THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC GỒM MỘTNGUỒN ĐIỆN VÀ MỘT SỐ PHỤ TẢI KHU VỰC

THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC GỒM MỘT NGUỒN ĐIỆN VÀ MỘT SỐ PHỤ TẢI KHU VỰCCHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI CÂN BẰNG CÔNG SUẤT Trong thiết kế lưới điện, phân tích nguồn và phụ tải l

THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC GỒM MỘT NGUỒN ĐIỆN VÀ MỘT SỐ PHỤ TẢI KHU VỰC

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI CÂN BẰNG CÔNG

SUẤT

Trong thiết kế lưới điện, phân tích nguồn và phụ tải là công việc đầu tiên phải

thực hiện, nó cũng là một phần rất quan trọng trong thiết kế lưới điện, việc nắmvững những đặc điểm của nguồn và phụ tải giúp chúng ta có thể xác định, tính toán, xây dựng ,vận hành lưới điện an toàn và hợp lý

1 Phân tích nguồn phụ tải:

1.1.1: Phân tích nguồn:

Cho nguồn công suất vô cùng lớn, có nghĩa là luôn đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ của phụ tải.

+ Điện áp trên thanh góp hệ thống: U = 110 kV

+ Hệ số công suất trên thanh góp: cosφ = 0,85

1.1.2 Phụ tải

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

N 1

Nguồn điện cung cấp cho 7 phụ tải với các thông số cơ bản:

Bảng 1.1: Số liệu các phụ tải

Thời gian sử dụng công suất lớn nhất 4700

Hệ số công suất Cosφ 0,9 0,9 0,9 0,9 0,88 0,88 0,88

Trong lưới điện thiết kế có tất cả 7 phụ tải trong đó có 4 phụ tải loại I là phụ tải 1,3,6,7 và 3 phụ tải loại 3 là phụ tải 2,4,5 Phụ tải 1,2,3,4 có cosϕ=0,9 ,còn phụ tải cosϕ=0,88

-Phụ tải loại I: là những hộ tiêu thụ điện quan trọng, nếu như ngừng cung cấp điện

có thể gây ra nguy hiểm đến tính mạng và sức khỏe con người, gây thiệt hại nhiều

về kinh tế, hư hỏng thiết bị, làm hỏng hàng loạt sản phẩm, rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp ( ví dụ: các lò luyện kim loại, thông gió trong hầm lò và trong các nhà máy sản xuất hóa chất độc hại …)

- Phụ tải loại II: là các hộ tiêu thụ nếu như ngừng cung cấp điện chỉ gây thiệt hai kinh tế do quá trình sản xuất bị gián đoạn

- Phụ tải loại III: là tất cả các hộ tiêu thụ không thuộc hai loại trên (ví dụ: các hộ sản xuất dân dụng, các xưởng sản xuất không theo dây chuyền,…)

∑Pmax= P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7= 19+21+33+24+26+28+34=185(MW)

Điện áp phía hạ : 22kv

Những phụ tải có yêu cầu điều chỉnh điện áp :

+ Phụ tải 1,2,4 yêu cầu điều chỉnh điện áp bình thường

+ Phụ tải 3,5,6,7 yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường

, , , Pmin =50%Pmax

Ta có :

+ cosφ = 0,88 => tanφ = 0,5397

2 Cân bằng công suất

1.2.1: Cân bằng công suất tác dụng:

7 max max 1

: tổng công suất của nguồn điên

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

: tổng công suất tác dụng max của các phụ tải

: tổng tổn thất công suất tác dụng trong lưới

: công suất tác dụng dự trữ ( do hệ thống công suất vô cùng lớn nên ).

Thay (2) vào (1) ta được :

: tổng công suất phản kháng do điện dung của đường dây sinh ra

(khi tính toán sơ bộ )

2.1 Đề xuất phương án nối dây

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

(01 ô = 10 x 10 km) Một trong các yêu cầu của thiết kế mạng điện là đảm bảo cung cấp điện an toàn

và liên tục, nhưng vẫn phải đảm bảo tính kinh tế Muốn đạt được yêu cầu nàyngười ta phải tìm ra phương án hợp lý nhất trong các phương án vạch ra đồng thờiđảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật.Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu đối với các

mạng là độ tin cậy và chất lượng điện năng cao Khi dự kiến sơ đồ của mạng điệnthiết kế, trước hết cần chú ý đến hai yêu cầu trên.

Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện loại

1, cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tựđộng Vì vậy để cung cấp cho các hộ tiêu thụ loại 1 có thể sử dụng đường dây képhoặc mạch vòng

Để chọn được sơ đồ tối ưu của mạng điện ta sử dụng phương pháp phân nhóm,chia lưới điện thành các nhóm nhỏ, trong mỗi nhóm ta đề ra các phương án nốidây, dựa trên các chỉ tiêu về kinh tế - kỹ thuật ta chọn được một phương án tối ưucủa từng nhóm Vì các nhóm phân chia độc lập, không phụ thuộc lẫn nhau nên kếthợp các phương án tối ưu của các nhóm lại ta được sơ đồ tối ưu của toàn lưới điện.Phương án nối dây của các nhóm như sau :

- Phương án hình tia :

N 1

N 1

4

1 2

3

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN KỸ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN

3.1: Xét phương án hình tia:

3.1.1: Tính phân bố công suất:

Tính toán công suất trên đường dây bỏ qua tổn thất công suất và công suấtphản kháng do dung dẫn đường dây tạo ra

Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế

kỹ thuật, cũng như các đặc trưng kỹ thuật của mạng điện

Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố:công suất của phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải với nhau và khoảng cách từ các phụ tải đến nguồn

Điện áp định mức của mạng điện thiết kế 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 của công suất trên mỗi đường dây trong mạng điện và theo chiều dài từ nguồn tới phụ tải

Có thể tính điện áp định mức của đường dây bằng công thức kinh nghiệm Stillsau đây:

Li: khoảng cách truyền tải của đoạn đường dây thứ i;(km)

Pi : công suất truyền tải đoạn đường dây thứ i;MW

Ui: điện áp vận hành trên đoạn đường dây thứ i; (kV)

Nếu lộ đơn: n = 1; lộ kép: n=2

3.2 Chọn dây dẫn (theo mật độ dòng kinh tế) :

Tiết diện dây dẫn ảnh hưởng nhiều đến vốn đầu tư để xây dựng đường dây

và chi phí vận hành của đường dây Tăng tiết diện dẫn đến tăng chi phí xây dựng

và vận hành đường dây, nhưng giảm tổn thất điện năng và chi phí vận hành về tổn thất điện năng Đối với mạng điện khu vực ta sử dụng dây nhôm lõi thép (AC) trên không, cấp điện áp 110 KV có Fkt ≥

70 mm2.Công thức tính tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện là:

J maxi

I tti

, mm2

Trong đó:

o Ftti : Tiết diện dây dẫn tính toán (mm2)

o Imaxi : Dòng điện làm việc lớn nhất trên một mạch của đường dây (A)

Imax= đm

.U 3 n max S

.U 3 n

2 max Q

2 max

Smax: Công suất chạy trên dây dẫn ở chế độ phụ tải cực đại

n : Số đường dây trên 1 lộ

- Tmax =3000÷5000 (h) và dây AC tra tài liệu ta có Jkt=1,1 (A/mm2)

Sau khi tính đk Ftt ta chọn tiết diện dây dẫn (Fkt) sao cho gần nhất với Ftt và kiểm điều kiện kỹ thuật trong các chế độ làm việc bình thuờng và sự cố:

♦ Điều kiện vầng quang và độ bền cơ của dây dẫn phối hợp với nhau thỏa mãn khi Fkt ≥

70 mm2 ở cấp điện áp 110 KV

♦ Điều kiện phát nóng dây dẫn: Sự cố dùng để kiểm tra điều kiện kỹ thuật với lộkép là khi đứt một nhánh trong lộ kép của đường dây, còn với mạch vòng thì ta phải xét đến sự cố xảy ra trên các nhánh :

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

• k1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ k1=1

• k2: hiệu chỉnh theo hiệu ứng gần; cho bằng k2=1

N 1

Tính toán công xuất :

Dòng công xuất trên đoạn N-1 :

55, 400

50,364 1,1

N N

Chọn dây dẫn AC-70 cho đường dây N-1 , Icp= 275A

Từ thông số tập trung R,X,B của đường dây tính được như sau :

L(km) 31.62 58.31 58.31 30 63.25 31.62 64.03Ro(Ω

Khi đường dây gặp sự cố ta có

IN-1sc = 2.IN-1max= = 2.55,4= 110,8 A< Icp( thỏa mãn điều kiện )

IN-1sc =110,8A< k1.k2.Icp

Vậy đường dây N-1 thỏa mãn yêu cầu

Từ bảng 2.2 ra thấy tiết diện của các đường dây đã thỏa mãn điều kiện phát nóng cho phép khi đường dây gặp sự cố

Kiểm tra tổn thất điện áp của đường dây :

Tương tự với các đường dây còn lại ta có bảng sau:

Bảng 2.3: Các giá trị tổn thất điện áp của phương án hình tia

Từ kết quả trong bảng trên ta nhận thấy rằng:

∆Ubtmax%=1,646%≤∆Ubtcp% =10%

∆Uscmax%=3,292% ≤∆Usccp% = 20%

Vậy phương án 1 thõa mãn các yêu cầu về kĩ thuật

N 1

Tính phân bố công suất

Dòng công suất trên các đường dây :

+ Công suất trên các dây N-3 , N-4, N-5,N-6,N-7 tương tự như phương án 1.+ Công suất đoạn 1-2 :

N-1= 1+2 =( 19 + 9,2017i )+(21+10,1703i) = 40+19,372i (MVA)

Tương tự với các đường dây còn lại ta có bảng sau :

Chọn tiết diện dây dẫn

+ Đoạn N-3, N-4 , N-5 , N-6, N-7 tính toán như phương án 1

+ Xét đọa N-1 :

3 3 1max 1max

Chọn đường dây AC-95 có Icp = 330A

Tương tự với các đường dây khác ta có bảng sau :

Từ bảng tổng kết trên ta suy ra tiết diện dây dẫn các đường dây thỏa mãn điều kiện phát nóng cho phép khi xảy ra sự cố

Kiểm tra điều kiện tổn thất điệ áp cho phép :

Tương tự với các đường dây còn lại ta có bảng sau :

Bảng 2.6 : phương án liên thông

6

7 5

S&− =S&= + i MVA

Xét mạch vòng N-3-5-N ( giả sử chiều dòng điện như hình vẽ ) :

S N-3

S

N-5

Vậy điểm phân công suất là điểm 3

Chọn điện áp định mức :

Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Các đường dây N-1, N-2, N-3 ,N-4, N-5 , N-6, N-7 giống với 2 phương án trên

Khi mạch vòng bị sự cố , ta xét trường hợp :

S&− =S&− =S& &+S = + i + + i = + i MVA

Dòng điện sự cố chạy trên N-3 ( hoặc N-5 ) là :

S&− =S&= + i MVA

Dòng điện sự cố chạy trên đoạn 4-5 là :

59.13, 283 30, 01.26,312

.100 13 110

Khi đó tổn thất trên đoạn 3-5 :

Tổn thất điện áp khi sự cố lớn hơn cho phép nên không thỏa mãn

Vậy phương án trên không thỏa mãn yêu cầu về kĩ thuật

Kết luận :

Chỉ có phương án lưới kín không thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật còn các phương án còn lại đã thỏa mãn yêu cầu về kỹ thuật Ta xét yêu cầu về kinh tế

CHƯƠNG 4 CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU THEO CHỈ TIÊU KINH TẾ4.1 Cơ sở lý thuyết.

Trên thực tế, việc quyết định chọn bất kỳ một phương án thiết kế nào của hệthống điện để thi công thì đều phải dựa trên cơ sở so sánh về mặt về mặt kinh

tế, kỹ thuật Tìm ra được phương án sao cho vừa đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật,vừa đảm bảo về mặt kinh tế là rẻ nhất

Các phương án đã đề ra đều thỏa mãn các chỉ tiêu về kỹ thuật, ta phải sosánh các phương án về mặt kinh tế để chọn một phương án tối ưu

Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kinh tế là hàm chi phí tính toánhàng năm phải nhỏ nhất

Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định mức 110kV,

do đó để đơn giản ta không cần tính vốn đầu tư vào các trạm biến áp Và coi cácphương án đều có số lượng các máy biến áp, máy cắt, dao cách ly và các thiết

bị khác trong trạm biến áp là như nhau

Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng khi so sánh các phương án là các chi phí tínhtoán hàng năm , được xác định theo biểu thức:

1 T

1 a

V: tổng vốn đầu tư xây dựng mạng điện (chỉ xét đến việc xây dựng đường dây

vì coi số lượng của máy biến áp, máy cắt, dao cách ly của các phương án lànhư nhau)

ΔA: tổng tổn thất điện năng hàng năm trong mạng điện

C: giá 1kWh điện năng tổn thất (c = 700 đ/kWh)

Tổng vốn đầu tư xây dựng mạng điện được xác định theo công thức:

Với các đường dây kép đặt trên cùng một cột: V =∑1,6 .k l oi i

Với các đường dây đơn: V =k l oi i.Trong đó:

koi - giá thành 1 km đường dây một mạch, đ/km;

li - chiều dài đường dây thứ i, km;

Ta có giá thành 1km đường dây trên không một mạch điện áp 110 kV( cột bê tôngcốt thép) ( tra bảng 8.39- Thiết kế các mạng và hệ thống điện)

Bảng 3.1: Giá thành 1 km đường dây trên không một mạch (110 kV)

AC-95

120

150

ΔPimax: tổn thất công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại

τi: thời gian tổn thất công suất cực đại trên đường dây thứ i

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

2 2 max max max i 2 i .

Trong đó:

Pimax, Qimax: công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy trên đường dâytrong chế độ phụ tải cực đại

Ri: điện trở tác dụng của đường dây thứ i

U đm: điện áp định mức của mạng điện

Thời gian tổn thất công suất cực đại được tính theo công thức:

4 2 max

Bảng 4.2.1: Vốn đầu tư của đường dây cột bê tông cốt thép

N-5 1 63.25 150 336 21252

2.Tính tổn thất điện năng hàng năm trên đường dây

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

2 2 max max max i 2 i .

7,115 0, 262 110

N

∆AN-1=∆PN-1.τ=0,262.3090,84=809,935 MWh

Tính toán tương tự ta có bảng sau

Bảng 4.2.2: Bảng tính toán tổn thất điện năng hằng năm trên đường dây

4.3 Phương án liên thông.

1.Tính toán vốn đầu tư:

Bảng 4.3.1: Vốn đầu tư của đường dây cột bê tông cốt thép

N-6 2 31.62 70 300 15177.6

2.Tính tổn thất điện năng hàng năm trên đường dây

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

2 2 max max max i 2 i .

N

∆AN-1=∆PN-1.τ=0,8516.3090,84=2632,3245 MWh

Tính toán tương tự ta có bảng sau

Bảng 4.2.2: Bảng tính toán tổn thất điện năng hằng năm trên đường dây

Tổng tổn thất điện năng trên đường dây 18204.658

Ta thấy chi phí của phương án liên thông lớn hơn chi phí của

phương án hình tia nên phương án hình tia sẽ là phương án tối ưu

CHƯƠNG 5

XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG , DUNG LƯỢNG CÁC MÁY BIẾN

ÁP TRONG CÁC TRẠM BIẾN ÁP , CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY

HỢP LÝ CỦA CÁC TRẠM BIẾN ÁP

Yêu cầu của sơ đồ nối điện trong mạng diện và hệ thống điện là đảm bảo độ

tin cậy cung cấp điện , cấu tạo đơn giản, vận hành linh hoạt và an toàn cho người

5.1 Chọn sơ đồ nối điện cho trạm biến áp tăng :

5.2 Chọn sơ đồ nối điện cho trạm biến áp hạ :

- Đối với phụ tải 1,3,6,7 :

Là các hộ phụ tải loại I, yêu cầu phải được cung cấp điện áp liên tục đồng thời làcác trạm biến áp cụt, do đó ta chọn sơ đồ cầu ngoài, vì khi phụ tải cực tiểu chophép thao tác vận hành dễ dàng để chỉ vận hành 1 máy biến áp nhằm giảm tổn thấtđiện năng cho trạm

* Ta xác định sơ đồ nối điện của các trạm theo nguyên tắc sau:

- Phía cao áp: dùng máy cắt và dao cách ly

- Phía hạ áp: dùng máy cắt hợp bộ

- Đối với phụ tải 2,4,5 :

- là phụ tải loại III , không cần phải cung cấp điện liên tục

- sử dụng các trạm biến áp cụt

- Phía cao áp : dùng máy cắt và dao cách ly

- Phía hạ áp : dùng máy cắt hợp bộ

5.3 Chọn máy biến áp cho trạm biến áp hạ

Máy biến áp là một phần tử quan trọng nhất của hệ thống điện Nó dùng để biếnđổi năng lượng điện từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Việc chọn côngthức và phương thức vận hành của trạm biến áp có ảnh hưởng lớn đến các chỉtiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện

Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây quấn

Đối với hộ loại I, Chọn máy biến áp có điều áp dưới tải

Ở các hộ loại I, ta dùng 2 máy biến áp vận hành song song để đảm bảo cungcấp điện liên tục, khi có sự cố 1 máy biến áp, máy biến áp còn lại cho phép quá tải40% trong 5 ngày đêm mỗi ngày đêm không quá 6 giờ Vậy công suất của mỗi máybiến áp được chọn theo điều kiện:

1,4

max

pt dmBA S

Ở hộ loại III, do yêu cầu cung cấp điện không cao nên chỉ dùng 1 máy biến áp.Vậy công suất máy biến áp được chọn theo điều kiện:

Tra bảng 18, trang 276 sách Thiết kế các mạng và hệ thống điện

Chọn 2 máy biến áp điều áp dưới tải, loại TPDH – 25000/110

5.3.2 Chọn máy biến áp cho phụ tải 2 :

5.3.3 Chọn máy biến áp cho phụ tải 3 :

Chọn 2 máy biến áp điều áp dưới tải, loại TPDH – 32000/110

5.3.4 Chọn máy biến áp chp phụ tải 4 :

5.3.5 Chọn máy biến áp chp phụ tải 5 :

Chọn 2 máy biến áp điều áp dưới tải, loại TPDH – 32000/110

5.3.6 Chọn máy biến áp cho phụ tải 6 :

Chọn 2 máy biến áp điều áp dưới tải, loại TPDH – 25000/110

5.3.7 Chọn máy biến áp cho phụ tải 7 :

Chọn 2 máy biến áp điều áp dưới tải, loại TPDH – 32000/110

Bảng 5.1 : Thông số máy biến áp

Phụ tải Loại MBA Sđm Un% ΔPn ΔPo Io% Rb Xb ΔQo

CHƯƠNG 6

TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHÍNH XÁC TRONG TOÀN MẠNG ĐIỆN KIỂM TRA SỰ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TÍNH TỔNG THẤT CÔNG SUẤT , TỔN THẤT ĐIỆN

NĂNG TRONG TOÀN MẠNG ĐIỆN

6.1 Tính phân bố công suất chính xác , kiểm tra sự cân bằng công suất phản

kháng :

6.1.1 Chế độ phụ tải cực đại :

6.1.1.1 Tính phân bố công suất cho nhánh A1 :

Sơ đồ nối dây :

200 29

.(

10 ).

01 01

1

0

.

MVA j

j Q

j P

- Công suất phản kháng do dung dẫn ở đầu đường dây sinh ra:

ΔQcđA1 = ΔQccA1 = 0,99 (MVAr)

- Công suất cần cung cấp cho nhánh A1:

- Tổn thất công suất khi không tải:

- Công suất phản kháng do dung dẫn ở đầu đường dây sinh ra:

ΔQcđA2 = ΔQccA2 = 0,94 (MVAr)

- Công suất cần cung cấp cho nhánh A2: