Thiết kế lưới điện cho khu vực gồm một nguồn và 6 phụ tải

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 thấ

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống

năng lượng của một quốc gia.Điện năng là điều kiện tiên quyết cho việc phát

triển nền công nghiệp cũng như các ngành sản xuất khác của một quốc gia

Nền kinh tế nước ta đang trong giai đoạn phát triển và hội nhập nên nhu cầu

tiêu thụ điện cao chính vì thế việc truyền tải điện, cung cấp điện cũng như

phân phối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kĩ lưỡng để vừa

đảm bảo hợp lí về kĩ thuật cũng như về kinh tế

Với đồ án: “Thiết kế lưới điện cho khu vực gồm một nguồn và 6

phụ tải”,đã giúp chúng ta hiểu rõ hơn về một hệ thống điện trong thực tế

Sau một thời gian miệt mài làm đồ án,với vốn kiến thức của mình cùng với sự

giúp đỡ của thầy giáo bộ môn Lê Thành Doanh và sự tham khảo ý kiến từ

các bạn, cho đến nay em đã hoàn thành nội dung bản đồ án môn học Em rất

mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để em có được một bản đồ án hoàn

chỉnh có thể đưa vào thực tế và làm tài liệu phục vụ hữu ích cho công việc

của em sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 04 năm 2014

Sinh Viên

Phan Đình Thái

Trang 2

Mục lục

Chương I 6

Phân tích nguồn và phụ tải 6

1 Phân tích nguồn 6

1.1 Sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải 6

1.1.1 Nguồn công suất vô cùng lớn 6

2 Phân tích phụ tải 7

Chương II 9

Đề xuất các phương án 9

Chương III 13

Chọn phương án tối ưu 13

3.1 Chọn điện áp định mức của mạng 13

3.2 Chọn tiết diện dây dẫn 14

3.3 Tổn thất điện áp trong lưới điện: 15

3.4 Tính toán chi tiết các phương án 15

3.5 So sánh kinh tế các phương án 34

3.5.1 Phương án I 35

3.5.2 Phương án II 37

3.5.3 Phương án IV 38

Chương IV 41

Chọn máy biến áp và sơ đồ trạm 41

4.1 Tính toán chọn số lượng, công suất, loại máy biến áp 41

4.2 Bố trí thiết bị và các khí cụ điện trên sơ đồ nối điện chính 43

Chương V 46

Tính toán chính xác cân bằng công suất 46

5.1 Tính toán dòng công suất chạy trên các nhánh của mạng điện và các tổn thất công suất 46

5.1.1 Chế độ phụ tải cực đại 46

Trang 3

5.1.2 Cân bằng chính xác công suất 49

5.2.1 Chế độ phụ tải cực tiểu 50

5.2.2 Cân bằng chính xác công suất 49

Chương VI 49

Tính toán điện áp các nút tải và lựa chọn điều chỉnh điện áp 49

6.1 Tính điện áp các nút trong mạng điện 49

6.1.1 Chế độ phụ tải cực đại ( Ucs = 121 kV ) 49

6.1.2 Chế độ phụ tải cực tiểu ( Ucs = 115 kV ) 54

6.2 Điều chỉnh điện áp trong mạng điện 55

6.2.1 Chọn các đầu phân áp cho các TBA 58

a Chọn đầu điều chỉnh cho các MBA phụ tải điều chỉnh khác thường 58

b Chọn đầu điều chỉnh cho MBA phụ tải điều chỉnh thường 59

Chương VII 62

Tính toán kinh tế kỹ thuật của mạng điện 62

7.1 Vốn đầu tư xây dựng mạng điện 62

7.2 Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện 62

7.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện 58

7.4 Tính chí phí và giá thành 59

7.4.1 Chi phí vận hành hàng năm 59

7.4.2 Chi phí tính toán hàng năm 59

7.4.3 Giá thành truyền tải điện năng 59

7.4.4 Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ cực đại 60

 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

 BẢN VẼ 65

64

Trang 4

Đề bài : Thiết kế lưới điện cho khu vực gồm một nguồn và 6 phụ

tải được phân bố như sau

Số liệu nguồn : Nguồn là thanh góp hệ thống 110kV có công suất vô cùng

Trang 5

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

Trang 6

Chương I

Phân tích nguồn và phụ tải

1 Phân tích nguồn

Trong hệ thống điện thiết kế có một nguồn cung cấp đó là nhà máy nhiệt điện

1.1 Sơ đồ vị trí nguồn và phụ tải

1.1.1 Nguồn công suất vô cùng lớn

Nguồn có công suất VCL có khả năng đáp ứng được mọi yêu cầu về công

suất của phụ tải và đảm bảo chất lượng điện áp

Nguồn có công suất VCL đảm bảo điện áp trên thanh góp cao áp không đổi

khi xảy ra mọi biến động về công suất phụ tải dù xảy ra ngắn mạch

10 km

Trang 7

2 Phân tích phụ tải

Có 6 phụ tải chia thành 2 loại

 Phụ tải loại I (gồm 5 phụ tải:1,2,3,5,6 chiếm 83,3% ) :là loại phụ tải rất

quan trọng phải 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

 Phụ tải loại III ( gồm phụ tải 4 chiếm 16,7% ): là loại phụ tải có mức

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 là 4500 (h) của phụ

tải 4,5,6 là 5000 (h)

Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp bằng 10 kV Phụ tải cực tiểu bằng

80% phụ tải cực đại

Yêu cầu điều chỉnh điện áp:

 Trong mạng thiết kế mạng điện cho hộ phụ tải (1, 2 , 3, 5, 6) yêu cầu

điều chỉnh điện áp khác thường (KT) nên độ lệch điện áp thỏa mãn:

Trang 8

Smax = Pmax

cos φ ; Smin = Pmin

cos φ

Qmax , QminBảng 1.1 Thông số của các phụ tải

Qmax

(MVAr)

Smax(MVA)

Pmin(MW)

Qmin(MVAr)

Smin(MVA)

Trang 9

Chương II

Đề xuất các phương án

Đối với phụ tải loại I ta có thể dùng dây kép hoặc mạch vòng

Đối với phụ tải loại III ta dùng dây đơn

Trang 13

Chương III

Chọn phương án tối ưu

3.1 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 áp, tổn thất điện năng, chi phí vận

hành…

Điện áp định mức của mạng điện được phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công

suất các 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 được xác 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

khoảng cách truyền tải công suất trên mỗi đoạn đường dây trong mạng điện

Để chọn cấp điện áp hợp lý phải thoả 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

Có thể tính toán được công thức điện áp định mức theo công thức thực

nghiệm sau:

Ui = 4.34 li+ 16 * Pi (kV)

Trong đó:

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

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

Trang 14

3.2 Chọn tiết diện dây dẫn.

Chọn tiết diện 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 kiện phát

nóng trong các điều kiện sau sự cố, độ bền cơ của các đường dây trên không

và các điều kiện tạo thành vầng quang điện

Dây dẫn lựa chọn là dây nhôm lõi thép, loại dây này dẫn điện tốt lại đảm

bảo được dộ bền cơ, 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 ( Jkt)

Fkt = Imax

Jkt

Với :

Fkt là tiết diện dây dẫn được tính theo đường dây thứ i

Imax là dòng điện chạy trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại, A

Jkt là mật độ dòng kinh tế, phụ thuộc vào thời gian sử dụng công suất lớn nhất

và loại dây dẫn (A/mm2 ), ta có Jkt = 1,1 ( A/mm2 ) TMax thuộc khoảng

Với Smax là công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại, (MVA)

Kiểm tra tiết diện dây dẫn theo điều kiện vầng quang và điều kiện phát

nóng dây dẫn:

 Theo điều kiện vầng quang: đối với cấp điện áp 110 kV, để đảm bảo

không phát sinh vầng quang thì dây dẫn phải có tiết diện F ≥ 70 mm2

 Theo điều kiện phát nóng dây dẫn: Sự cố dùng để kiểm tra điều kiện

kỹ thuật với lộ kép 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

Trang 15

Kiểm tra điều kiện phát nóng dòng điện làm việc trên dây dẫn khi xảy ra sự

cố phải thỏa mãn điều kiện:

Isc ≤ Icp Trong đó :

Icp : là giá trị dòng điện tải cho phép

Isc : là giá trị dòng điện trên đường dây khi xảy ra sự cố

3.3 Tổn thất điện áp trong lưới điện:

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

Ui bt % = Pi * Ri+ Qi * Xi

Uđm2 * 100 Trong 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 có hai mạch, nếu gặp sự cố trên một đường dây thì tổn thất

điện áp trên đường dây bằng

Ui sc % = 2 * Ui bt %

Chú ý rằng tổn thất điện áp chỉ tính cho phạm vi 1 cấp điện áp và ta sẽ tính

tổn thất điện áp cực đại lúc bình thường và khi xảy ra sự cố nặng nề nhất, các

trị số của tổn thất điện áp phải thoả mãn các yêu cầu sau:

 Đối với trường hợp dùng máy biến áp thường:

Trang 16

a Lựa chọn cấp điện áp vận hành

Để thuận tiện cho tính toán, ta chỉ lựa chọn điện áp cho một phương án và

lấy kết quả đó dùng cho các phương án còn lại

Trong bản thiết kế này, ta sử dụng công thức kinh nghiệm để tính:

58.31

72.11

1 6

.83

Trang 17

Nhận xét: Từ bảng kết quả trên ta thấy hầu hết các giá trị điện áp tính cho

từng đoạn đều nằm trong khoảng (60-110) kV Để đảm bảo cho toàn mạng ta

chọn điện áp chung cho các phương án là cấp 110 kV.( Áp dụng cho các

phương án sau)

b Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Dòng điện chạy trong nhánh N-1 : Smax1 = 292+14.052 = 32.22 (MVA)

Qmax

(MVAr)

Smax(MVA)

Ii(A)

Fkti(mm2)

Ftc(mm2)

Icp(A)

 Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn sau 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

Đoạn N-1 IscN-1 = 2 * IN-1 = 2 * 84.56 = 169.12 (A)

Tương tự cho các đoạn N-1 đến N-6

Trang 18

Từ bảng kết quả trên ta thấy tiết diện của dây dẫn các đường dây thoả mãn

điều kiện phát nóng cho phép khi đường dây có sự cố

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 tính các thông số tập trung R,

r0 (Ω/km)

x0 (Ω/km)

b0(10-6/Ωkm) R(Ω) X(Ω)

B/2 (10-4/Ω)

( Tra bảng 2.7 trang 245 sách lưới điện PGS.TS Trần Bách)

Kiểm tra tổn thất điện áp trong trên các đoạn dây ở chế độ vận hành bình

thường và khi sự cố:

 Xét khi mạng điện làm việc bình thường

Tính tổn thất điện trên các nhánh áp dụng công thức:

Uđm2 * 100 Đoạn N-1: SN-1 = S1 = 29+14.05j (MVA)

Trang 19

ΔUmaxbt % = ΔUN-4 bt % = 5.96 % < 10%

Thoả mãn điều kiện tổn điện áp cho phép lúc bình thường

 Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố

Kết luận: Vậy phương án I thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật

Phương án II

Trang 20

1

7.80

30

7 7131.62

Trang 21

Dòng điện chạy trong nhánh N-2 : Smax N-2 = 612+29.552 = 67.78 (MVA)

IN-2 = 67.78

2* √3 * 110 *10

3

= 177.88 (A) Tiết diện kinh tế của dây dẫn :

Fkt =

IN-2

Jkt = 177.88

1.1 = 161.71 (mm2) Tương tự tính toán ở trên ta có bảng kết quả sau

Trang 22

X (Ω)

B/2 (10-4/Ω)

Trang 23

Uđm2 * 100 Đoạn N-2 : ṠN-2 = Ṡ2 + Ṡ1 = 61 + 29.55j (MVA)

X (Ω) Uibt% Uisc%

Trang 24

ΔUmaxsc% = ΔUN-6 sc % + U6-5 sc % = ( 10.17 +9.63 ) % = 19.8% < 20%

Kết luận: Vậy phương án II thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật

Phương án III

Ui = 4.34 li+ 16 * Pi (kV)

Xét mạch vòng kín N-6-5-N

Tính phân bố công suất tự nhiên theo công thức:

Dòng công suất trên đoạn N-6

58.31

7 8

72.11

7 7131.62

Trang 25

Dòng điện chạy trong nhánh 6-5 : Smax 6-5 = 1.22+0.582 = 1.33 (MVA)

I6-5 = 1.33

√3 * 110 *10

3

= 7.00 (A)

Trang 26

Tiết diện kinh tế của dây dẫn :

Qmax

(MVAr)

Smax(MVA)

Ii(A)

Fkti(mm2)

Ftc(mm2)

Icp(A)

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

Trang 27

Đường dây Số lộ Ii (A) Isc (A) Icp (A)

r0 (Ω/km)

x0 (Ω/km)

b0 (10-6/Ωkm)

R (Ω)

X (Ω)

B/2 (10-4/Ω)

Trang 28

 Xét khi mạng điện làm việc bình thường

1102 * 100 = 5.72 % Ṡ6-5 = 1.2 + 0.58j (MVA)

U6-5 sc % = 28 * 29.7 + 13.56 * 31.18

1102 * 100 = 10.37 % Tính tương tự cho các đoạn còn lại, kết quả cho trong bảng sau

Trang 29

Qi(MVAr)

R (Ω)

X (Ω)

Trang 30

58.31

7 80

Trang 31

Tương tự cho các nhánh còn lại ta có kết quả cho trong bảng

Dòng điện chạy trong nhánh N-5 : Smax N-5 = 482 + 23.252 = 53.33 (MVA)

IN-5 = 53.33

2* √3 * 110 * 10

3

= 139.97 (A) Tiết diện kinh tế của dây dẫn :

Fkt =

IN-5

Jkt = 139.97

1.1 = 127.25 (mm2) Tương tự tính toán ở trên ta có bảng kết quả sau:

Ii(A)

Fkti(mm2)

Ftc(mm2)

Icp(A)

Trang 32

X (Ω)

B/2 (10-4/Ω)

Trang 33

Uđm2 * 100 Đoạn N-5 : ṠN-5 = Ṡ5 + Ṡ4 = 48+23.25j (MVA)

X (W) ΔUibt% ΔUisc%

Kết luận: Vậy phương án IV thoả mãn các chỉ tiêu kỹ thuật

Trang 34

Bảng 3 21 So sánh chỉ tiêu kỹ thuật của các phương án

Vì các phương án so sánh của mạng điện có cùng cấp điện áp định mức, do

đó để đơn giản thì ta không cần phải tính vốn đầu tư vào các trạm hạ áp

Chỉ tiêu kinh tế được sử dụng khi so sánh các phương án là các chi phí tính

toán hằng năm,được xác định theo công thức

Ztt = ( a vh + a tc ) * Kđ + A * c Trong đó:

k0i :Vốn đầu tư cho 1 km đường dây (đồng/km)

li : Chiều dài đường dây (km)

Đường dây kép: a = 1,6

Đường dây đơn: a = 1

c : Giá tiền điện năng tổn thất c = 500 (đ/kWh) = 500* 103 (đ/MWh)

A : Tổn thất điện năng trên đường dây trong mạng điện

A = AN-i

AN-i = PN-i * τi

PN-i : Tổn thất công suất trên các đường dây trong mạng điện

PN-imax = Pimax

2

+Qimax2

Uđm2 * Ri

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	1,18 MB