đồ án môn học lưới điện

các phương án và lựa chọn phương án tôi ưu nhất và tham khảo các số liệu tính toán trong cuốn giáo trình Mạng Lưới Điện của TS.. Việc quyết định sơ đồ nối dây của mạng điện cũng như là p

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰCKHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÔN HỌC LƯỚI ĐIỆN

Họ và tên sinh viên: PHẠM VĂN ĐIỆP

Giá 1 kVAR thiết bị bù : 150000 đ/kVAR

Hệ 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 năng lượng nói chung và nhu cầu về điện nói riêng 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 quá trình học tập tại Trường Đại Học Điện Lực chúng em

đã được học sẽ được thể hiện trong đồ án thiết kế lưới điện này

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 và tham khảo các

số liệu tính toán trong cuốn giáo trình Mạng Lưới Điện của TS

Nguyễn Văn Đạm

Đồ án được hoàn thành với sự hướng dẫn của thầy Phạm Văn

Hòa, các bài giảng của thầy trong trong chương trình học môn lưới điện II và các bài giảng của thầy Nguyễn Ngọc Trung trong chương trình học môn lưới điện I

Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Văn Hòa và thầy Nguyễn

Ngọc Trung đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án

Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Điệp

Hà nội tháng 5 năm 2010

CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, XÂY

DỰNG PHƯƠNG ÁN

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI.

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 200

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 hộ phụ tải là Tm a x = 5000h

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

P

m i n(MW)

m a x(MVAR)

Q

m i n(MVAR)

II TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Khi thiết kế mạng điện thì một trong các vấn đề cần phải quan tâm

tới đầu 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

Δ tram

Ptram là công suất phát của nguồn

m là hệ số đồng thời Trong tính toán thiết kế ta lấy m=1

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

Σ∆Pmđ : Tổng tổn thất trên đường dây và máy biến áp trong mạng điện

Ta dự kiến bù sơ bộ trên nguyên tắc là bù ưu tiên cho các hộ ở xa,

có Cosφ thấp 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 :

Qbù = Qi – Pi.tgφmới

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

Tgφmới : Được tính theo Cosφmới - hệ số công suất của hộ thứ I

sau khi bù

Ta chọn hai vị trí bù tại hai phụ tải 4 và 6

bù 6,4 MVAr tại phụ tải 4

6 40 24,8 0,85 18,8 0,905

Bảng 1.2

XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY.

Dự kiến các phương án nối dây

Trên thực tế không có một phương án nhất định nào để lựa chọn sơ

đồ nối day cho lưới 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 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 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 :

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

CÁC ĐỊNH HƯỚNG KỸ THUẬT CƠ BẢN

Do khoáng cách giữa các nguồn cung cấp điện và các hộ phụ tải, hoặc giữa các hộ

phụ tải với nhau tương đối xa nên ta sẽ dùng đường dây trên không 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 mức cao 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 2 : 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 giữ lại để tính toán so sánh về mặt kỹ thuật ta cần phải tính toán các nội dung sau:

a) Lựa chọn điện áp tải điện:

Ta sử dụng công thức sau để tính điện áp định mức của từng đường dây

4,34 16 ( )

U = L+ P kV

Trong đó:

P - là công suất trên đường dây (MW)

L - là chiều dài của đường dây (Km)

( Đối với dây kép thì phải chia cho 2 )

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

I lv F

J kt

≥

Trong đó:

F - là tiết diện của dây dẫn

Ilv - là dòng điện làm việc chạy trên dây dẫn

Jkt - là mật độ dòng kinh tế

ijmax ijmax 3

.10 ( ) 3 dm

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

R, X - là điện trở và điện kháng của đoạn đường dây

Udm - là điện áp định mức của đoạn đường dây

d) Kiểm tra phát nóng của dây dẫn lúc xảy ra sự cố

Ta phải tính được dòng điện chạy trong dây dẫn lúc sự cố nặng nề nhất ( Isc) và sau đó so sánh với dòng điện cho phép chạy trong dây dẫn đó

Nếu la đoạn đường dây lộ kép thì dòng khi sự cố bằng hai lần dòng điện ở chế

độ phụ tải max

Isc= 2.Imaxbt

Các phương án đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật là các phương án đảm

bảo được hai yêu cầu sau:

1) Tổn thất điện áp lúc vận hành bình thường ∆Umaxbt% (nghĩa là 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 ∆Umaxsc% phải thỏa mãn

Isc - là dòng điện lớn nhất khi xảy ra sự cố

Icp - là dòng điện mà dây dẫn có thể làm việc lâu dài

K1, K2 - la hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ làm việc khác nhiệt độ tiêu chuẩn ( ta lấy K1 = 0,88, K2 = 1 )

Nếu như dây dẫn đã chọn vẫn chưa thỏa mãn điều kiện trên thì ta sẽ tăng tiết

diện dây dẫn cho đến khi thỏa mãn

TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT SƠ BỘ, CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP,

CHON TIẾT DIỆN DÂY DẪN, TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT VÀ

CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

I) phương án 1.

I.1) Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Sự phân bố công suất trong lưới điện

I.2) Tính toán chọn cấp điện áp.

Ta áp dụng công thức kinh nghiệm để tính điện áp của các đoạn đường dây

trong mạng điện:

(U kV) 4,34 (= l Km) 16 (+ P MW)

( Nếu là dây kép thì P phải chia cho 2 )

ta tính được điện áp tải trên các đoạn đường dây của phương án 1 như sau:

I.3) Chọn tiết diện dây dẫn.

I.3.1) Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế

lv

kt

I F J

=

Trong đó:

Ilv - là dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại

Jkt - là mật độ dòng kinh tế của dòng điện (A/mm2) Với dây AC và Tmax = 5000h thì Jkt = 1,1 (A/mm2)

⇒ Chọn dây AC-240, có Icp= 605 (A).

Isc = 2.Imax = 2 231,584 = 463,168 (A)

⇒ Chọn dây AC-95, có Icp = 330 (A).

Isc = 2.Imax = 2.138,95 = 277,9 (A)

⇒ Chọn dây AC-150, có Icp = 445 (A).

Isc = 2.Imax = 2.176,994 = 353,988 (A)

⇒ Chọn dây AC-120, có Icp = 380 (A).

Isc = Imax = 182,169 (A)

⇒ Chọn dây AC-185, có Icp = 510 (A).

Isc = 2.Imax = 2.192,874 = 385,748 (A)

⇒ Chọn dây AC-240, có Icp = 605 (A).

Isc = Imax = 231,978 (A)

I.3.2) Kiểm tra điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng

Vậy dây AC-185 thỏa mãn điều kiện phát nóng.

Vậy dây AC-240 thỏa mãn điều kiện phát nóng

Từ kết quả lựa chọn dây dẫn trên ta có bảng thông số của các đường dây trong phương án 1

U

+

Ta có bảng thông số của các đường dây trong phương án 1:

Từ kết quả tính toán trên ta thấy:

Khi làm việc bình thường thì tổn thất điện áp lớn nhất là ở lộ 0-5-6

10,369( )max 0 5 6

I.4) Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và hàm chi phí

I.4.1) Tổn thất công suất trên lưới của phương án 1

Ta có công thức tính tổn thất công suất

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

ΔP : Là tổng tổn thất công suất trên mạng

τ : Là thời gian tổn thất lớn nhất (h)

Với τ =(0,124+T max.10 ) 8760− 4 2

Tmax = 5000h ⇒ τ = 3411 (h)

Z - là tổng chi phí của phương án trong một năm.

atc - là hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn

⇒a tc =0,125

V - là vốn đầu tư ban đầu

V = ∑ V L0ij. ij

Với V0ij là vốn đầu tư để xây dựng 1km đường dây Lij

Lij - là độ dài đoạn đường dây i,j

( Nếu là lộ kép (n=2) thì ta nhân với 1,6 )

c0 - là giá 1 kWh điện năng tổn thất, c0 = 700đ

Ta có bảng thông số về vốn đầu tư và chi phí vận hành của phương án 1

Lộ ĐD n Li,j(km) AC V0i,j 106 ΔPnhi,j (MW) V0i,j.Li,j.106(đ)

II.1) Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Sự phân bố công suất trong lưới điện

3-4 32 + j.13,44 44,721

Bảng 2.5

II.2) Tính toán chọn cấp điện áp

Ta áp dụng công thức kinh nghiệm để tính điện áp của các đoạn đường dây

trong mạng điện:

(U kV) 4,34 (= l Km) 16 (+ P MW)

( Nếu là dây kép thì P phải chia cho 2 )

ta tính được điện áp tải trên các đoạn đường dây của phương án 2 như sau:

II.3) Chọn tiết diện dây dẫn

II.3.1) Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế

lv

kt

I F J

=

Trong đó:

Ilv - là dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại

Jkt - là mật độ dòng kinh tế của dòng điện (A/mm2) Với dây AC và Tmax = 5000h thì Jkt = 1,1 (A/mm2)

2273,559

248,69( )1,1

⇒ Chọn dây AC-150, có Icp = 445 (A).

Isc = 2.Imax = 2.176,994 = 353,988 (A)

⇒ Chọn dây AC-120, có Icp = 380 (A).

Isc = Imax = 182,169 (A)

⇒ Chọn dây AC-185, có Icp = 510 (A).

Isc = 2.Imax = 2.192,874 = 385,748 (A)

⇒ Chọn dây AC-240, có Icp = 605 (A).

Isc = Imax = 231,978 (A)

II.3.2) Kiểm tra điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng

Vậy dây AC-240 thỏa mãn điều kiện phát nóng.

Từ kết quả lựa chọn dây dẫn trên ta có bảng thông số của các đường dây trong phương án 2

0-1 28,28 274,764 240 0,13 0,39 2,86 44,792+j.27,585

1-2 41,231 81,135 95 0,33 0,429 2,65 14,492+j.8,9950-3 36,056 194,693 150 0,21 0,416 2,74 60 + j.30,8

U

+

Ta có bảng thông số của các đường dây trong phương án 2:

Vậy tổn thất điện áp trên các lộ đường dây khi làm việc bình thường và khi sự cố là:

Lộ 0-1:

Lúc bình thường

0 1 0 1 0 1 0 1 44,792.3,676 27,585.11,029

4, 263( )110

Từ kết quả tính toán trên ta thấy:

Khi làm việc bình thường thì tổn thất điện áp lớn nhất là ở lộ 0-5-6

10,369( )max 0 5 6

II.4) Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và hàm chi phí

II.4.1) Tổn thất công suất trên lưới của phương án 2

Ta có công thức tính tổn thất công suất

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

ΔP : Là tổng tổn thất công suất trên mạng

Z - là tổng chi phí của phương án trong một năm

atc - là hệ số thu hồi vốn tiêu chuẩn

⇒a tc =0,125

V - là vốn đầu tư ban đầu

V = ∑ V L0ij. ij

Với V0ij là vốn đầu tư để xây dựng 1km đường dây Lij

Lij - là độ dài đoạn đường dây i,j

( Nếu là lộ kép (n=2) thì ta nhân với 1,6 )

c0 - là giá 1 kWh điện năng tổn thất, c0 = 700đ

Ta có bảng thông số về vốn đầu tư và chi phí vận hành của phương án 1

Lộ ĐD n Li,j(km) AC V0i,j 106 ΔPnhi,j (MW) V0i,j.Li,j.106(đ)

III.1) Tính toán phân bố công suất sơ bộ

Sự phân bố công suất trong lưới điện

III.2) Tính toán chọn cấp điện áp.

Ta áp dụng công thức kinh nghiệm để tính điện áp của các đoạn đường dây

trong mạng điện:

(U kV) 4,34 (= l Km) 16 (+ P MW)

( Nếu là dây kép thì P phải chia cho 2 )

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

III.3) Chọn tiết diện dây dẫn.

III.3.1) Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế

lv

kt

I F J

=

Trong đó:

Ilv - là dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại

Jkt - là mật độ dòng kinh tế của dòng điện (A/mm2) Với dây AC và Tmax = 5000h thì Jkt = 1,1 (A/mm2)

lv

248,69( )1,1

⇒ Chọn dây AC-150, có Icp = 445 (A).

Isc = 2.Imax = 2.176,994 = 353,988 (A)

165,608( )1,1

⇒ Chọn dây AC-120, có Icp = 380 (A).

Isc = Imax = 182,169 (A)

70,177( )1,1

⇒ Chọn dây AC-95, có Icp = 330 (A).

lv

2231,978

210,988( )1,1

⇒ Chọn dây AC-240, có Icp = 605 (A).

Isc = Imax = 231,978 (A)

III.3.2) Kiểm tra điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng

Từ kết quả lựa chọn dây dẫn trên ta có bảng thông số của các đường dây trong phương án 5.

U

+

Ta có bảng thông số của các đường dây trong phương án 5:

Lộ 0-2:

Lúc bình thường

0 2 0 2 0 2 0 2 30,508.7,8 18,915.23, 4

6,187( )110

Khi sự cố thì phụ tải sẽ ngừng được cung cấp điện.

Từ kết quả tính toán trên ta thấy:

Khi làm việc bình thường thì tổn thất điện áp lớn nhất là ở lộ 0-3-4

10,158( )max 0 3 4( )

III.4) Tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và hàm chi phí

III.4.1) Tổn thất công suất trên lưới của phương án 5

Ta có công thức tính tổn thất công suất