Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực

Trên cơ sở nắm vững được các đặc điểm của chúng như số nguồn điện, đặcđiểm nguồn phát, công suất phát kinh tế, công suất phát định mức, công suất phụ tải yêu cầutính chất phụ tải, mức độ

LỜI CẢM ƠN

Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các lĩnh vực hoạtđộng kinh tế và đời sống của con người Nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao, chính vì vậychúng ta cần xây dựng thêm các hệ thống điện nhằm đảm bảo cung cấp điện cho các hộ tiêuthụ Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, các mạng điện và các hộ tiêu thụ điện đượcliên kết với nhau thành một hệ thống để thực hiện quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối vàtiêu thụ điện năng Mạng điện là một tập hợp gồm có các trạm biến áp, trạm đóng cắt, cácđường dây trên không và các đường dây cáp Mạng điện được dùng để truyền tải và phân phốiđiện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ

Để đáp ứng được nhu cầu cung cấp điện ngày càng nhiều và không ngừng của đất nướccủa điện năng thì công tác quy hoạch và thiết kế mạng lưới điện đang là vấn đề cần quan tâmcủa ngành điện nói riêng và cả nước nói chung

Xuất phát từ yêu cầu thực tế, em được nhà trường và khoa giao cho thực hiện đề tài tốtnghiệp “Thiết kế và khảo sát ổn định động cho lưới điện khu vực” Bản đồ án này bao gồmhai phần: Phần thứ nhất có nhiệm vụ thiết kế mạng điện khu vực gồm hai nhà máy nhiệt điệnđiện, một trạm biến áp trung gian và 10 phụ tải Phần thứ hai có nhiệm vụ tính toán ổn địnhđộng cho lưới điện đã thiết kế

Đồ án tốt nghiệp giúp sinh viên áp dụng được những kiến thức đã học, là cơ hội giúpsinh viên hiểu được hơn thực tế, đồng thời có những khái niệm cơ bản trong công việc quyhoạch và thiết kế mạng lưới điện và cũng là bước đầu tiên tập dượt để có những kinh nghiệmcho công việc sau này nhằm đáp ứng đúng đắn về kinh tế và kỹ thuật trong công việc thiết kế

và xây dựng mạng lưới điện, sẽ mang lại hiệu quả cao đối với nền kinh tế đang phát triển ởnước ta nói chung và đối với ngành điện nói riêng Việc thiết kế mạng lưới điện phải đạt đượcnhững yêu cầu về kỹ thuật đồng thời giảm tối đa được vốn đầu tư trong phạm vi cho phép.Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, cùng với sựgiúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS Trần Thanh Sơn và các thầy cô trong khoa hệthống điện, em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp của mình Tuy nhiên do kiến thức còn hạnchế nên đồ án còn nhiều khiếm khuyết Em rất mong nhận được sự nhận xét góp ý của cácthầy cô để bản thiết kế của em thêm hoàn thiện và giúp em rút ra được những kinh nghiệmcho bản thân

Em xin được chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm

Sinh viên

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

PHẦNITHIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC 10

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 11

1.1 Nguồn điện 11

1.2 Phụ tải 11

1.3 Kết luận 12

CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG NGUỒN VÀ PHỤ TẢI XÁC ĐỊNH SƠ BỘ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN 13

2.1 Cân bằng công suất tác dụng 13

2.2 Cân bằng công suất phản kháng 14

2.3 Xác định sơ bộ chế độ làm việc của nguồn 17

2.4 Kết luận 20

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT 5 PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ CHỌN 2 PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU THEO CHỈ TIÊU KỸ THUẬT 21

3.1 Đề xuất các phương án nối dây 21

3.2 Lựa chọn điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, tính tổn thất điện áp cho các phương án 25

4.1 Phương pháp tính chỉ tiêu kinh tế 58

4.2 Tính chỉ tiêu kinh tế cho các phương án đã chọn ở chương 3 60

4.2 Kết luận 63

CHƯƠNG 5 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP, SƠ ĐỒ CÁC TRẠM CHO PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC CHỌN 64

5.1 Chọn số lượng và công suất máy biến áp 64

5.2 Chọn sơ đồ nối dây trạm 67

5.3 Kết luận 71

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG CÁC CHẾ ĐỘ CỦA PHƯƠNG ÁN ĐƯỢC CHỌN 72

6.1 Chế độ phụ tải cực đại 72

6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 81

6.3 Chế độ sau sự cố 91

6.4 Kết luận 102

CHƯƠNG 7 TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TẠI CÁC NÚT PHỤ TẢI VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 103

7.1 Tính điện áp tại các nút của lưới điện trong các chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu và sau sự cố 103

7.2 Lựa chọn phương thức điều chỉnh điện áp cho các trạm 109

7.3 Kết luận 116

CHƯƠNG 8 TÍNH CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 118

8.4 Tính chi phí và giá thành 120

PHẦN II KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA LƯỚI ĐIỆN THIẾT KẾ 123

CHƯƠNG 9 TÌM HIỂU VỀ ỔN ĐỊNH 124

9.1 Định nghĩa ổn định của hệ thống điện 124

9.2 Phương trình chuyển động tương đối 125

CHƯƠNG 10 LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ, TÍNH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP BAN ĐẦU 127

10.1 Thông số các phần tử 127

10.2 Tính quy chuyển thông số hệ thống và chế độ 129

CHƯƠNG 11 KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH BA PHA PHÍA NHÀ MÁY 1 137

11.1 Biến đổi sơ đồ thay thế lưới điện 137

11.2 Đặc tính công suất khi ngắn mạch 140

11.3 Đặc tính công suất sau khi cắt ngắn mạch 143

11.4 Tính góc cắt và thời gian cắt 145

11.5 Kết luận 153

CHƯƠNG 12 KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH BA PHA PHÍA NHÀ MÁY 2 154

12.1 Đặc tính công suất khi ngắn mạch 154

12.2 Đặc tính công suất sau khi ngắn mạch 158

12.3 Tính góc cắt và thời gian cắt 160

12.4 Kết luận 169

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-1 Bảng tính toán phụ tải trong chế độ cực đại và cực tiểu 12

Bảng 2-2 Bảng tổng kết phương thức vận hành của 2 nhà máy 19

Bảng 3-3 Bảng chọn điện áp định mức cho các đường dây 28

Bảng 3-4 Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 1 32

Bảng 3-5 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường 33

Bảng 3-6 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường và sự cố 34

Bảng 3-7 Bảng chọn điện áp định mức cho các đường dây 36

Bảng 3-8 Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 2 40

Bảng 3-9 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường của các đường dây còn lại 41

Bảng 3-10 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường và sự cố 42

Bảng 3-11 Bảng chọn điện áp định mức cho các đường dây 44

Bảng 3-12 Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 3 45

Bảng 3-13 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường 50

Bảng 4-14 Giá thành 1 km đường dây trên không mạch 110 kV 59

Bảng 4-15 Tổn thất công suất tác dụng và điện năng của phương án 1 60

Bảng 4-16 Vốn đầu tư xây dựng đường dây phương án 1 61

Bảng 4-17 Tổn thất công suất tác dụng và điện năng của phương án 5 62

Bảng 4-18 Vốn đầu tư xây dựng đường dây phương án 5 62

Bảng 4-19 Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật 63

Bảng 7-21 Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy về cao áp 107

Bảng 7-22 Giá trị điện áp trên thanh góp hạ áp quy về cao áp 109

Bảng 7-23 Thông số điều chỉnh của MBA không điều chỉnh dưới tải 110

Bảng 7-24 Thông số điều chỉnh của MBA điều chỉnh dưới tải 111

Bảng 7-25 Chọn các đầu điều chỉnh trong các máy biến áp các trạm còn lại 116

Bảng 8-26 Giá thành trạm biến áp truyền tải có một máy biến áp điện áp 110/10kV 118

Bảng 8-27 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thông điện thiết kế 122

Bảng 10-28 Thông số của máy phát điện 127

Bảng 10-29 Thông số của các lộ đường dây 127

Bảng 10-30 Thông số của các phụ tải 128

Bảng 10-31 Tổng trở tương đối của các đường dây 132

Bảng 10-32 Qui chuyển các phụ tải điện 134

Bảng 10-33 Tổng kết kết quả tính chế độ trước ngắn mạch 136

Bảng 11-34 Giá trị các tổng trở qui đổi 138

Bảng 11-35 Kết quả góc tương đối 147

Bảng 12-36 Kết quả góc tương đối 161

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 3-1 Sơ đồ nối dây phương án 1 22

Hình 3-2 Sơ đồ nối dây phương án 2 23

Hình 3-3 Sơ đồ nối dây phương án 3 24

Hình 3-4 Sơ đồ nối dây phương án 4 24

Hình 3-5 Sơ đồ nối dây phương án 5 24

Hình 5-6 Sơ đồ trạm tăng áp của các nhà máy nhiệt điện 67

Hình 5-7 Sơ đồ trạm trung gian 9 69

Hình 5-8 Sơ đồ cầu trong 70

Hình 5-9 Sơ đồ cầu ngoài 71

Hình 9-10 Sơ đồ của hệ thống điện gồm hai nhà máy điện làm việc song song .126

Hình 10-11 Sơ đồ đẳng trị của nhà máy điện 1 129

Hình 10-12 Sơ đồ đẳng trị của nhà máy điện 2 130

Hình 10-13 Sơ đồ thay thế của phụ tải 133

Hình 10-14 Sơ đồ thay thế lưới điện ở chế độ xác lập 135

Hình 11-15 Sơ đồ đơn giản thứ tự thuận 140

Hình 11-16 Đồ thị tính góc cắt δC12 148

Hình 11-17 Đồ thị δC12(t) xác định thời gian tCắt 153

Hình 12-18 Đồ thị tính góc cắt δC21 162

Hình 12-19 Đồ thị δC21(t) xác định thời gian tCắt 169

PHẦNITHIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Thiết kế mạng điện là đưa ra phương án nối dây hợp lý nhất nhằm đạt yêu cầu về mặtkinh tế và kỹ thuật, đáp ứng tốt được các nhu cầu của phụ tải và hệ thống Để đưa ra đượcphương án hợp lí đó người thiết kế cần phải có sự tổng hợp, đánh giá về nguồn cung cấp vàphụ tải tiêu thụ Trên cơ sở nắm vững được các đặc điểm của chúng như số nguồn điện, đặcđiểm nguồn phát, công suất phát kinh tế, công suất phát định mức, công suất phụ tải yêu cầutính chất phụ tải, mức độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng , để từ đó đưa raphương thức tính toán, lựa chọn hợp lý và phương thức vận hành của mạng điện mình thiết

kế, đảm bảo sao cho mạng điện vận hành kinh tế, an toàn tin cậy

1.1 Nguồn điện

Hệ thống điện được cung cấp từ 2 nhà máy nhiệt điện với các thông số sau:

1 Nhà máy nhiệt điện 1 có:

- Công suất thiết kế: 4.70MW = 280 MW

- Hệ số cosϕđm = 0,83

- Điện áp định mức phát: Uđm = 10,5 kV

- Công suất định mức: Pđm = 70 MW

2 Nhà máy nhiệt điện 2 có:

- Công suất thiết kế: 4.60MW = 240 MW

Pđm; khi phụ tải P < 30% Pđm các máy phát ngừng làm việc Công suất phát kinh

tế của các nhà máy nhiệt điện thường bằng (7090%) Pđm

+ Vì vậy cần có sự liên hệ giữa 2 nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa 2nguồn cung cấp khi cần thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bìnhthường trong các chế độ vận hành

1.2 Phụ tải

Công suất tiêu thụ của các phụ tải điện được tính như sau:

CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG NGUỒN VÀ PHỤ TẢI XÁC ĐỊNH SƠ BỘ

CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NGUỒN

Trong hệ thống điện, chế độ vận hành ổn định chỉ có khi có sự cân bằng công suất tácdụng và công suất phản kháng.Cân bằng công suất tác dụng trước tiên cần giữ được tần sốbình thường trong hệ thống, còn để giữ được điện áp bình thường cần có sự cân bằng côngsuất phản kháng ở hệ thống nói chung và ở từng khu vực nói riêng

Để đảm bảo cho mạng điện làm việc ổn định, đảm bảo cung cấp điện cho các hộ phụ tảithì nguồn điện phải cung cấp đầy đủ cả về công suất tác dụng và công suất phản kháng chocác phụ tải, tức là mỗi thời điểm luôn luôn tồn tại cân bằng giữa nguồn công suất phát vànguồn công suất tiêu thụ cộng với công suất tiêu tán trên đường dây và máy biến áp

Mục đích của phần này ta tính toán xem nguồn điện có đáp ứng đủ công suất tác dụng

và công suất phản kháng không Từ đó định ra phương thức vận hành cụ thể cho nhà máyđiện, nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải cũng như chất lượng điện năng vớichi phí nhỏ nhất

Khi tính toán sơ bộ ta coi tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp làkhông đổi Nó được tính theo % công suất của phụ tải cực đại

2.1 Cân bằng công suất tác dụng

Đặc điểm rất quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ cácnguồn đến hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành số lượng nhận thấy được Tínhchất này xác định sự đồng bộ của quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệ thống điện cầnphải phát công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổn thất công suất trong cácmạng điện, nghĩa là cần phải thực hiện đúng sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêuthụ

Ngoài ra, để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình thường cần phải có dự trữ nhất địnhcủa công suất tác dụng trong hệ thống Dự trữ trong hệ thống điện là một vấn đề quan trọng,liên quan đến vận hành cũng như sự phát triển của hệ thống

Vì vậy, phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với

hệ thống điện thiết kế có dạng:

∑P = mF ∑Pmax + ∑∆P + ∑Ptd + ∑Pdt (2-4)

- ∑Pmax: tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại.

- ∑∆P: tổng tổn thất trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy ∑∆P = 5%∑Pmax

- ∑Ptd : công suất tự dùng trong nhà máy điện, có thể lấy bằng 10% tổng công suấtđặt trong nhà máy

- ∑Pdt: công suất dự trữ trong hệ thống

Tổng công suất tác dụng định mức của hai nhà máy:

∑Ptd = 10% Pđm = 0,1.520 = 52 (MW)Tổng công suất tác dụng dự trữ:

2.2 Cân bằng công suất phản kháng

Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân bằng giữa điệnnăng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm Sự cân bằng đòi hỏi không nhữngchỉ đối với công suất tác dụng, mà cả đối với công suất phản kháng

Sự cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp Phá hoại sự cân bằng côngsuất phản kháng sẽ dẫn đến thay đổi điện áp trong mạng điện Nếu công suất phản kháng phát

cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong hệ thống cần tiến hành cânbằng sơ bộ công suất phản kháng.

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế có dạng:

∑QF+∑Qb= m∑Qptmax + ∑∆QL + ∑∆Qb - ∑ QC + Qtd + Qdt (2-5)

trong đó:

- m = 1: hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải trong chế độ cực đại

- ∑QF: tổng công suất phản kháng do nhà máy nhiệt điện 1; 2 phát ra

- ∑∆QL: tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dâytrong mạng điện

- ∑ QC: tổng tổn thất công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh

ra, khi tính sơ bộ lấy ∑QL = ∑QC.

- ∑∆Qb: tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp

- Qtd: công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện (cosφtd = 0,75÷0,8) lấycosφtd = 0,75

- Qdt: công suất phản kháng dự trữ trong mạng

Tổng công suất phản kháng do 2 nhà máy nhiệt điện phát ra bằng:

Tổng công suất phản kháng dự trữ cho mạng

2.3 Xác định sơ bộ chế độ làm việc của nguồn

Hai nhà máy điện đều là nhiệt điện có cùng số tổ máy nhưng nhà máy 1 có công suấtlớn hơn, nên ta chọn nhà máy nhiệt điện 1 làm nhiệm vụ cân bằng công suất

520 = tổng công suất đặt của hai nhà máy

Giả sử nhà máy 2 phát lên lưới 80% công suất, ta có:

Công suất nhà máy 2 phát lên lưới là:

Pvh2 = PF2 – Ptd2 = 80%.Pđm2 – 10%.(80%Pđm2) = 0,8.240 – 0,1.0,8.240 = 172,8 (MW)

Công suất nhà máy 1 phát lên lưới là:

Pvh1 =∑Pyc – Pvh2 =376,95-172,8 = 204,15 (MW)

Lượng công suất phát của nhà máy 1 chiếm: 226,833.100 81, 01%

Giả sử nhà máy 2 phát lên lưới 85 % công suất, ta có:

Công suất nhà máy 2 phát lên lưới là:

Pvh2 = PF2 – Ptd2 = 85%.Pđm2 – 10%.85%Pđm2

=0,85.180 – 0,1.0,85.180 = 137,7 (MW)Công suất nhà máy 1 phát lên lưới là:

Pvh1 =∑Pyc – Pvh2 = 249,9 – 137,7 = 112,2 (MW)Công suất nhà máy 1 đảm nhận phát ra:

PF1 = Pvh1 + Ptd1 = 112,2 + 0,1.PF1

=> 0,9PF1 = 112,2 => PF1 = 124,67 (MW)Như vậy nhà máy 1 chỉ cần phát 2 tổ máy, lượng công suất phát ra của nhà máy 1chiếm: 124,67.100 89,05%

140 = đạt giới hạn công suất phát kinh tế của các tổ máy nhiệt điện

từ (70%-90%)Pđm

2.3.3 Chế độ sự cố

Ta xét trường hợp sự cố hỏng 1 tổ máy nhà máy 1 trong khi phụ tải cực đại

Công suất yêu cầu của phụ tải:

P = P + ∆ =P 359 17,95 376,95(MW)+ =

Công suất nhà máy 2 phát lên lưới là:

Pvh2sc = PF2sc – Ptd2 = 95%.Pđm2 – 10%.(95%Pđm2) =0,95.240 – 0,1.0,95.240 = 205,2 (MW)Công suất nhà máy 1 phát lên lưới là:

Pvh1sc =∑Pyc – Pvh2sc = 376,95 – 205,2=171,75 (MW)Công suất nhà máy 1 đảm nhận phát ra:

210 = Như vậy trong trường hợp sự cố 2 nhà máy vẫn đảm bảo cung thống

Từ các lập luận cùng với các tính toán ở trên ta có bảng tổng kết phương thức vận hànhcủa 2 nhà máy trong các chế độ như sau:

Bảng 2-2 Bảng tổng kết phương thức vận hành của 2 nhà máy.

2.4 Kết luận

Trong chương này ta đã đi tính toán cân bằng nguồn và phụ tải qua đó nhận thấy rằngnhà máy có khả năng dự trữ công suất tác dụng và công suất phản kháng đảm bảo cho hệthống vận hành bình thường Ngoài ra, chế độ vận hành của nhà máy nhiệt điện khi phụ tảicực đại, cực tiểu, và xảy ra sự cố cũng được xác định Trong chương tiếp theo, chúng ta sẽchọn phương án nối dây cho lưới điện

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT 5 PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY VÀ CHỌN 2 PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU THEO CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

Mục đích của tính toán thiết kế là nhằm tìm ra phương án phù hợp và đảm bảo nhữngyêu cầu quan trọng nhất như cung cấp điện kinh tế với chất lượng và độ tin cậy cao.Muốn làmđược điều đó thì vấn đề đầu tiên cần phải giải quyết là lựa chọn sơ đồ cung cấp điện.Trong đó

có những công việc phải tiến hành đồng thời như lựa chọn điện áp định mức, tiết diện dâydẫn, tổn thất điện áp…

Trong quá trình thành lập các phương án nối điện cần phải chú ý tới những nguyên tắcsau đây :

- Mạng điện phải đảm bảo tính an toàn cung cấp điện liên tục.Trong đồ án thiết kế

10 hộ phụ tải đều là loại I nên phải đảm bảo cung cấp điện liên tục, không đượcphép gián đoạn do vậy trong phương án nối dây ta dùng mạch kép hoặc mạchvòng

- Đảm bảo chất lượng điện năng như tần số, điện áp…

- Chỉ tiêu kinh tế cao, vốn đầu tư nhỏ, tổn thất nhỏ, chi phí vận hành nhỏ

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, vận hành đơn giản, linh hoạt có khả năngphát triển

Trong chương này chúng ta sẽ đề xuất các phương án nối dây và tính toán chỉ tiêu kỹthuật cho các phương án

3.1 Đề xuất các phương án nối dây

Để có sự liên kết giữa các nhà máy làm việc trong hệ thống điện thì cần phải có sự liênlạc giữa các nhà máy với nhau Khi phân tích nguồn và phụ tải ta thấy phụ tải 9 nằm giữa 2nhà máy nên ta sử dụng một mạch đường dây lộ kép nối 2 nhà máy thông qua phụ tải 9.Khi dự kiến các phương án nối dây phải dựa trên các ưu khuyết điểm của một số sơ đồmạng điện cũng như phạm vi sử dụng của chúng:

Mạng điện hình tia:

- Ưu điểm:

+ Có khả năng sử dụng các thiết bị đơn giản, rẻ tiền và các thiết bị bảo vệ rơle đơngiản

Mạng điện liên thông:

NÐ2

5 3

9 4

41,2km

44,7km

60 ,8 km

km

60 km

44,7km

53,8km

36km

50km

Phương án 2

12

3

94

50km

42,4k

m

60,8km

44,7km

60km

41,2km

Hình 3-2 Sơ đồ nối dây phương án 2.

Phương án 3

3

94

44,7km

60km

41,2km

41,2km

m

Hình 3-3 Sơ đồ nối dây phương án 3.

Phương án 4

12

NÐ2

53

94

50km

42,4k

m

60,8km44,7km

53,8km 36km

44,7km60

50km

42,4km 60

,8 km

44,7km

44,7km

60 km

36km

40km

3.2 Lựa chọn điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, tính tổn thất điện áp cho các phương án

3.2.1 Phương án 1

12

NÐ2

53

94

60,8km

42,4k

m

60km44,7km

3.2.1.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ

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

- PF2: tổng công suất phát kinh tế của NĐ2

- Ptd2: công suất tự dùng trong nhà máy điện 2

Theo kết quả tính toán trong phần 2.1, ta có:

Dòng công suất truyền tải trên đoạn đường dây NĐ1-9 bằng:

3.2.1.2 Chọn điện áp cho mạng điện thiết kế

Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật,cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng điện

Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của phụ tải,khoảng cách giữa các phụ tải với nhau và khoảng cách từ các phụ tải đến nguồn

Điện áp định mức của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồ cung cấp điện.Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị của công suất trên mỗiđường dây trong mạng điện và theo chiều dài từ nguồn tới phụ tải

Có thể tính điện áp định mức của đường dây bằng công thức kinh nghiệm Still sau đây:

nhi nhi i

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

- Pnhi : công suất truyền tải đoạn đường dây thứ i; (MW)

- Ui: điện áp vận hành trên đoạn đường dây thứ i; (kV)

Kết quả tính điện áp định mức của các đường dây trong phương án 1 cho trong bảngsau:

Bảng 3-3 Bảng chọn điện áp định mức cho các đường dây.

3.2.1.3 Chọn tiết diện dây dẫn

a Phương pháp chung chọn tiết điện dây dẫn

Các mạng điện 110kV được thực hiện chủ yếu bằng các dây trên không Các dây dẫnđược sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC), đồng thời các dây dẫn thường được đặt trên các cột

bê tông ly tâm hay cột thép tùy theo địa hình đường dây đi qua Đối với đường dây 110 (kV)khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (Dtb = 5m)

Dòng điện cực đại chạy trên mỗi đoạn đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được tínhtheo công thức:

2 2 max max

- Smax: công suất chạy trên dây dẫn ở chế độ phụ tải cực đại (kVA)

- n: số đường dây trên một lộ

- Uđm : điện áp định mức của mạng (U = 110 kV)

Đối với mạng điện khu vực có điện áp 110kV, tiết diện của dây dẫn được chọn theo mật

độ dòng điện kinh tế Tiết diện kinh tế được tính theo công thức:

lv max tt

kt

I F

I : dòng điện qua dây dẫn ở chế dộ cực đại , A

- Jkt: mật độ dòng điện kinh tế, ứng thời gian sử dụng công suất cực đại

Tmax = 5000 (h) và dây AC tra tài liệu ta có Jkt = 1,1 (A/mm2 ) [TK1]

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính theo công thức trên tiến hành chọn tiết diện tiêu chuẩn vàkiểm tra các điều kiện về tổn thất vầng quang, độ bền cơ của đường dây và phát nóng dây dẫntrong các chế độ làm việc bình thuờng, sự cố

Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sự cố cần phải cóđiều kiện sau:

trong đó:

- I cb: dòng điện chạy trên đường dây:

Ở chế độ làm việc bình thường: Icb =Imaxlv , chế độ sự cố :Icb = Iscmax

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

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

ch

7070

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

b Áp dụng phương pháp cho mạng điện thiết kế

Dựa vào công thức và các thông số trên ta lựa chọn tiết diện dây dẫn cho mạng như sau:

+ Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây NĐ1-6.

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

87, 48

1,1

Chọn dây dẫn AC-95 => Đảm bảo điều kiện vầng quang [TK1]

Kiểm tra điều kiện phát nóng:

Khi bình thường với phụ tải max ta có: = 87,49 (A)

Dây AC-95 đặt ngoài trời có Icp = 330 (A)

Ta thấy: = 87,49 (A) < k.k.I = 0,88.1.330 = 290,4 (A)

Ta thấy: = 174,98 (A) < k1.k2.Icp = 290,4 (A)

Vậy dây dẫn dảm bảo yêu cầu

Ta có các thông số tập trung R, X, B của đường dây được tính bằng các công thức sau:

− = b0 10-6.L1-6 = 2,65.44,7.10-6 = 1,185.10-4 (S)

Tính toán tương tự cho các đường dây còn lại chúng ta nhận được loại dây dẫn và các

thông số như biểu diễn trong bảng 3.2

Bảng 3-4 Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 1.

Đường

dây

S (MVA)

R (Ω)

X (Ω)

Do đó khi chọn sơ bộ các phương án cung cấp điện có thể đánh giá chất lượng điệnnăng theo các giá trị tổn thất điện áp.

Tổn thất điện áp trên các lộ đường dây được tính như sau:

- Pimax , Qimax: công suất chạy trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại

- Ri , Xi: điện trở và điện kháng của đường dây thứ i

Tính toán tương tự cho các đường dây còn lại ta có kết quả trong bảng sau

Bảng 3-5 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường.

1-6

NĐ 1-7

NĐ 1-8

NĐ 1-10

NĐ 2-1

NĐ 2-2

NĐ 2-3

NĐ 2-4

NĐ 2-5

NĐ 1-9

NĐ 2-9

3,06

2 4,772

3,638

3,74

9 1,644

b Tổn thất điện áp lúc sự cố:

- Khi ngừng một tổ máy phát NĐ1:

+ Khi đó nhà máy nhiệt điện 2 phát 95% công suất Do đó tổng công suất phát của NĐ2

Công suất chạy trên đường dây bằng :

- Khi đứt 1 trong 2 mạch đường dây: thì dây dẫn còn lại sẽ phải tải lượng công suất gấp

đôi, do vậy tổn thất điện áp ở các mạch cũng sẽ tăng gấp đôi:

Ta có bảng tổn thất điện áp lúc bình thường và lúc sự cố của phương án 1 như sau:

Bảng 3-6 Kết quả tính tổn thất điện áp lúc bình thường và sự cố.

1-6

NĐ 1-7

NĐ 1-8

NĐ 1-10

NĐ 2-1

NĐ 2-2

NĐ 2-3

NĐ 2-4

NĐ 2-5

NĐ 1-9

NĐ 2-9

3.2.2 Phương án 2

12

3

94

50km

60,8km44,7km

60km

36km

41,2km

3.2.2.1 Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Các đường dây NĐ2-2, NĐ2-3, NĐ2-4, NĐ1-8, NĐ1-10 có dạng hình tia nên công suấttruyền tải trên các lộ nối từ nguồn đến các phụ tải tương ứng chính là các Pi

3.2.2.2 Chọn điện áp cho mạng điện thiết kế

Tính toán tương tự như phương án 1 kết quả tính điện áp định mức của các đường dâytrong phương án 2 cho trong bảng sau:

Bảng 3-7 Bảng chọn điện áp định mức cho các đường dây.

Từ bảng kết quả trên ta thấy điện áp vận hành của các đường dây gần với cấp điện áp

110 kV, nên ta chọn điện áp định mức cho mạng điện cần thiết kế là Uđm = 110 kV

3.2.2.3 Chọn tiết diện dây dẫn

- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây NĐ2-5

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

Tiết diện dây dẫn:

Chọn dây dẫn AC-240 => Đảm bảo điều kiện vầng quang

Kiểm ta điều kiện phát nóng:

Khi bình thường với phụ tải max ta có: = 217,252 (A)

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

Ta thấy: =217,252 (A) < k1.k2.Icp = 0,88.1.605= 532,4 (A)

Sự cố nặng nề nhất là khi đứt đường dây NĐ2-1

Ta thấy: = 449,044 < k1.k2.Icp = 532,4 (A) => đạt yêu cầu

Vậy ta chọn dây AC- 240

- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây NĐ2-1

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

Chọn dây dẫn AC-240 => Đảm bảo điều kiện vầng quang

Kiểm ta điều kiện phát nóng:

Sự cố nặng nề nhất là khi đứt đường dây NĐ2-5

- Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây 1-5

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

Kiểm ta điều kiện phát nóng:

Khi bình thường với phụ tải max ta có: = 45,169 (A)

Dây AC-95 đặt ngoài trời có Icp = 330 (A)

Ta thấy: =45,169 (A) < k1.k2.Icp = 0,88.1.330=290,4 (A)

Sự cố nặng nề nhất là khi đứt đường dây NĐ2-5

Ta thấy: = 262,422 < k1.k2.Icp = 290,4 (A) => đảm bảo yêu cầu

Vậy ta chọn dây AC- 95 cho các đoạn đường dây 1-5.

- Tính toán các thông số của các đường dây

− = b0 10-6.L1-5 = 2,65.36.10-6 = 0,954.10-4 (S)

Tính toán tương tự cho các đường dây còn lại chúng ta nhận được các thông số như biểu

diễn trong bảng sau:

Bảng 3-8 Thông số của các đường dây trong mạng điện của phương án 2.

Đường

dây

S (MVA)

X (Ω)