đồ án lưới điện khu vựcLê Thành Doanh

Trong phạm vi của đồ án này trình bày về thiết kế môn học lưới điện. Đồ án gồm 6 chương : Chương 1 : Tính toán cân bằng công suất và xây dựng phương án Chương 2 : Tính toán kinh tế kỹ thuật, chọn phương án tối ưu Chương 3 : Chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính. Chương 4 : Tính toán chế độ xác lập của lưới điện Chương 5 : Tính toán lựa chọn đầu phân áp. Chương 6 : Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.

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 điện trong tất cả các lĩnh vực tăng cường không ngừng Một lực lượng đông đảo cán

bộ kĩ thuật trong và ngoài ngành điện đang tham gia thiết kế, lắp đặt các công trình điện Sự phát triển của ngành 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 ngành điện và làm cho kinh tế nước ta phát triển

Trong phạm vi của đồ án này trình bày về thiết kế môn học lưới điện Đồ án gồm 6 chương :

Chương 1 : Tính toán cân bằng công suất và xây dựng phương án

Chương 2 : Tính toán kinh tế - kỹ thuật, chọn phương án tối ưu

Chương 3 : Chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

Chương 4 : Tính toán chế độ xác lập của lưới điện

Chương 5 : Tính toán lựa chọn đầu phân áp

Chương 6 : Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Để thực hiện các nội dung nói trên đồ án cần xử lí các số liệu tính toán thiết kế và lựa chọn các chỉ tiêu, đặc tính kĩ thuật, vạch các phương án và lựa chọn phương án tối ưu nhất

Do kiến thức còn hạn chế nên đồ án này của em không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong thầy cô trong bộ môn góp ý để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy giáo Lê Thành Doanh đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này.

Hà Nội,Tháng Năm 2016 Sinh Viên

Nguyễn Đình Hải

3. Chọn phương án tối ưu

4. Chọn máy biến áp và sơ đồ trạm

5. Tính chính xác cân bằng công suất

6. Tính toán điện áp các nút tải và lựa chọn điều chỉnh điện áp

7. Tính toán kinh tế kỹ thuật của mạng điện

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

I 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 =0,9 Tổng công suất của các hộ tiêu thụ ở chế độ phụ tải cực đại là 198 MW Phụ tải cực tiểu bằng 85% phụ tải cực đại (163,3 MW)

Trong 6 hộ phụ tải thì có 3 hộ phụ tải yêu cầu có mức đảm bảo cung cấp điện ở mức cao nhất ( 2, 3, 4,5,6 ) nghĩa là không được phép mất điện trong bất cứ trường hợp nào, vì nếu mất điện thì sẽ gây hậu quả nghiêm trọng Một hộ phụ tải còn lại có mức yêu cầu đảm bảo cung cấp điện thấp hơn ( hộ loại ba ) – 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 Tmax = 5000h

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

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

PHTYC=m∑Pptmaxi+∑ΔP (1)

MàΔP=(5-10%)PHTYC (2)

Trong đó: PHTYC: tổng công suất của trạm điện

m: hệ số đồng thời trong tính toán thiết kế lấy m=1

∑Pptimax: tổng phụ tải cực đại của các hộ tiêu thụ

m ΣPptimax = Ppt1 + Ppt2 + Ppt3 + Ppt4 + Ppt5 + Ppt6 = 198 M W

∑P: tổng tổn thất trên đường dây và máy biến áp của trạm

Thay ( 2 ) vào ( 1) ta được

pt Q m bù

Q ht

tg

HT

i pt Q m B

Q

ht

tg HT P tg i pt P m ht

tg HT

P i pt Q m bù

Q = Q − P tg ϕ

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

tgφmoi : Được tính theo Cosφmoi - hệ số công suất của hộ thứ i sau khi bù

Ta chọn hai vị trí bù là 6 và 5

Bù 6,603 MVAr vào phụ tải 6

Spt3= 38 + j(18.40 - 6,603) = 38+j11.797

Cosφmoi=0,955

Bù 6 MVAr vào phụ tải 5

III Xây dựng các phương án nối dây.

1 Dự kiến các phương án nối dây

Thực tế thì không có một phương án nhất định nào để lựa chọn sơ đồ nối dây cho mạng 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 ) Các phương án nối dây như các hình vẽ dưới đây:

Phương Án 1:

Phương Án 2:

Phương Án 3:

2 Phân tích và giữ lại một số phương án để tính 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 một 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 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 sơ đồ hình tia

+ 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

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 trên, kết hợp với 5 phương án được xây dựng ở trên ta chọn phương án 3 và phương án 4

CÁC ĐỊNH HƯỚNG KỸ THUẬT CƠ BẢN

Do khoảng 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

+ 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.

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

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

Li: chiều dài từ nguồn đến phụ tải I (km)

Pi: công suất phụ tải thứ I (MW)

Điều kiện phát nóng Isc ≤Icp

P, Q: Là công suất tác dụng và phản kháng trên đoạn dây đó

R, X: Là điện trở và điện kháng của đoạn đường dây đó Uđm : Là điện áp định mức của mạng điện

●Phương án 1: phương án hình tia

A-Phụ tải N-1

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×87.5 = 175 < 330A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×93 = 186 < 330A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×99 = 198 < 330A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×105 = 210 < 380A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×221.6 = 443.2 < 605A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×221.6 = 443.2 < 605A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×169.2 = 338.4 < 510A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

ZN-1 = LN-1(ro + jxo) =42.43×( 0.16 +j0.409 ) = 6.8 +j17.35 Ω

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×214.7 = 429.4 < 605A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×156.4 = 312.8 < 510A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×34.5 = 69 < 265A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

Đường

dây Số lộ Dây ro (Ω/k

m)

xo (Ω/km) bo×10

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×198.3 =396.6 < 510A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

ZN-54 = LN-54(ro + jxo) =40×( 0.16 +j0.409 ) = 6.4 +j16.36 Ω

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×408.2 =816.4 < 510A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

∆UN-5sc% = 2.∆UN-5bt% = 2×7.72 =15.44% <(15-20)%

KL : ∆UscN4% = ∆UscN5% + ∆Usc54% = 15.44 + 8 =23.44 >20%

→ không thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×209.9 =419.8 < 605A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

+, Thỏa mãn điều kiện vầng quang

+,Thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

+,Điều kiện phát nóng : Isc = 2.Imax2 = 2×408.2 =816.4 < 510A

+, Điều kiện tổn thất điện áp :

Từ các kết quả tính toán ta chọn 3 phương án để tiến hành so sánh kinh tế vì các phương án so sanh của

mạng điện có cùng cấp điện áp định mức , do đó để đơn giản thì người ta không cần phải tính vốn đầu

tư vao các trạm hạ áp.Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng khi so sánh các phương án là các chi phí tính toán

hàng năm được xác định theo công thức :

ZCD = (at/c + avh )KD + ∆A.C

Trong đó :

avh: là hệ số vận hành =0.04

at/c: là hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn = 0.125

KD: vốn đầu tư về đường dây

+ C = 1000 (đ/kw) giá tiền điện tổn thất trên 1kwh

+ ∆A tổn thất điện năng trên đường dây

∆Apa1 =

∑

∆Pđdi.τ+ thời gian tổn thất công suất lớn nhất của các đoạn

τ

= ( 0.124 + τ

max.10-4)2 .8760 + tổn thất công suất trên các đường dây trong mạng điện

- Chọn KD cho từng lộ theo bảng sau :

Đường dây Loại dây Số lộ li

1max RN1

(MWh)

1.11 5000 3410.93 3786.13

1.09 5000 3410.93 3717.91 1.03 5000 3410.93 3513.26 1.16 5000 3410.93 3956.68 1.65 5000 3410.93 5628.04 0.95 5000 3410.93 3240.38

-Chi phí tính toán của PA1 là :

ZCD1 = ( at/c + avh ) KD + ∆A.C = ( 0.125 + 0.04 )×116023.74 ×106+ 23842.4×1000 ×103 = 42986.317×106 đ

(MWh)

0.69 5000 3410.93 2353.54

2.33 5000 3410.93 7947.47

-Chi phí tính toán của PA2 là :

ZCD2 = ( at/c + avh ) KD + ∆A.C = ( 0.125 + 0.04 )×47963.608×106 +10301.1×1000×103 = 18215.09×106 đ

III.3 – PHƯƠNG ÁN 3

(MWh)

0.65 5000 3410.93 2217.10

1.59 5000 3410.93 5423.38 0.03 5000 3410.93 102.32

-Chi phí tính toán của PA3 là :

ZCD2 = ( at/c + avh ) KD + ∆A.C = ( 0.125 + 0.04 )×45370×106 + 7742.8×1000×103 = 15228.85×106 đ

Bảng tổng hợp chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật các phương án :

Phương án Ztt (106 đ) ∆Uibtmax% ∆Uiscmax%

Mặt khác phương án II là phương án đi dây kiểu hình tia nên sơ đồ đi dây và bố trí thiết bị đơn giản (các thiết bị bảo vệ rơ le, máy biến áp, máy cắt…).Các phụ tải không liên quan với nhau nên khi có

sự cố trên một đường dây bất kì thì không ảnh hưởng đến các phụ tải khác.Tổn thất công suất và điện áp nhỏ

Vì vậy chúng ta chọn sơ đồ đi dây theo phương án II là tối ưu cho mạng điện

Chương IV : Chọn máy biến áp và sơ đồ trạm

- MBA điều chỉnh dưới tải: là loại MBA có cấu tạo đặc biệt nên có thể thay đổi các ĐPA trong lúc MBA vẫn mang tải mà không cần phải cắt điện ra

Số lượng máy biến áp được chon dựa vào yêu cầu đảm bảo cung cấp điện của hộ tiêu thụ

• Với hộ loại I : Yêu cầu tối thiểu phải đặt hai máy biến áp

• Với hộ loại II : Số lượng máy biến áp là bao nhiêu phải dựa vào bài toán kinh tế - kỹ thuật mới quyết định được

• Với hộ loại III : Do yêu cầu đảm bảo cung cấp điện không cao, cho phép mất điện trong khoảng thời gian nhất định nên chỉ cần đặt một máy biến áp là đủ

Về công suất của máy biến áp được chọn phải đảm bảo sao cho trạm biến áp có thể đáp ứng được phụ tải lớn nhất , nghĩa là :

• Đối với trạm chỉ có một máy thì :

SđmB ≥ Sptmax ( phụ tải loại I )

• Đối với trạm có hai máy thì :

SđmB ≥

max ( 1)

S Kqt n −

( phụ tải loại III ) Trong đó :

SđmB : Công suất định mức của MBA

Smax : Phụ tải cực đại của trạm

kqtsc : Hệ số quá tải của máy biến áp trong chế độ sau sự cố (kqtsc = 1.4)

n : Số máy biến áp trong trạm

→ SđmB ≥

max11.4

S

=

31.11 1.4

=22.22 MVA

Chọn máy biến áp loại TPDH – 25000/110 hai cuộn dây ba pha 110 (kV) Tính toán tương tự cho các trạm khác ta có

Bảng chọn máy biến áp trong mạng điện như sau

Phụ tải Phụ tải loại (MW) Pi (MVAr) Qi (MVA) S maxi (MVA) Stt (MVA) SđmB ĐCĐA

4.2- 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 liên tục ta sử dụng sơ đồ hệ thống hai thanh góp là việc song song.Khi vận hành một thanh góp vận hành còn một thanh góp dự trữ

Sơ đồ cầu trong Sơ đồ cầu ngoài

Đối với các trạm có hai máy biến áp được nối vào đường dây người ta sử dụng các sơ đồ cầu như trên Nếu có đồ thị phụ tải ngày đêm của trạm không bằng phẳng , để giảm tổn thất công suất và điện năng trong trạm nên cắt một trong hai máy biến áp trong một ngày đêm Trong trường hợp này ta dùng sơ đồ cầu ngoài

Trong trường hợp có đồ thị phụ tải ngày đêm của trạm bằng phẳng thì thường dùng sơ đồ cầu trong

Ta sử dụng công thức sau để chọn sử dụng sơ đồ cầu trong hoặc cầu ngoài cho hợp lý

Sgh = SđmB ×

2 Po PN

∆

∆

So sánh công suất cực tiểu của phụ tải Smin i và Sgh:

᛫ Nếu Smin i ≤ Sgh thì dùng sơ đồ cầu ngoài

᛫ Nếu Smin i ≥ Sgh thì dùng sơ đồ cầu trong

Đối với phụ tải 1 là phụ tải loại III với yêu cầu điều chỉnh điện áp thường

Phụ tải 1 sử dụng sơ đồ bộ đường dây – máy biến áp

Tính toán theo công thức trên ta có bảng Bảng 4.3

2 2 28.33 25 120 29 17.38 Sơ đồ cầu trong

3 2 30.22 32 145 35 22.23 Sơ đồ cầu trong

4 2 32.11 32 145 35 22.23 Sơ đồ cầu trong

CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Cần xác định các thông số chế độ xác lập trong các trạng thái phụ tải cực đại,cực tiểu và sau sự cố Ta lấy điện áp ở tất cả các nút trong mạng điện bằng điện áp định mức Ui = Uđm = 110 (kV).Trong chương này ta sẽ tính toán dòng công suất chạy trên các nhánh của mạng điện và các tổn thất công suất trong 2 chế độ vận hành của mạng điện Chế độ phụ tải cực đại, chế độ phụ tải cực tiểu.Sau khi tính các tổn thất công suất ta tiến hành cân bằng công suất

5.1- Tính toán dòng công suất chạy trên các nhánh của mạng điện và các tổn thất công suất