đồ án cung cấp điện thiết kế lưới điện

Trong quá trình làm đồ án,em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo trực tiếp giảng dạy trên lớp.Em xin chân thành cảm ơn thầy.ThS Nguyễn Đức Thuận đã tận tình giúp đỡ em hoàn

Lời Nói Đầu Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa ở nươc ta hiện nay đang diễn ra hết sức mạnh mẽ.Trên khắp cả nước các khu trung tâm công nghiệp mới mọc lên ngày càng nhiều.Điều này đòi hỏi chúng ta phải xây dựng các mạng lưới để truyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ này.

Đồ án môn học thiết kế lưới điện giúp chúng ta vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế công việc

Trong quá trình làm đồ án,em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo trực tiếp giảng dạy trên lớp.Em xin chân thành cảm

ơn thầy.ThS Nguyễn Đức Thuận đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành

đồ án này

Sinh viên Nguyễn Đình Nam

Mục lục:

Chương 1:Phân tích nguồn và phụ tải

Chương 2:Cân bằng công suất và dự kiến phương án nối dây

Chương 3:Tính toán kỹ thuật các phương án

Chương 4:Tính toán chỉ tiêu kinh tế và so sánh các phương án

Chương 5:Chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

Chương 6:Tính toán chính xác các chế độ

Chương 7:Tính toán điện áp các nút và điều chỉnh điện áp

Chương 8:Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật các phương án

Chương 1: Phân tích nguồn và phụ tải

1.1:Phân tích nguồn

_ Nguồn là một hệ thống có công suất vô cùng lớn và có hệ số là 0,85 1.2:Phân tích phụ tải

Tất cả phụ tải đều là loại I.

_ Tổng công suất phụ tải cực đại max:

Thời gian sử dụng công suất lớn nhất:Tmax =4700

_ Tổng công suất phụ tải CT min:

_ Điện áp định mức phía thứ cấp:Uđm=22kV

_ Những phụ tải có yêu cầu điều chỉnh điện áp thường:1, 3, 5, 6

Những phụ tải có yều cầu điều chỉnh điện áp khác thường:2, 4, 7 _ Phụ tải loại I: là loại phụ tải quan trọng nhất, cần được cung cấp điện liên tục, nếu mất điện sẽ gây ra hậu quả vô cùng nghiêm trọng

về con người, sản xuất kinh doanh và có thể gây mất trật tự an ninh Vì vậy phụ tải loại I cần có độ tin cậy cao nhất, liên tục nên phải có nguồn dự phòng và đường dây cung cấp điện cho phụ tải loại 1 là dây kép hoặc mạch vòng.

_ Phụ tải loại III: là phụ tải có thể mất điện mà không gây hậu quả nghiêm trọng, loại phụ tải này được cấp điện bằng dây đơn, có thể ngắt điện để bảo dưỡng, xử lý sự cố

Ta có bảng tính phụ tải 1.1 sau:

tự (MW) Pmax cosϕ Qmax

(MVAr) (MW) Pmin (MVAr) Qmin (MVA) Smax (MVA) Smin

2 1

6 4

7 5

Chương 2: Cân bằng công suất và dự kiến phương án nối dây

2.1:Cân bằng công suất tác dụng

Đặc điểm rất quan trọng của hệ thống điện là truyền tải tức thời điện năng từ các nguồn đến các hộ tiêu thụ và không thể tích trữ điện năng thành số lượng nhận thấy được.Tính chất này xác định

sự đồng bộ của quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng.

Tại mỗi chế độ xác lập của hệ thống,các nhà máy của hệ thống cần phải phát công suất bằng công suất của các hộ tiêu thụ,kể cả tổn

thất công suất trong các mạng điện,nghĩa là cần phải thực hiện đúng sự cân bằng công suất phát và công suất tiêu thụ.

Ngoài ra,để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình thường,cần phải

có dự trữ nhất định của công suất tác dụng trong hệ thống.Dự trữ trong hệ thống điện là một vấn đề quan trọng,lien quan đến vận hành cũng như sự phát triển của hệ thống.

Vì vậy,phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đại đối với hệ thống điện thiết kế có dạng:

∑Pmaxi là tổng công suất phụ tải cực đại:∑Pmaxi=180

Pdt:Công suất dự trữ trong hệ thống,khi cân bằng sơ bộ có thể lấy Pdt=10%∑Pmax đồng thời công suất dự trữ cần phải bằng với công suất định mức của tổ máy phát lớn nhất đối với hệ thống điện không lớn.Bởi vì hệ thống điện có công suất vô cùng lớn nên công suất dự trữ lấy ở hệ thống,nghĩa là lấy Pdt=0

Theo công thức(1.1) ta tính được công suất tiêu thụ trong mạng điện:

Png=180+9= 189 (MW)

2.2:Cân bằng công suất phản kháng

Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi có

sự cân bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm.Sự cân bằng đòi hỏi không những chỉ đối với công suất tác dụng,mà cả đối với công suất phản kháng.

Cân bằng công suất phản kháng có quan hệ với điện áp.Phá hoại sự cân bằng công suất phản kháng sẽ dẫn đến sự thay đổi điện áp trong mạng điện.Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thì điện áp trong mạng sẽ tăng,ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng thì điện áp trong mạng sẽ giảm.Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp ở các hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong hệ thống,cần tiến hành sơ bộ công suất phản kháng.

Qy/c=m.∑Qmaxi+∑∆QL-∑∆QC+∑∆Qba+Qdt (1.2)

Trong đó:

∑Qmaxi là tổng công suất phản kháng cực đại

∑∆QL là tổng tổn thất công suất phản kháng trên đường dây

∑∆QC là tổn thất công suất phản kháng do điện dung gây ra khi tính toán sơ bộ lấy ∑QL=∑QC

∑∆Qba là tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp(Khi tính toán tổn thất lấy 15%Qmax)

Qdt là công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống,khi cân bằng sơ

bộ có thể lấy bằng 15% tổng công suất phản kháng,đối với mạng thiết kế,công suất Pdt sẽ lấy ở hệ thống,nghĩa là Qdt=0

Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác định theo bảng 1.2 bằng:

∑Qmax= 88,4 MVA

Tổng tổn thất công suất phản kháng trong các MBA hạ áp bằng:

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào

sơ đồ.Vì vậy các sơ đồ mạng điện cần phải có các chi phí nhỏ nhất đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ,thuận tiện và an toàn trong vận

hành,khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới.

Trong thiết kế hiện nay để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện người ta sử dụng phương pháp nhiều phương án.Từ các vị trí đã cho của phụ tải và các nguồn cung cấp,cần dự kiến một số phương

án và phương án tốt nhất sẽ được chọn dựa trên cơ sở so sánh kinh

tế kỹ thuật các phương an đó.

Những phương án được lựa chọn để tiến hành so sánh về kinh tế chỉ

là những phương án thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của mạng điện Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các mạng là độ tin cậy và chất lượng cao

 Phương án 1: lưới hình tia

 Phương án 2: lưới liên thông

 Phương án 3: lưới mạch kín

Chương 3: Tính toán kỹ thuật các phương án

3.1 Phương án hình tia

6 4

7 5

1 Phân bố công suất

SN1= 30+14,52j

SN2=27+12,96j

sơ đồ cung cấp điện Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện có thể xác định theo giá trị của công suất trên mỗi đường dây của mạng điện.

Để chọn cấp điện áp hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

• Đáp ứng được các yêu cầu của phụ tải

• Phù hợp với lưới điện hiện đại và lưới điện quốc gia

• Mạng điện có chi phí tính toán là nhỏ nhất

Công thức tính điện áp tính toán

NX: ta chọn cấp điện áp chung cho các phương án là 110 kV

3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Mạng điện mà ta đang xét là mạng điện khu vực, do đó người ta thường lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện (Jkt)

Fkt ảnh hưởng đến rất nhiều đến vốn đầu tư xây dựng đường dây và chi phí vận hành nhưng lại giúp giảm tổn thất điện năng và chi phí

Vì cậy phải chọn tiết diện dây dẫn như thế nào để hàm chi phí tính toán nhỏ nhất Tuy nhiên thực tế giải hàm chi phí tìm ra fkt khá phức tạp nên người ta dùng giải pháp đơn giản hơn là chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế jkt (a/mm 2 )

jkt phụ thuộc vào 3 yếu tố chính: vật liệu chế tạo dây dẫn, thời gian sử dụng phụ tải lớn nhất, kiểu dây dẫn

 Xác định dòng điện lớn nhất qua đoạn đường dây thứ i (Imaxi)

• Ta có công thức:

Imaxi= (kA)

n: là số mạch của đường dây (n=2) Smaxi: là dòng công suất của đường dây thứ i (bảng 1.1)

 Công thức tính tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện là:

Fkti=

Ta có: Jkt=1,1 (A/mm 2 )

Khi xác định được tiết diện dây dẫn của các đoạn đường dây, ta tiến hành so sánh với tiết diện tiêu chuẩn để chọn ra tiêu chuẩn gần nhất

 Kiểm tra điều kiện tổn thất vầng quang và điều kiện phát nóng của dây dẫn

• Điều kiện tổn thất vầng quang của dây dẫn có:

Icp: là dòng điện cho phép lâu dài chạy qua dây dẫn

Khc: là hệ số hiệu chỉnh, lấy giá trị bằng 0,88

Isc: là dòng điện lớn nhất khi có sự cố

2 6 8 N-2 2 29,9493 2 78,5965 8 71,4514 4 AC-70 265 N-3 2 35,2232 7 92,4371 1 84,0337 4 AC-95 330 N-4 2 28,8400 8 75,6855 8 68,8050 7 AC-70 265 N-5 2 25,5123 8 66,9526 3 60,8660 3 AC-70 265 N-6 2 22,7297 2 59,6500 5 54,2273 1 AC-70 265 N-7 2 25,0026 9 65,6150 4 59,6500 4 AC-70 265

Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố

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

Ri, Xi: là điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây thứ i

Tổn thất điện áp trên đường dây ở chế độ vận hành bình thường

TM

N-6 2 7,27 3 6,71 9 20 10,8 1,802 3,604 TM N-7 2 11,5 10,6 3 22 11,8 8 3,134 6,268 TM

KL: vậy phương án 1: sơ đồ hình tia thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật.

3.2 Phương án liên thông

6 4

7 5

Phân bố công suất

L ; chiều dài đường dây (km)

7 1 4 N-4 2 28,8400 8 75,6855 8 68,8050 7 AC-70 265 N-5 2 25,5123 8 66,9526 3 60,8660 3 AC-70 265 N-6 2 47,7324 125,265 113,877 AC-120 380 6-7 2 25,0026 9 65,6150 4 59,6500 4 AC-70 265

Điều kiện phát nóng của dây dẫn sau sự cố:

Đường

dây n I sc K hc I cp

Điều kiện

Tính thông số đường dây

Điện trở của đường dây

l chiều dài đường dây (km)

r0,x0,b0 điện trở tác dụng,điện kháng ,điện dẫn của dây dẫn tra bảng sách giáo khoa.với DTB=5

→Thay số vào các công thức trên ta có bảng kết quả tính toán

R0i (Ω/km)

X0i (Ω/km)

B0i (Ω/km)

R (Ω)

X (Ω)

B.10 -4 s

Đường P i Q i R i X i ∆U bt % ∆U sc %

(Mw) (Mvar) (Ω) (Ω) N-1 30 14,52 7,2726 6,9564 2,6378 9 5,2757 8

7 5

Phân bố công suất

L ; chiều dài đường dây (Km)

P ; công suất tác dụng (MW)

→thay số vào công thức (**) ta có bảng kết quả tính toán đường dây

Bảng kết quả tính toán các đường dây

→Như vậy ta chọn Uđm của đường dây là 110kv

3)Chọn Tiết Diện Dây Dẫn

_Với lưới điện 110kv chọn tiết diện dây theo phương pháp sử dụng mật độ dòng kinh tế Các mạng điện 110 kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không Các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC).Đối với các đường dây 110 kV, khoảng cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 5m (Dtb = 5m)

_Tiết diện kinh tế của 1 đường dây được tính theo

I L/V,max =x103 (A)

Trong đó:

n – số mạch của đường dây (đường dây 1 mạch n = 1, đườngdây 2 mạch n = 2)

Uđm - điện áp định mức của mạng điện, kV

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

Dựa vào tiết diện dây dẫn tính được theo công thức trên, tiếnhành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về

sự tạo thành vầng quang, độ bền cơ của đường dây và phát nóng dâydẫn trong các chế độ sự cố

Đối với đường dây 110 kV, để không xuất hiện vầng quang cácdây nhôm lõi thép cần phải có tiết diện F ≥ 70 mm2

Độ bền cơ của đường dây trên không thường được phối hợp vớiđiều kiện về vầng quang của dây dẫn, cho nên không cần phải kiểmtra điều kiện này

Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế

độ sau sự cố, cần phải có điều kiện sau:

Isc≤ Icp

Isc==2.Imax

Trong đó:

Isc – dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ sự cố

Icp – dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

→Thay số vào các công thức trên ta có bảng kết quả tính toán

Chọn tiết diện dây

Nhận xét: Từ các kết quả ta nhận thấy tiết diện chọn của các đường dây thỏa mãn các điều kiện

+ điều kiện phát sinh vầng quang

+ điều kiện độ bền cơ

+ điều kiện phát nóng lúc sự cố

• Tính thông số đường dây

Điện trở của đường dây

Ri=

Điện kháng của đường dây

l chiều dài đường dây (km)

r0,x0,b0 điện trở tác dụng,điện kháng ,điện dẫn của dây dẫn tra bảng

Thông số các đường dây

P,Q công suất tác dụng,công suất phản kháng trên đường dây

→ các đường dây còn lại ta tính tương tự như đường dây N-1

Ta có bảng số liệu tính toán tổn thất điện áp trên các đường dây

Đường

i (MW)

Qi (MVAR)

Chương 4:Tính toán chỉ tiêu kinh tế và so sánh các

V là vốn đầu tư xây dựng lưới điện

Vì 3 phương án có số MBA giống nhau vì vậy V là vốn đầu tư xâydựng đường dây

aVH là hệ số vận hành đường dây(aVH=0,04)

atc là hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn

atc=(Ttc là thời gian thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn,Ttc=8 năm) ∆A là tổn thất điện năng trên đường dây

Bảng: vốn đầu tư về đường dây

2:Tổn thất điện năng trên đường dây

Tổn thất công suất trên đường dây thứ i có thể tính như sau:

Bảng:Tổn thất công suất trên đường dây

Tổng tổn thất điện năng trong mạng là

∆A =∑∆Pi×= 3,58.3090,843=11065,218(MWh)

3:Tính hàm chi phí

Bảng: vốn đầu tư về đường dây

2:Tổn thất điện năng trên đường dây

Tổn thất công suất trên đường dây thứ i có thể tính như sau:

Pi max =.Ri

Ta có bảng tính toán

Đường dây Pi(MW) Qi(MVAr)

Bảng:Tổn thất công suất trên đường dây

Tổng tổn thất điện năng trong mạng là

N-7 AC-70 2 50 380 30400

Bảng: vốn đầu tư về đường dây

2:Tổn thất điện năng trên đường dây

Tổn thất công suất trên đường dây thứ i có thể tính như sau:

Bảng Tổn thất công suất trên đường dây

Tổng tổn thất điện năng trong mạng là

Nhận xét:Qua kết quả tính toán về mặt kỹ thuật và kinh tế của 3

phương án ở trong bảng trên ta nhận thấy rằng:

_Về mặt kỹ thuật:Cả 3 phương án đều đạt về chỉ tiêu kỹ thuật _Về mặt kinh tế:Phương án 2 là phương án có hàm Z bé nhất

→Vậy phương án 2 là phương án tối ưu nhất để chọn và thiết kế thi công

Chương 5:Chọn máy biến áp và sơ đồ nối điện chính

5.1:Chọn MBA

_Do tất cả các phụ tải là phụ tải loại I Vì vậy để đảm bảo cung cấp điện cho các hộ này cần đặt 2 máy biến áp 3 pha 2 dây quấn trong mỗitrạm

Việc lựa chọn công suất MBA ta coi các MBA đã được tiêu chuẩnhoá theo điều kiện khí hậu Việt Nam, cho nên không cần phải hiệuchỉnh công suất theo nhiệt độ

_Khi chọn công suất của MBA cần xét đến khả năng quá tải củaMBA còn lại ở chế độ sau sự cố Xuất phát từ điều kiện quá tải chophép bằng 40% trong thời gian phụ tải cực đại Công suất của mỗiMBA trong trạm có n MBA được xác định theo công thức sau:

max

S S k(n 1)

≥

− Trong đó:

_Smax : Phụ tải cực đại của trạm

_k : Hệ số quá tải của MBA trong chế độ sau sự cố, k = 1,1

_n : Số MBA đặt trong trạm.

Công suất mỗi MBA bằng:

max

S S 1.4

5.2:Chọn sơ đồ nối điện

1)Sơ đồ nguồn điện

_Chọn sơ đồ hệ thống 2 thanh góp

2)Sơ đồ phụ tải

a phụ tải loại I

Đối với các phụ tải loại I, ta sử dụng sơ đồ cầu

Xét theo quan điểm thuận tiện khi phải cắt thường xuyên các

c)Trạm trung gian

_Chọn sơ đồ hệ thống 2 thanh góp

5.3:Sơ đồ nối điện chínhsd

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CHÍNH XÁC CÁC CHẾ ĐỘ

Trong chương này ta sẽ tính toán dòng công suất chạy trên các nhánh của mạng điện trong 2 chế độ vận hành: Chế độ phụ tải max và chế độ phụ tải min Từ đó xác định biện pháp điều chỉnh điện áp phù hợp.

Khi xác định các dòng công suất và các tổn thất công suất ta lấy điện áp ở tất cả

6.1 Tính toán chế độ phụ tải cực đại.

Vì chỉ biết điên áp trên thanh góp của nhà máy điện do đó ta tính chế độ qua hai giai đoạn.Mà điện áp trên thanh góp nhà máy điện trong chế độ phụ tải cực đại được xác định theo công thức sau:

110 110 100

=121(KV).

Tính phân bố công suất.

Bảng thông số các đường dây như sau:

g dây Ṡ i ΔṠ bi Ṡ bi ΔṠ oi Q ccNi Ṡ Nic ΔṠ Ni S Niđ Q cđNi Ṡ Ni

N-1 30+14,52

j 0,079+1,82j 30,097+16,34 j 0,07+0,48 j 0,99 30,149+15,83 j 0,69+0,66 j 30,839+16,49 j 1,19 3 30,149+14,637 j N-2 27+12,96

j 0,086+1,88j 27,086+14,84 j 0,058+0,4 j 0,88 27,144+15,36 j 0,52+0,49 j 27,664+15,85 j 1,06 9 27,144+14,291 j N-3 32+14,72

j 0,088+2,03j 32,088+16,75 j 0,07+0,48 j 1,28 32,158+15,95 j 0,7+0,91j 32,858+16,86 j 1,55

2

32,158+14,398 j

N-4 26+12,48

j 0,08+1,75j 26,08+14,23j 0,058+0,4 j 0,7 26,138+13,93 j 0,37+0,35 j 26,508+14,28 j 0,84 2 26,138+13,088 j

N-5 23+11,04

j 0,062+1,37j 23,062+12,41 j 0,058+0,4 j 1,25 23,12+11,56j 0,5+0,49j 23,62+12,05j 1,50 8 23,12+10,022j N-6 20+10,8j 0,219+4,79j 20,219+14,87

j 0,058+0,4 j 1,03 20,277+14,24 j 0,21+0,34 j 20,487+14,58 j 1,24 4 20,277+12,996 j 6-7 22+11,88

j 0,06+1,31j 22,06+12,91j 0,058+0,4 j 0,7 22,118+12,61 j 0,28+0,26 j 22,398+12,87 j 0,84 2 22,118+11,768 j tổng 0,421+14,95