đồ án môn học lưới điện

Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc phát triển điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như

LỜI MỞ ĐẦU

*******

Ngày nay, điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống năng lượng của một quốc gia Trong điều kiện nước ta hiện nay đang trong thời kì công nghiệp hoá và hiện đại hoá thì điện năng lại đóng vai trò vô cùng quan trọng Điện năng là điều kiện tiên quyểt cho việc phát triển nền nông nghiệp cũng như các ngành sản xuất khác Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc phát triển điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như điện phân phối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kĩ lưỡng để vừa đảm bảo hợp lý về kĩ thuật cũng như về kinh tế Xuất phát từ điều đó, bên cạnh những kiến thức giảng dạy trên giảng đường, mỗi sinh viên ngành Hệ thống điện đều được giao đồ

án môn học về thiết kế điện cho mạng điện khu vực

Quá trình thực hiện đồ án giúp chúng ta hiểu biết tổng quan nhất về mạng lưới điện khu vực, hiểu biết hơn về những nguyên tắc chủ yếu để xây dựng hệ thống điện như xác định hướng và các thông số của các đường dây, chọn hệ thống điện áp cho mạng điện chính… những nguyên tắc tổ chức và điều khiển hệ thống, tổng vốn đầu tư và các nguồn nguyên vật liệu để phát triển năng lượng …

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

Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo trong khoa

Hệ Thống Điện, và đặc biệt cám ơn thầy giáo Phạm Văn Hòa đã tận tình giúp đỡ em

hoàn thành đồ án này.

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN

1.1Phân tích nguồn và phụ tải điện

Sơ đồ phân bố nguồn và phụ tải điện :

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 cuả 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 suấtcủa nguồn là Cosϕ = 0,85

Tổng công suất của các hộ tiêu thụ ở chế độ phụ tải cực đại là 216 MW Phụ tải cực tiểubằng 70% phụ tải cực đại.Trong số 6 hộ phụ tải thì có 4 hộ phụ tải yêu cầu có mức đảm bảocung cấp điện ở mức cao nhất ( 2, 3, 5, 6 ) nghĩa là không được phép mất điện trong bất cứtrường hợp nào, vì nếu mất điện thì sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng Hai hộ phụ tải còn lại

có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện ở mức 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 củacác hộ phụ tải là Tmax = 5000 h

Thông số của mạng lưới điện :

1.2 Tính toán cân bằng công suất.

Điện năng sản suất ra không tích lũy thành số lượng có thể lưu trữ được hay nói cáchkhác là việc sản xuất , truyền tải và tiêu thụ điện năng diễn ra đồng thời Tại mỗi thờiđiểm luôn có sự cân bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tức là tại mỗithời điểm phải có sự cân bằng giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng phát ravới công suất tác dụng và công suất phản kháng tiêu thụ Nếu sự cân bằng trên bị phá

vỡ thì các chỉ tiêu chất lượng điện năng bị giảm , có thể làm hệ thống mất ổn định hoặctan giã toàn hệ thống

Trong chương I , chúng ta sẽ tiến hành cân bằng công suất tác dụng và công suấtphản kháng do nguồn điện phát ra với công suất tác dụng với công suất phản kháng tiêuthụ của các phụ tải , từ đó có thể đưa ra các phương án bù sơ bộ để nâng cao chất lượngtruyền tải điện

Ta có :

(1.1)Trong đó :

m – hệ số đồng thời , m = 1

Ppt j –công suất tác dụng của phụ tải thứ j , MW

Có :ΣPpt = Ppt1+ Ppt2 + Ppt3+ Ppt4+ Ppt5+ Ppt6

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

sơ bộ ta lấy theo phần trăm của tổng công suất phụ tải cực đại

Có: Σ∆Pmđ =

Suy ra: Ptrạm = 216 + 0,05.216 = 226,8 ( MW)

Sự cân bằng công suất phản kháng được thể hiện bằng biểu thức sau :

Như vậy ta sẽ đặt tụ bù sơ bộ cho phụ tải 3 và phụ tải 5 với tổng dung lượng bù là:

QB = 13,392 (MVAr) :

1.3 Xây dựng các phương án nối dây.

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của nó.Vì vậy các sơ đồ mạngđiện cần chọn sao cho có chi phí nhỏ nhất,đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết,đảmbảo chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ,thuận tiện và an toàn trong vậnhành,khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới

Chọn hình dáng tối ưu cho mạng điện là bài toán phức tạp,ta thường sử dụng các phương ánkhác nhau đặt ra nhiều phương án rồi chọn ra 2 phương án để tính toán tối ưu

Do đề bài yêu cầu cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 1 và loại 2 nên ta có các phương ánnối dây sơ bộ như sau :

Phương án 1 :

Phương án 2 :

Phương án 3 :

Phương án 4 :

Phương án 5 :

1.3.2 Phân tích , giữ lại một số phương án để tính toán 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 1 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, khảo sát giảm nhiều so với sơ đồ hình tia; Thiết

bị, dây dẫn có chi phí giảm

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

• Mạng kín có:

-Ưu điểm là độ tin cậy cung cấp 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 ở trên, kết hợp với 5 phương án được xây dựng ở trên ta chọn phương án 1 và phương án 4 để tính toán tiếp

Các định hướng kỹ thuật cơ bản.

Do khoảng cách giữa 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 hộ 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 một 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 hai thì chỉ cần sử dụng một đường dây đơn để cung cấp để tránh gây lãng phí

Khi chọn máy biến áp cho các trạm hạ áp của các hộ phụ tải thí đối với các hộ phụ tải loại một ta sẽ sử dụng hai máy biến áp vận hành song song, còn đối với các hộ phụ tải loại hai thìchỉ cần chọn một máy biến áp

CHƯƠNGII 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

2.1.2 Tính toán phân bố công suất

Nhánh liên thông :

Ta có :SA-2 = S1 +S2 = 58 + j 35,96 MVA

SA-3 = S4 +S3 = 70 + j36,704 MVANhánh vòng :

Điểm phân bố công suất sơ bộ :

Như vậy ta thấy SA-5 < S5 = 48+j23,064 MVA Vậy điểm phân bố công suất tại phụ tải 5

) 6 6 4 4 2 4

2.1.2 Chọn cấp điện áp

Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹthuật của mạng điện Vì vậy chọn đúng điện áp định mức của mạng khi thiết kế cũng là bàitoán kinh tế - kỹ thuật quan trọng

Trong đồ án này chủ yếu chọn điện áp định mức theo công thức kinh nghiệm nhưsau :

Uđm=4,34 (2.1)Trong đó : n : số lộ dây (n=1,2)

Uđm : điện áp định mức của mạng điện , [ kV ]

Li : chiều dài đoạn đường dây , [ km ]

Pi : công suất truyền tải trên đường dây , [ MW ]

Công thức này áp dụng cho các đường dây có chiều dài đến 220 km và công suấttruyền tải P 600 MW phù hợp với số liệu đề ra

Sau đây ta tiến hành lựa chọn điện áp định mức cho từng phương án cụ thể :

Phương án 1 :

Sơ đồ nối dây như sau :

• Đối với đường dây A – 1 :

U1= 4,34 ( 2.2)Trong đó: LA-1 = 41,23 km và P1 = 30 MW

Làm tương tự cho các đường dây khác ta có các kết quả sau :

U ; kV 97,051 98,167 108,416 102,402 111,719 64,909 125,433

Vậy chọn U đm = 110 kV.

2.2 Chọn tiết diện dây dẫn

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

Yêu cầu kỹ thuật chính của mạng điện là độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng tatính toán các chỉ tiêu kỹ thuật cho trường hợp phụ tải max và trường hợp sự cố , vì đây là haichế độ yêu cầu cao về kỹ thuật Sự cố ta chỉ xét đứt một đường dây ở lộ kép , mạch vòng vàkhông xét đến sự cố xếp chồng

Mạng điện có Uđm = 110 kV nên ta sử dụng đường dây trên không , dây nhôm lõi thép

+ Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất là Fmin = 70mm2 ; để hạn chế phóng điện vầng quang Các tiếtdiện dây dẫn chọn theo mật độ kinh tế dòng điện có Jkt = 1.1 A/mm2

Như vậy :

Trong đó :

– Dòng điện chạy trên đường dây ở chế độ làm việc max ; A

Trong đó :

n- số mạch của đường dây (lộ đơn n=1 , lộ kép n=2 )

Uđm - điện áp định mức chạy trên đường dây ; kV

Smax i - công suất chạy trên đường dây khi phụ tải max ; MVADòng điện khi sự cố được xác định như sau :

Mạch là đơn có : ;

Mạch vòng : với – dòng điện khi sự cố trên nhánh thứ j ;

Sau đây là tính toán cụ thể cho các phương án :

Phương án 1:

Sơ đồ nối dây như sau :

Xét nhánh A-1 :

Ta có: SA-1 = S1 = 30 +j18,6 MVA

Đường dây lộ đơn n=1 ;

Điện áp định mức chạy trên đường dây là Uđm = 110 kV

Tiết diện cho phép là :

Vậy chọn dây AC-185 có Icp = 510 A

Tiết diện cho phép là :

Vậy chọn dây AC-185 có Icp = 510 A

Mạch lộ kép có :

Làm tương tựvới các đường dây khác ta có :

Bảng thông số chọn đường dây trên mạng điện

2.2.2 Kiểm tra các điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp

• Chọn tiết diện dây dẫn theo dòng điện phát nóng lâu dài cho phép ( theo Icp) Như Vậy tiếtdiện dây dẫn phải chọn sao cho thỏa mãn điều kiện :

≥ Isc (2.6)Trong đó :

k1 –Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến sự khác biệt giữa nhiệt độ chế tạo vànhiệt độ sử dụng dây dẫn ; Thường lấy k1 = 0.88 ;

k2 - Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ , kể đến số lượng cáp đi chung một rãnh vàđường dây trên không lấy k2 = 1 ;

Icb - dòng điện phát nóng lâu dài cho phép của tiết diện dây dẫn lựa chọn ;

Dây đơn : Isc = ; dây kép : Isc = 2

Phương án 1 :

• Đoạn đường dây A-1 : Loại dây AC-185 có Icp =510 A

Dòng điện lâu dài cho phép chạy trên dây là : Icb =449,82 A

Ta có : Isc = = 185,3 A (vì lộ đơn)

Như vậy thỏa mãn điều kiện phát nóng cần thiết:

Tính toán cho các đoạn đường dây khác ta có :

Xét sự cố đứt các đoạn dây như sau :

• Đứt đoạn A-5 và A-6 có Isc bằng nhau :

Isc A-5 = IscA-6 = =525,78 A

• Đứt đoạn 5-6 :

= max(, ) = 279,51 A

Dũng điện phát nóng trên đường dây A-5-6-A ;

Tính toán tương tự cho các đoạn đường dây khác ta có bảng sau :

Bảng tính toán dòng điện cho phép trên các đoạn dây

• Với đường dây có phụ tải phân phối liên tục thì xác định ∆Usc như sau :

∆Usc∑%= ∑ U sci %Trong đó :

Đoạn dây dẫn nào có lộ đơn thì: U sci % = U i %

Đoạn dây dẫn lộ kép thì: U sci % = U i %

• Với đường đây mạch khép kín thì: U sc = Max { U isc } ; Trong đó U isc là tổn thất điện áp gặp phải sự cố đứt dây ở nhánh thứ i

Như vậy tổn thất điện áp khi làm việc ở chế độ bình thường và chế độ sự cố sẽ được xácđịnh như sau :

Tính toántương tự cho các đoạn còn lại ta có kết quả sau :

• Đoạn A-3-4:

= 21,566%

• Đoạn A-5-6-A: Theo trên điểm phân bố công suất tại phụ tải 5 nên ta có :

Tổn thất điện áp lớn nhất trên mạch vòng :

- Khi đứt đoạn A-6 tổn thất điện áp trên đoạn A-5 bằng :

tổn thất điện áp trên đoạn 5-6 là :

= +

- Khi đứt đoạn A-5 tổn thất điện áp trên đoạn A-6 bằng :

Tổn thất điện áp trên đoạn 5-6 là :

- Sự cố hỏng 5-6 ta có:

Từ kết quả trên ta thấy sự cố nguy hiểm nhất xảy ra khi đứt đoạn A- 6.Vậy tổn thất điện áplớn nhất bằng :

Ta có bảng kết quả như sau :

2.2.3 Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng

Tổn thất công suất được tính như sau :

Tổn thất điện năng tính như sau :

Trong đó :

Vậy ta có các kết quả sau :

• Hàm tính toán kinh tế kỹ thuật hàng năm:

Trong đó

Với lưới điện U=110 kV thì T = 8 năm

Vday- Giá tiền xây dựng đường dây

c - giá tiền tổn thất điện năng (C =700đ/kwh)

- tổn thất điện năng lưới

Bảng giá đường dây:

Loại dây Giá tiền (đ/km)

Nhận xét : Chi phí tính toán của các phương án : Z1< Z4 và tổn thất điện áp bình thường

và sự cố của phương án 4lớn hơn phương án phương án 1.

- Nếu từ bảng tổng hợp kết quả mà ta thấy cả hai phương án đều đảm bảo kỹ thuật Màmột trong hai phương án có Z nhỏ hơn, nhưng không quá 5% thì ta coi hai phương án

đó là tương đương về kinh tế, vậy ta sẽ chọn phương án có điều kiện kỹ thuật tốt hơn

Tóm lại: Ta chọn phương án 1 làm phương án tính toán tiếp.

CHƯƠNG III CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH

3.1 Chọn máy biến áp

1. Lựa chọn số lượng máy biến áp:

Đồ án thiết kế mạng điện khu vực có điện áp 110 kV cho các hộ tiêu thụ loại I và hộ tiêu thụđiện loại II Do đó để đảm bảo tính chất cung cấp điện được liên tục và đảm bảo yêu cầukinh tế- kỹ thuật thì tại mỗi nút phụ tải loại I ta đều đặt 2 máy biến áp 3 pha làm việc song

song Còn các phụ tải loại II dùng 1 máy biến áp 3 pha làm việc độc lập cung cấp cho các hộtiêu thụ điện

2. Lựa chọn cụng suất các máy biến áp:

• Công suất của các máy biến áp lựa chọn phải luôn cung cấp điện được liên tục chocác hộ phụ tải trong tất cả các khả năng của phụ tải như: cực đại, cực tiểu và sựcố

• Với 2 máy biến áp làm việc song song, nếu xảy ra sự cố 1 trong 2 máy phải ngừnglàm việc thì máy biến áp còn lại vẫn phải đảm bảo cung cấp điện đầy đủ và liêntục cho các hộ phụ tải

• Với 2 máy biến áp làm việc song song ta có công thức xác định công suất củatừng máy biến áp như sau:

Với:

n – số máy biến áp trong trạm, n = 2

k – hệ số quá tải cho phép k= 1,4

Với nhánh A-1 ta có :

(KVA)Phụ tải thuộc hộ loại II nên chọn MBA loại TPDH 40000/110 có:

SđmB=40; Uc= 115, Uh=11; Un%=10,5 ∆Pn=175 kw; ∆P0=42 kw; I0%=0,7; RB=1,44 ; XB=52,8

; ∆Q0=280 KVAr

• Tính toán tương tự cho các trạm khác ta có :

Bảng chọn máy biến áp trong mạng điện như sau

A -4 32 19,84 37,65 37,65 40

(Thông số của các máy biến áp được lấy trong cuốn “ Mạng Lưới Điện” của TS Nguyễn

Văn Đạm-NXB KHKT, bảng 16- Máy biến áp 2 cuộn dây ba pha 110kV, tr 231)

Vậy ta có bảng thông số các máy biến áp đã chọn trong mạng điện

3.2 Chọn sơ đồ nối điện chính

Do đa phần phụ tải là các hộ tiêu thụ loại I nên để đảm bảo cung cấp điện an toàn và liêntục ta sử dụng sơ đồ hệ thống hai thanh góp làm việc song song Khi vận hành một thanh góp vận hành còn một thanh góp dự trữ

Đối với các trạm cuối ta có 2 trường hợp:

Bản vẽ A3 chi tiết ở cuối đồ án.

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP LƯỚI ĐIỆN

4.1 Tính toán chế độ phụ tải max.

Chọn điện áp các nút bằng giá trị định mức U=Uđm=110 kV

a, Nhánh A -1 :

Ta có sơ đồ nguyên lý như sau :

Quy phụ tải về phía cao của MBA

Vì đường dây lộ đơn nên ta chỉ có 1 MBA loại TPDH 40000/110 với :

(MVA)

ZB1 = (RB1 + jXB1) = 1,44 + j 34,8 ( )

Tổn thất điện áp trên MBA là

Công suất trước tổng trở máy biến áp là:

SB1 = S1 + = 30,148 + j22,184 (MVA)

• Tính chế độ xác lập trên đường dây A-1: Biết công suất cuối đường dây S1’ và điện áp đầu đường dây UA=121(KV)

Ta có :

Dây A-1 lộ đơn có: dây AC- 185 có

-Tổn thất công suất trên đường dây là: