Đồ án lưới điện theo số liệu đầu vào

A.Số liệu ban đầu 1. Nguồn và phụ tải : Nguồn điện Đủ cung cấp cho phụ tải với cosϕ = 0,8 Điện áp thanh cái cao áp : • 1,1Uđm lúc phụ tải cực đại • 1,05Uđm lúc phụ tải cực tiểu • 1,1Uđm lúc sự cố Phụ tải 1 2 3 4 5 6 Pmax (MW) 24 29 32 30 26 20 Cosϕ (phụ tải) 0.7 0.75 0.75 0.85 0.8 0.85 Pmin(%Pmax) 40 40 40 40 40 40 Tmax (giờnăm) 5500 5500 5500 5500 5500 5500 Yêu cầu cung cấp điện LT LT LT LT Uđm thứ cấp trạm phân phối (kV) 22 22 22 22 22 22 Yêu cầu điều chỉnh điện áp phía thứ cấp ± 5% ± 5% ± 5% ± 5% ± 5% ± 5% Giá tiền 1kWh điện năng tổn thất: 1650 đồng Giá tiền 1kVAr thiết bị bù: 300.000 đồng

Đồ án lưới điện II

Lời nói đầu

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa đưa đất nước ta đến năm

2020 trở thành một nước cơ bản là nước công nghiệp Ngành công nghiệp nóichung và ngành công nghiệp sản xuất điện năng nói riêng đóng vai trò rất quantrọng Điện năng là nhu cầu thiết yếu trong các ngành công nghiệp, cũng nhưtrong đời sống sinh hoạt hằng ngày của nhân dân Để có nền kinh tế phát triển,đời sống nhân dân càng ngày càng cải thiện thì điện năng là một thứ không thểthiếu Vì vậy việc phát triển nguồn điện là việc hết sức cần thiết, quan trọng Trongmột số năm vừa qua và cũng như những năm tiếp theo, Nhà nước cùng với ngànhđiện đã và đang mở rộng, lắp đặt nhiều dây chuyền sản xuất điện năng đáp ứngcác yêu cầu sử dụng điện cho công cuộc công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước

và đời sống sinh hoạt của nhân dân

Trong vài thập kỷ vừa 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 sử lý đã được ứngdụng rộng rãi vào tất cả các ngành công nghiệp, kinh tế, đời sống xã hội ,… Vàngành điện năng cũng không nằm ngoài xu thế tất yếu đó

Ngày nay trên thế giới, hệ thống điện đã phát triển theo con đường tập trunghóa sản xuất điện năng, trên cơ sở những nhà máy lớn hợp nhất các hệ thốngnăng lượng Vì vậy, mỗi chúng ta phải trau dồi, học hỏi kiến thức khoa học kỹthuật, góp phần đưa ngành hệ thống điện nước ta có thể theo kịp tốc độ pháttriển các nước trên toàn thế giới

Hệ thống điện nước ta hiện nay, quá trình phát triển phụ tạo ra tăng rất nhanh

Do vậy Việc quy hoạch thiết kế mới và phát triển mạng điện đây là vấn đề nênđược quan tâm của ngành điện nói riêng và của cả nước nói chung

Môn học “Lưới điện” là một sự tập dượt lớn cho các sinh viên ngành hệ thống

điện, giúp em làm quen với các hệ thống cung cấp điện Công việc là đồ án giúpcho các sinh viên vận dụng kiến thức của mình đã học vào việc nghiên cứu tươngđối và toàn diện về lĩnh vực sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng

Trong quá trình làm đồ án, em xinh trân thành cám ơn các thầy, cô giáo đã

giúp đỡ em Đặc biệt, em cảm ơn thầy “Bùi Đình Thanh” đã tận tình giúp đỡ

em hoàn thành đồ án này

Em xin trân thành cám ơn !

Sinh viên thực hiện : Đặng Sỹ Quỳnh

Lớp : Hệ thống điện B Khóa : 58

A Số liệu ban đầu

1. Nguồn và phụ tải :

Nguồn điện

-Đủ cung cấp cho phụ tải với cosϕ = 0,8-Điện áp thanh cái cao áp :

• 1,1Uđm lúc phụ tải cực đại

• 1,05Uđm lúc phụ tải cực tiểu

- Giá tiền 1kWh điện năng tổn thất: 1650 đồng

- Giá tiền 1kVAr thiết bị bù: 300.000 đồng

2. Sơ đồ bố trí nguồn và phụ tải

3 So sánh kinh tế và lựa chọn phương án hợp lý

4 Xác định số lượng công suất MBA của trạm phân phối Sơ đồ nối dây củatrạm Sơ đồ nối dây của mạng điện

5 Xác định dung lượng bù kinh tế và giảm tổn thất điện năng

6 Tính toán cân bằng công suất trong mạng điện Xác định và phân phối thiết

bị bù cưỡng bức

7 Tính toán các tình trạng làm việc của mạng điện lúc phụ tải cực đại, cực tiểu

và sự cố

8 Điều chỉnh điện áp: chọn đầu phân áp của máy biến áp

9 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện thiết kế

10 Các bản vẽ (A1 hoặc A2,A3): sơ đồ nối đây các phương án, sơ đồ nguyên lýcủa mạng điện thiết kế, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

CHƯƠNG 1 – CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ĐIỆN, BÙ CÔNG SUẤT KHÁNG

1.1 Phân tích nguồn và phụ tải

Nhiệm vụ thiết kế mạng lưới điện và hệ thống điện là nghiên cứu và phân tíchcác giải pháp, phương án để đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải, với chi phínhỏ 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 các đặc điểm của các nguồncung cấp điện và dự kiến sơ đồ nối điện sao cho đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuậtcao nhất

1.1.2 Phụ tải

Các phụ tải được chia làm 3 loại theo yêu cầu đảm bảo cung cấp điện năng liêntục:

Hộ tiêu thụ loại I: Bao gồm các phụ tải quan trọng nhất, khi có sự cố ngừng

cung cấp điện sẽ làm hỏng các thiết bị đắt tiền, phá vỡ quy trình công nghệ sảnxuất, gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân, gây ảnh hưởng không tốt về

chính trị ngoại giao Theo yêu cầu và độ tin cậy cung cấp điện nên các phụ tải loại I

được cấp điện từ 2 nguồn độc lập, thời gian ngừng cung cấp điện cho các phụ tải

loại I chỉ được phép trong khoảng thời gian đóng tự động nguồn dự trữ Đường dây cung cấp điện cho phụ tải loại I phải là dây kép hoặc mạch vòng.

Hộ tiêu thụ loại II: Bao gồm những phụ tải quan trọng nhưng đối với các phụ tải

này việc mất điện chỉ gây thiệt hại lớn về kinh tế do đình trệ sản xuất, giảm sút về

số lượng sản phẩm, máy móc và công nhân phải ngừng làm việc, phá vỡ các hoạtđộng bình thường của đại đa số người dân Do vậy mức đảm bảo cung cấp điện

an toàn và liên tục cho các phụ tải này dựa trên yêu cầu của kinh tế, song đa sốcác trường hợp người ta thường cung cấp bằng đường đây đơn

Hộ tiêu thụ loại III: Bao gồm các phụ tải không mấy quan trọng, nghĩa là: các

phụ tải mà việc mất điện không gây ra hậu quả quá nghiêm trọng Do vậy hộ phụtải loại này được cung cấp điện bằng đường dây đơn Và cho phép ngừng cungcấp điện trong thời gian cần thiết để sửa chữa sự cố hay thay thế phần hư hỏngcủa mạng điện nhưng không quá 1 ngày

1.2 Tính toán cân bằng công suất trong mạng điện

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng

Phương trình cân bằng:

∑PF= ∑Ptải + ∑P + ∑Ptd + Pdp (1)

+ ∑PF : tổng công suất các máy phát(nguồn)

+ ∑Ptải: tổng công suất các phụ tải ở chế độ max

Suy ra: ∑Ptảimax = (24+29+32+30+26+20) = 161 (MW)

+ ∑P : tổn hao công suất tác dụng trên lưới điện

P = Pdây dẫn + PMBA

∑P = (3÷5) ∑Ptải

Suy ra: ∑P = 5%∑Ptải = 0,05∑Ptải

+ ∑Ptd: phụ thuộc vào loại máy phát + thủy điện : Ptd = (1÷2)% PF

Qdâydẫn = QL - QC ≈ 0 (trong trường hợp sơ bộ có thể bỏ qua)

∑Q ≈ ∑QMBA = (10÷15)% ∑Qtải ta lấy: ∑Q = 10%∑Qtải = 0,1∑Qtải = 12,866MVAr

+∑Qtd : Qtd = Ptd.tgϕtd

Mà Ptd = 10% PF =0,1 PF và cosϕtd≈ cosϕ =0,8

Suy ra: ∑Qtd = Ptd.tgϕtd = 0,1 PF.0,75 = 0,075.205,72 ≈ 15,429 MVAr

+∑Qdp : Qdp = Pdp.tgϕdp

Mà Pdp = 10% ∑Ptải = 0,1∑Ptảimaxvà cosϕdp≈ cosϕtbtải≈ cosϕtbhệthống

Suy ra: ∑Qdp = Pdp.tgϕdp = 0,1∑Ptảimax.tgϕ = 0,1.161.0,75 = 12,075 MVAr

(2) => 154,29 + ∑Qb = 128,66 +12,866+ 15,429 + 12,075

Suy ra: ∑Qb = 14,74 MVAr

Ta tiến hành bù cho các hộ ở xa, cosϕ thấp hơn và bù đến cosϕ = 0,9 Còn baonhiêu ta bù cho các hộ ở gần

Khoảng cách từ nguồn đến tải:

Phụ tải 1 Phụ tải 2 Phụ tải 3 Phụ tải 4 Phụ tải 5 Phụ tải 6

Đối với phụ tải 2: Qb2 = Q2 – P2tgϕ2nên tgϕ2 = = = 0,75

Suy ra: cosϕ2 = 0,8

CHƯƠNG 2 – ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐÁP ỨNG YÊU CẦU KỸ THUẬT

2.1 Dự kiến các phương án nối dây

Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều và sơ đồ nối

điện Vì vậy, các sơ đồ mạng điện cần có chi phí nhỏ nhất, đảm bảo độ tin cậycung 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 tiếpnhận các phụ tải mới Các hộ có yêu cầu cung cấp điện liên tục được cung cấpđiện bàng đường dây hai mạch hoặc mạch vòng, các hộ không có yêu cầu cung

cấp điện liên tục đượccung cấp điện bằngđường dây một mạch Các yêu cầu chính đốivới mạng điện:

+ Cung cấp điện liên tục+ Đảm bảo chất lượngđiện năng

+ Đảm bảo thuận lợi chothi công, vận hành, sửachữa và tính linh hoạtcao, có khả năng pháttriển trong tương lai+ Đảm bảo an toàn chongười và thiết bị

+ Đảm bảo kinh tế: giáthành thấp, tổn thấtđiện năng nhỏ

Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của nguồn điện N, các phụ tải và vị trí địa lý chúng

ta có thể đưa ra một số phương án nối dây như sau:

Phương án 1Phương án 2

Phương án 5

2.2 Tính chọn phương án tối ưu

Chọn điện áp định mức

Việc chọn điện áp định mức có thể ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kỹ thuật

và kinh tế của mạng điện Nếu chọn điện áp định mức nhỏ sẽ gây tổn thất điệnnguồn lớn Do đó điện áp định mức phải chọn sao cho hợp lí nhất Điện áp địnhmức phụ thuộc vào công suất tác dụng và khoảng cách truyền tải Và được tínhbằng công thức sau : Uđm = 4,34

Trong đó: l – chiều dài đường dây (km)

P – công suất tác dụng của đường dây (MW)

+ Tính chọn tiết diện dây dẫn

Ft = trong đó: Jkt – mật độ kinh tế của dòng điện ( vì Tmax = 5500 giờ/năm -> Jkt

Ft – tiết diện tính toán của dây dẫn theo mật độ kinhtế

Itmax – dòng điện lớn nhất chạy trên

Mà Itmax = Stmax – công suất trên đường dây khi phụ tải cực đại

n – số dây của đoạn dây

Udm – điện áp định mức của máy điện

Mặt khác: Itmax = =

Suy ra: Ft = =Itmax

+ Kiểm tra điều kiện vầng quang

Theo điều kiện, tiết diện dây dẫn không được nhỏ hơn trị số cho phép đối với mỗicấp điện áp

Với cấp điện áp 110 kV, để không xuất hiện vầng quang tiết diện dây dẫn tối thiểuđược phép là 70 mm2

+ Kiểm tra phát nóng dây dẫn

Theo điều kiện:

Suy ra: Ft = = = 180 mm2 => chọn dây AC-185 có Icp = 515 A

Bảng 1 Tính toán tương tự ta có bảng số liệu

Kiểm tra điều kiện tổn hao vầng quang: thỏa mãn điều kiện

Kiểm tra điều kiện phát nóng dây dẫn:

=> thỏa mãn điều kiện

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

sự cố:

Sau khi chọn các tiết diện dây dẫn đạt tiêu chuẩn, ta xác định các thông số đơn vịcủa đường dây là r0, x0, b0 và tiến hành tính các thông số tập trung R, X của cácđường dây theo các công thức sau:

R = r0l L = x0l

Bảng 3 Tính toán R và X của các đoạn dây trên đường dây:

Đường Số dây li(km) Dây r0(Ω/km) x0(Ω/km) Ri(Ω) Xi(Ω)

% = % = 11,82% Ucp% =15% => thỏa mãn điều kiện.

Vậy phương án này thỏa mãn về kĩ thuật.

Suy ra: Ft = = = 191,2 mm2 => chọn dây AC-185 có Icp = 515 A

Tính toán toán tương tự, ta có bảng:

Kiểm tra điều kiện tổn hao vầng quang: thỏa mãn điều kiện

Kiểm tra điều kiện phát nóng dây dẫn:

=> thỏa mãn điều kiện.

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

% = % = 13,38% Ucp% =15% => thỏa mãn điều kiện

Vậy phương án này thỏa mãn về kĩ thuật.

2.2.3 Phương án 3

Chọn điện áp định mức

Suy ra: Ft = = = 150,7 mm2 => chọn dây AC-150 có Icp = 445 A

Tính toán toán tương tự, ta có bảng:

Kiểm tra điều kiện tổn hao vầng quang: thỏa mãn điều kiện

Kiểm tra điều kiện phát nóng dây dẫn:

N-4 1 185,3 185,3 515

=> thỏa mãn điều kiện

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

% = % = 12,82% Ucp% =15% => thỏa mãn điều kiện

Vậy phương án này thỏa mãn về kĩ thuật.

Suy ra: Ft = = = 203,8 mm2 => chọn dây AC-185 có Icp = 515 A

Tính toán toán tương tự, ta có bảng:

Kiểm tra điều kiện tổn hao vầng quang: thỏa mãn điều kiện

Kiểm tra điều kiện phát nóng dây dẫn:

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

% = % = 11,82% Ucp% =15% => thỏa mãn điều kiện

Vậy phương án này thỏa mãn về kĩ thuật.

+ Tính chọn tiết diện dây dẫn

Các nhánh N-1, N-4, N-5, N-6 tính tương tự phương án 1 Riêng đoạn mạchvòng trước khi tính ta phải tìm điểm phân công suất

Ta xét công suất truyền tải trên N-5:

Suy ra: Ft = = = 4,225 mm2 => chọn dây AC-70 có Icp = 275 A

Bảng tính tiết diện dây

Kiểm tra điều kiện tổn hao vầng quang: thỏa mãn điều kiện

Kiểm tra điều kiện phát nóng dây dẫn:

=> thỏa mãn điều kiện

Kiểm tra theo điều kiện U cp %

Tổn hao điện áp trên các đoạn mạch hình tia tính tương tự như các phương ántrên Riêng đoạn mạch vòng tổn thất điện áp được tính theo công thức sau:

Từ kết quả bảng trên ta nhận thấy rằng:

+ Tổn thất điện áp lớn nhất ở chế độ vận hành bình thường bằng:

% = % = 5,91% ≤ Ucp%= 10% => thỏa mãn điều kiện

+ Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố là:

% = % = 11,82% Ucp% =15% => thỏa mãn điều kiện

Vậy phương án này thỏa mãn về kĩ thuật.

CHƯƠNG 3 – SO SÁNH KINH TẾ VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ

3.1 Tính toán kinh tế

Để tìm và chọn ra phương án tối ưu nhất, ngoài việc phải đảm bảo những yếu

tố về kỹ thuật mà còn phải đảm bảo tính kinh tế của hệ thống

Giả thiết các phương án giống nhau cả về số lượng và chủng loại loại dao cách

ly, máy cắt và máy biến áp cấp cho các phụ tải Để dễ dàng cho việc tính toánngười ta thường áp dụng 2 phương pháp:

+ Thời gian thu hồi vốn tiêu chuẩn (TTC)

+ Hàm chi phí tính toán nhỏ nhất (Zmin)

So sánh về kinh tế người ta dựa vào 2 tiêu chí:

+ Giá thành đầu tư

+ Tổn hao điện năng

Ta sử dụng phương pháp hàm chi phí tính toán nhỏ nhất Z min

Xét phương án thứ i: Hàm chi phí tính toán Zi

Zi = (atc+avh)Vi+

Trong đó: + atc là hệ số tiêu chuẩn ( atc = = 0,125÷0,15 )

+ avh là hệ số vận hành ( avh = 0,04 )

+ Vi là đơn giá đầu tư cho 1km đường dây

+ là chi phí do tổn thất điện năng sinh ra

= A∑.C0

Trong đó: C0 là đơn giá 1 số điện C0 = 1650 đồng

A∑ là tổng tổn hao điện năng trong lưới điện

A∑ = P∑.τ (kWh)

τ = (0,124+Tmaxtb.10-4)2.8760 h

= (0,124+5500.10-4)2.8760 = 3979,5 h

Suy ra: Phương án tối ưu thứ k: Zk = min[Zi]

Dự kiến các phương án đều dùng cột thép, vốn đầu tư cho 1km đường dây là: Dây AC-70: V0 = 208.106 VNđ/km

+ Tính tương tự phương án 1, ta có bảng: Vốn đầu tư cho mạng

+ Tính tương tự phương án 1, ta có bảng: Tổn thất công suất tác dụng

A∑ = P∑. τ = 6141,44.3979,5 = 24,44.106 kWh

Hàm chi phí tính toán hằng năm là:

Z2 = (0,125+0,04).15,387.1010+24,44.106.1650 = 65,71455 (tỷVNđ/năm)

3.1.3 Phương án 3

+ Tính tương tự phương án 1, ta có bảng: Vốn đầu tư cho mạng

+ Tính tương tự phương án 1, ta có bảng: Tổn thất công suất tác dụng

A∑ = P∑. τ = 5834,33.3979,5 = 23,22.106 kWh

Hàm chi phí tính toán hằng năm là:

Z3 = (0,125+0,04) 16,074.1010+23,22.106.1650 = 64,8351 (tỷVNđ/năm)

3.1.4 Phương án 4

+ Tính tương tự phương án 1, ta có bảng: Vốn đầu tư cho mạng

+ Tính tương tự phương án 1, ta có bảng: Tổn thất công suất tác dụng

+ Tính tương tự phương án 1, ta có bảng: Vốn đầu tư cho mạng

+ Tính tương tự phương án 1, ta có bảng: Tổn thất công suất tác dụng

Tổng tổn hao điện năng trong lưới:

A∑ = P∑. τ = 4965,28.3979,5 = 19,76.106 kWh

Hàm chi phí tính toán hằng năm là:

Z5 = (0,125+0,04).15,4710+19,76.106.1650 = 58,1295 (tỷVNđ/năm)

3.2 So sánh kinh tế và lựa chọn phương án tối ưu

Từ 5 phương án đã đạt yêu cầu trên, ta tiến hành so sánh về kinh tế để lựa

chon ra phương án tối ưu nhất

Từ bảng trên, ta rút ra kết luận phương án 1 là phương án tối ưu nhất đảm bảo

về mặt kinh tế cũng như kĩ thuật

Mặt khác phương án 1 là phương án đơn giản cả về sơ đồ nối dây cũng như về

bố trí thiết bị bảo vệ rơle, máy biến áp,máy cắt…Các phụ tải không liên quan đếnnhau,nên khi có sự cố ở một phụ tải sẽ không ảnh hưởng đến các phụ tải khác.Vìvậy phương án 1 là tối ưu nhất

Số lượng MBA phụ thộc vào loại phụ tải:

+ phụ tải loại 1: n ≥ 2

+ phụ tải loại 2,3: n = 1

4.1.2 Chọn công suất MBA

Khi chọn công suất của MBA ta cần phải xét đến sự quá tải của MBA còn lại ở

chế độ sự cố Xuất phát từ điều kiện quá taair cho phép bằng 40% trong thời gianphụ tải cực đại

+ trạm biến áp có 1 MBA: SđmB ≥ Sptmax

+ trạm có n MBA (n ≥ 2)

+ bình thường: SđmB ≥

+ sự cố hỏng 1 MBA -> (n-1): SđmB ≥

Trong đó: SđmB – công suất định mức MBA được chọn

Sptmax – công suất cực đại của phụ tải

S =

kqt - hệ số quá tải MBA (1≤kqt≤1,4) -> chọn kqt = 1,4

n – số lượng MBA trong trạm n=2

Suy ra: SđmB ≥

Tính toán cụ thể cho từng trạm:

+ Phụ tải 1:

Pmax = 24 MW