Đồ án hệ thống điện

CHƯƠNG II. CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG2.1Bảng số liệu phụ tảiCác số liệuCác hộ tiêu thụ123456Phụ tải cực đại(MW)222428303428Hệ số công suất cosφ0,80,850,70,750,720,7Mức đảm bảo cung cấp điện III I I I I IIIYêu cầu điều chỉnh điện áp T T KT KT T TĐiện áp danh định lưới điệnthứ cấp(kV) 222.2Cân bằng công suất tác dụngMột đặc điểm quan trọng của hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ nguồn điện đến các hộ tiêu thụ mà không thể tích luỹ được. Tính chất này thể hiện sự đồng bộ trong quá trình sản xuất điện năng.Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy phát điện trong hệ thống phải phát công suất điện đúng bằng công suất tiêu thụ của các phụ tải trong hệ thống đồng thời cộng thêm các tổn thất phát sinh trong quá trình truyền tải.Ngoài ra để đảm bào hệ thông vận hành ổn định trong các điều kiện khác nhau, hệ thống phát điện của nhà máy phải có dự trữ công suất tác dụng nhất định. Mức dự trữ công suất tuỳ thuộc vào yêu cầu của hệ thống và mức độ phát triển sau này.

Đồ án hệ thống điện

Sv thực hiện: Trần văn Chiến

Phạm Văn Đức

Vũ Trung kiên

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Điện áp danh định lưới điện thứ

CHƯƠNG II CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

Mức đảm bảo cung cấp điện III I I I I III

Điện áp danh định lưới điện thứ

2.2 Cân bằng công suất tác dụng

Một đặc điểm quan trọng của hệ thống điện là truyền tải tức thời điệnnăng từ nguồn điện đến các hộ tiêu thụ mà không thể tích luỹ được Tínhchất này thể hiện sự đồng bộ trong quá trình sản xuất điện năng

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy phátđiện trong hệ thống phải phát công suất điện đúng bằng công suất tiêu thụcủa các phụ tải trong hệ thống đồng thời cộng thêm các tổn thất phát sinhtrong quá trình truyền tải

Ngoài ra để đảm bào hệ thông vận hành ổn định trong các điều kiện khácnhau, hệ thống phát điện của nhà máy phải có dự trữ công suất tác dụngnhất định Mức dự trữ công suất tuỳ thuộc vào yêu cầu của hệ thống vàmức độ phát triển sau này

∑Ppt:Tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong chế độ phụ tải

∑∆P :Tổng tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy ∑∆P = 5%∑∆Pmax

∑Ptd :Tổng công suất tự dùng của nhà máy điện

∑Pdt :Tổng công suất dự trữ trong mạng điện,khi cân bằng

sơ bộ có thể lấy : ∑∆Pdt = 10%∑∆Pmax

m : hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đạiMột cách gần đúng ta có thể thay bằng công thức:

∑PF = ∑Ppt + 15%∑Ppt (1.2.2)Theo bảng số liều vê phụ tải đã cho ở trên ta có :

∑PF =∑Pyc = 1,15.(22+24+28+30+34+28)=190,9(MW)Việc cân bằng công suất tác dụng giúp cho tần số của lưới điện luôn được giữ ổn định

2.3 Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống.

Cân bằng công suất phản kháng có quan hệ tới điện áp.Hệ thống khôngcân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn tới thay đổi điện áp trong hệ thốngđiện Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản khángtiêu thụ thì điện áp trong hệ thống sẽ tăng, ngược lại nếu công suất phảnkháng phát ra nhỏ hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì sẽ dẫn tới sự sut

áp Vì vậy để đảm bảo chất lượng của hệ thống điện ta cần phải cân bằngcông suất phản kháng trong hệ thống

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống:

∑QF = ∑Qyc =m∑Qpt +∑∆Qb +∑QL -∑Qc +∑Qtd +∑Qdt (1.3.1)

Trong đó:

∑QF :Tổng công suất phản kháng do nguồn điện phát ra

∑Qyc: Tổng công suất yêu cầu của hệ thống

∑Qpt :Tổng công suất phản kháng của các phụ tải ở chế độ cực đại

∑QL :Tổng công suất phản kháng trong cảm kháng của các đường dây trong mạng điện.

∑Qc : tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra,khi tính sơ bộ lấy : ∑Qc = ∑QL

∑∆Qb : tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp ,khi tính sơ bộ có thể lấy ∑∆Qb = 15%∑∆Qmax

∑Qtd: tổng công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện

∑Qdt : Tổng công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống

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

cầu trong hệ thống bằng công thức sau đây:

∑Qyc = ∑Qpt + 15%∑Qpt (1.3.2)Công suất phản kháng của các phụ tải được tính theo công thức sau

DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG

ĐIỆN VÀ SO SÁNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

3.1 Mở đầ u

Các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuất phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nối dâycủa nó.Vì vậy ta phải có các phương án nối dây khác nhau trong mạnglưới điện để từ đó so sạnh tìm ra phương án tối ưu nhât:vừa bảo đảm cácchỉ tiêu kĩ thuật đồng thời bảo đảm chi phí nhỏ nhất, độ tin cậy cần thiết,thuận lợi cho vận hành, sửa chữa, đồng thời bảo đảm khả năng phát triểntương lai tiếp nhận thêm phụ tải mới

Từ sơ đồ mặt bằng nguồn điện và các phụ tải đã cho ta có thể đưa

ra các phương án nối dây cho mạng lưới điện trên Sau đây là 5 phương

án và tính toán đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật của các phương án này

3.2

Dự ki n ế cá c p h ng ươ á n

3.2.1 P hương án I

Hình 3.1:Sơ đồ nối dây phương án I

3.2.2 P hương án II

Hình 3.2 : Sơ đồ nối dây phương án II

3.3.2 Tính điện áp vận hành của mạng điện

Điện áp vận hành ảnh hưởng đến các đặc trưng kĩ thuật, các chỉ tiêu

kĩ thuật của mạng lưới điện

Điện áp định mức của mạng lưới điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: côngsuất của phụ tải, khoảng cách từ nguồn đến các phụ tải, vị trí tương đốigiữa các phụ tải trong mạng lưới…

Điện áp định mức có thể 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 côngsuất trên mỗi đoạn đường dây điện

Điện áp định mức trên của đường dây có thể được tính theo công thứckinh nghiêm sau:

Trong đó : Uvhi = 4,34. li

li : khoảng cách truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (km)

Pi :Công suất truyền tải trên đoạn đường dây thứ i (MW)Dựa vào sơ đồ mặt bằng của các nguồn điện và các phụ tải ta có điện

áp vận hành trên các đoạn đường dây như sau:

Điện áp vậnhành, kV

Điện áp địnhmức của cảmạng điện,kV

F  Imax

kt

kt (2.2)Trong đó :

Imax : dòng điện chạy trên đường dây ở chế độ phụ tải cựcđại(A);

Jkt : mật độ kinh tế của dòng điện,A/mm2Với dây AC và Tmax =5000h ta tra bảng có được :

Jkt = 1,1A/mm2Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại đượctính bằng công thức :

Uđm : điện áp định mức của mạng điện , kV

Smax : công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại,MVA

Đối với các đường dây trên không , để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F70 mm2

Sau đây ta sẽ tính toán trên từng đoạn đường dây trong phương án 1

Ta chọn theo tiết diện tiêu chuẩn gần nhất : AC-95

Isc = 2.Imax = 2.93,309 = 186,618 A < Icp = 330 A (thỏa mãn điều kiện phát nóng)

Tính toán tương tự cho các đoạn còn lại ta được bảng số liệu sau:Đoạn

P i r i l i

∆Uibt : tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i,%

Pi, Qi : Công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy trên đoạn đường dây thứ i

ri, xi : điện trở và điện kháng đơn vị của đoạn đường dâythứ i

Trong chế độ sự cố , đối với mạng điện đường dây 2 mạch tổn thất

điện áp trong chế độ sự cố (đứt một đoạn đường dây ) được tính theo

Bả ng 3.3 Tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây trong mạng điện

Từ các kết quả trên nhận thấy rằng ,tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ

vận hành bình thường là:

∆Umax bt =7,102 %

d

Tổn thất điện áp trong chế độ sự cố bằng :

∆Umax sc= 9,552 %

Ph ươ ng án nố i dâ y 2

3.4.1 Sơ đồ nối dây

Hình 3.7 Sơ đố nối dây phương án II

3.4.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

S max

(MV A)

Bảng 3.4.Thông số của các đường dây trong mạng điện

3.4.3 Tính tổn thất điện áp của các đoạn đ ƣờng dây trong mạng điện

Tính toán tương tự như đối với phương án I ta có bảng số liệu sau:

Bảng 3.5.Tổn thất điện áp trên các đường dây

Từ các kết quả ở bảng trên ta nhận thấy, tổn thất điện áp lúc làm việc

bình thường và khi sự cố có giá trị lớn nhất là:

ΔUmax bt% = Δ UN -bt% + Δ U1-2bt% = 4,497% + 3,926% = 8,423 %

Trong chế độ sự cố không xét sự cố xếp chồng mà chỉ xét sự cố đơn

giản (đứt một dây) nên:

ΔUmax sc% = Δ UN -2 sc% + Δ U2-1bt% = 8,995%+7,852% = 16,847 %

 Tính tổn thất điện áp trong mạch vòng đã xét

Bởi trong mạch vòng đã xét chỉ có một điểm phân chia công suất là nút 6 Do

đó tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện trong chế độ vận hành bình thường là:

Umax%

U N 6% 

27, 70.0, 33.63, 246  13, 42.0, 429.63, 246 .100% 7, 786%

- Tổn thất điện áp trên đoạn 5-6 là:

U 56sc % 32.0, 46.41, 231  15, 498.0, 44.41, 231 .100% 7,340%

1102

Khi ngừng đoạn đường dây N-6

- Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây N-5 là

Vậy tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố là tổn thất điện áp khi

đứt đoạn đường dây N-5 và bằng:

Từ các kết quả ở bảng trên ta nhận thấy, tổn thất điện áp lúc làm việc

bình thường và khi sự cố có giá trị lớn nhất là:

Δ Umax bt% = Δ UN -2 bt% = 7,786 %Trong chế độ sự cố không xét sự cố xếp chồng mà chỉ xét sự cố đơn

giản (đứt một dây) nên:

Δ Umax sc% =24,205 %

Đó là trường hợp ngừng N-2 trong mạch vòng

Z:hàm chi phí tính toán hàng năm

atc:hệ số hiệu quả của vốn đầu tư atc=0,125

avh:hệ số vận hành đối với các đường dây trong mạng điện

avh=0,04 (Dùng cột bêtông cốt thép)

∆A:Tổng tổn thất điện năng hàng năm

C : giá 1kWh điện năng tổn thất :c=500 đ/kW.h)

K : tổng các vốn đầu tư về đường dây-Tính K

Đối với các đường dây trên không 2 mạch đặt trên cùng một cột,tổng vốn đầu tư để xây dựng các đường dây có thể xác định theo công thức sau:

K= ∑1,6.k0i.li

Trong đó :

k0i : giá thành 1 km đường dây thứ i , đ/km

li : chiều dài đoạn đường dây thứ i ,kmVới đường dây 1 mạch :K= k0i.li

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

∆A = ∑∆Pimax τTrong đó :

τ : thời gian tổn thất công suất lớn nhất ,h

Ri: điện trở tác dụng của đoạn đưòng dây thứ i

Udm: điện áp định mức của mạng điện

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

τ= (0,124+ Tmax .10-4)2 .8760Trong đó :

Tmax là thời gian sử dụng phụ tải cực đại trong năm

Tính K cho mỗi đoạn đường dây

Đoạn đường dây N-1(AC-95)

Tính toán tương tự ta có bảng sau:

R , Ω

P, MW

Q, MVAr

ΔP, MW

k0.106(đ/km)

K*106(đ)

Tính toán tương tự như đối với phương án trên ta có bảng số liệu sau:

Đường

L , km

R , Ω

P, MW

Q, MVAr

ΔP, MW

k0*106(đ/km)

K*106(đ)

Phương án Phương án 1 Phương án 2

Z(.109 đ) 29,509.109

33,339.109

Từ kết quả trên ta nhận thấy phương án 1 là phương án tối ưu

Như vậy sau khi đưa ra các phưong án thoả mãn về mặt kỹ thuật ,chúng

ta đã tiến hành so sánh về mặt kinh tế các phương án và lựa chọn phương

án 1 là phương án tối ưu Từ chương sau trở đi ta chỉ tiến hành tính toáncho phưong án này

CHƯƠNG V

LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHI TIẾT

5.1 Chọ n số l ượ ng và công suấ t má y bi n ế áp trong cá c tr m ạ hạ

á p

Trong hệ thống điện có 5 phụ tải loại I, vì vậy để đảm bảo cung cấpđiện cho các hộ phụ tải này cần dặt hai máy biến áp làm việc song songtrong mỗi trạm.Phụ tải loại III dùng 1 máy biến áp

Khi chọn công suất của máy biến áp cần phải xét đến khả năng quá tảicủa máy biến áp còn lại sau sự cố Xuất phát từ điều kiện quá tải chophép bằng 40% trong thời gian phụ tải cực đại.Công suất của mỗi máybiến áp làm việc trong trạm có n máy biến áp được xác định theo côngthức :

Sdm  Smax

k(n 1)

Trong đó: Smax :phụ tải cực đại của trạm

k: hệ số quá tải của máy biến áp trong chế độ sau sự cố,k=1,4

n : số máy biến áp trong trạmĐối với trạm có hai máy biến áp ,công suất của mỗi máy biến áp bằng:

Sdm  Smax

Hộ phụ tải Smax (MVA) Smax/1,4

X (Ω)

∆Q (kVAr)Cao hạ

5.2.2 Trạm trung gian

Để đảm bảo tin cậy ta cũng sử dụng sơ đồ 2 hệ thống thanh góp:

5.2.3 Trạm cuối

công suất của trạm (phụ tải cực đại, phụ tải cực tiểu của trạm) Khi đó ta

sử dụng sơ đồ cầu ngoài :

CHƯƠNG VI

TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC

CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA LƯỚI ĐIỆN

Để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của mạng điện thiết kế ,cầnxác định các thông số chế độ xác lập trong các chế độ phụ tải cực đại,cựctiểu và sau sự cố khi phụ tải cực đại

Khi xác định các dòng công suất và các tổn thất công suất ,ta lấy điện

áp ở tất cả các nút trong mạng điện bằng điện áp định mức Ui = Udm= 110kV

Để tính tổn thất công suất chạy trên một đoạn đường dây ta sử dụngcông thức:

Trong chế độ phụ tải cực đại ta lấy

UN= 110%*110=121 kV

Sơ đồ thay thế của mạng điện :

Ta có các thông số của sơ đồ thay thế:

+ Đối với đường dây N-1: z N1 = 10,436+j13,566 (Ω);

BN1 / 2 = 1,68.10-4 (S)+ Đối với MBA trạm 1:

Các nhánh còn lại tính toán tương tự ta được bảng 6.1 :

6.1.3 Cân bằng chính xác công suất trong hệ thống

Sau khi tính toán ta có các dòng công suất truyền từ nguồn vào các đoạn đường dây đựợc tóm tắt trong bảng :

(MW)

Công suất phản kháng (MVAr)

Để đảm bảo điều kiện cân bằng công suất trong hệ thống, nguồn điệnphải cung cấp đủ công suất theo yêu cầu Tổng công suất tác dụng nguồnđiện cần phải cung cấp bằng: Pcc = 182,128 (MVA)

Với hệ số công suất hệ thống bằng 0,85 thì tổng công suất phản khángcủa nguồn điện có thể cung cấp là:

Qcc = Pcc * tg φF = 182,128.0,62 =112,92 MVAr > Qyc =98,027 MVArNhư vậy công suất phản kháng của nguồn cung cấp lớn hơn công suấtphản kháng yêu cầu nên không cần bù công suất phản kháng trong chế độphụ tải cực đại

6.2 Tí nh toá n tro ng chế độ phụ t i c c ả ti ự u ể

Trong chế độ phụ tải cực tiểu ta lựa chọn:

UN = 105%*110=115,5 kV

Phụ tải cực tiểu bằng 50% phụ tải cực đại

Công suất của các phụ tải trong chế độ phụ tải cực tiểu cho trong bảngsau:

Ở đây: m là số máy biến áp trong trạm

Với trạm có 2 MBA thì:

Sgh

Pn

Kết quả tính các giá trị công suất phụ tải Spt và công suất giới hạn Sgh

được ghi trong bảng:

1



S 1 =16+j7,749MVA TPDH-25000/110





Ta có các thông số của sơ đồ thay thế:

+ Đối với đường dây N-1: z N1 = 10,436+j13,566 (Ω);

BN1 / 2 = 1,676.10-4 (S)+ Đối với MBA trạm 1:

- Công suất trước tổng trở Z1 của đường dây là:

= 16,322+j5,314 MVA

cd1

Các trường hợp còn lại tính toán tương tự ta được bảng 6.2

(MW)

Công suất phản kháng (MVAr)

- Ta không giả thiết sự cố xếp chồng

- Sự cố xảy ra ở chế độ cực đại

- UN = 121 KV

Vậy các thông số ở sơ đồ thay thế của lộ đường dây trong chế độ sự cốchỉ có thông số về đường dây nối trực tiếp với nguồn là thay đổi còn cácthông số khác là không thay đổi so với chế độ phụ tải cực đại

Sơ đồ nối dây của đoạn N-1

Ta có các thông số của sơ đồ thay thế:

+ Đối với đường dây N-1: z N1 = 20,871+j27,132 Ω;

BN1 / 2 = 0,838.10-4 (S)+ Đối với MBA trạm 1:

Trạm biến

Kết quả tính toán điện áp của mạng điện trong chế độ sau sự cố cho trong bảng sau :

Trạm biến

áp

để đảm bảo chất lượng điện áp cung cấp cho các hộ tiêu thụ cần sử dụng các máy biến áp điều chỉnh điện áp dưới tải.

Tất cả các máy biến áp dùng trong các trạm biến áp của mạng điệnthiết kế đều là các máy biến áp điều chỉnh điện áp dưới tải và có phạm viđiều chỉnh ±9 1,78% , Ucdm = 115 kV,Uhdm = 11 kV

Đối với trạm có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường , độ lệch điện áptrên thanh góp hạ áp của trạm được quy định như sau:

Trong chế dộ phụ tải cực đại dUmax% = +5%

Trong chế độ phụ tải cực tiểu dUmin% = 0%

Trong chế độ sau sự cố dUsc% = 0÷5%

Điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp của trạm được xác đinh theo công thức sau:

Uyc = Udm + dU%*Udm

Trong đó Udm là điện áp định mức của mạng điện hạ áp

Đối với mạng điện thiết kế Udm =10 kV.Vì vậy điện áp yêu cầu trên thanh góp hạ áp của trạm trong các chế độ như sau:

*Phụ tải cực đại: Uycmax = 10 +5%.10 = 10,5 kV

*Phụ tải cực tiểu Uycmin = 10+ 0%.10 = 10 kV

*Chế độ sau sự cố Uycsc = 10+5%.10 = 10,5 kV

Kết quả tính điện áp trên thanh góp hạ áp của các trạm ,quy đổi về phíađiện áp cao trong các chế độ phụ tải cực đại ,cực tiểu và sau sự cố chotrong bảng sau :

Uqmax kV 112,858 113,644 113,029 114,602 113,535 113,007

Uqmin kV 109,241 109,839 109,033 110,190 109,510 109,046

Uqsc kV 106,947 108,170 108,013 110,528 108,626 107,866