đồ án thiết kế mạng lưới điện

Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc phát triển điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như

Trang 1

Lời nói đầu

*******

Điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống năng lượng của một 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…

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 Do nền kinh tế nước ta còn trong giai đoạn đang phát triển và việc phát triển điện năng còn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như điện phân phối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kĩ lưỡng để vừa đảm bảo hợp

lý về kĩ thuật cũng như về kinh tế

Đồ án môn học này đã đưa ra phương án có khả năng thực thi nhất trong việc thiết

kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm các hộ tiêu thụ điện loại I và loại III Nhìn chung, phương án đưa ra đã đáp ứng được những yêu cầu cơ bản của một mạng điện.

Dù đã cố gắng song đồ án vẫn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy cô, để em có thể tự hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong các lần thiết kế đồ án sau này Qua đây em xin cảm ơn T.S Lê Thành Doanh đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

Sinh viên

Đặng Mai Anh

Đề bài: Thiết kế lưới điện cho khu vực gồm một nguồn và 5 phụ tải được phân bố như sau:

Trang 2

1 2

34

Số liệu nguồn: Nguồn là thanh góp hệ thống 110kV có công suất vô cùng lớn, hệ số cosφ = 0,88

Trang 3

CHƯƠNG I PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI

Để chọn được phương án tối ưu cần tiến hành phân tích những đặc điểm của nguồn cung cấp điện và các phụ tải Trên cơ sở đó xác định công suất phát của các nguồn cung cấp dự kiến các sơ đồ nối dây sao cho đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất

*Có 5 phụ tải chia làm 02 loại:

- Phụ tải loại I (gồm 04 phụ tải:,2,3,4,5 chiếm 80% ): là phụ tải rất quan trọng phải cấp điện liên tục Nếu mất điện sẽ gây ra những hậu quả vô cùng nghiêm trọng ảnh hưởng đến an ninh, chính trị, tính mạng con người và thiệt hại cực kì lớn trong hoạt động sản xuất kinh doanh Mỗi phụ tải phải được cấp điện bằng đường dây kép và hai máy biến

áp làm việc song song để đảm bảo cung cấp điện liên tục cũng như đảm bảo chất lượngđiện năng ở chế độ vận hành

- Phụ tải loại III (gồm 01 phụ tải: 1 chiếm 20% ): là những phụ tải cho phép mất điện Đây là 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

*Hệ số công suất của các phụ tải cosφđm = 0,8

*Thời gian sử dụng phụ tải cực đại : + Của các phụ tải 1,2,3,4,5 là Tmax =4000 h

*Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp bằng 6kV Phụ tải cực tiểu bằng 80% phụ tải cực đại

* Yêu cầu điều chình điện áp

- Trong mạng thiết kế mạng điện cho phụ tải 1 yêu cầu điều chỉnh điện áp thường (T) nên

độ lệch điện áp thỏa mãn điều kiện:

Chế độ phụ tải cực đại: dU% ≥ +2,5%

Chế độ phụ tải cực tiêu: dU% ≤ +7,5%

Chế độ sau sự cố: dU% ≥ -2,5%

-Các phụ tải 2,3,4,5 yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thương (KT) nên phạm vi điều chỉnh điện áp thỏa mãn :

Chế độ phụ tải cực đại : dU% =+5%

Chế độ phụ tải cực tiểu : dU% = 0%

Trang 4

Chế độ sau sự cố : dU% = 0÷5%

Kết quả tính giá trị công suất các phụ tải trong các chế độ cực đại và cực tiểu :

Trong đó: Pmin = 0,80.Pmax

Smax = Smin = 1-cosφ2

Qmax = Smax sinφ Qmin = Smin sinφ

Bảng 1.1 Thông số các phụ tải.

Để đảm bảo sự ổn định chế độ vận hành trong hệ thống điện thì điện năng do các nhà máy điện trong hệ thống sản xuất phải cân bằng với điện năng tiêu thụ Do đó, chúng ta phải cân bằng công suất

Vì nguồn ở đây là nguồn công suất VCL nên có thể đáp ứng mọi yêu cầu về công suất cà chất lượng điện áp cho tất cả các phụ tải khi xảy ra mọi biến động về công suất phụ tải Vì thế, ta không cần cân bằng công suất

CHƯƠNG II ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

Đối với các phụ tải loại I có thể dùng dây kép và mạch vòng

Trang 5

Đối với các phụ tải lại III ta dùng dây đơn.

2.1 Chọn điện áp định mức của mạng.

Lựa chọn điện áp định mức là một vấn đề quan trọng trong quá trình thiết kế mạng điện vì

nó ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện như vốn, đầu tư, tổn thất điện năng, chi phí vận hành…

Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công suất phụ tải, khoảng cách giữa các phụ tải với nguồn cấp, vị trí tương đối giữa các phụ tải với nhau, phụ thuộc vào sơ đồ của mạng điện thiết kế Như vậy, chọn điện áp định mức của mạng điện đượcxác định chủ yếu bằng các điều kiện kinh tế Điện áp định mức của mạng điện cũng có thể được xác định đồng thời với sơ đồ cung cấp điện hoặc theo giá công suất truyền tải và khoảngcách truyền tải công suất trên mỗi đoạn đường dây trong mạng điện

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

- Đáp ứng được các yêu cầu của phụ tải

- Phù hợp với lưới điện hiện tại và lưới điện quốc gia

- Mạng điện có chi phí tính toán là nhỏ nhất

Để đơn giản khi tính toán, cho phép nối các đường dây hình tia từ nguồn cung cấp đến các phụ tải

Xác định chiều dài các đoạn đường dây Li (km) theo định lí Pytago

Công suất truyền tải trên các đoạn Pi (MW) cho sẵn

Điện áp của mỗi đoạn đường dây được xác định theo công thức:

Ui = 4,34 (kV) ( Trang 198 sách thiết kế các mạng và hệ thống Nguyễn Văn Đạm)

2.2 Đề xuất các phương án nối dây

Các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nói dây của mạng điện Vì vật các sơ đồ mạng điện phải đảm bảo tính khả thi , độ tin cậy cung cấp điện cần thiết, chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ thuận tiện và an toàn trong vận hành cũng như đáp ứng các phụ tải phát triển

Các yêu cầu chính đối với mạng điện :

- Cung cấp điện liên tục

- Đảm bảo chất lượng điện năng

- Đảm bảo thuận lợi cho thi công, vận hành

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

- Đảm bảo chất lượng về kinh tế

Mạng điện thiết kế gồm 1 nguồn điện và 5 phụ tải, trong đó có 1 phụ tải loại I và 4 phụtải loại III Các hộ phụ tải loại I được cấp điện bằng một đường dây kép, còn các hộ phụ tảiloại III thì được cấp điện bằng 1 đường dây đơn

Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của nguồn điện, các hộ phụ tải cũng như vị trí

địa lý của chúng, ta sẽ phân vùng phụ tải thành các nhóm sau:

Trang 5 | 56

Trang 6

1 2

34

Mỗi nhóm các phụ tải trên, ta cần tìm được những phương án nối dây sao cho tối ưu nhất rồi đưa ra được sơ đồ nối dây hoàn thiện

Phương ánN.I.1

34

40 km

10k

Trang 7

Phương án N.I.2 :

34

Trang 9

2.3 Chọn tiết diện dây dẫn

Chọn tiết dây dẫn của mạng điện thiết kế được tiến hành có chú ý đến các chỉ tiêu kinh

tế - kỹ thuật, khả năng tải của dây dẫn theo điều kện phát nóng trong các điều kiện sau sự cố,

độ bền cơ học của các đường dây trên không và các điều kiện tạo thành vầng quang điện Dây dẫn lựa chọn là dây nhôm lõi thép (AC) là loại dây dẫn điện tốt, đảm bảo được độ bền cơ học cao, sử dụng ở mọi cấp điện áp và được sử dụng rỗng rãi trong thực tế Vì mạng điện thiết kế là mạng điện có Uđm =110kV, có chiều dài lớn nên tiết diện dây dẫn thường đượcchọn theo mật độ dòng kinh tế Jkt :

Fkt = Trong đó: Fkt : tiết diện dây dẫn được tính theo đường dây thứ i

Imax : dòng điện chạy trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại

Jkt : mật độ dòng kinh tế, phụ thuộc vào thời gian sử dụng công suất lớn nhất và loại dây dẫn (A/mm2 ) Đối với dây AC và Tmax =1000÷3000 thì Jkt = 1,3 A/mm2

Tmax =3000÷5000 thì Jkt = 1,1 A/mm2

(theo bảng 4.1 trang 143, sách mạng lưới điện Nguyễn Văn Đạm )

Imax = Với: Imax – Dòng điện cực đại trên đường dây trong chế độ làm việc bình thường

Smax – Công suất trên đường dây thứ I khi phụ tải cực đại

n – Số lộ đường dây

*Kiểm tra điều kiện vầng quang và điều kiện phát nóng dây dẫn:

Theo điều kiện vầng quang, tiết diện dây dẫn không được nhỏ hơn trị số cho phép đối vớimỗi cấp điện áp Với cấp điện áp 110kV, để đảm bảo không xuất hiện vầng quang thì dây dẫn

có tiết diện F ≥ 70mm2

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

44.72 km

10k

Trang 10

Kiểm tra điều kiện phát nóng làm việc trên đường dây dẫn khi xảy ra sự cố phải thỏa mãnđiều kiện: Isc max ≤ k.Icp

Trong đó: Icp – giá trị dòng điện cho phép

K - hệ số quy đổi theo nhiệt độ Khc = 0,88 ứng với nhiệt độ là 35oC Đối với đường dây kép : Isc max = 2.Imax < 0,88.Icp

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

2.4 Tổn thất điện áp trong lưới điện.

Tổn thất điện áp trên đường dây thứ i khi vận hảnh bình thường

∆Ui bt % = 1 00Trong đó: 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

Đối với đường dây kép, nếu gặp sự cố trên một đường dây thì tổn thất điện áp trên đườngdây là:

ΔUi sc% = 2.ΔUi bt% Các mạng điện một cấp điện áp đạt tiêu chuẩn kỹ thuật nếu trong chế độ phụ tải cực đại các trị số tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ làm việc bình thường và chế độ sự cố là:

64.03 km

40 km

Trang 11

A.Lựa chọn điện áp định mức của mạng

Điện áp của mỗi đoạn đường dây được xác định theo công thức:

Ui = 4,34 (kV)

B.Lựa chọn tiết diện dây dẫn.

B.1.Xét đoạn đường dây N-1

- Chọn tiết diện dây dẫn

Dòng điện cực đại chạy trên đường dây N-1 khi phụ tải cực đại

Imax N1= = 103= 131,22 (A)

Fkt = = 119,28(mm2) Chọn dây dẫn AC-120, có tiết diện chuẩn là 120mm2 và dòng điện cho phép Icp = 380 A

- Kiểm tra điều kiện vầng quang:

Dây dẫn AC-120 có Ftc = 120mm2 ≥ 70mm2 (thoả mãn điều kiện vầng quang)

- Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Đoạn đường dây N-1 là đường dây đơn nên khi xảy ra sự cố sẽ dẫn đến mất điện, không tính đến Isc

- Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây

*Với đường dây AC-120 ta có ro = 0,27 Ω/km; xo = 0,423 Ω/km

Điện trở và điện kháng trên đường dây N-1:

RN1= ro.lN1 =0,27.64,03 = 17,288 Ω

XN1=xo.lN1 = 0,423.64,03 = 27,08 Ω *Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường:

∆UN1bt% = 100 = 100 = 6,22%

B.2.Xét đường dây N-5

Dòng điện cực đại chạy trên đường dây N-3 khi phụ tải cực đại:

Imax5 = = 103 =114,81 A

Fkt = = 104,37 (mm2) Chọn dây dẫn AC-120, có tiết diện chuẩn 120mm2 và dòng điện cho phép Icp = 380 A

10k

Trang 12

Đoạn đường dây N-5 là đường dây kép nên khi xảy ra sự cố ở một lộ thì lộ còn lại vẫn làm việc

Isc = 2.Imax = 2 114,81 = 229,62 (A)

Isc < 0,88.Icp = 0,88.380 = 334,4 (A) - thỏa mãn điều kiện phát nóng

R5= ro.l5 = 0,27.40= 5,4 Ω

X5= xo.l5 = 0,423.40 = 8,46 Ω *Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường:

Trang 13

10k

Trang 14

B Lựa chọn tiết diện dây dẫn.

B.1 Xét đoạn đường dây 1-5

Dòng điện cực đại chạy trên đường dây 1-5 khi phụ tải cực đại

Imax 1-5= = 103= 131,22 (A)

Fkt = = 119,29 (mm2) Chọn dây dẫn AC-120, có tiết diện chuẩn là 120mm2 và dòng điện cho phép Icp =380A

Đoạn đường dây 1-5 là đường dây đơn nên khi xảy ra sự cố sẽ dẫn đến mất điện, không tính đến Isc

RN1= ro.lN1 =0,27.50 = 13,5 Ω

XN1=xo.lN1 = 0,423.50 = 21,15 Ω *Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường:

∆UN1bt% = 100 = 100 = 4,85%

B.2 Xét đoạn đường dây N-5

Imax N5= = 103= 180,42 (A)

Fkt = = 164,02 (mm2) Chọn dây dẫn AC-185, có tiết diện chuẩn là 185mm2 và dòng điện cho phép Icp = 510 A

Đoạn đường dây N-5 là đường dây kép nên khi xảy ra sự cố ở một lộ thì lộ còn lại vẫn làm việc

Isc = 2.Imax = 2.180,42 = 360,84 (A)

Isc < 0,88.Icp = 0,88.510 = 448,8 (A) - thỏa mãn điều kiện phát nóng

RN5= ro.l5 = 0,17.40 = 3,4 Ω

XN5= xo.l2 = 0,409.40 = 8,18 Ω

Trang 15

Bảng 2.5 Chọn tiết diện dây dẫn.

Đườn

164,0

510

Trang 16

1 2

34

Bảng 2.7 Chọn điện áp vận hành

155,0

8 290,4

km

10k

Trang 17

Bảng 2.10 Chọn điện áp vận hành

Bảng 2.11 Chọn tiết diện dây dẫn

70,7

330

Trang 18

A.1 Xét mạch vòng kín N-3-4-N.

Dòng công suất trên đoạn N-4

70.71 km

41.23 km 30

km

10k

Trang 19

B.Lựa chọn tiết diện dây dẫn.

B.1 Xét đoạn đường dây N-4

Imax N-4= = 103= 177,39 (A)

Fkt = = 161,27 (mm2) Chọn dây dẫn AC-185, có tiết diện chuẩn là 185mm2 và dòng điện cho phép Icp = 510 A

Đoạn đường dây N-4 khi xảy ra sự cố thì xảy ra 2 trường hợp:

•∙ Sự cố đứt đoạn dây N-3

•∙ Sự cố đứt đoạn dây 3-4

Do phụ tải 3 là điểm phân công suất nên sự cố đứt đoạn dây N-3 nguy hiểm hơn

Dòng công suất trên đoạn N-3 khi sự cố đứt đoạn N-4

Ssc N4 = S3 + S4 = (30+j22,5) + (26+j19,5) = 56+j42 (MVA)

Dòng điện khi xảy ra sự cố:

Isc N4= = 103= 367,40 (A)

Isc N4 < 0,88.Icp =448,8 (A)

B.2 Xét đoạn đường dây N-3

Trang 20

Imax N-3= = 103= 163,64 (A)

Fkt = = 148,77 (mm2) Chọn dây dẫn AC-150, có tiết diện chuẩn là 150mm2 và dòng điện cho phép Icp =445 A + Kiểm tra điều kiện vầng quang:

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Đoạn đường dây N-3 khi xảy ra sự cố thì xảy ra 2 trường hợp:

Isc N7= = 103= 367,4 (A)

Isc N7 < 0,88.Icp =448,8 (A)

B.3 Xét đoạn đường dây 3-4

+ Chọn tiết diện dây dẫn

Dòng điện cực đại chạy trên đường dây 3-4 khi phụ tải cực đại

Imax 3-4= = 103= 6,81 (A)

Fkt = = 6,19 (mm2) Chọn dây dẫn AC-70, có tiết diện chuẩn là 70mm2 và dòng điện cho phép Icp = 265 A + Kiểm tra điều kiện vầng quang:

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng :

Đoạn đường dây 3-4 khi xảy ra sự cố thì xảy ra 2 trường hợp:

Isc 34= = 103= 196,82 (A)

Isc N7 < 0,88.Icp =233,2 (A)

B.4 Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây

a) Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường

- Đoạn đường dây N-4

*Với đường dây AC-185 ta có ro = 0,17Ω/km; xo = 0,409 Ω/km

RN4= ro.lN4 = 0,17.30 = 5,1 Ω

XN4= xo.lN4 =0,409.30 = 12,27 Ω

Trang 21

*Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường:

∆UN1bt% = 100 = 100 = 3,19%

- Đoạn đường dây 3-4

Điện trở và điện kháng trên đường dây 3-4:

R34= ro.l34 = 0,45.44,72 = 20,124 Ω

X34= xo.l34 = 0,44.44,72 = 19,68 Ω

*Tổn thất điện áp ở chế độ bình thường:

∆U34bt% = 100 = 100 = 0,29%

- Đoạn đường dây N-3

- Tổn thất điện áp khi sự cố đứt đoạn dây N-3:

∆UN34sc % = ∆UN4sc%+ ∆U34sc%

Trang 22

290,4

0,29 8,65

Từ bảng 2 ta thấy: ΔUbt max% = 4,76 % < 10%

ΔUsc max % = 15,17% < 20%

Vậy phương án N.II.3 thỏa mãn các điều kiện về kỹ thuật

So sánh chỉ tiêu kỹ thuật các phương án

Trang 23

- Trong nhóm N.I thì phương án N.I.1 có tổn thất điện áp ở chế độ bình thường và sự cố nhỏ nhất.

- Trong nhóm N.II thì phương án N.II.1 có tổn thất điện áp ở chế độ bình thường và sự

Trong đ ó: Z - hàm tính toán chi phí tổn thất hàng năm

atc - hệ số hiệu quả của vốn đầu tư, đối với lưới điện 110kV thì atc = 0,125

avh - hệ số khấu hao hao mòn sửa chữa thiết bị, với đường dây trên không các cấp điện áp avh = 0,04

K - tổng vốn đầu tư xây dựng đường dây

K = x ∑Ko.li

x =1 với đường đây đơn

x = 1,6 với đường dây kép

li - chiều dài đường dây nhánh thứ i

C – giá điện năng tổn thất, C = 1500đ/1kWh

Tổn thất điện năng và công suất

ΔA - Tổn thất điện năng trên lưới, (kWh)

ΔA = ∑ ΔPmax i τmax i

ΔPmax i = =

Trong đó: ∆Pmax i : tổn thất công suất đường dây nhánh thứ i khi phụ tải cực đại

Trang 24

Pmax i, Qmax i là công suất tác dụng và công suất phản kháng của đường dây khi phụtải cực đại

Ri. : Là điện trở tác dụng của đường dây thứ i

τ: Thời gian tổn thất lớn nhất (h) được tính bằng công thức:

Các đường dây còn lại ta tính toán tương tự

b, Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện

Giả thiết rằng các đường dây trên không một mạch được đặt trên cùng cột thép (cột kimloại) Như vậy vốn đầu tư xây dựng đường dây N-1 được xác định như sau:

KN-1 = 1 Ko N-1 lN-1

Trong đó:

lN-1 là chiều dài đường dây N-1 (lN-1= 64,03 km)

τ 5= (0,124 + 4000 10-4)2 8760 = 2405,29 h

Trang 25

Tổn thất điện năng trong mạng điện.

Tổn thất điện năng trong mạng

Trang 26

Tổn thất điện năng trong mạng

Trang 27

9 4570,05N-4

Bảng 3.1 Bảng tổng kết tính toán các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật.

Trang 28

10k

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	777,85 KB