Đồ Án Lưới Điện Khu VựcLê Thành Doanh

Đồ án lưới điện khu vực giảng viên hướng dẫn lê thành doanh. 30052016 Đồ án lưới điện khu vực giảng viên hướng dẫn lê thành doanh. 30052016 Đồ án lưới điện khu vực giảng viên hướng dẫn lê thành doanh. 30052016Đồ án lưới điện khu vực giảng viên hướng dẫn lê thành doanh. 30052016 Đồ án lưới điện khu vực giảng viên hướng dẫn lê thành doanh. 30052016 Đồ án lưới điện khu vực giảng viên hướng dẫn lê thành doanh. 30052016 Đồ án lưới điện khu vực giảng viên hướng dẫn lê thành doanh. 30052016 Đồ án lưới điện khu vực giảng viên hướng dẫn lê thành doanh. 30052016

Trang 1

Lời Mở Đầu

*******

Điện năng là một nguồn năng lượng quan trọng của hệ thống năng lượngquốc 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 vàkhai thác tốt các nguồn năng lượng có thể biến đổi chúng thành điện năng.Mặtkhác, để đảm bảo về chất lượng có điện năng cần phải xây dựng hệ thống truyềntải, phân phối điện năng hiện đại, có phương thức vận hành tối ưu nhất đảm bảocác yêu cầu về kỹ thuật cũng như kinh tế Xuất phát từ điều đó, bên cạnh nhữngkiến thức giảng dạy trên giảng đường, mỗi sinh viên ngành Hệ thống điện đềuđược giao đồ án môn học về thiết kế điện cho mạng điện khu vực Quá trình thựchiện đồ án giúp chúng ta hiểu biết tổng quan nhất về mạng lưới điện khu vực, hiểubiết hơn về những nguyên tắc chủ yếu để xây dựng hệ thống điện như xác địnhhướng và các thông số của các đường dây, chọn hệ thống điện áp cho mạng điệnchính…những nguyên tắc tổ chức và điều khiển hệ thống, tổng vốn đầu tư và cácnguồn nguyên vật liệu để phát triển năng lượng …

các thầy cô trong khoa Hệ thống Điện đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thànhbản đồ án

Hà Nội, ngày 10 tháng 4 năm 2016

SINH VIÊNNguyễn Văn Hùng

Trang 2

pg 2

Trang 3

THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC GỒM MỘT NGUỒN ĐIỆN VÀ

5

2

4 3

1.1 Những số liệu nguồn cung cấp.

Nguồn có công suất vô cùng lớn

1.2 Những số liệu về phụ tải.

Trong hệ thống điện thiết kế gồm 6 phụ tải ( từ phụ tải 1 đến phụ tải 6)

+ Trong đó có phụ tải 1,3,4,5 và 6 thuộc hộ loại I chiếm 83,3%

+ Phụ tải 2 là hộ loại III chiếm 16,7%

Trang 4

UH (kV)

Smax = Pmax+ jQmax.

Smin= Pmin+jQmin.

Tmax= 4000h (thời gian sử dụng công suất cực đại)

II- Phân tích nguồn và phụ tải

2.1 Nguồn điện

Trong thiết kế lưới điện, việc phân tích nguồn điện để nắm vững đặc điểm

và số liệu của nguồn, thuận lợi cho việc tính toán Ta sử dụng nguồn có công suất

vô cùng lớn:

- Nguồn công suất vô cùng lớn là nguồn có điện áp đầu cực không thay đổi

về biên độ dù có xảy ra sự cố gì sau nó

- Công suất nguồn lớn (5÷7) lần công suất tải

pg 4

Trang 5

hư hại thiết bị gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động của phụ tải.

- Các hộ phụ tải loại III là các hộ phụ tải ít quan trọng hơn nên để giảm chi phí đầu tư ta chỉ cần cấp điện bằng một đường dây đơn và một máy biến áp

- Yêu cầu điều chỉnh điện áp

Trong mạng điện thiết kế các hộ 2,3,4,5 có yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường Ở phương pháp này độ lệch điện áp phải thỏa mãn các chế độ như sau:

Chế độ phụ tải cực đại: du% ≥ 5% Uđm.

Chế độ phụ tải cực tiểu: du%≥ 0% Uđm.

III- Cân bằng công suất trong hệ thống điện

Để hệ thống làm việc ổn định đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải thìnguồn điện phải đảm bảo cung cấp đủ công suất tác dụng P và công suất phảnkháng Q cho các hộ tiêu thụ và cả tổn thất công suất trên các phần tử của hệthống Nếu sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng phát ravới công suất tiêu thụ bị phá vỡ thì các chỉ tiêu chất lượng điện năng bị giảmdẫn đến thiệt hại kinh tế hoặc làm tan vỡ hệ thống Vì vậy ta cần phải cânbằng công suất

1.3.1Cân bằng công suất tác dụng

Một đặc điểm quan trọng của các hệ thống điện là truyền tải tức thời điệnnăng từ các nguồn điện đến các hộ tiêu thụ và không thể tích luỹ điện năng

Trang 6

sản xuất và tiêu thụ điện năng.

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, các nhà máy của hệthống cần phải phát công suất bằng công suất tiêu thụ của các hộ tiêu thụ điện,

kể cả tổn thất công suất trong mạng điện, nghĩa là cần thực hiện đúng sự cânbằng công suất giữa công suất phát và công suất tiêu thụ

Ngoài ra để hệ thống vận hành bình thường cần phải có sự 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 phát triển cuả hệ thống điện.Cân bằng sơ bộ công suất tác dụng được thực hiện trong chế độ phụ tải cựcđại của hệ thống

Ta có phương trình cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống :

6 1

Trang 7

P

∑

: là tổng công suất dự trữ trong mạng điện

Trong tính toán sơ bộ ta lấy

6 1

1.3.2 Cân bằng công suất phản kháng.

Trong hệ thống, chế độ vận hành ổn định chỉ tồn tại khi có sự cân bằngcông suất phản kháng và tác dụng

Cân bằng công suất tác dụng, trước tiên để giữ được tần số bình thườngtrong hệ thống, còn để giữ được điện áp bình thường thì cần phải có sự cânbằng công suất phản kháng ở hệ thống nói chung và từng khu vực nói riêng Sựthiếu hụt công suất phản kháng sẽ làm cho điện kháng giảm.Mặt khác sự thayđổi điện áp ảnh hưởng tới tần số và ngược lại Như vậy giảm điện áp sẽ làmtăng tần số trong hệ thống và giảm tần số sẽ làm tăng điện áp.Vì vậy để đảmbảo chất lượng của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong hệ thống,cần tiến hành cân bằng sơ bộ công suất phản kháng

Sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống được biểu diễn bằng biểuthức sau:

Trang 8

:là tổng công suất phản kháng trong cảm kháng của các đườngdây trong mạng lưới điện

cQ

∑

: Tổng công suất phản kháng do điện dung của các đườngdâysinh ra

bQ

∆

∑

: Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các tram biến áp

tdQ

∑

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

dtQ

∑

: Tổng công suất dự trữ trong hệ thống

Trong tính toán sơ bộ ta có thể tính công suất phản kháng yêu cầu trong hệthống bằng công thức sau:

Trang 9

2.1 Chọn điện áp định mức cho lưới điện

Lựa chọn cấp điện áp định mức cho mạng điện là nhiệm vụ rất quan trọng,

vì trị số điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến các chi phí kinh tế, kỹ thuật của mạng điện Để chọn được cấp điện áp hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Đảm bảo tổn thất điện áp từ nguồn đến phụ tải

- Khi điện áp càng cao thì tổn thất công suất càng bé, sử dụng ít kimloại màu (I nhỏ) Nhưng điện áp càng tăng cao thì chi phí xây dựng mạng điện càng lớn và giá thành thiết bị càng tăng Vì vậy phải chọn điện áp định mức như thế nào cho phù hợp về kinh tế và kĩ thuật

Chọn điện áp tối ưu theo công thức kinh nghiệm:

Ui = 4,34 li 16+ P

( kW, km, MW)

Trong đó:

Ui - điện áp đường dây thứ i (kV).

li - khoảng cách từ nguồn đến phụ tải thứ i ( km).

Pi - công suất lớn nhất trên đường dây thứ i(MW).

Trang 10

(96,11÷112,19) chọn điện áp định mức cho mạng điện là Uđm = 110kV.

2.2 Dự kiến các phương án nối dây.

Mạng điện thiết kế gồm 1 nguồn điện và 6 phụ tải, trong đó có 5 phụ tải loại I, 1 phụ tải loại III Các phương án nối dây dự vào các yếu tố sau:

+ Vị trí nguồn và phụ tải

+ Đảm bảo chất lượng điện năng, kinh tế

+ Đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy và linh hoạt

Ta có thể đưa ra các phương án như sau:

Phương án I:

Phương án II:

pg 10

6 8

1 8

42.42 km 28.28 km

50.00 km N

5 8

42.42 km

56.56 km 50.00 km

2 8

4 8

3 8

Phụ tải Smax

(MVA)

Pmax (MW)

li (km)

Ui (kV)

U đm (kV)

Trang 11

Phương án III:

2.3 Tính toán chọn tiết diện dây dẫn

Do mạng điện thiết kế có Uđm =110kV Tiết diện dây dẫn thường được chọn theo phương pháp mật độ kinh tế của dòng điện Jkt.

Fkt = J kt

Imax

(*)

6 8

1 8

42.42 km 28.28 km

50.00 km

8 56.56 km

50.00 km 36.05 km

2 8

4 8 3

42.42 km

56.56 km

41.23 km 50.00 km

2 8

4 8 3

8

Trang 12

Imax = dm

i

U n

S

3

max

×

2 2

.U 3 n

Qi Pi

× +

Trong đó :

Jkt - mật độ kinh tế của dòng điện.

Uđm - điện áp định mức của dòng điện (kV)

Smaxi - công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại.(MVA)

cơ về đường dây và điều kiện pháp nóng của dây dẫn

* Kiểm tra điều kiện vầng quang

Theo điều kiện, tiết diện dây dẫn không được nhỏ hơn trị số cho phép đối với mỗi cấp điện áp

Với cấp điện áp 110kV, để không xuất hiện vầng quang tiết diện dây dẫn tốithiểu được phép là 70mm2

* Kiểm tra phát nóng dây dẫn

Theo điều kiện:

Isc max < k Icp.

Trong đó :

Icp - dòng điện cho phép của dây dẫn, nó phụ thuộc vào bản chất và

tiết diện của dây.

k - hệ số quy đổi theo nhiệt độ K hc = 0.8 ứng với nhiệt độ là 25 o c.

Đối với đường dây kép : Isc max = 2.Ibt max < 0.8 Icp.

Đối với đường dây đơn khi có sự cố sẽ dẫn đến mất điện

2.4 Tiêu chuẩn tổn thất điện áp

pg 12

Trang 13

Các mạng điện 1 cấp điện áp đạt tiêu chuẩn kĩ thuật nếu trong chế độ phụ tảicực đại các tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ làm việc bình thường và chế độ

sự cố nằm trong khoảng sau đây:

%15

%10

∆U bt

%20

%15

×

∑ +

∑

dm

i i i i

U

X Q R P

1 8

42.42 km 28.28 km

50.00 km N

5 8 42.42 km

56.56 km

Trang 14

2.Lựa chọn tiết diện dây dẫn

a - Đoạn đường dây N-1

• Chọn tiết diện dây dẫn

Imax N-1 = n U dm

S

.3

1 max

- Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có:

Ftc=120mm2 ≥

70 mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng: vì đoạn N-1 là đường dây kép nên khi hỏng một lộ thì lộ còn lại vẫn phải làm việc bình thường

Do đó dòng điện trong chế độ sự cố phải nhỏ hơn hệ số k nhân với dòng điện cho phép của dây dẫn:

Isc = 2.Ibt max = 2*116.63 = 233.26 (A)

Isc < 0,8.Icp = 304 A ( thỏa mãn điều kiện )

• Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây

Với loại đường dây AC- 120 ta có: ro=0.27Ω

/km, xo=0.423Ω

/kmĐiện trở và điện kháng đường dây :

R=

2

1

ro.l =

2

1

xo .l =

2

1 + ×

đm U

X Q R P

= *100= 2.22%

pg 14

50.00 km 2

8

4 8 3

8

Trang 15

- Tổn thất điện áp ở chế độ sự cố : 

∆U1sc % =2 ∆U1bt % = 2*2.22% = 4.44%

b - Đoạn đường dây N-2

• Chọn tiết diện dây dẫn:

S

3

Ftc=185mm2 > 70 mm2 ( thỏa mãn điều kiện)

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : vì đoạn N-2 là đường dây đơn nên khi xảy ra sự có sẽ dẫn đến mất điện, không tính đến Isc

/km, xo=0.409Ω

1 + ×

đm U

X Q R P

= *100=3.61%

- Không tính đến tổn thất điện áp ở chế độ sự cố

Các đoạn dây còn lại tính tương tự, ta có các bảng số liệu tính toán

Bảng chọn tiết diện dây dẫn

Imax (A)

Trang 16

N-1 2 28.28 40+j19.37 116.63 106.02 AC-120 0,27 0,423 N-2 1 42.42 28+j13.56 163.29 148.44 AC-185 0,17 0,409

Trang 17

Theo số liệu tính toán bảng trên,các dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng.

1 8

42.42 km 28.28 km

50.00 km

8 56.56 km

50.00 km 36.05 km

2 8

Trang 18

2.Lựa chọn tiết diện dây dẫn

a - Đoạn đường dây 3-2

• Chọn tiết diện dây dẫn : S3-2=S2=28+j13.56

Imax 3-2 ==.=163.29

Fkt = = = 148.44Chọn dây dẫn loại AC-185 có tiết diện chuẩn là 185mm2 và dòng điện cho phép

Icp= 510 A

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : vì đoạn N-2 là đường dây đơn nên khi xảy ra sự có sẽ dẫn đến mất điện, không tính đến Isc

/km, xo=0.409Ω

b- Đoạn đường dây N-3

Icp= 510 A

Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có:

Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :

pg 18

4 8 3

8

Trang 19

Isc = 2.Ibt max = 2 180.77 = 361.54(A)

Isc < Icp =510 A Thỏa mãn điều kiện

/km, xo=0.409Ω

N-6 2 42.42 38+j18.40 110.80 100.72 AC-120 0,27 0,423

Trang 20

Bảng kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn

Theo số liệu tính toán bảng trên,các dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

Trang 21

Vậy phương án II đạt yêu cầu kĩ thuật.

 Phương án 3

1.Sơ đồ

2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Ở phương án này các phụ tải 4 và 5 nối với nhau thành mạch kín Các

phụ tải còn lại được tính giống phương án I

Ta chỉ tính toán đoạn mạch kín N-4-5-N

* Tính phân công suất trên đoạn đường dây

Giả sử các đường dây có cùng tiết diện, mạch điện đồng nhất ,ta có :

- Công suất trên đoạn N-4

42.42 km

56.56 km

41.23 km 50.00 km

2 8

4 8 3

8

Trang 22

a - Đoạn đường dây N-4

Imax = U dm

S

3

max

Q P

3

2 max

2 max +

=.103=174,36 (A)

Fkt = J kt

Imax

.= = 158,5Chọn dây dẫn loại AC-185 có tiết diện chuẩn là 185mm2 và dòng điện cho phép

Icp= 510 A

-Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có:

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : đối với đường dây N-4 có 2 trường hợp vận hành sự cố :

+ trường hợp sự cố đoạn 4-5+ trường hợp sự cố đoạn N-5

Ta thấy rằng trường hợp sự cố đoạn N-5 nguy hiểm hơn vì phải tải một lượng công suất tới phụ tải 5.Khi có sự cố đoạn N-5,công suất chạy trên đoạn còn lại là

SN-5= S4+S5 =(32+j15.50)+(30+j14.53)=62+j30,03 (MVA)

IscN-4 = =. 103=361,67 A

Isc N-4= 361,57 < 0,8Icp=0,8.510=408(thỏa mãn điều kiện)

b - Đoạn đường dây N-5

Imax =103= 187,2 A

Fkt = J kt

Imax

= =170,18Chọn dây dẫn loại AC-185 có tiết diện chuẩn là 185mm2 và dòng điện cho phép Icp= 510 A

-Kiểm tra theo điều kiện vầng quang: dây dẫn đã chọn có:

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng : đối với đường dây N-5 có 2 trường hợp vận hành sự cố :

+ trường hợp sự cố đoạn 4-5+ trường hợp sự cố đoạn N-4

Ta thấy rằng trường hợp sự cố đoạn N-4 nguy hiểm hơn vì phải tải một lượng công suất tới phụ tải 4.Khi có sự cố đoạn N-4,công suất chạy trên đoạn còn lại là

pg 22

Trang 23

SN-5=SN-4 =(32+j15.50)+(30+j14.53)=62+j30,03 (MVA)

IscN-4 =IscN-5=361,67 A

IscN-5= 361,57 < 0,8Icp(thỏa mãn điều kiện)

c - Đoạn đường dây 4-5

Imax =103=12,25A

Fkt = J kt

Imax

.= =11,13 Tiết diện tối thiểu cho cấp điện áp 110 kV là 70 mm2 Chọn dây dẫn AC-70 để thỏa mãn điều kiện vầng quang với Icp=265A

- Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :với đường dây này có 2 TH vận hành sự cố

+ trường hợp sự cố đoạn N-5+ trường hợp sự cố đoạn N-4

Sự cố đường dây N-4 nguy hiểm hơn do phụ tải của nó lớn hơn

N-4 1 56.56 29,9+j14,48 174,36 158,5 AC-185 0,17 0,409 N-5 1 50 32,1+j15,55 187,2 170,18 AC-185 0,17 0,409

N-6 2 42.42 38+j18.40 110.80 100.72 AC-120 0,27 0,423

Trang 24

Bảng kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn

Theo số liệu tính toán bảng trên ,các dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

Trang 25

Tính tổn thất điện áp trên đoạn đường dây kín N-5-4-N

N

U

X Q R

Trang 27

Theo bảng trên ta thấy tổn thất điện áp lớn nhất trên đoạn đường dây kín N-4-5

∆Usc max% = 12.49 %

2.6 Tính toán so sánh các phương án về kinh tế

Khi tính toán, thiết kế mạng lưới điện cần phải đảm bảo yêu cầu về kinh tế và kĩ thuật.Mặc dù trên thực tế hai yêu cầu kinh tế và kĩ thuật thường mâu thuẫn nhau, một lưới điện có chỉ tiêu kĩ thuật tốt, vốn đầu tư và chi phí vận hành cao Ngược lại, lưới điện có vốn đầu tư, chi phí vận hành nhỏ thì tổn thất cao, cấu trúc lưới điện phức tạp, vận hành kém linh hoạt, độ an toàn thấp.Vì vậy việc đánh giá tính

Trang 28

Để so sánh về mặt kinh tế ta sử dụng hàm chi phí tinh toán hàng năm:

Ttc: thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư

avh: hệ số khấu hao hao mòn thiết bị ,ở đây lấy avh = 4% =0,04

K: vốn đầu tư xây dựng đường dây

K = x.ΣK0i.li = ΣKi

K0i: chi phí cho 1 đường dây nhánh thứ i, tiết diện F i

li: chiều dài chuyên tải thứ i ,(km)

Với đường dây đơn x= 1, đường dây kép x=1,6

∆A: tổn thất điện năng , (kWh)

∆A = Σ∆Pmax.τ =

max) max

(

6

2 2

i

i đm

i R U

Q Pi

∑

=

+

τ

∆P: tổn thất công suất toàn hệ thống khi phụ tải cực đại, (kW)

τ: thời gian tổn thất lớn nhất phụ thuộc vào phụ tải và tính chất của phụ tải

được tính bằng công thức:

τ = (0,124 + Tmax.10-4)2.8760 (h) Với Tmax: thời gian sử dụng phụ tải lớn nhất và lấy bằng T max = 4000 h

Trang 29

∆Pi (MV)

9.33 0.97

8.25 0.76 N-6 2 42.42 AC-120 1,6 354 24026.69 38 18.40

5.72 0.84

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	909,66 KB