đồ án môn học lưới điện

Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Hoài Thu CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện cũng như là phương thức vận hành của nhà

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HÒA XÃ HỘ CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LƯỚI ĐIỆN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Hoài Thu

3 Phụ tải:

Giá 1kWh tổn thất điện năng: 700 đ/kWh

Giá 1kVAR thiết bị bù: 150.000 đ/ kVARHệ số đồng thời m = 1; Thời gian sử dụng công suất cực đại Tm a x = 5000 giờ, JK T =1,1A/Điện áp trên thanh cái nguồn khi phụ tải cực tiểu UA = 1,05Uđ m, khi phụ tải cực đại UA

= 1,1Uđ m, khi sự cố nặng nề UA = 1,1Uđ m

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ,đời sống nhân dân được nâng cao nhanh chóng Nhu cầu về điện trong tất cả các lĩnh vực tăng cường không ngừng Một lực lượng đông đảo cán bộ kĩ thuật trong và ngoài nghành điện đang tham gia thiết kế, lắp đặt các công trình điện Sự phát triển của nghành điện sẽ thúc đẩy nền kinh tế nước ta phát triển

Bên cạnh việc xây dựng các nhà máy điện thì việc truyền tải và sử dụng tiết kiệm, hợp lí, đạt hiệu quả cao cũng hết sức quan trọng Nó góp phần vào sự phát triển của nghành điện và làm cho kinh tế nước ta phát triển Trong phạm vi của đồ án này trình bày về thiết kế môn học lưới điện

Chương 4 : Tính toán chế độ xác định của lưới điện

Chương 5 : Tính toán lựa chọn đầu phân áp

Chương 6 : Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Để thực hiện các nội dung nói trên đồ án cần sử lí các số liệu tính toán thiết kế và lựa chọn các chỉ tiêu, đặc tính kỹ thuật, vạch các phương án và lựa chọn phương án tôi ưu nhất

Đồ án được hoàn thành với sự hướng dẫn của thầy Phạm Văn Hòa và các bài giảng của thầy trong trong chương trình học

Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Văn Hòa đã giúp đỡ em hoàn

thành đồ án

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Hoài Thu

CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, XÂY DỰNG

PHƯƠNG ÁN

Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện cũng như là phương thức vận hành của nhà máy điện hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí và tính chất của 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 170

MW Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại

Trong 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 được phép mất điện

trong bất cứ trường hợp nào, vì nếu mất điện thì sẽ gây hậu quả nghiêm

trọng Hai hộ phụ tải còn lại có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện

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

Pmin ( MW)

cosφ tgφ

Qmax ( MVAR)

Qmin ( MVAR)

II Tính toán cân bằng công suất

Khi thiết kế mạng điện thì một trong các vấn đề cần phải quan tâm tớiđầu tiên là điều kiện cân bằng giữa công suất tiêu thụ và công suất phát

ra bởi nguồn

Trong đồ án thiết kế môn học lưới điện việc cân bằng công suất ở đây được 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 giữ ổn định tần số, còn để giữ được điện áp ổn định phải cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện nói chung và từng khu vực nói riêng

1.Cân bằng công suất tác dụng

P = m.∑

=

6 1

i ppti (2)

Mà

Pt r ạ m : Tổng công suất phát của trạm điện

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

ΣPp t i : Tổng phụ tải cưc đại của các hộ tiêu thụ

i pti

p + 0,05m ∑

=

6 1

i pti

p = 1,05.203 = 213,15 MW

i pti

p tgϕ - P tgϕ

Q = 1,15.1.203.0,62 - 213,15.0,62 = 12,59 MVAr

Ta dự kiến bù sơ bộ trên nguyên tắc là bù ưu tiên cho các hộ ở xa, có Cosφthấp trước và chỉ bù đến Cosφ = 0,90 – 0,95 ( không bù cao hơn nữa vì sẽ không kinh tế và ảnh hưởng tới tính ổn định của hệ thống điện ) Còn thừa thì ta bù các hộ ở gần có Cosφ cao hơn và bù cho đến khi có Cosφ = 0,85 –0,90 Công suất bù cho hộ tiêu thụ thứ i nào đó được tính như sau :

Qb ù = Qi – Pi.tgφ m ớ i

Trong đó : Pi, Qi : Là công suất của hộ tiêu thụ trước khi bù

tgφ m ớ i : Được tính theo Cosφ m ớ i - hệ số công suất của hộ thứ isau khi bù

Kết quả bù sơ bộ như sau :

III Xây dựng các phương án nối dây.

1 Dự kiến các phương án nối dây

Thực tế thì không có một phương án nhất định nào để lựa chon sơ đồ nối dây cho mạnh điện Một sơ đồ nối dây của mạng điện có thích hợp hay không là do nhiều yếu tố quyết định như : Phụ tải lớn hay nhỏ, số lượng phụ tải nhiều hay ít, vị trí phân bố của phụ tải, mức độ yêu cầu vềđảm 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 được cung cấp điện bằng đường 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 chon ra 2 phương án để tiến hành tính toán

cụ thể so sánh về mặt kĩ thuật

Ta đưa ra 5 phương án nôi dây để phân tích sơ bộ

Các phương án nối dây như các hình vẽ dưới đây:

* Phương án 1 :

* Phương án 2 :

* Phương án 3

* Phương án 4 :

* Phương án 5 :

2 Phân tích và giữ lại một số phương án để tính tiếp.

Ta có :

+ Sơ đồ hình tia có ưu 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 một đường dây không ảnh hưởng đến đường dây khác; Tổn thất nhỏ hơn sơ

đồ liên thông

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

+ Sơ đồ liên thông có ưu điểm là thiết kế, khỏa sát giảm nhiều so với

sơ đồ hình tia; Thiết bị, dây dẫn có giảm chi phí

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

+ Mạng kín có ưu điểm là độ tin cậy cung cấp điện cao, khả năng vận hành lưới linh hoạt, tổn thất ở chế độ bình thường thấp

Nhược điểm : Bố trí bảo vệ rơle và tự động hóa phức tạp, khi xảy ra

sự cố tổn thất lưới cao, nhất là ở nguồn có chiều dài dây cấp điện lớn Dựa vào các ưu nhược điểm của các phương án trên, kết hợp với 5 phương án được xây dựng ở trên ta chọn phương án 1 và phương án 5

CÁC ĐỊNH HƯỚNG KỸ THUẬT CƠ BẢN

Do khoảng cách giữa các nguồn cung cấp điện và các hộ phụ tải, hoặcgiữa các hộ phụ tải với nhau tương đối xa nên ta sẽ dùng đường dây trênkhông để cung cấp điện cho các phụ tải Và để đảm bảo về độ bền cơ cũng như 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 I có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện ở mứccao nhất phải được cung cấp điện từ một mạch vòng kín hoặc đường dây

có lộ kép song song Còn đối với các hộ phụ tải loại II thì chỉ cần sử dụng một dây đơn để cung cấp 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 I ta sẽ sử dụng hai máy biến áp vận hành song song, còn với hộ phụ tải loại II thì chỉ cần chọn một máy biến áp

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG

ÁN TỐI ƯU

SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT

Đối với mỗi phương án được giữ lại để so sánh về mặt kỹ thuật ta cần phải tính toán các nội dung như sau ;

 Lựa chon điện áp tải điện

Ta sử dụng công thức sau để xác định điện áp định mức của đường dây :

U = 4,34 kV

Trong đó :

U : Điện áp định mức của đoạn dây thứ i (kV)

P :Công suất truyền tải trên đoạn dây thứ i (MW)

L : Chiều dài đoạn dây thứ i (km)

 Tính toán lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện ( Jk t )

F = Trong đó :

Il v : Dòng điện làm việc chạy trên đường dây ( A )

I = 10 (A)

Pi j m a x, Qi j m a x : Dòng công suất tác dụng và phản kháng lớn nhấtchạy trên đường dây ij

n : số mạch đường dây.

Uđ m : điện áp định mức ( kV)

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

Đối với loại dây AC và T ≥ 3000h → J = 1,1 (A/mm )

Sau đó dựa vào tiết diện kinh tế đã được tính ở trên ta tiến hành chọn tiết diện theo tiêu chuẩn : Fc h ọ n ≥ Fk t

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

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

U% = 100

Trong đó :

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

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

Uđ m : Là điện áp định mức của mạng điện

Trường hợp sự cố nguy hiểm nhất là khi lộ kép ( hoặc mạch vòng kín ) bị đứt dây một lộ đường dây ( một đoạn dây )

 Kiểm tra phát nóng của dây dẫn lúc sự cố

Ta phải tính được dòng điện chạy trong dây dẫn của đoạn dây

đó lúc sự cố nặng nề nhất ( Isc ) Sau đó so sánh trị số tính được với dòng điện cho phép chạy trong dây dẫn đó ( Ic p )

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

I =2.I

Các phương án đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật là các phương án phải thỏa mãn được 2 điều kiện sau

 Tổn thất điện áp lúc vận hành bình thường ∆Um a x b t% ( nghĩa

là tính tổn 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 ∆Um a x s c% phải thỏa mãn các điều kiên sau :

- Lúc bình thường : ∆Um a x b t% ≤ 10%

- Lúc sự cố : ∆Um a x sc% ≤ 20%

 Các dây dẫn lựa chọn cho các đoạn đường dây của các phương

án phải đảm bảo được điều kiện phát nóng khi sự cố :

I s c ≤ K 1 K 2 I c p

độ tiêu chuẩn ( lấy K1 = 0,88; K2 = 1 )

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

Sự phân bố công suất trong mạng :

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 điều kiện phát nóng

I = (A) ⇒ F = (mm )

r = 0,31Ω/km; x = 0,43Ω/km;b = 2,64.10 S/km Đường dây 0 – 3 :

I = = 180,49 (A)

⇒ F = = 164,08 mm

⇒ Chọn dây AC – 185, có Ic p = 515 A

I = = 262,67 (A)

* Tính tổn thất điện áp trong chế độ bình thường

+ Tính tổn thất điện áp Max cho lưới điện hình tia;tính ∆U từ nguồn đếntất cả các nút phụ tải :

∆U% = 100%

Tong đó :

- ∆U % : Tổn thất điện áp từ nguồn đến nút i

- P : công suất tác dụng chạy trên đường dây thứ i

- Q : công suất phản kháng chạy trên đường dây thư i

- R : điện trơ của đường dây thứ i

- X : điện kháng của đường dây thứ i

- U : điện áp định mức của mạng điện Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn,ta xác định các thông số đơn vị của đường dây là r , x , b và tiến hành tính các thông số tập trung

R, X, B theo công thức sau :

II.Phương án 2.

II.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ, chọn cấp điện áp.II.1.1 Tính toán công suất sơ bộ

Sơ đồ nối dây của phương án 2 :

Sự phân bố công suất trong mạng

S = =

= 32,2 + j 17,23 MVA

S = =

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

Ta tính được điện áp tải điện trên các đoạn đường dây của phương án 5 như sau :

Kết luận : Qua tính toán ta thấy dùng điện áp 110kV để truyền tải là hợp lí.

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

Vậy đoạn 0 –5 là dây AC –120 : ro = 0,25Ω/km; xo = 0,423Ω/km;

Vậy đoạn 0 – 6 là dây AC – 240 : ro = 0,12Ω/km, xo = 0,401Ω/km, bo = 2,84 10−6S/km

Từ kết quả của việc lựa chọn tiết diện dây dẫn ta lập được bảng thông số đường dây củaphương án 2 như sau :

II.2.2, Kiểm tra tổn thất điện áp lúc vận hành bình thường và khi sự cố nguy hiểm nhất

Ta có công thức tính tổn thất điện áp ΔU% :

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

III.1.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Sự phân bố công suất trong mạng :

Sơ đồ nối dây phương án 4:

III 1.2 Chọn cấp điện áp

Áp dụng công thức kinh nghiệm để tính điện áp định mức của mạng điện ta tính được điện áp tải trên các đoạn đường dây của phương án 1 như sau:

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

III.2.1 Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế, kiểm tra điều

kiện phát nóng

I = (A) ⇒ F = (mm )

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức :

Từ kết quả của việc lựa chọn tiết diện dây dẫn ta lập được bảng thông số đường dây của phương án 1 như sau :

* Tính tổn thất điện áp trong chế độ bình thường

+ Tính tổn thất điện áp Max cho lưới điện hình tia;tính ∆U từ nguồn đếntất cả các nút phụ tải :

∆U% = 100%

Tong đó :

- ∆U % : Tổn thất điện áp từ nguồn đến nút i

- P : công suất tác dụng chạy trên đường dây thứ i

- Q : công suất phản kháng chạy trên đường dây thư i

- R : điện trơ của đường dây thứ i

- X : điện kháng của đường dây thứ i

- U : điện áp định mức của mạng điện

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn,ta xác định các thông số đơn vị của đường dây là r , x , b và tiến hành tính các thông số tập trung

R, X, B theo công thức sau :

⇒ Kết luận : Phương án 4 thỏa mãn các tiêu chuẩn kĩ thuật.

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

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

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

Phí tổn tính toán hàng năm của mỗi phương án được tính toán theo biểu thức :

Z = atc.V +∆A.co

Trong đó : atc : Là hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn

a = Với Ttc = 8 năm a = 0,125

Ttc : Là số năm thu hồi vốn tiêu chuẩn

V : Là số vốn đầu tư cơ bản

V = ΣVoij Lij

Voij : Là số vốn đầu tư để xây dựng 1km chiều dài đường dây

Lịj : Là chiều dài của đoạn đường dây ij

Nếu là đường dây kép thì cần phải thêm hệ số 1,6

ΔA : Tổng tổn thất điện năng của phương án ở chế độ phụ tải max

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

Độ lệch giữa phương án 2 và phương án 4 là :

⇒ Chọn phương án 4 là phương án tối ưu.

CHƯƠNG III : CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NÔI ĐIỆN CHÍNH

Nếu như khi tính toán điều chỉnh điện áp không đảm bảo được thì ta sử dụng máybiến áp điều áp dưới tải

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

– Với 1 máy biến áp ta sử dụng công thức :

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

BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ CHỌN MÁY BIẾN ÁP

I.1, Tính toán chế độ phụ tải max

Ta có thông số đường dây như sau

R1B = = = 0,94 (Ω)

X1B = = = 21,7 (Ω)

Z1B = R1B +jX1B = 0,94 + j21,7 (Ω) ∆P0 = 35 kW