BÀI số 2 đồ án môn học lưới điện

Vì mức độ quan trọng của các phụ tải này nên chúng ta phải đưa ra được các phương án nối dây hợp lý sao cho khi gặp sự cố hỏng ở bộ phận nào đó thì đường dây vẫn đảm bảo cung cấp điện đư

Lời nói đầu

Được học tập và đào tạo ở trong trường Đại học Điện Lực, đặc biệt là khoa Hệ thống điện, em thấy được rằng điện năng là một nguồn năng lượng quan trọng của hệ thống năng lượng quốc 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…

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá đưa đất nước ta đến năm 2020 cơ bản trở thành một nước công nghiệp, điện năng là nhu cầu thiết yếu của các ngành công nghiệp cũng như đời sống sinh hoạt hằng ngày của nhân dân Để có nền kinh tế phát triển, đời sống càng ngày được cải thiện thì điện năng là một mặt hàng không thể thiếu được vì vậy việc phát triển nguồn điện là hết sức cần thiết Trong một số năm vừa qua cũng như những năm tiếp theo, Nhà nước cùng với Ngành điện đã và đang mở rộng, lắp đặt nhiều dây chuyền sản xuất điện năng đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho công cuộc công nghiệp hoá, hiện đai hoá đất nược và đời sống sinh hoạt của nhân dân

Trong vài thập kỷ qua, do các ngành khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, nhất là khoa học công nghệ thông tin, máy tính và kỹ thuật vi xử lý đã được ứng dụng rộng rãi vào tất cả các ngành công nghiệp, kinh tế, đời sống xã hội… Ngành điện cũng không nằm ngoài xu thế tất yếu đó Trong hệ thống điện của nước ta hiện nay, quá trình phát triển phụ tải gia tăng rất nhanh Do vậy việc quy hoạch thiết kế mới và phát triển mạng điện là một vấn đề cần được quan tâm của ngành điện nói riêng và của cả nước nói

chung

Đồ án môn học “Lưới điện” là một sự tập dượt lớn cho các sinh viên ngành hệ thống điện làm quen với các hệ thống cung cấp điện Công việc làm đồ án giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thực hiện một nhiệm vụ tương đối toàn diện về lĩnh vực sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng

Em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Nguyễn Văn Thiện cùng toàn thể các thầy cô trong khoa Hệ thống điện đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành bản đồ án

Hà Nội-4/2016

Sinh viênNguyễn Nam Khánh

Số liệu nguồn: Nguồn là thanh góp hệ thống 110kV có công suất vô cùng lớn, hệ số cos� = 0,85 (mỗi ô vuông diện tích 10x10km).

CHƯƠNG I:

PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

- Nhiệm vụ của thiết kế mạng lưới điện và hệ thống điện là nghiên cứu và phân tích các giải pháp, phương án để đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải với chi phí nhỏ nhất nhưng không hạn chế độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng

- Để chọn phương án tối ưu cần tiến hành phân tích những đặc điểm của các nguồn cung cấp điện và dự kiến sơ đồ nối điện sao cho đạt hiệu quả kinh tế –

Lưới điện khu vực có 1 nguồn

Nguồn là thanh góp hệ thống 110kV, hệ số công suất cos�=0,85

1.2: Phụ tải

Có 6 phụ tải chia thành 2 loại

+ Phụ tải loại 1 bao gồm các phụ tải 1,2,3,5 là loại phụ tải rất quan trọng yêu cầu cung cấp điện liên tục Nếu gián đoạn cung cấp điện thì

sẽ gây hậu quả nghiêm trọng ảnh hưởng đến an ninh, quốc phòng,an

ninh,chính trị,tính mạng con người,và thiệt hại nhiều về kinh tế.Vì thế

mỗi phụ tải loại I phải được cấp điện bằng 1 lộ đường dây kép và TBA

có 2 máy biến áp làm việc song song để đảm bảo độ tin cậy và chất

lượng điện năng

quan trọng thấp hơn,để giảm chi phí đầu tư thì mỗi phụ tải chỉ cần cấp

điện bằng 1đường dây đơn và 1 máy biến áp

Hệ số công suất cosφ = 0.9

Thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax của phụ tải 1,2,3,5 là 000 (h) của phụ tải 4,6 là

3800 (h)

Phụ tải cực tiểu bằng 75% phụ tải cực đại

Yêu cầu điều chỉnh điện áp:

+Trong mạng thiết kế mạng điện cho hộ phụ tải (1,2.3.5) yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường (KT) nên độ lệch điện áp thỏa mãn:

Ta có bảng số liệu phụ tải thiết kế:

Bảng 1:

STT Phụ tải Pmax Pmin cos� Tmax Uđm

Y/c điều chỉnh

về chính trị ngoại giao, v.v Vì mức độ quan trọng của các phụ tải này nên chúng ta phải đưa ra được các phương án nối dây hợp lý sao cho khi gặp sự cố hỏng ở bộ phận nào đó thì đường dây vẫn đảm bảo cung cấp điện được liên tục.

2.2 Đề xuất các phương án nối dây:

2.2.1 Yêu cầu cung cấp điện của phụ tải:

Phụ tải loại I : Phải được cung cấp điện một cách liên tục, không cho phép gián đoạn.

Phụ tải loại II: Phải được cung cấp điện thường xuyên , ít gián đoạn, nếu có gián đoạn thì báo trước.

Phụ tải loại III: Không bắt buộc phải báo trước khi cắt điện, và không đòi hỏi phải cung cấp thường xuyên, được phép mất điện trong khoảng thời gian cho phép.

2.2.2 Yêu cầu của mạng điên:

Những yêu cầu chủ yếu đối với các mạng:

-Mạng điện phải đảm bảo chính xác về yếu tố kĩ thuật

-Các sơ đồ mạng điện cần phải có các chi phí nhỏ nhất

-Đảm bảo độ tin cậy và chất lượng cao của điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ.-Đảm bảo an toàn đối với người và thiết bị, dễ dàng sửa chữa khi có sự cố

-Sơ đồ an toàn trong vận hành, khă năng phát triển trog tương lai và tiếp nhận phụ

tải mới

2.2.3.Đưa ra phương án nối dây:

Lựa chọn các phương án nối dây của mạng điện là nhiệm vụ hết sức quan trọng,

từ đó tính toán so sánh các phương án về mặt kỹ thuật nhằm tìm ra một phương án hợp lý nhất đảm bảo cung cấp điện kinh tế và hiệu quả.

Cụ thể là:

=Để thực hiện yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ loại I, cần đảm bảo dự phòng 100% trong mạng điện, đồng thời dự phòng tự động Vì vậy để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I có thể sử dụng đường dây 2 mạch hay mạch vòng

-Đối với các hộ tiêu thụ loại II, trong nhiều trường hợp được cung cấp điện bằng đường dây 2 mạch hoặc bằng hai đường dây riêng biệt.Nhưng có thể cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại II bằng đường dây trên không một mạch, bởi vì thời gian sửa chữa sự cố các đường dây trên không rất ngắn.

-Đối với hộ tiêu thụ loại III được cung cấp điện bằng đường dây một mạch

Phương án 1: hình tia

3 N

6

4 5

7 km

Phương án 2: lưới kín

3 N

Phương án 3: liên thông

3 N

6

4 5

7 km

2.3 Lựa chọn điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, tính tổn thất điện áp cho các phương án:

n

P

l +16

Trong đó:

Uđm i : điện áp định mức của đường dây thứ i (kV)

li : chiều dài đường dây thứ i (km)

Pi : công suất truyền tải trên đường dây thứ i (MW)

ni : số lộ đường dây

2.3.2 Chọn tiết diện dây dẫn

1 Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế

Dây dẫn lựa chọn là dây nhôm lõi thép(AC) là chủ yếu (có thể chọn ACO với loại dây có ISC lớn mà dây AC không thể thỏa mãn) Loại dây này dẫn điện tốt lại đảm bảo độ bền cơ học, do đó được sử dụng rộng rãi trong thực tế.Vì mạng điện thiết kế là mạng điện 110kV, có chiều dài lớn nên tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ dòng kinh tế:

Fi=

kt

i J

Imax

Trong đó: F i : là tiết diện dây dẫn của đoạn đường dây thứ i (mm2)

Imax i : là dòng điện chạy trên đoạn đường dây thứ i khi phụ tải cực đại (A)

Imax i =

đm

i i

U n

Q P

3

2 max

2 max +

Jkt : mật độ dòng kinh tế,phụ thuộc thời gian công suất lớn nhất Imax và loại dây dẫn

)

mm

A

ở đây Tmax nằm trong khoảng từ 3000h đến 5000h, dây dẫn là dây Nhôm nên:

J kt=1,1 (Theo bảng 4.1 trang 143/sách Mạng Lưới Điện-Nguyễn Văn Đạm)

2 Kiểm tra điều kiện vầng quang và điều kiện phát nóng:

Sau khi chọn được tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế, ta đi kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang, độ bền cơ học của dây dẫn và điều kiện phát nóng trong các chế độ trước và sau sự cố

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

Độ bền cơ học của đường dây trên không thường được phối hợp với các điều kiện

về vầng quang của dây dẫn nên không cần kiểm tra điều kiện này

Kiểm tra điều kiện phát nóng:

F được chọn phải thỏa mãn:

357070

70

0θ

θtt

0,88

K2 : hiệu chỉnh theo hiệu ứng gần K2=1

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

Ilv : dòng điện làm việc chạy trên đường dây

2.3.3 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năng

1 Tổn thất điện áp:

n

l x X n

l r R

U

X Q R P U

i i i

i

đm

.,

100

%

0 0

2

2 2

X j R U

Q P S

Q P P

6

4

5

2.2.1.1.Tính phân bố công suất:

Do bỏ qua tổn thất công suất trên đường dây nên ta có phân bố công suất theo

bảng sau:

Đường dây phụ tảiLoại

Phân bố công suất(MVA)

Bảng 1.2: Tính toán và lựa chọn tiết diện dây dẫn

Kiểm tra điều kiện vầng quang và điều kiện phát nóng

• Điều kiện vầng quang:

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

Vậy ở phương án này điều kiện vầng quang đã thỏa mãn.

• Kiểm tra điều kiện phát nóng trong chế độ có sự cố:

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộ kép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố sẽ tăng lên hai lần so với dòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố.

• Xét đoạn đường dây N-1:

Khi có sự cố đứt 1 mạch trên đường dây kép

Ilv1 = Isc N-1 = 2.IN-1= 2.131,215 = 262,43(A)

Đường dây số lộ dây (ni) Imaxi(A) Fimax(mm 2 ) Loại Icpi(A)

Isc=262,43≤ k1.k2.Icp+380

Vậy dây dẫn ta chọn trên đoạn đường dây N-1 thỏa mãn.

Ta tính toán tương tự với các đoạn đường dây còn lại.

Chú ý: Đối với đường dây một mạch thì Isc=IN-i

Ta có bảng kiểm tra điều kiện phát nóng của phương án 1:

Từ bảng trên ta thấy dây dẫn thỏa mãn điều kiện phát nóng cho phép

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn đạt tiêu chuẩn, ta xác định các thông số đơn vị của đường dây là r 0 , x 0 , b 0 và tiến hành tinh các thông số tập trung R, X, B/2 trong

sơ đồ thay thế hình π của các đường dây theo các công thức sau:

Tính thông số đường dây:

2

2 ,

,

i

i i i

i

n

l x X n

l r

Kiểm tra tổn thất điện áp trên các đoạn đường dây ở chế độ vận hành bình thường và khi

U

+

Xét khi mạng điện làm việc bình thường:

Xét đoạn đường dây N-1:

Loại dây Ro(Ω/km) Xo(Ω/km) R(Ω) X(Ω)

Tính tương tự đối với các đoạn còn lại.

Chú ý: Đối với đường dây một mạch: tổn thất điện áp ở chế độ sự cố:

Pi ( MW)

Từ kết quả trong bảng trên nhận thấy rằng, tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường bằng:

Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế sự cố:

Kết luận: Phương án 1 thỏa mãn yêu cầu về mặt kỹ thuật.

2.2.2.Phương án 2:

3 N

6

4

5

7 km

2.2.2.1.Tính phân bố công suất:

Tính dòng phân bố công suất trong mạch vòng kín: N-2-3

Để xác định dòng công suất ta cần giả thiết rằng mạng điện đồng nhất và tất cả các đoạn dây đều có cùng một tiết diện: (giả sử dòng công suất có chiều như hình vẽ

Dòng công suất chạy qua đường dây N-2:

Dòng công suất chạy qua đoạn dây 2-3:

Pi (MW)

Qi (MVAr)

Si (MVA)

Số lộ dây ( ni) Uni (kV)

Uđm (kV)

U n

Q P

3

2 max

Đường dây Số lộ dây (ni) Imaxi (A) Fimax(mm 2 ) Loại dây Icpi(A)

3.1 Kiểm tra điều kiện vầng quang và điều kiện phát nóng

• Điều kiện vầng quang

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

Vậy ở phương án này điều kiện vầng quang đã thỏa mãn.

• Kiểm tra điều kiện phát nóng trong chế độ có sự cố:

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộ kép của đường dây hai mạch hoặc đứt 1 trong 3 đường dây trong mạng vòng kín.

Khi đó, dòng điện sự cố lơn nhất bằng hai lần dòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự cố (đối với lộ kép).

• Đối với lộ kép (được làm tương tự như phương án 1).

• Đối với mạch vòng:

Xét đoạn N-2 có 2 trường hợp sự cố xảy ra là:

Trường hợp đứt dây N-3 và trường hợp đứt dây 2-3 Ta nhận thấy rằng trường hợp đứt dây N-1 nghiêm trọng hơn sự cố đứt dây 1-6, vì phải chịu thêm một lượng công suất phụ tải 1 Khi đó công suất chạy trên đường dây là:

Dòng điện sự cố chạy trên dây dẫn 2:

Từ bảng trên ta thấy dây dẫn đảm bảo điều kiện phát nóng.

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn đạt tiêu chuẩn, ta xác định các thông số đơn vị của đường dây là r 0 , x 0 , b 0 và tiến hành tinh các thông số tập trung R, X, B/2 trong

sơ đồ thay thế hình π của các đường dây theo các công thức sau:

,

i

i i i

i

n

l x X n

l r

l r R

U

X Q R P U

i i i

i

đm

.,

100

%

0 0

Đứt một mạch trên đường dây kép:

Đoạn N-i: ∆U scN-i % = 2.∆U bti %

Tính tương tự đối với các đoạn còn lại.

Riêng đối với mạch vòng kín: Sự cố nặng nề nhất là đứt đường dây N-6 hoặc đứt đường dây N-1

Xét đường dây N-2:

Sự cố nặng nề nhất là đứt đường dây N-3

Như vậy mạch kín thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp.

Chú ý:đối với đường dây một mạch thì Usc=Ubt

Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đường dây cho trong bảng sau:

1 2

3 N

2 Lựa chọn điện áp định mức cho mạng điện:

Xét đoạn đường dây N-6:

U N-6 =

Tính toán tương tự đối với các đường dây còn lại ta có bảng sau:

Đường dây dây (km) Pi (MW) Độ dài (MVAr) Qi (MVA) Si dây (ni) Số lộ Uni(kV) Uđm(kV)

N-5 50,96 60 28,8 66,5 2 100,004

Từ bảng ta thấy U đm kV nên ta chọn điện áp định mức của mạng là 110 kV.

2.2.3.3.Chọn tiết diện dây dẫn:

Imaxi (A)

Fimax (mm 2 ) Loại dây Icpi (A)

3 Kiểm tra điều kiện vầng quang và điều kiện phát nóng:

• Điều kiện vầng quang:

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

Vậy ở phương án này điều kiện vầng quang đã thỏa mãn

• Kiểm tra điều kiện phát nóng trong chế độ có sự cố:

Sự cố nguy hiểm nhất của mạng điện xảy ra khi đứt 1 đường dây trong lộ kép của đường dây hai mạch Khi đó, dòng điện sự cố lớn nhất bằng hai lần dòng điện của mạch điện khi chưa xảy ra sự

cố (đối với lộ kép)

• Đối với lộ kép (được làm tương tự như phương án 1)

• Đối với đường dây một mạch thì I sc =I N-i

Ta có bảng kiểm tra điều kiện phát nóng của phương án 3:

Đường dây dây (ni)Số lộ Loại dây Ibti (A) Ilvi (A) Icpi(A)

Từ bảng trên ta thấy dây dẫn đảm bảo điều kiện phát nóng

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn đạt tiêu chuẩn, ta xác định các thông số đơn vị của

đường dây là r0, x0, b0 và tiến hành tinh các thông số tập trung R, X, B/2 trong sơ đồ thay

thế hình π của các đường dây theo các công thức sau:

Đường

dây

Số lộ dây (ni)

Độ dài dây

Ro (Ω/km)

.,

i

i i i

i

n

l x X n

l r

i i i

i

đm

.,

100

%

0 0

Đứt một mạch trên đường dây kép:

Đoạn N-i: ∆U scN-i % = 2.∆U bti %

Tính tương tự đối với các đoạn còn lại.

Chú ý:đối với đường dây một mạch thì Usc=Ubt

Kết quả tính tổn thất điện áp trên các đường dây cho trong bảng sau:

Từ bảng trên ta thấy, tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình

CHƯƠNG 3: CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU THEO CHỈ TIÊU KINH TẾ

Việc quyết định chọn bất kỳ một phương án thiết kế nào của hệ thống điện đều phải dựa trên cơ sở so sánh về mặt kinh tế -kỹ thuật Ở trên chúng ta đã đi tính toán chỉ tiêu kỹ thuật và cả 3 phương án trên đều thỏa mãn yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuât

Vì vậy để đưa ra quyết định lựa chọn phương án nối dây nào tối ưu nhất ta cần đi xác định chỉ tiêu kinh tế cho các phương án.

3.1 Phương pháp tính chỉ tiêu kinh tế:

Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kinh tế là chi phí tính toán hàng năm phải bé nhất Trong 3 phương án đưa ra đều thõa mãn các chỉ tiêu về kỹ thuật nên ta phải so sánh các phương án về mặt kinh tế để chọn một phương án tối ưu Vì 3 phương án so sánh của mạng điện có cùng điện áp định mức do đó để đơn giản

không cần tính vốn đầu tư vào các trạm biến áp và xem 3 phương án đều có số lượng các máy biến áp, máy cắt, dao cách ly và các thiết bị khác trong trạm là như nhau.

c i :Vốn đầu tư xây dựng 1km dây đơn thứ i (đ/km).

Chú ý: Nếu là dây kép thì chi phí xây dựng 1km đường dây bằng x i = 1,6 lần chi phí xây dựng 1km đường dây đơn cùng loại.

l i : chiều dài đoạn đường dây thứ i (km)

ΔA: tổn thất điện năng hàng năm của mạng điện (kWh)

τ

R U

Q P P

C Δ : giá thành 1 kW điện năng bị tổn thất, c Δ =700 đ/kWh

Bảng 3.1: Giá 1km đường dây AC, 10 6 đ/km

Bảng giá cột bê tông cốt thép

Loại dây AC-70 AC-95 AC-120 AC-150 AC-185 AC-240 AC-300

3.2 Tính kinh tế cho các phương án:

Phương án 1:

Tính toán tổn thất điện năng cho các đoạn đường dây:

Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây N-1:

∆P1= R N-1 =

Tính tổn thất trên các đường dây còn lại tính tương tự.

Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện:

Giả thiết đường dây trên không hai mạch cùng đặt trên một cột thép (cột kim loại) Như vậy vốn đầu tư xây dựng đường dây N-1 được tính như sau:(dây kép)

K N-1 =1,6.k 0N-1 l n-1

Trong đó l n-1 chiều dài đường dây (=37,696 km)

K 0N-1 xác định theo bảng 3.1 (=354.10 6 đ/km)

K N-1 =1,6×37,696×354.10 6 =21351,01×10 6 (đ)