnh hưởng không tốt về chính trị ngoại giao.Theo yêu cầu và

độ tin cậy cung cấp điện nên các phụ tải loại I phải được cung cấp điện từ 2 nguồn độclập ,thời gian ngừng cung cấp điện cho các phụ tải loại I chỉ được phép trong khoảng thờigian đóng tự động nguồn dự trữ.Đường dây cung cấp điện cho phụ tải loại I phải là dâykép hoặc mạch vòng

Hộ loại II: Bao gồm những phụ tải quan trọng nhưng đối với các phụ tải này việcmất điện chỉ gây thiêt hại lớn về kinh tế do đình trệ sản xuất giảm sút về số lượng sảnphẩm máy móc và công nhân phải ngừng làm việc,phá vỡ các hoạt động bình thường củađại đa số người dân.Do vậy mức đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục cho các phụtải này phải dựa trên yêu cầu củ kinh tế song đa số các trường hợp người ta thường cungcấp bằng đường dây đơn

Hộ loại III:Bao gồm các phụ tải không mấy quan trọng nghĩa là các phụ tải mà việcmất điện không gây ra những hậu quả quá nghiêm trọng.Do vậy hộ phụ tải loại này đượccung cấp điện bằng dây đơn và cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian cần thiết

để sữa chữa sự cố hay thay thế phần hư hỏng của mạng điện nhưng không quá 1 ngày

1.2 Tính toán cân bằng công suất

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng:

Phương trình cân bằng:

Ptrạm = m∑Pptj +∑∆Pmạng (1)

Trong đó:

+ Ptrạm : công suất tác dụng của trạm

+ m∑Pptj: tổng công suất tác dụng của các phụ tải

+ ∑∆Pmạng: tổn hao trên đường dây và máy biến áp bằng khoảng 5%m∑ Pptj

+ m=1:là hệ số đồng thời

Thay số liệu từ bảng (1.1) vào biểu thức (1) ta được:

Khi phụ tải max:

Ptrạm=(1+0,05)* m∑Pptj=1,05* m∑Pptj=1,05*213=223,65(MW) (*)

1.2.2.Cân bằng công suất phản kháng và bù công suất cưỡng bức:

Như ta đã biết, chế độ vận hành ổn định chỉ có thể tồn tại khi có sự cân bằng côngsuất tác dụng và công suất phản kháng

Cân bằng công suất tác dụng để giữ cho tần số bình thường trong hệ thống điện,nhưng muốn giữ cho điện áp bình thường cần phải có sự cân bằng công suất phản kháng.Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trongmạng sẽ tăng, và ngược lại nếu thiếu cống suất phản kháng, điện áp trong mạng sẽ giảm Vìvậy, để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp phải tiến hành cân bằng công suất phảnkháng

Phương trình cân bằng :QTrạm + Q∑

bù =m∑QPt + ∑QMBA

 Ptrạmtgφht+Q∑

bù=m ∑Pptj*tgφj+ ∑QMBA (2)Trong đó:

+ QTrạm : là công suất phản kháng do hệ thống cung cấp:

Bảng bù công suất cưỡng bức:

Nguyễn Tiến Hùng –Lớp Đ1-H2Phụ tải Qbù 5 Khoa :Hệ Thống ĐiệnP Qmới cosφmới

Bảng công suất các phụ tải sau khi bù cưỡng bức là:

1.3 Xây dựng các phương án nối dây

1.3.1Xây dựng các phương án nối dây

a.Dự kiến các phương án nối dây của mạng điện

Các chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nối điện vìvậy các sơ đồ mạng điện cần phải có chi phí nhỏ nhất,đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cầnthiết và chất lượng điện năng yêu cầucủa các hộ tiêu thụ,thuận tiện và an toàn trong vậnhành,khả năng phát triển trong tương laivà tiếp nhận các phụ tải mới.Các hộ phụ tải loại (I)được cấp điện bằng đường dây hai mạch hoặc mạch vòng,các hộ phụ tải loại (II) được cấpđiện bằng đường dây một mạch

Các yêu cầu chính đối với mạng điện:

- Cung cấp điện liên tục

- Đảm bảo chất lượng điện năng

- Đảm bảo thuận lợi cho thi công ,vận hành và tính linh hoạt cao

-Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

-Đảm bảo kinh tế

Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của nguồn điện A và các hộ phụ tải cũng như vị trí địa lý của chúng ta có thể đưa ra các phương án nối dây như sau:

(1) (5)

(4)

(6)(3)

(2)

(4)

(6)(3)

45 Km

(4)

(6)(3)

(2)

(A)

45 Km

41 Km

41 Km

51 Km

(2)

(4)

(6) (3)

(2)

(A)

45 Km

41 Km

41 Km

42,5 Km

45 Km

(2)

(4)

(6) (3)

(2)

(A)

45 Km

41 Km

41 Km

41 K

m

42,5 Km

45 Km

Phương án 3 Phương án 4

(4)

(6) (3)

(2)

(4)

(6) (3)

(2)

(A)

45 Km

41 K m

41 Km

51 K m

30 Km

42,5 Km

Ưu điểm:- Khả năng xảy ra sự cố mất điện là tương đối ít

-Có khả năng sử dụng thiết bị đơn giản rẻ tiền,thiết bị bảo vệ rơle đơn giản Nhược điểm:-Công tác thăm dò khảo sát phức tạp hơn vì diện tích trải rộng

-Để đảm bảo điều kiện vầng quang nhiều truờng hợp phải tăng tiết diện

Phương án 4:

Ưu điểm: - Vốn đầu tư ít ,đảm bảo mức độ an toàn ,liên tục cung cấp điện

-Ít khả năng phải tăng tiết diện để chống tổn thất vầng quang ,đảm bảosức bền cơ giới

Nhược điểm :- Số lượng máy cắt cao áp nhiều hơn,bảo vệ rơle phức tạp hơn

-Tổn thất điện áp lúc sự cố tương đối ca

-Khả năng phát sinh sự cố mất điện là tương đối lớn vì sự cố ởđoạn đường này có thể ảnh hưởng trực tiếp đến đoạn đường kia

-Mô hình xây dựng trạm phức tạp tốn nhiều thiết bị

- Khả năng phát sinih sự cố mất điện tương đối lớn

Chương 2:TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT ,CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

2.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp

2.1.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Phân bố lại công suất cho từng đoạn đường dây không xét đến tổn thất

b.Chọn điện áp vận hành

Áp dụng công thức Still :

n

P L

U nhj = 4 , 34 i +16* nhj

Trong đó:

Li: khoảng cách truyền tải của đoạn đường dây thứ i ;(Km)

Pnhj :Công suất truyền tải đoạn đường dây thứ j ;(MW)

Unhj :Điện áp vận hành trên đoạn đường dây thứ j ; (KV)

Nếu dây đơn : n=1 ; dây kép: n=2 ;

2.2 Chọn tiết diện dây dẫn

2.2.1 Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế

Dây dẫn lựa chọn là dây nhôm lõi thép(AC) ,loại dây này dẫn điện tốt lại đảm bảo được độbền cơ ,do đó được sử dụng rộng rải trong thực tế.Vì mạng điện thiết kế là mạng 110 (KV)

có chiều dài lớn nên tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ dòng kinh tế

Tiết diện kinh tế được tính theo công thức :

kt

i lvA i

I F

max

−

− ≥Trong đó :

+ F i : Là tiết diện dây dẫn của đoạn đường dây thứ i ; (mm2)

+ max

lv

I :Là dòng điện chạy trên đoạn đường dây thứ i khi phụ tải cực đại (A)

J kt :Là mật độ dòng điện kinh tế ,nó phụ thuộc vào thời gian công suất lớn nhất(Tmax) và loại dây dẫn (A/mm2).Theo đầu bài cho: Jkt =1,1(A/mm2)

Dòng điện chạy trên đường dây trong các chế độ phụ tải cực đại được xác định theo công thức:

Nếu dây đơn : n=1 ; dây kép : n=2 ;

Uđm :điện áp định mức của mạng điện ; KV

2.2.2 Kiểm tra điều kiện vầng quang và phát nóng

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức trên, ta tiến hành chọn tiết diên tiêuchuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang,độ bền cơ của đườngdây và điều kiện phát nóng trong các chế độ trước ,sau sự cố

-Đối với đường dây 110 KV để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép cần phải

I − ,

chế độ sự cố Icb = 2 max

i lvA

I − ,

I cp :dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

k 1 : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ ; k1= 70

k 2 :hiệu chỉnh theo hiệh ứng gần; cho bằng k2=1

2.2.3 Tính toán tổn thất điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năng

2.3 Tính toán kinh tế - kỹ thuật chọn phương án tối ưu

Hàm chi phí tính toán: Z = atc* Vd + ΔA * c

Trong đó:

+ atc là hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn, lấy atc= 0,125

+ Vd vốn đầu tư xây dựng trạm điện, chỉ tính đến vốn xây dựng đường dây

Vd = ∑Vi = Ci * li

Ci vốn đầu tư xây dựng 1Km dây đơn thứ i (đ/Km) Nếu là dây kép thì chi phí xâydựng 1km đường dây bằng 1,6 lần chi phí xây dựng 1 Km đường dây đơn cùng loại ( đ/Km)

- li chiều dài đoạn đường dây thứ i (Km)

+ ΔA tổn thất điện năng hàng năm của mạng điện (KWh)

∆ = ∆ × AΣ PΣ τ

Với τ = (0,124 + 10-4 * Tmax)2 * 8760 _được gọi là thời gian tổn thất côngsuất lớn nhất Thay Tmax = 5000h, ta tính được τ có giá trị như sau:

τ = ( 0,124 + 10-4 * 5000)2 * 8760 = 3410,934 (h) + c: giá thành 1 kw điện năng bị tổn thất, c = 700 đ/KWh

TÍNH TOÁN CỤ THỂ CHO TỪNG PHƯƠNG ÁN

(2)

(A)

45 K m 41

K m

s

A

=4 2,6 48 +j2 1,7 78

+ + + +

=

41 36 45

41

* ) 9 , 22 45 ( ) 36 45 (

* ) 56 , 19 38

(

4

j j

Tính toán tương tự với các đoạn dây còn lại ta có kết quả trong bảng sau:

Chiều dài (Km) 41 41 45 45 41 42,5 36Công suất (MW) 53 25 35 40,352 42,648 42 2,352

Chọn tiết diện dây dẫn cho đoạn đường dây A-4

Dòng công suất cực đại chạy đoạn đường dây là:

SA-4 = ( 40,352 + j20,682 ) (MVA)

Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại:

) ( 991 , 237 10

* 110

* 3

682 , 20 352 , 40 10

*

* 3

3 2 2

3 4

max

U

S I

991 ,

max 4

J

I F

Kiểm tra điều kiện phát nóng

Lúc bình thường với phụ tải max

* 3

) (

)

3

2 6 4 2 6 4

U

Q Q P

P I

đm

Ta thấy : =489,331 ( A) k1*k2*Icp = 532,4 ( A ) => Đạt yêu cầu

Vậy ta chọn dây AC- 240

Chọn tiết diện dây dẫn cho đoạn đường dây A-6

Dòng công suất cực đại chạy đoạn đường dây là:

339 ,

max 6

J

I F

kt

lvA

−

Tra bảng chọn tiết diện gần nhất AC -240 (TK2) =>Thỏa mãn điều kiện vầng quang

Kiểm tra điều kiện phát nóng

Lúc bình thường với phụ tải max

Khi đó := 251,339 (A).Dây AC-240 đặt ngoài trời có Icp =605(A)

Ta thấy :

= 251,339 (A) k1*k2*Icp=1*0,88*605=532,4(A) =>Đạt yêu cầu

Lúc sự cố:sự cố nặng nề nhất là khi đứt 1 đường dây

Khi đó

) 56 , 19 9 , 22 ( ) 38 45 ( 10

* 3

) (

)

3

2 6 4 2 6 4

U

Q Q P

P I

đm

Ta thấy : =489,331 ( A) k1*k2*Icp = 532,4 A => đạt yêu cầu

Vậy ta chọn dây AC- 240

Chọn tiết diện dây cho đoạn đường dây 4-6

Dòng công suất cực chạy trên đường dây:

S 4-6 = 2,352+ j 1,122 (MVA)

*10 13,677( )

110

* 3

122 , 1 352 , 2 10

*

* 3

3 2 2

3 6

4 max

6

U

S I

677 ,

max 6 4 6

J

I F

Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Lúc bình thường với phụ tải max: Khi đó max

=>Đảm bảo yêu cầu

Lúc sự cố:sự cố nặng nề nhất là khi đứt đường dây 4-6

Khi đó

3*110 *10 265,012( )

9,224510

*

*3

3 2 2

3

2 6

2 6

U

Q P I

đm

Ta thấy : =265,012 k1*k2*Icp = 290,4 (A) => đảm bảo yêu cầu

Vậy ta chọn dây AC- 95 cho các đoạn đường dây 4-6.

Tổn thất điện áp không xét đến tổn thất công suất :

Dây AC -240 có : r0A-4 = r0A-6 = 0,131( ) ; x0A-4 = x0A-6 = 0,401 ( ) ; Dây AC -95 có :r04-6=0,33 ( ) ; x04-6 = 0,429 ( )

Ta có RA-4 = r0A-4*lA-4 = 0,131*45 = 5,895 ( )

XA-4 = x0A-4*lA-4 = 0,401*45 = 18,045 ( )

RA-6 = r0A-6*lA-6 = 0,131*41 = 5,371 ( )

XA-6 = x0A-6*lA-6 = 0,401*41 = 16,441 ( )

110 *100 15,681%

444 , 15

* 56 , 19 88 , 11

* 38 441 , 16

* 46 , 42 371 , 5

* 83

* 110

444 , 15

* 9 , 22 88 , 11

* 45 045 , 18

* 46 , 42 895 , 5

* 83

* 9 , 22 371 , 5

* 45

2 6

2 4

) ( 002 , 1 895 , 5

* 110

682 , 20 352 , 40

2

2 2

MW

= +

A-6 : ∆PA-6= − + − − =

6 2

2 6

) ( 018 , 1 371 , 5

* 110

778 , 21 648 , 42

2

2 2

MW

= +

4-6 : ∆P4-6= − + − − =

6 4 2

2 6 4

2 6

U

Q P

dm

) ( 007 , 0 88 , 11

* 110

122 , 1 352 , 2

2

2 2

MW

=

+

Chọn dây dẫn cho đoạn đường dây A-2-1

Chọn dây dẫn cho đoạn đường dây A-2 :

Dòng công suất cực đại chạy trên đường dây A- là :

3 2

max

110

* 3 2

86 , 32 53 10

*

* 3 2

652 ,

max 2

J

I F

kt

lvA

Tra bảng chọn tiết diện gần nhất : AC -150 ( TK2) =>đảm bảo điều kiện vầng quang

Kiểm ta điều kiện phát nóng :

Khi bình thường với phụ tải max khi đó =163,652 (A)

Dây AC-150 đặt ngoài trời có Icp = 445 A ( TK1)

Ta thấy : = 163,652 (A) < k1*k2*Icp = 0,88*1*510= 391,6 ( A )

Sự cố nặng nề nhất là đứt một mạch khi đó dòng điện lớn nhất chạy trên dây dẫn là : = = 2* = 2*163,652 = 327,304 ( A )

Ta thấy = 327,304 (A) < k1*k2*Icp = 391,6 ( A )

Vậy dây dẫn dảm bảo yêu cầu : Chọn dây AC -150

Chọn dây dẫn cho đường dây 2-1 :

Công suất cực đai chạy trên đoạn dây là :

S2-1= 25+ +j 15,5 ( MVA)

Dòng điện cực đại chạy trên đó là :

F2-1 ≥ =

Chọn dây dẫn có tiết diện gần nhất là : AC - 150 => Đảm bảo điều kiện vầng quang

Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Do là đường dây đơn nên dòng điện lớn nhất chạy trên đường dây dẫn khi phụ tải max

là : = 154,389 A

Dây AC-150 đặt ngoài trời có Icp = 445 (A )

Ta thấy = 154,389 A < k1*k2*Icp = 391,6 (A )

Vậy đảm bảo yêu cầu.Ta chọn dây AC- 150

Tổn thất điện áp không xét đến tổn thất công suất :

2 2

) ( 384 , 1 305 , 4

* 110

86 , 32 53

2

2 2

MW

= +

2-1: ∆P2-1= − + − − =

1 2 2

2 1 2

2 1

U

Q P

dm

) ( 615 , 0 61 , 8

* 110

5 , 15 25

2

2 2

MW

= +

Chọn tiết diện cho đoạn đường dây A-3 :

Dòng cộng suất cực đại trên đường dây là:

7 , 21 35 10

*

* 3

3 2 2

3 3

145 ,

max 3

J

I F

Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Do là đường dây đơn nên dòng điện lớn nhất chạy trên đường dây dẫn khi phụ tải max là:

= 216,145 (A ) Dây AC-185 đặt ngoài trời có Icp = 510 ( A ) (TK2)

Ta thấy : = 216,145 (A ) < k1*k2 *Icp = 448,8 (A )

Dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng cần thiết Vậy ta chọn dây AC-185.

Xét tổn thất điện áp trên đường dây :

Dây AC – 185 có : r0A3 = 0,17 ( ) và x0A3 = 0,409 ( )

RA-3 = r0A3 *lA-3 = 0,17* 45 = 7,65 ( )

XA-3 = x0A3 *lA-3 = 0,409 * 45 = 18,405 ( )

110

405,18

*7,2165,7

*35100

A btA

U

X Q R

2 3

) ( 072 , 1 65 , 7

* 110

7 , 21 35

2

2 2

MW

= +

Chọn tiết diện cho đoạn đường dây A-5:

Dòng cộng suất cực đại trên đường dây là:

451 ,

max 5

J

I F

kt

lvA

−

Vậy chọn dây dẫn có tiết diện gần nhất là dây AC- 240 (TK2) và thỏa mãn các điều kiện

vầng quang

Kiểm tra điều kiện phát nóng : Do dây đơn nên dòng điện lớn nhất khi phụ tải cực đại trên

đoạn đường dây là : Icb == 248,451 ( A )

Dây AC-240 đặt ngoài trời có : Icp = 605 A

*834,21568,5

*42100

A btA

U

X Q R

2 5

) ( 031 , 1 568 , 5

* 110

834 , 21 42

2

2 2

MW

= +

IV-A Tính toán kinh tế kỹ thuật chọn phương án tối ưu

Tính kinh tế:

2.1 Ta có hàm chi phí tính toán : Z = atc * Vd + ΔA* c

Với atc = 0,125

Vd= (1,6*41*403 + 41*403 + 45*411 + 45*500 + 42,5*500 + 41*500+ 36*283) *106 = 135892,8*106 đ

(1) (5)

(4)

(6) (3)

(2)

(4)

(6) (3)

(2)

,5 K m

45 K m

41 K m

45 K m

41 Km

42,5 Km

Tính toán tương tự như phương án A ta có kết quả trong bảng sau: