Thiết kế lưới điện khu vực 110kv với một hệ thống có công suất vô cùng lớn và 5 phụ tải

Thiết kế lưới điện khu vực 110kv với một hệ thống có công suất vô cùng lớn và 5 phụ tải một cách đầy đủ và chi tiết nhất. Thuận lợi cho việc theo dõi, kiểm tra, chỉ cần thay đổi số liệu theo form có sãn là có một bài đồ án mới một cách đầy đủ.

Trang 1

CHƯƠNG I PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI, CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

1 Phân tích nguồn và phụ tải

1.1 Nguồn điện cung cấp

Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn nên chọn nút nguồn là nút cânbằng công suất và nút cơ sở về điện áp Hệ số cosF trên thanh góp 110kV bằng0,85

1.2 Phụ tải điện

Hệ thống điện thiết kế có 6 hộ tiêu thụ, các phụ hộ tiêu thụ 1, 2, 4, 5 đều

là phụ tải loại I , các hộ tiêu thụ còn lại gồm 3 và 6 là phụ tải loại III Hệ số côngsuất cospt = 0,9 , thời gian sử dụng phụ tải cực đại Tmax= 5000 h

và có hệ số đồng thời m = 1, các phụ tải sẽ cùng đồ thị phụ tải và đạt cực đạicùng thời điểm Các phụ tải yêu cầu điều chỉnh điện áp khác thường , điện ápđịnh mức của mạng điện thứ cấp các trạm hạ áp bằng 22kV Phụ tải cực tiểubằng 70% phụ tải cực đại

Từ số liệu các Loại hộ phụ tải sau khi tính toán giá trị công suất các phụtải ở chế độ cực đại và cực tiểu ta lập dưới đây

Bảng 1.1 Bảng thông số các phụ tải trong hệ thống điện

Trang 2

Lựa chọn kỹ thuật cơ bản:

- Chọn cột bê tông cốt thép nếu đường dây 2 mạch sẽ được đặt trên cùngmột cột

- Sử dụng đường dây trên không dây dẫn trần (ĐDK dây dẫn trần)

- Vật liệu làm dây nhôm lõi thép (AC)

- MBA sản xuất tại Việt Nam (Không cần hiệu chỉnh công suất theo nhiệtđộ)

2.Cân bằng công suất trong hệ thống điện

Tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệ thống, nguồn của hệ thốngcần phải cung cấp công suất bằng với công suất của các hộ tiêu thụ, kể cả tổnthất trong các mạng điện nghĩa là cần phải thực hiện đúng sự cân bằng giữa côngsuất cung cấp và công suất tiêu thụ, Dựa vào điều kiện cân bằng công suất takiểm tra khả năng cung cấp điện năng của nguồn trước yêu cầu của phụ tải và sơ

bộ định ra các phương án vận hành cho từng nhà máy điện trong hệ thống ở cáctrạng thái vận hành phụ tải cực đại, phụ tải cực tiểu và sau sự cố

2.1 Cân bằng công suất tác dụng

~

PF

Ppt

Sự cân bằng công suất tác dụng phản ánh tần số của lưới điện

PF :Công suất nguồn phát

Ppt : Công suất phụ tải

PF: Tổng công suất tác dụng của nguồn

Trang 3

Pyc: Tổng công suất tác dụng của các hộ tiêu thụ

m: Hệ số đồng thời m=1

Pptmaxi: Tổng phụ tải tác dụng cực đại của các hộ tiêu thụ thứ i

Pmd: Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp

Pmd = 5% (1-2)

Ptd: Tổng công suất tự dùng của các nhà máy điện

Pdt: Tổng công suất dự trữ trong hệ thống

Song theo yêu cầu của đồ án ta có nguồn điện

*Xét từ thanh góp cao áp Ptd = 0; Pdt = 0, (vì nguồn công suất vô cùnglớn)

Tõ (1-1) vµ (1-2) ta cã:

= 253 + 12,65 = 265,65 ( MW)

2.2 Cân bằng công suất phản kháng

Sự cân bằng công suất phản kháng phản ánh điện áp trong hệ thống điện.Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ thìđiện áp trong mạng sẽ tăng ngược lại nếu thiếu công suất phản kháng điện áptrong mạng sẽ giảm Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần thiết của điện áp của các

hộ tiêu thụ trong mạng điện và trong hệ thống, cần tiến hành cân bằng sơ bộcông suất phản kháng Biểu thức cân bằng công suất phản kháng:

(1-3)Trong đó

: Công suất phản kháng của nguồn

Trang 4

: Công suất phản kháng cực đại của các phụ tải thứ i

m : hệ số đồng thời (m = 1)

(1-5) = (40+32+45+60+38+38) 0,48= 122,53(MVAr)

: Tổn thất công suất phản kháng trên máy biến ápCân bằng sơ bộ = 15% (1-6) = 15%.122,53=18,38(MVAr)

: Tổn thất công suất phản kháng trên điện cảm của đường dây

QC : Công suất phản kháng sinh ra bởi điện dung của đường dây

Sơ bộ coi: = QC

Qtd : Công suất phản kháng tự dung của các nhà máy điện trong hệ thống

Qdt : Công suất phản kháng dự trữ của hệ thống

* Xét từ thanh góp cao áp có công suất vô cùng lớn, ta coi Qtd = 0; Qdt = 0

Công suất phản kháng tiêu thụ theo yêu cầu:

So sánh công suất phản kháng của nguồn và công suất phản kháng tiêu thụyêu cầu:

Qyc =140,91(MVAr)

Công suất phản kháng do nguồn cung cấp lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụ yêu cầu Do vậy ta không cần phải tiến hành bù công suất phản kháng cho các phụ tải

Trang 5

CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU CUNG CẤP ĐIỆN, MÁY BIẾN ÁP

1 Đặt vấn đề và dự kiến các phương án cung cấp điện

1.1 Đặt vấn đề

Đây là bài toán tối ưu có ràng buộc từ vị trí nguồn và phụ tải, dữ liệunguồn và phụ tải yêu cầu lập ra được phương án cung cấp điện sao cho thỏa mãncác yêu cầu kỹ thuật và có chỉ tiêu kinh tế tốt nhất

Đầu tiên ta sẽ vạch ra một số phương án, tính toán kỹ thuật các phương

án Sau đó so sánh kinh tế các phương án đạt tiêu chuẩn kỹ thuật Phương án cóchỉ tiêu kinh tế tốt nhất

1.2 Lựa chọn các phương án

Cơ sở vạch phương án:

+ Vị trí nguồn và phụ tải: Mặt bằng, khoảng cách giữa nguồn và phụ tải+ Độ tin cậy cung cấp điện

Phụ tải điện loại 1 sử dụng đường dây 2 mạch

Phụ tải loại 3 sử dụng đường dây 1 mạch

+ Công suất phụ tải

Theo dữ liệu đề tài dự kiến 05 phương án cung cấp điện như sau:

PHUONG AN 1

S4

S5 S6

S1

S3

S4

S5 S6

S1

S2PHUONG AN 2

Trang 6

Hình 2.1 Các phương án thiết kế lưới điện

1.3 Tín toán kỹ thuật các phương án

1.3.1Trình tự tính toán (Theo sơ đồ sau)

S1

S2

Trang 7

- Phân bố công suất

+Bỏ qua tổn thất công suất khi phân bố công suất

+Phân bố công suất trong mạng điện kín (mạch vòng) thực hiện theochiều dài đường dây

- Chọn điện áp định mức của mạng

Lựa chọn đúng điện áp của đường dây tải điện là một việc rất quan trọnglúc thiết kế hệ thống điện bởi vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính kinh tế và kỹthuật của mạng điện Giá trị điện áp định mức lựa chọn có ảnh hưởng tới khảnăng tải của các hộ tiêu thụ, giá trị tổn thất điện áp và tổn thất điện năng củamạng điện

+Toàn mạng sử dụng cùng một điện áp định mức

+Điện áp định mức phụ thuộc vào:

* Khoảng cách truyền tải

* Điện áp định mức đã có trong mạng điện

* Công suất truyền tải

Dựa vào công thức kinh nghiệm (Still) sau để xác định trị số điện áp địnhmức của mạng điện:

( kV) (2-1)L: Là khoảng cách truyền tải (km)

P: Là công suất tải (kW)

Khi điện áp tính được rơi vào trong khoảng (40  170) kV thì ta chọnđiện áp định mức là 110 kV

1.3.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

- Để chọn tiết diện dây dẫn có các phương pháp sau:

+ Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế (ĐDK lưới cao áp)+ Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng(Lưới hạ áp trong nhà

và khu công nghiệp)

+ Chọn tiết diện dây dẫn theo tổn thất cho phép của điện áp (Lưới trung

và hạ áp)

Trang 8

Việc sử dụng phương pháp nào còn phụ thuộc vào trị số điện áp định mứccủa mạng điện vì vậy trong quá trình tính toán cho các phương án khi tìm đượctrị số điện áp định mức của mạng điện ta sẽ chọn phương pháp để tìm tiết diệndây dẫn.

Sau khi chọn kiểm tra lại bằng các điều kiện kỹ thuật

+ Điều kiện phát nóng lâu dài

+ Điều kiện vầng quang điện

+ Điều kiện độ bền cơ

1.3.4 Xác định tổn thất công suất cực đại

Tính tổn thất điện áp max của mạng điện là tổn thất điện áp tính từ nguồnđiện tới điểm có điện áp thấp nhất trong mạch

- Chế độ làm việc bình thường

Tổn thất điện áp được tính theo biểu thức :

(2-2)Trong đó:

Pi, Qi: Công suất tác dụng và phản kháng cực đại trên nhánh thứ i

Ri, Xi: Gía trị điện trở và điện kháng trên nhánh thứ i

U®m : Điện áp định mức của mạng điện

Các phương án phải thỏa mãn điều kiện về tổn thất điện áp trong chế độ phụtải cực đại các tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện 1 cấp điện áp không vượtquá

* Lúc chế độ vận làm việc bình thường:

Trang 9

Hình 2.3 Sơ đồ đi dây phương án 1

- Phân bố công suất

Theo sơ đồ đi dây, phân bố công suất ở phương án 1 như sau

;

- Chọn điện áp định mức của mạng

Theo số liệu và công thức (2-1) ta có bảng

Bảng 2.1 Tính toán điện áp định mức phương án 1

(P max , MW)

Chiều dài đường dây (L , km)

Điện áp tính toán công thức (2-1)-kV

Điện áp định mức của mạng kV

Trang 10

Vậy điện áp định mức của mạng là Uđm = 110 kV

- Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Với việc sử dụng đường dây trên không dùng dây AC, cột bê tông cốtthép điện áp định mức của mạng 110 kV ta sẽ có

* Khoảng cách trung bình hình học của các pha Dtb= 5m

* Sử dụng phương pháp mật độ dòng điện kinh tế để lựa chọn tiết diệndây dẫn

Phương pháp mật độ dòng điện kinh tế

Dòng điện chạy trên các đoạn đường dây tính theo công thức

Với

Fi: Tiết diện dây dẫn (mm2 )

Ilvmaxi: Dòng nhánh cực đại tính trên lộ cần xác định tiết diện (kA)

n: Số mạch đường dây trên nhánh

Slv max i: Công suất truyền tải cực đại trên lộ đường dây đang xét

Jkt: Mật độ kinh tế dòng điện tra Dây AC,Tmax =5000 h, Jkt =1,1 (A/mm2)

Từ tiết diện dây dẫn tính được chọn dây dẫn có tiết diện tiêu chuẩn gần nhất

Từ tiết diện tiêu chuẩn theo sách Giáo trình lưới điện của PQS.TS Trần Bạch ta

có thông số các đường dây Sau khi chọn xong tiến hành kiểm tra theo các điềukiện kỹ thuật sau:

+ Điều kiện phát nóng lâu dài khi sự cố Isc Icp

+ Điều kiện vầng quang điện

+ Điều kiện độ bền cơ

Tiết diện dây thỏa mãn điều kiện vầng quang điện thì sẽ thỏa mãn điều kiện

độ bền cơ Tiết diện dây tối thiểu để thỏa mãn điều kiện vầng quang điện

Trang 11

+ Điện áp 110 kV: Fmin = 70 mm2

+ Điện áp 220 kV: Fmin = 240 mm2

Theo công thức (2-5) và (2-6) ta tính tiết diện dây dẫn rồi chọn theo dây dẫn

tiêu chuẩn từ đó cùng với Dtb= 5(m) tra theo các bảng 2.3, 2.7 ( T241; T245)sách Giáo trình lưới điện của PQS.TS Trần Bạch ta có thông số các dây dẫn

Lộ

- Điều kiện phát nóng khi sự cố (Ngừng 1 mạch của đường dây 2 mạch)

Chỉ tính toán đến d dòng điện sự cố đối với các đường dây có 02 mạch

Khi đó: Dòng điện sự cố Isc = 2.Imax

Bảng 2.4 Kiểm tra điều kiện phát nóng Isc Icp

Lộ

Trang 12

Điều kiện vầng quang điện

Điện áp 110 kV: Fmin = 70 mm2các đường dây đã chọn đều có F 70 mm2 Các đường dây đã chọn đều thỏa mãn điều kiện vầng quang điện

- Điều kiện độ bền cơ

Các đường dây đã chọn đều thỏa mãn điều kiện vầng quang điện sẽ thỏamãn điều kiện độ bền cơ

- Xác định tổn thất điện áp lớn nhất

Ta có bảng tính toán tổn tất điện áp trong chế độ cực đại

Số mạch đường dây

U isc%

Công thức (2-4)

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

2.2 Phương án 2

S4

S5 S6

S2=32,00+j15,50 S3=45,00+j21,79

S4=60,00+j29,06

S5=38,00+j18,40 S6=38,00+j18,40

S1=40,00+j19,37

Trang 13

Tính toán hoàn toàn tương tự như phương án 1, ta có các bảng kết quả cho từng nội dung tính như sau:

- Phân bố công suất:

- Chọn điện áp định mức của mạng:

Bảng 2.6 Tính toán điện áp định mức phương án 2

(P max , MW)

- Lựa chọn tiết diện dây dẫn:

Điện áp định mức của mạng 110 kV tính toán tương tự như phương án 1 ta cócác kết quả tính toán trong bảng

Bảng 2.7 Kết quả tính toán chọn ĐD

Trang 14

- Điều kiện phát nóng khi sự cố

*Ngừng 1 mạch của đường dây 2 mạch

Lộ

Điện áp 110 kV: Fmin = 70 mm2các đường dây đã chọn đều có F 70 mm2

Các đường dây đã chọn đều thỏa mãn điều kiện vầng quang điện

sẽ thỏa mãn điều kiện độ bền cơ

- Xác định tổn thất điện áp cực đại

Theo công thức (2-2) và (2-4) với số liệu đã có ta lập bảng

Trang 15

Bảng 2.9 Tổn thất điện áp max

X ( )

U ibt%

Công thức (2-2)

U isc%

Công thức (2-4)

S1=40,00+j19,37

S2=32,00+j15,50

Tính toán hoàn toàn tương tự như phương án 1, 2 ta có các bảng kết quả cho từng nội dung tính như sau:

Trang 16

- Chọn điện áp định mức

(P max , MW)

110

Điện áp định mức của mạng 110 kV tính toán tương tự như phương án 1 ta có cáckết quả tính toán trong bảng

Trang 17

đường dây

- Xác định tổn thất điện áp max

Trang 18

Bảng 2.14 Tổn thất điện áp cực đại

Pmax i

(MW)

Qmaxi (MVAr)

R ( )

X ( )

U ibt%

Công thức (2-2)

U isc%

Công thức (2-4)

S3

S4

S5 S6

S3=45,00+j21,79

S4=60,00+j29,06

S5=38,00+j18,40 S6=38,00+j18,40

S1=40,00+j19,37

S2=32,00+j15,50

Tính toán hoàn toàn tương tự như phương án 1, 2 và 3 ta có các bảng kết quảcho từng nội dung tính như sau:

Trang 19

- Chọn điện áp định mức

(P max , MW)

110

Trang 20

Công thức

- Điều kiện vầng quang điện

Trang 21

Pmax i

U ibt%

Công thức (2-2)

U isc%

Công thức (2-4)

S3

S4

S5 S6

S3=45,00+j21,79

S4=60,00+j29,06

S5=38,00+j18,40 S6=38,00+j18,40

S1=40,00+j19,37

S2=32,00+j15,50

Tính toán hoàn toàn tương tự như phương án 1, 2, 3 và 4 ta có các bảng kếtquả cho từng nội dung tính như sau:

Trang 22

Phân bố công suất trong mạch vòng(N-4-5)

Điểm nút 4 là điểm phân công suất

- Chọn điện áp định mức của mạng:

Trang 23

Lộ

* Ngừng 1 mạch của đường dây 2 mạch

Khi đó: Dòng điện sự cố Isc = Imax.2

đường dây

Trang 24

N-2 ACO-240 2,00 224,53 449,05 610,00 I sc < I cp

*Riêng mạch vòng (N-4-5) kiểm tra như sau:

Khi đứt dây đoạn N-5:

Khi đứt dây đoạn N-4:

Ta thấy I4-5 > Icp(4-5) ( 349,91>275 ) do đó đường dây 4-5 đã chọn dùng dây AC-70 ởtrên bảng 2.2.7 không thỏa mãn điều kiện khi sảy ra sự cố tại đường dây N-4.Vìvậy phải chọn tiết diện dây mới cho đường dây 4-5 để thỏa mãn điều kiện Isc < Icp, tachọn dây AC- 120 với Icp = 380A Khi đó ta có bảng kết quả tính toán chọn đườngdây sau khi thay đổi tiết diện dây đoạn 4-5

dây 4-5.

Lộ

Trang 25

Bảng 2.25 Thông số đường dây sau khi thay đổi tiết diện đường dây

Ta xét lại trường hợp N-4 bị sự cố khi đó

Khi đứt dây đoạn 4-5:

- Điều kiện vầng quang điện

- Xác định tổn thất điện áp cực đại

Trang 26

Bảng 2.26 Tổn thất điện áp cực đại

n-Số mạch đường dây

X ( )

U ibt%

Công thức (2-2)

U isc%

Công thức (2-4)

Trang 27



 Kết luận: Phương án 5 thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật.

3 So sánh kinh tế các phương án đạt tiêu chuẩn kỹ thuật

Theo kết quả tính toán về mặt kỹ thuật các phương án ta chỉ so sánh kinh tếcác phương án từ 1 tới 4

Phần giống nhau giữa các phương án ta không so sánh (Phần máy biến áp,trạm biến áp)

Ta chỉ tiến hành so sánh về đường dây Sử dụng hàm kinh tế để so sánh

3.1 Phương pháp hàm kinh tế

- Hàm kinh tế là hàm chi phí tính toán hàng năm Z

(2-5)Trong đó:

: Hằng số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư

: Thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư lấy năm

:Hằng số vận hành =0,04 - Cột bê tông cốt thép

=0,07- Cột thép

:Tổng vốn đầu tư

(2-6) k=1,6 đối với đường dây có 2 mạchk:Hệ số xét tới số mạch đường dây

k= 1 đối với đường dây có một mạch

* Tất cả các phương án sử dụng cột thép =0,07

: Suất vốn đầu tư đường dây thứ i

Trang 28

: Chiều dài đường dây thứ i

(2-7) :Tổn thất công suất trên đường dây thứ i khi phụ tải cực đại

(2-8)

Pimax, Qimax: Công suất tác dụng và phản kháng trên đường dây thứ i khi phụtải cực đại

Ri :Điện trở tác dụng của đường dây thứ i

:Thời gian tổn thất công suất cực đại

: Thời gian sử dụng phụ tải cực đại trong năm

c: Giá thành từng kWh c = 500 đồng/1Kwh

* Phương án hợp lý nhất là phương án có hàm chi phí tính toán hàng nămnhỏ nhất nhưng nếu Z vào khoảng ( ) thì các phương án được coitương đương về mặt kinh tế khi đó phương án hợp lý nhất được chọn dựa trên các

Trang 29

Bảng 2.27 Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng của

Trang 30

= (0,125+0,07).1143,26.109 + 22049,38.103.500=233960,39.106 (đ)

3.2.3 Phương án 3

Tính tương tự phương án 1 và 2 ta có:

Bảng 2.29 Tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng của phương án 3

Trang 31

= (0,125+0,07).1522,83.109 + 26154,94.103.500=310029,33.106 (đ)

3.2.5 Phương án 5

Tính tương tự phương án 1,2,3 và 4 ta có:

4 Chọn phương án tối ưu

Ta lập bảng so sánh các kết quả tính toán về mặt kỹ thuật và kinh tế của cácphương án

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	1,77 MB