thiết kế đồ án nhà máy điện

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

PHẦN MỞ ĐẦU

Điện năng là một nguồn năng lượng quan trọng của hệ thống năng lượng quốc gia, nó được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực như: sản xuất kinh tế, đời sống sinh hoạt, nghiên cứu khoa học…

Hiện nay nước ta đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nên nhu cầu về điện năng đòi hỏi ngày càng cao về số lượng cũng như chất lượng

Để đáp ứng được về số lượng thì ngành điện nói chung phải có kế hoạch tìm và khai thác tốt các nguồn năng lượng có thể biến đổi chúng thành điện năng.Mặt khác, để đảm bảo về chất lượng có điện năng cần phải xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối điện năng hiện đại, có phương thức vận hành tối ưu nhất đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cũng như 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 …

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS-TS Phạm Văn Hòa, cùng toàn thể các thầy cô trong khoa Hệ thống Điện đã tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành bản đồ án

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC LƯỚI ĐIỆN

Sơ đồ mặt bằng vị trí nguồn điện và các phụ tải:

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Tính toán cân bằng công suất, xây dựng phương án

Tính toán kinh tế kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

Chọn máy biến áp và sơ đồ nói điện chính

Tính toán chế độ xác lập lưới điện.

Tính toán lựa chọn đầu phân áp

Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Phụ tải cực tiểu bằng 70% phụ tải cực đại

Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax=5000 giờ

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

Giá 1 kVAR thiết bị bù: 150 đ/ kVAR

Hệ số dồng thời m=1; Jkt=1,1A/mm2

THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN

**************************************

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 cos =0,85

Tổng công suất tính toán của phụ tải được tính trong bảng sau, với

Trong sáu phụ tải này, có bốn phụ tải loại I (các phụ tải 1,3,4,6), là những phụ tải quan trọng, cần được cấp điện liên tục trong mọi trường hợp, vì nếu mất điện thì sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng về kinh tế, chính trị… Còn lại hai phụ tải loại hai(phụ tải 2 và 5) có mức yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện thấp hơn, vì không gây thiệt hại lớn khi mất điện.

Thời gian sử dụng công suất cực đại của các phụ tải là như nhau Tmax=5000h

Tính toán cân bằng công suất

II.1 Cân bằng công suất tác dụng

Đặc điểm của hệ thống điện là chuyển tải tức thời điện năng từ nguồn tới

hộ tiêu thụ và không có khả năng tích trữ lại điện năng với một lượng lớn, có nghĩa là quá trình sản xuất và tiêu thụ điện xảy ra đồng thời theo một nguyên tắc đảm bảo cân bằng công suất Tại từng thời điểm của chế độ xác lập của hệ

thống điện, các nguồn phát điện phải phát ra công suất đúng bằng công suất tiêu thụ, trong đó bao gồm cả tổn thất công suất trong lưới điện

Giả sử nguồn điện cung cấp đủ công suất tiêu thụ cho các phụ tải, sự cân bằng đó được thể hiện bằng phương trình cân bằng công suất sau:

∑PF=m.∑Ppt+∑∆P+∑Ptd +Pdp

Trong đó:

∑PF: là tổng công suất tác dụng phát ra từ các nguồn

∑Ppt: là tổng công suất tác dụng các phụ tải ở chế độ cực đại

m : là hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại, m=1

Như đã biết, việc sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay

chiều không chỉ liên quan đến công suất tác dụng mà còn liên quan đến công suất phản kháng Hay đúng hơn là công suất phản kháng trên mạng điện xoay chiều có ảnh hưởng lớn đến chất lượng điện về độ lớn điện áp U và tần số làm việc f của hệ thống Sự thiếu hụt công suất phản kháng sẽ làm U giảm và ngược lại

Do đó, ngoài việc cân bằng công suất tác dụng, ta cần phải cân bằng công suất phản kháng trên lưới để giữ cho chất lượng điện áp được ổn định Sự cân bằng công suất phản kháng thể hiện bằng phương trình cân bằng công suất như sau:

Công thức bù như sau: Qbi = Qi – Pi tgϕi mới

Trong đó:

Pi, Qi : là công suất hộ tiêu thụ trước khi bù

tgφimới : Được tính theo cosφmới là hệ số công suất của hộ thứ i sau khi bù

Ta chọn bù sơ bộ cho vị trí tải 1 và 5

Bù 3 MVAR tại phụ tải 1:

Xây dựng các phương án nối dây

Dự kiến các phương án nối dây

Trong hệ thống cần cung cấp điện (CCĐ), có phụ tải loại I và loại II, do đó, nhu cầu CCĐ của các phụ tải này cũng khác nhau Vì vậy, ta sẽ thiết kế hệ thống CCÐ ðảm bảo các yêu cầu cõ bản nhý:

Độ tin cậy CCĐ phải cao, đảm bảo chất lượng điện năng

Phải đảm bảo CCĐ liên tục cho các phụ tải loại I

Giá thành thiết kế hệ thống, tổn thất điện năng phải nhỏ nhất có thể

An toàn đối với người và thiết bị trong quá trinh vận hành

Linh hoat trong vận hành và phải có khả năng mở rộng đáp ứng sự phát triển của phụ tải trong tương lai

Dựa vào vị trí địa lý, tính chất các phụ tải và các điều kiện trên, ta có các phương án nối dây như sau:

Phương án 1:

Phương án 2:

Phương án 3:

Sơ đồ liên thông: có ưu điểm là thiết kế, khảo sát và chi phí thiết bị, dây dẫn giảm nhiều so với sơ đồ hình tia.Tuy vậy, nhược điểm là cần có thêm các trạm chung 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.

Sơ đồ 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 Tuy vậy, bố

trí bảo vệ rơle và tự động hóa phức tạp Khi xảy ra sự cố tổn thất lưới sẽ 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 nối dây vừa xây dựng được, ta chọn phương án 1 và phương án 2 để tính toán tiếp

CÁC ĐỊNH HƯỚNG KỸ THUẬT CƠ BẢN

Do khoảng cách giữa nguồn cung cấp điện đến các phụ tải, giữa các phụ tải với nhau khá xa nên ta dùng đường dây trên không để cấp điện đến các phụ tải Để đảm bảo độ bền cơ học cũng như khả năng dẫn điện ta sử dụng loại dây

AC để truyền tải, cột điện thép

Đối với các phụ tải loại I có mưc độ yêu cầu đảm bảo CCĐ cao ta cần bố chí cấp điện từ một đường dây lộ kép hoặc mạch vòng Còn các phụ tải loại II thì chỉ cần sử dụng đường dây đơn để cung cấp điện mà vẫn có thể đáp ứng được nhu cầu của phụ tải

Khi chọn máy biến áp (MBA) cho TBA hạ áp của các hộ phụ tải loại I, ta

sẽ dùng hai MBA vận hành song song, còn phụ tải loại II thì chỉ cần một MBA

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KINH TẾ- KỸ THUẬT, CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

CÁC YÊU CẦU VỀ MẶT KỸ THUẬT

Đối với mỗi phương án dữ lại để so sánh về mặt kỹ thuật ta sẽ tính toán các nội dung như sau:

Lựa chọn điện áp tải điện

Ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau để xá định cấp điện áp định mức của đường dây:

U = 4,34 16

P L n

+

(kV)

Trong đó:

P: Là công suất tác dụng truyền tải trên đường dây (MW)

L: Là khoảng cách truyền tải (km)

n: Là số lộ đường dây truyền tải

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

Fkt ≥

lv kt

I J

Trong đó:

Ilv: là dòng điện làm việc trên đường dây (A)

ax 3.

ijm lv

dm

S I

=

Sijmax: là cống suất cực đại truyền trên đoạn dây ij

n : là số mạch đường dây

Udm: điện áp định mức trên đường dây (kV)

Jkt: mật độ kinh tế của dòng điện (A/mm2), Jkt = 1,1

Sau đó dựa vào tiết diện đã tính toán được, chọn tiết diện dây dẫn phù hợp nhất

Tính tổn thất điện áp lúc vận hành bình thường và lúc có sự cố nghiêm trọng nhất

Tổn thất điện áp được tính theo công thức:

+

Trong đó:

P,Q : Công suất tác dụng và công suất phản kháng truyền trên đoạn đường dây đó

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

Udm: Điện áp định mức của mạng điện

Trường hợp mạng điện gặp sự cố nghiêm trọng là khi lộ kép( hoặc mạch vòng kín) bị đứt một lộ đường dây

Kiểm tra phát nóng của dây dẫn lúc sự cố: Ta phải tính được dòng điện chạy trong đoạn đường dây đó lúc có sự cố nặng nề nhất ( Isc ) Sau đó so sánh giá trị tính được với dòng điện cho phép chạy trong dây dẫn đó ( Icp )Nếu là đường dây lộ kép thì: Isc = 2.Ibt

Để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, các phương án phải đáp ứng được các điều kiện sau:

Tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải xa nhất lúc vận hành bình thường

∆Ubt% ≤ 10%, và lúc gặp sự cố ∆Usc% ≤ 20%

Dây dẫn phải đảm bảo được: Isc ≤ K1.K2.Icp

Isc, Icp : Lần lượt là dòng điện chạy trên dây dẫn lúc sự cố và dòng điện cho phép chạy lâu dài trên dây dẫn

K1,K2: Là hệ số điều chỉnh nhiệt độ K1 = 0,88 và hệ số xét đến sự đặt gần nhau của dây dẫn K2 = 1 ( nếu có phụ tải gần nhau thì K2 = 0,92 )

I.Đối với phương án nối dây 1

I.1 Tính toán phân bố công suất, chọn cấp điện áp định mức của lưới.:

1.Tính toán phân bố công suất

(kV) , ta có thể tính được điện áp định mức cần thiết trên các đoạn đường dây của từng phương án như sau:

U0-3 = 4,34.

55 31,6 16.

Vậy ta có thể chọn cấp điện áp 110 (kV ) làm điện áp định mức lưới

I.2 Chọn tiết diện dây dẫn theo từng lộ, kiểm tra các điều kiện phát nóng

102,6( ) 1,1

Isc = 2.Imax = 2.112,8 = 225,6(A)

Kiểm tra điề kiện phát nóng khi tải cưỡng bức

127, 6( ) 1,1

Isc =2.Imax = 2.140,4 = 280,8(A)

Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức

154, 4( ) 1,1

Vậy chon dây AC-185 có Icp = 5100 (A) ta có:

Isc =2.Imax = 2.169,8 = 339,6(A)

Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức

Isc ≤ 0,88.Icp →339,6 < 0,88.510 = 448,8 (thỏa mãn)

Vậy đoạn 0-3 là dây AC-185

Thông số của dây là: r0 = 0,17 Ω, x0 = 0,423 Ω ; b0 = 2,78.10-6

2 max 123,5

112,3( ) 1,1

Vậy đoạn 3-2 là dây AC-120

Thông số của dây là: r0 = 0,27 Ω, x0 = 0,423 Ω b0 = 2,69.10-6

112,3( ) 1,1

Vậy chọn dây AC-120 có Icp = 380 (A)

Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức

Isc ≤ 0,88.Icp → 224,6 < 0,88.380 = 334,4 (thỏa mãn)

Vậy đoạn 0-4 là dây AC-120

Thông số của dây là: r0 = 0,27 Ω, x0 = 0,423 Ω ; b0 = 2,69.10-6

168, 6( ) 1,1

Vậy chọn dây dẫn AC-240 có Icp = 610 (A)

Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức

Isc ≤ 0,88.Icp → 370,6 < 0,88.610 = 536,8 (thỏa mãn)

Vậy chọn dây AC-240 cho đoạn 0-6

Thông số dây là: : r0 = 0,12 Ω, x0 = 0,401 Ω ; b0 = 2,84.10-6

1

Ω

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 :

+

Lúc làm việc bình thường và khi có sự cố lần lượt tính toán ∆U%

cho các lộ như sau :

110 =

< 20%

⇒ Kết luận : phương án 1 thỏa mãn các tiêu chuẩn kĩ thuật

II Đối với phương án nối dây 2

II.1 Tính toán phân bố công suất, chọn cấp điện áp định mức của lưới.:

Tính toán phân bố công suất:

Từ sơ đồ nối dây, ta xác định được công suất truyền tải trên các đoạn đường dây như sau:

Đường dây Công suất(MVA) Chiều dài(km) 0-1 19,1+j7,63 40

+

(kV) , ta có thể tính được điện áp định mức cần thiết trên các đoạn đường dây của từng phương án như sau:

24,34 40 16.20 82,35( )

204,34 20 16 58,23( )

2304,34 31,6 16

Vậy ta cũng chọn cấp điện áp định mức của lưới là 110 (kV)

II.2 Chọn tiết diện dây dẫn theo từng lộ, kiểm tra các điều kiện phát nóng

98,18( ) 1,1

Vậy ta chọn dây AC-120 có Icp = 380 (A)

Thấy I0-1 sc = 225,75(A) < 334.4 = 0,88.Icp nên ta chọn dây AC-120 làm dây dẫn

đoạn 0-1, thông số của dây: r0 = 0,27 Ω ; x0 = 0,416 Ω ; b0 = 2,69.10-6

1

Ω

20,57( ) 1,1

⇒ chọn dây AC-170 có Icp = 265 (A)

Thấy I1-5 sc = 140,4 < 233 = 0,88.Icp nên ta chọn loại dây AC-70 làm dây dẫn cho lộ 1-5

Vậy chọn dây AC-120 có Icp = 380(A)

Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức

2 max 170

154,5( ) 1,1

Isc = 2.Imax = 340(A)

Vậy ta chọn dây AC-185 có Icp = 510 (A)

Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức

Isc = 340 < 448,8 = 0,88.Icp nên ta chọn dây AC-185 làm dây dẫn

đoạn 0-3, thông số của dây: r0 = 0,17Ω; x0 = 0,409 Ω;b0 = 2,78.10-6

112,3( ) 1,1

Vậy ta chọn dây AC-70 có Icp = 265 (A)

Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức

Isc = 123,5 < 233,2 = 0,88.Icp nên ta chọn dây

2 max 123,5

112,3( ) 1,1

Vậy ta chọn dây AC-120 có Icp = 380 (A)

Kiểm tra điều kiện phát nóng khi tải cưỡng bức

Isc = 247 < 334 = 0,88.Icp nên ta chọn dây AC-120 làm dây dẫn đoạn 3-2, thông số của dây: r0 = 0,27Ω ; x0 = 0,423 Ω ; b0 =

168,5( ) 1,1

Vậy ta chọn dây AC-185 có Icp = 510 (A)

Thấy Isc = 370,6 < 448,8 = 0,88.Icp nên ta chọn dây AC-185 làm dây dẫn đoạn A-4,

Thông số của dây: r0 = 0,17 Ω ; x0 = 0,409 Ω; b0 =2,78.10-6

ΔU x=ΔU0-5 sc + ΔU5-1 sc

110 =

< 20%

⇒phương án 5 thỏa mãn các tiêu chuẩn kĩ thuật

III.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 :

Ttc : Là số năm thu hồi vố tiêu chuẩn

V : Là số vốn đầu tư cơ bản V = ∑Voij ij.L

oij

V

: 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

với Tln = 5000h ta tính được τ = 3411 (h).

co : Là giá 1kWh điện năng tổn thất co = 700 (đ)

Sau đây ta sẽ tính phí tổn tính toán hàng năm của từng phương án

Phương án nối dây 1:

Tính tổn thất công suất trên mạng :

Áp dụng công thức tính toán phí tổn vận hành hàng năm ta tinh được phí vận

hành hàng năm của phương án 1 cụ thể ở bảng sau :

Lộ ĐD Số lộ n LiJ (km) Fch ro Voij 106 ΔPnh (MW) VoiJ.Lij(106đ)

Phương án nối dây 4 :

Tổn thất công suất của mạng điện :

IV So sánh kinh tế- kỹ thuật chọn phương án tối ưu

thứ 1 cả về điều kiện kinh tế và kỹ thuật Vậy ta chọn phương án 2 là phương án tối ưu để tính toán tiếp các yêu cầu sau này.

CHƯƠNG 3

CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH

I, Chọn máy biến áp

Chọn máy biến áp theo công thức sau:

Đối với phụ tải loại I ( phụ tải 1, 3,4, 6) chọn hai máy biến áp có công suất :

4 , 1

max

pt dmB

S

S ≥

Đối với phụ tải loại II ( phụ tải 2,5) sử dụng một máy biến áp có công suất:

SđmB ≥ Sptmax

Phụ tải 1:

2 2 1.max

35 21,7

29, 4( )

1, 4 1, 4

pt m dmB

I 0 % R

( Ω)

X ( Ω)

0

Q

∆

(kVAR) Cao Hạ

25 TPD 115 10,5 10,5 120 29 0,8 2,54 55,545 200

32 TPD 115 10,5 10,5 145 35 0,75 1,873 43,394 240

II, Sơ đồ nối điện chính

Bản vẽ ở trang bên :

CHƯƠNG 4:

TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA LƯỚI ĐIỆN

Tính toán chế độ xác lập cho từng mạch đường dây khi bình thường và khi gặp sự cố như sau :

Ta có thông số các đường dây như sau:

R(Ω)

X(Ω)

B/2(.10-6)

U U X

đm

U U X

I S

; ∆P0B = ∆ = 2. P0 2.0, 035 0,07 = MW

Tính toán phân bố công suất trong mạch vòng:

Do các đoạn 0-1, 0-5, và 1-5 dùng dây dẫn điện khac nhau nên ta phải tính toán phân bố công suất theo công thức:

Z

Z S

S i

A i i Ai

Ta có điện trở các đoạn dây là:

S Z Z S Z S

qd

S > S.0 5 − nên S.5 1 − =S.qd5 −S.0 5 − = (5, 426 − j0,77)MVA