đồ án lưới điện trong hệ thống điện

Dựa vào bảng số liệu trên ta có bảng các thông số phụ tải ở chế độ cực đại vàcực tiểu như sau:Bảng 1.2 Phụ tải Pmax+ jQmaxMVA Smax Pmin + jQmin 1.2 Tính toán cân bằng công suất: 1.2.1 Câ

Trường Đại Học Điện Lực

Giá 1kWh tổn thất điện năng: 700đ/kWh

Giá 1kVAR thiết bị bù: 150 103 đ/kVAR

Hệ số đồng thời m=1

Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax=5000h, Jkt=1,1A/mm2

Điện áp trên thanh cái nguồn khi phụ tải cực tiểu UA=1,05Udm

Khi có sự cố nặng nề UA=1,1Udm

MỞ ĐẦU

Trong kỷ nguyên của khoa học kĩ thuât , năng lượng nói chung và điện năngnói riêng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống năng lượng củamột quốc gia Trong điều kiện nước ta hiện nay đang trong thời kì côngnghiệp hoá và hiện đại hoá thì điện năng lại đóng vai trò vô cùng quan trọng.Điện năng là điều kiện tiên quyết cho việc phát triển nền nông nghiệp cũngnhư các ngành sản xuất khác Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạnđang phát triển và việc phát triển điện năng còn đang thiếu thốn so với nhucầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như điện phânphối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kĩ lưỡng để vừa đảmbảo về kĩ thuật cũng như hợp lý về kinh tế

Đồ án môn học này em xin đưa ra phương án có khả năng thực thi nhấttrong việc thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm các hộ tiêu thụ điệnloại I và loại II Nhìn chung, phương án đưa ra đã đáp ứng được những yêucầu cơ bản của một mạng điện

Dù đã cố gắng song đồ án vẫn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạnchế, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy, để em cóthể tự hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong các lần thiết kế đồ án saunày

Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo,đặc biệt cám ơn thầy giáo Phạm Văn Hòa đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành

đồ án này

Sinh viên Đinh Thị Phương Thảo

Chương 1:

Tính toán cân bằng công suất,

1.1 Phân tích nguồn và phụ tải:

A, Nguồn cung cấp:

Trong hệ thống có một nguồn cung cấp N Nguồn cung cấp cho hệ thống

là nguồn có công suất vô cùng lớn Nguốn có công suất lớn hơn rất nhiều

so với nhu cầu của phụ tải Điện áp trên thanh góp của nguồn không thayđổi trong mọi trường hợp làm việc của phụ tải, có đủ khả năng đáp ứngcho phụ tải

B, Phụ tải:

Mạng điện khu vực thiết kế gồm có một nguồn và 6 phụ tải 1,2,3,4,5 và 6.Trong đó các phụ tải 1,2,3,4,6 là các hộ tiêu thụ loại I nên sẽ được cung cấpbằng đường dây kép hoặc mạch vòng để đảm bảo cung cấp điện liên tục.Phụ tải 5 là hộ tiêu thụ loai II nên sẽ được cung cấp điện bằng đường dâyđơn

Bảng 1.1 Số liệu về các phụ tải của lưới điện:

Dựa vào bảng số liệu trên ta có bảng các thông số phụ tải ở chế độ cực đại vàcực tiểu như sau:

Bảng 1.2

Phụ

tải

Pmax+ jQmaxMVA

Smax Pmin + jQmin

1.2 Tính toán cân bằng công suất:

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng:

Một đặc điểm quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điệnnăng từ các nguồn điện đến các hộ tiêu thụ và không thể tích luỹ điện năngthành số lượng nhìn thấy được.Tính chất này xác định sự đồng bộ của quátrình sản xuất và tiêu thụ điện năng

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệthống cần phải phát công suất bằng công suất tiêu thụ của các hộ tiêu thụđiện, kể cả tổn thất công suất trong mạng điện, nghĩa là cần thực hiện đúng

sự cân bằng công suất giữa công suất phát và công suất tiêu thụ

Ngoài ra để hệ thống vận hành bình thường cần phải có sự dự trữ nhấtđịnh của công suất tác dụng trong hệ thống Dự trữ trong hệ thống điện làmột vấn đề quan trọng liên quan đến vận hành cũng như phát triển cuả hệthống điện

Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tảicực đại của hệ thống.

Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống :

6 1

: là tổng công suất dự trữ trong mạng điện

Trong tính toán sơ bộ ta lấy

6 1

6 1

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng:

Trong hệ thống, chế độ vận hành ổn định chỉ tồn tại khi có sự cân bằngcông suất phản kháng và tác dụng

Cân bằng công suất tác dụng, trước tiên để giữ được tần số bình thườngtrong hệ thống, còn để giữ được điện áp bình thường thì cần phải có sự cânbằng công suất phản kháng ở hệ thống nói chung và từng khu vực nói riêng

Sự thiếu hụt công suất phản kháng sẽ làm cho điện kháng giảm.Mặt khác sựthay đổi điện áp ảnh hưởng tới tần số và ngược lại Như vậy giảm điện áp sẽlàm tăng tần số trong hệ thống và giảm tần số sẽ làm tăng điện áp.Vì vậy đểđảm bảo chất lượng của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong

hệ thống ,cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng

Sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống được biểu diễn bằngbiểu thức sau:

: Tổng công suất dự trữ trong hệ thống.

Trong tính toán sơ bộ ta có thể tính công suất phản kháng yêu cầu trong

Ta dự kiến bự sơ bộ trờn nguyờn tắc là bự ưu tiờn cho cỏc hộ ở xa,

cú Cosφ thấp trước và chỉ bự đến Cosφ = 0,90 – 0,95 ( khụng bự caohơn nữa vỡ sẽ khụng kinh tế và ảnh hưởng tới tớnh ổn định của hệthống điện ) Cũn thừa thỡ ta bự cỏc phụ tải ở gần cú Cosφ cao hơn

và bự cho đến khi cú Cosφ = 0,85 – 0,90

Công suất bù sơ bộ cho hộ tiêu thụ thứ i tính nh sau:

'

i i

b Q Q Q P tg

Q

i = − = − ϕ

(1-7)trong đó: Pi, Qi: là công suất của hộ tiêu thụ trớc khi bù

→ Q5sb = Q5 - Qb5 = 27,9 – 12.09= 15.81 (MVAr)

→

' 15,81

0,35 45

Qmax (MVA) 21,7 12,4 15,5 24,8 15,81 18.6

1.3 Dự kiến phương án nối dây.

Các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nốiđiện của nó vì vậy các sơ đồ mạng điện phải có chi phí nhỏ nhất, đảm bảo

độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các

hộ tiêu thụ, thuận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trongtương lai và tiếp nhận các phụ tải mới Các hộ phụ tải loại I được cấp điệnbằng đường dây hai mạch, các hộ phụ tải loại II được cấp đện bằng đườngdây một mạch

Các yêu cầu chính đối với mạng điện:

- Cung cấp điện liên tục

- Đảm bảo chất lượng điện

- Đảm bảo tính linh hoạt cao

- Đảm bảo an toàn

Để thực hiện yêu cầu về độ cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I cần đảmbảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời phải dự phòng đóng tựđộng Vì vậy để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I cần sử dụng đườngdây hai mạch hay mạch vòng Trên cơ sở phân tích những đặc điểm củanguồn và phụ tải ta có các phương án sau :

1 Phương án 1

2 Phương án 2.

3 Phương án 3.

4 Phương án 4.

5 Phương án 5.

Chương II:

Dự kiến các phương án Tính toán sơ bộ lựa chọn phương án.

2.1 Chọn điện áp định mức cho lưới điện:

a Nguyên tắc chọn:

Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh

tế, cũng như các đặc trưng kĩ thuật của mạng điện

Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố : công suất củaphụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải và nguồn cung cấp điện, vị trí tươngđối giữa các phụ tải với nhau và sơ đồ mạng điện.

Điện áp định mức của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồcung cấp điện Điện áp đinh mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theogiá trị của công suất trên mỗi đường dây trong mạng điện

là công suất truyền tải trên đoạn dây thứ i (MW)

Để đơn giản ta chỉ chọn cho phương án hình tia

Như vậy ta có bảng sau:

Lộ Smax Pmax Li(km) U(kV) Uđm(kV)N1 41.16 35 50.99 78.96

N2 23.52 20 53.85 63.47

N4 47.04 40 53.85 83.91N5 47,7 45 60.82 121.27N6 35.28 30 36.06 72.10

Ta thấy 63,47< U dm<121,27

Vậy ta chọn U đm= 110 kV

2.2 Tính toán chọn tiết diện dây dẫn và tổn thất điện áp trong mạng điện.

*Cách thức chọn tiết diện dây dẫn.

Các mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trênkhông Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC), Đồng thời cácdây dẫn thường được đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tuỳ theođịa hình đường dây chạy qua Đối với các đường dây 110 kV, khoảng cáchtrung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (Dtb = 5m=5000mm).Đối với mạng điện cao áp do công suất lớn, chiều dài đường dây lớn dẫn đếntiết diện đường dây lớn từ đó chi phí cũng lớn theo Mắt khác mạng điện cao

áp có khả năng điều chỉnh điện áp , phạm vi điều chỉnh rộng do đó điều kiện

về tổn thất điện áp không quan trọng bằng điều kiện kinh tế

Vì vậy khi chọn tiết diện dây dẫn ta chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện(Jkt)

2

mm

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

3 ax

Udm: là điện áp định mức của mạng điện, kV ;

Smax: là công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, MVA.Dựa vào tiết diện dây dẫn tính được theo công thức trên, ta tiến hành chọntiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầngquang,độ bền cơ của đường dây và phát nóng trong các chế độ sau sự cố -Đối với đường dây 110 kV, để không xuất hiện vầng quang các dâynhôm lõi thép cần phải có tiết diện

2

70

.-Độ bền cơ học của đường dây trên khôngt thường được phối khợp với cácđiều kiện về vầng quang nên không cần phải kiểm tra điều kiện này

-Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự

cố cần phải có điều kiện sau :

I = k I

trong đó : Isc là dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố ;

Icp là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn ;

k là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ ; k = 0,8 ;

Số liệu về các dòng công suất được ở bảng 1.1

Sau đây ta tính cho từng phương án :

*Cách thức tính tổn thất điện áp.

Điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ được đặc trưng bằng tần số của dòngđiện và độ lệch điện áp so với điện áp định mức trên các cực của thiết bịdùng điện Khi thiết kế các mạng điện thường giả thiết rằng hệ thống hoặccác nguồn cung cấp có đủ công suất tác dụng để cung cấp cho các phụ tải do

đó không xét đến những vấn đề duy trì tần số Vì vậy chỉ tiêu chất lượngđiện năng là giá trị của độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ so với điện áp địnhmức ở mạng điện thứ cấp

Khi chọn sơ bộ các phương án cung cấp điện có thể đánh giá chất lượng điệnnăng theo các giá trị của tổn thất điện áp

Khi tính toán sơ bộ các mức điện áp trong các trạm hạ áp có thể chấp nhận làphù hợp nếu trong chế độ phụ tải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất củamạng điện một cấp điện áp không vượt quá (15 - 20)% trong chế độ làm việcbình thường, còn trong các chế độ sau sự cố các tổn thất điện áp lớn nhấtkhông vượt quá (20 - 25)% :

dm

P R Q X

U U U

Ri, Xi là điện trở và điện kháng của đường dây thứ i.(Theo bảngthông số đường dây của các phương án)

Đối với đường dây có hai mạch, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áptrên đường dây bằng :

∆Ui sc % = 2 ∆Ui bt %

Sau đây ta sẽ tính cụ thể cho từng phương án:

1 Phương án 1.

CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN.

a.chọn tiết diện các dây dẫn của đường dây N1

98,191,1

95

tc

F = mm2

Chọn dây dẫn AC-95 có Icp = 330A ở nhiệt độ ngoài trời

Khi sự cố nặng nề nhất là đứt một dây, dây còn lại phải chịu một dòngđiện là:

Khi có sự cố:

Như vậy ta chọn dây dẫn AC-70 cho lộ N2.

c Chọn tiết diện dây dẫn cho đường dây N3.

Như vậy ta chọn dây dẫn loại AC-70 cho lộ N3

d Chọn tiết diện dây dẫn cho đường dây dẫn N4.

Như vây ta chọ dây dẫn AC-95 cho đường dây N4.

( thoả mãn các điều kiện tổn thất vầng quang và phát nóng)

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 cácthông số tập trung R, X, B theo công thức sau :

*.Tổn thất điện áp trên đường dây N1.

Tổn thất điện áp ở chế độ làm việc bình thường :

1 1 1 1

1

1 1

1104,83

* Tương tự đối với các đường dây N2, N3, N4, N5, N6

Ta có bảng tính toán tổn thất điện áp của phương án 1 như sau :

CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN

Chọn tiết diện dây dẫn cho lộ N3, N6, tương tự như phương án 1

Tiết diện dây dẫn của lộ 1-2 và 4-5 tương tự như lộ N2 và N5 của phương

án 1

Chọn điện áp định mức và tiết diện dây dẫn cho lộ N1và N4.

Chiều dài đoạn 4-5 và 1-2 lần lượt là:

4 5

1 2

31,6230

Điện áp định mức của mạng điện:

Công suất trên đoạn N1 và N4:

N1 AC-185 50,99 0,17 0,409 2,82 4,33 10,43 270,25

N3 AC-70 56,56 0,33 0,429 2,65 9,33 12,13 299

N4 AC-300 53,85 0,108 0,392 2,91 2,91 10,55 313

Tính tổn thất điện áp cho đường dây N-1-2 và N-4-5 như sau:

Tính tổn thất điện áp cho đường dây N-1-2 :

Tổng tổn thất trên đường dây N-1-2 là :

Khi có sự cố xảy ra trên đường dây :

*Tính tổn thất điện áp cho đường dây N-4-5 :

Tương thự áp dụng công thức trên ta có :

CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN.

Chọn tiết diện dây dẫn cho lộ N3, N4, N6 như phương án 1 và phương án 2.Chọn điện áp định mức cho đoạn 4-5 tương tự như phương án 2

Xác định dòng công xuất chạy trên các đoạn đường dây dẫn trong mạng điện kín N-1-2-N:

Để xác đinh dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây trong mạch vòngN-1-2-N ta cần giả thiết rằng mạng điện là đồng nhất và tất cả các đoạnđường dây đều có cùng một tiết diện

Dòng công suất chạy trên đoạn N-1 bằng:

Như vậy trong mạng điện kín N-1-2-N nút 1 là nút phân công suất.

* Tính dòng điện và chọn tiết diện dây dẫn cho mang điện kín N-1-2-N: Chọn tiết diện cho đoạn N1.

1max 1max

Chọn dây dẫn loại AC-185 có

510( )

cp

ở nhiệt độ ngoài trời

Chọn tiết diện cho đoạn N2.

ở nhiệt độ ngoài trời

Chọn tiết diện dây dẫn cho đoạn 1-2:

Kiểm tra dây dẫn khi có sự cố:

Đối với mạch vòng đã cho, dòng điện chạy trên đoạn 1-2 sẽ có sự cố lớnnhất khi ngừng đương dây N1 Khi đó: 1 2 1 2 2 1 2

S − = S > S S = S +S

Như vậy:

3 1

1 2

3

1 2

.10 3

- Dòng điện chạy trên đoạn N2 bằng:

2

3 2

Từ đó ta chọn dây dẫn loại AC-150 cho đoạn N2

Cũng tương tự như trên ta chon dây dẫn loại AC-150 cho đoạn N1

Từ những tính toán trên ta có bảng thông số đường dây cho phương án 3

như sau:

TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN ÁP.

Tính tổn thấtđiện áp trên

N3,N-4-5 và N6tương tự có kếtquả như tổn thấttrên đường dâyN3,N-4-5 và N6của phương án 2

Tính tổn thất điện áp cho mạng điện kín N-1-2-N như sau :

Tổn thất điện áp trong chế độ làm việc bình thường:

Do tính toán trên ta có điểm 1 là điểm phân công suất,do đó nút nay cóđiện áp thấp nhất trong mạch vòng, nghĩa là tổn thất điện áp lớn nhất trongmạch vòng và bằng:

Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N2:

- Khi ngừng đoạn N1, tổn thất điện áp trên đoạn N2 sẽ bằng:

Từ kết quả trên ta nhận thấy với mạch vòng đã cho thì sự cố trên đoạn N1

và N2 gần tương đương nhau:

Trong trường hợp này thì sự cố lớn nhất là khi ngừng đoạn N1 và bằng:

Phương án 1 có tổn thất điện áp lúc bình thường cũng như lúc sự cố là nhỏ

nhất.Phương án 3 có tổn thất điện áp lúc sự cố lớn nhất Bên cạnh đó trong

sơ đồ lưới điện có mạng điện kín nên vận hành phức tạp hơn.Phương án 2

sơ đồ nối điện của phương án 2 đơn giản hơn

Từ những phân tích trên ta giữ lại phương án 1 và phương án 2 để so

sánh về mắt kinh tế

2.3 Tính toán so sánh các phương án về mặt kinh tế Lựa chọn phương

án tối ưu.

Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định mức, do

đó để đơn giản ta không cần tính vốn đầu tư vào các trạm hạ áp

Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng để so sánh các phương án là các chi phítính toán hàng năm, được xác định theo công thức:

C : giá 1Kwh điện năng tổn thất : c=700 đ

K : tổng các vốn đầu tư về đường dây

Tổng vốn đầu tư về đường dây K được xác định như sau:

: giá thành 1 km đường dây thứ i , đ/km

Đối với đường dây trên không hai mạch đặt trên cùng một cột thì:

: giá thành 1 km đường dây thứ i , đ/km

Tổn thất điện năng trong mạng điện được tính theo công thức :

:tổn thất công suất trên đoạn đường dây thứ i khi công phụ

tải cực đại Ta có công thức:

: điện áp định mức của mạng điện

Thời gian tổn thất công suất lớn nhất có thể được tính theo công thức:

4 2 ax

a Tính tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây.

- Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây N1:

b Tính vốn đầu tư xây dựng cho mạng điện.

Giả thiết rằng các đường dây trên không hai mạch được đặt trên cùng cộtthép