Đồ án môn học thiết kế lưới điện

Đồ án môn học . Giúp có cái nhìn tổng quan về lưới điện trong nhà máy. Qua đó tìm các phương án và giải pháp để lựa chọn phương án kỹ thuật hợp lý cùng với chi phí thấp nhất cho hệ thống lưới điện trong các nhà máy.

MỤC LỤ

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I: 4

CÂN BẰNG CễNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 4

1.1 Cân bằng công suất tác dụng 4

1.2 Cân bằng công suất phản kháng 5

CHƯƠNG 2 8

CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ VỀ KINH TẾ KỸ THUẬT 8

2.1 Lựa chọn sơ đồ cấp điện 8

2.1.1 Phương án 1: 8

2.1.2 Phương án 2: 9

2.1.3 Phương án 3: 9

2.1.4 Phương án 4 10

2.1.5 Phương án 5 10

2.2 Chọn cấp điện áp định mức cho hệ thống 10

2.3 So sánh các phương án về mặt kỹ thuật: 11

2.3.1 Phương án 1: 11

2.3.2 Phương án 2: 15

2.3.3 Phương án 3: 16

2.3.4 Phương án 4: 17

2.3.5 Phương án 5: 19

CHƯƠNG 3: SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN 25

3.1 Phương án 1: 25

3.2 Phương án 2 26

3.3 Phương án 3 27

3.4 Phương án 4 28

CHƯƠNG 4 29

LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI DÂY 29

4.1 Lựa chọn mỏy biến ỏp 29

4.1.1 Chọn số lượng máy biến áp: 29

4.1.2 Lựa chọn thụng số mỏy biến ỏp: 29

4.2 Sơ đồ trạm biến áp: 31

4.2.1 Trạm nguồn: 31

4.2.2 Trạm trung gian 31

4.2.3 Trạm cuối 31

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 33

TRONG MẠNG ĐIỆN 33

5.2 Trạng thỏi phụ tải cực tiểu: 38

5.3 Trạng thỏi sự cố: 43

CHƯƠNG 6: 49

CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 49

CHƯƠNG 7: 53

CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 53

7.1: Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện 53

7.2: Tớnh tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện 53

7.3: Tổn thất điện năng trong mạng điện 53

7.4 Tính chi phí và giá thành tải điện 54

7.4.1 Chi phí vận hành hằng năm 54

7.4.2 Chi phí tính toán hằng năm 54

7.4.3 Giá thành tải điện 54

7.4.4 Giá thành xây dựng 1 MW công suất phụ tải trong chế độ vận hành cực đại: 54

BẢNG TỔNG KẾT 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

MỞ ĐẦU

Ngày nay điện năng là một phần vô cùng quan trọng trong hệ thống năng lượng của một quốc gia Trong điều kiện nước ta hiện nay đang trong thời kỡ cụngnghiệp húa và hiện đại hóa thỡ điện năng lại đóng một vai trũ vụ cựng quan trọng Điện năng là điều kiện tiên quyết cho việc phát triển nền công nghiệp cũng như các ngành sản xuất khác Do nền kinh tế nước ta cũn trong giai đoạn đang phát triển và việc sản xuất điện năng cũn đang thiếu thốn so với nhu cầu tiêu thụ điện nên việc truyền tải điện , cung cấp điện cũng như phân phối điện cho các hộ tiêu thụ cần phải được tính toán kỹ lưỡng để vừa đảm bảo hợp lí về kĩ thuật cũng như

về kinh tế

Đồ án môn học này đó đưa ra phương án có khả năng thực thi nhất trong việcthiết kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm các hộ tiêu thụ điện Nhỡn chung, phương án được đưa ra đó đáp ứng được những yêu cầu cơ bản của một mạng điện

Dù đó cố gắng nhưng đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót hạn chế, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy để em có thể tự hoàn thiện thêm kiến thức của mỡnh trong lần thiết kế đồ án tốt nghiệp sau này

Em xin chân thành cảm ơn thầy giỏo T.s Trần Mạnh Hựng , cựng toàn thể

thầy cụ trong bộ mụn đó giỳp đỡ em hoàn thành đồ án môn học này

Hà Nội, ngày thỏng 6 năm 2017 Sinh viờn

TRƯƠNG MINH TUẤN

CHƯƠNG I:

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Quá trình sản suất, truyền tải và tiêu thụ điện năng trong hệ thốngđiện được tiến hành đồng thời do điện năng không thể tích luỹ được Tại mộtthời điểm luôn có sự cân bằng giữa điện năng sản suất và điện năng tiêu thụ, cónghĩa là tại mỗi thời điểm cần phải có sự cân bằng giữa công suất tiêu thụ vàphản kháng phát ra với công suất tiêu dùng và phản kháng tiêu thụ Nếu sự cânbằng trên bị phá vỡ thì các chỉ tiêu chất lượng điện năng bị giảm dẫn tới mất ổnđịnh hoặc làm tan rã hệ thống Do vậy phải kiểm tra sự cân bằng công suất trongmáy điện trước khi bắt đầu thiết kế một mạng lưới

1.1 Cân bằng công suất tác dụng

Giả sử nguồn điện cung cấp đủ công suất tiêu dùng cho các phụ tải,

do đó sự cân bằng công suất điện biểu diễn bằng biểu thức sau:

F

P

 = PYCTrong đó:

Pt

P



= P1 + P2 +P3 + P4 + P5 + P6 = 20+30+22+32+28+34=166 (MW)P





mđ: Tổn thất công suất trong mạng điện(bao gồm tổn thất trênđường dây và máy biến áp) Tính sơ bộ lấy bằng 5% tổng công suất tácdụng của phụ tải

P

: Tổng công suất tự dùng và công suất dự trữ của mạng

ở đây:

1.2 Cân bằng công suất phản kháng

Cân bằng công suất tác dụng, trước tiên cần thiết để giữ được tần sốbình thường trong hệ thống, còn để giữ điện áp bình thường cần phải có sự cânbằng công suất phản kháng Sự thiếu hụt công suất phản kháng làm cho U giảm.Mặt khác sự thay đổi U dẫn đến thay đổi f

Sự cân bằng công suất phản kháng trong HTĐ được biểu diễn bằngcông thức sau:

FQ

 Qyc: Tổng cụng suất phản khỏng yờu cầu của phụ tải.

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

Qi(MVAR

Vậy : Qpt = 80,36 (MVAr)

 Q , QL  c : Tổn thất cụng suất phản kháng trên đường dõy và dung dẫn

do đường dõy sinh ra và chỳng cõn bằng nhau

 Q ,Qtd dt : Cụng suất tự dựng và dự trữ của nhà mỏy , Qtd Qdt= 0

 QMBA: Tổn thất cụng suất phản khỏng trong cỏc trạm hạ áp được tớnh bằng 15% Qpt, ta cú:

BAQ

Q



Nên không phải bù công suất phản kháng

Khoảng cách từ nhà máy đến các phụ tải là:

Như vậy ta có bảng các thông số của các phụ tải như sau:

CHƯƠNG 2 CHỌN PHƯƠNG ÁN HỢP LÝ VỀ KINH TẾ KỸ THUẬT2.1 Lựa chọn sơ đồ cấp điện

 Hộ loại một là những hộ tiêu thụ điện quan trọng nếu như ngừng cung cấp điện có thể gây nguy hiểm đến tính mạng và sức khỏe con người, gây thiệthại nhiều về kinh tế, hư hỏng thiết bị, làm hỏng hàng loạt sản phẩm, rối loạn quá trình công nghệ phức tạp do đó các phương án cung cấp cho các

hộ phải được cấp từ hai nguồn

 Các phương án nối dây

2.1.1 Phương án 1:

12

3

45

6

N

Hình 2.1

2.1.2 Phương án 2:

Hình 2.2 2.1.3 Phương án 3:

Hình 2.3

2.1.4 Phương án 4

Hình 2.4 2.1.5 Phương án 5

Hình 2.5 2.2 Chọn cấp điện áp định mức cho hệ thống

 Để chọn điện áp định mức hệ thống ta dựa vào công thức kinh nghiệm sau:

Ui 4,34 Li 16Pi (kV,km,MW)

Trong đó:

Li là khoảng cách từ NĐ đến phụ tải i

Pi là công suất truyền tải trên đường dây đến phụ tải i

Sau đây ta tính chọn điện áp định mức cho mạng hình tia các phương án sau chọn kết quả tương tự như phương án này

3

45

 Tiết diện kinh tế được tính theo công thức sau:

max kt

kt

IFJ

 Thỏa mãn điều kiện phát nóng

 Lựa chọn tiết diện dây dẫn đoạn N-2

Kiểm tra điều kiện phát nóng khi xảy ra sự cố.

scN 2 N 2

I   2 I   2 87,48 174,96(A) < Icp= 265 (A)

 Thỏa mãn điều kiện pháp nóng

 Lựa chọn tiết diện dây dẫn đoạn N-3

 Thỏa mãn điều kiện phát nóng

 Lựa chọn tiết diện dây dẫn đoạn N-4

 Thỏa mãn điều kiện phát nóng

 Lựa chọn tiết diện dây dẫn đoạn N-5

 Lựa chọn tiết diện dây dẫn đoạn N-6

 Thỏa mãn điều kiện phát nóng

Các dây dẫn đã thõa mãn điều kiện vầng quang và độ bền cơ học

3 6 6

S S 34 16,46j(MVA)Thông số tính tương tự như phương án 1, ta được bảng sau:

5 4 4

S S 32 15,49j(MVA)Thông số tính tương tự như phương án 1, ta được bảng sau:

2.3.5 Phương án 5:

a) Ch n ti t di n v dây d nọn tiết diện và dây dẫn ết diện và dây dẫn ện và dây dẫn à dây dẫn ẫn

 Đối với đoạn N-5-4-N:

Để xác định dòng công suất giả thiết rằng, mạch N-5-4-N là mạng đồng nhất có

N 4 4 5 4

S   S S  = 32+15,49j - (3,25+1,57j)=28,75+13,92j (MVA)Vậy điểm phụ tải 4 là điểm phân công suất

 Lựa chọn tiết diện dây dẫn đoạn N-5

Chọn dây AC-150 có Icp 445(A)

 Lựa chọn tiết diện dây dẫn đoạn 5-4

Chọn dây AC-70 có Icp 265(A)

 Lựa chọn tiết diện dây dẫn đoạn N-4

Công suất truyền trên đoạn 5-4:

N 5sc max

I  349,89(A) < Icp 445(A)

Suy ra lắp dây AC-150 ở đoạn N->5 thì thỏa mãn điều kiện phát nóng

I  163,29(A) I  186,60(A) I 265(A) <Icp 445(A)

Suy ra lắp dây AC-70 ở đoạn 5->4 thì thỏa mãn điều kiện phát nóng

Đối với lộ N -5:

Đối với lộ 5-4:



(%)Vậy  UN-5-4-Nbt = max(  UN-4bt ;  UN-5bt +  U5-4bt ) = 6,21(%)

Khi sự cố trên đoạn N-5:



Vậy:  UN-5-4-Nsc= max(  UN-5sc +  U5-4sc ,  UN-4sc +  U4-5sc )=12,24+8,69=20,93(%)Tính tương tự ta được bảng sau:

Từ bảng trên ta thấy phương án 5 không thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, 4 phương

án còn lại đều thõa mãn điều kiện kỹ thuật Do đó ta sẽ xét 4 phương án còn lại

để so sánh về mặt kinh tế để tìm được phương án tối ưu

CHƯƠNG 3: SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN

Để so sánh về mặt kinh tết các phương án ta dựa vào hàm chi phí tính toán hàng năm sau:

Z= (avh + atc).KD +  A.C

avh: Hệ số vận hành đường dây

Cột bờ tụng cốt thộp: avh=0,04Cột thộp: avh=0,07

KD: Vốn đầu tư để xây dựng đường dây ( xét phần đường dây)

KD=K0 L

K0: suất vốn đầu tư (tỉ đồng/ km)L: chiều dài đường dây (km)Bảng K0 (phụ thuộc tiết diện) đúng với đường dây 1 mạch, đối với đường dây 2 mạch thỡ nhõn 1,6:

atc: số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư, atc= 0,125C: giá của 1kwh, C= 1000 đ/kWh

Mó dõy AC-70 AC-70 AC-150 AC-95 AC-70 AC-185

Z (tỉ đồng) 44,3 41,85 41,11 43,76

Bảng 3.6

Căn cứ vào kết quả ở bảng 3.6 ta thấy Phương án 3 là phương án tối ưu, vỡ vừa

đảm bảo điều kiện kỹ thuật, vừa có chi phí thấp nhất

CHƯƠNG 4 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI DÂY

4.1 Lựa chọn mỏy biến ỏp

4.1.1 Chọn số lượng mỏy biến ỏp:

Đối với các hộ loại tiêu thụ là hộ loại một, để đảm bảo độ ti cậy cho cung cấp điện một cách liên tục, thỡ mỗi trạm biến ỏp cần chọn hai mỏy biến ỏp vận hành song song mỗi mỏy được nối vào một phân đoạn thanh góp riêng và giữa các phân đoạn này có một máy cắt tự động đóng cắt khi cần thiết

Đối với hộ tiêu thụ loại 3 thỡ chỉ cần 1 mỏy biến ỏp vận hành trong trạm biến ỏp

4.1.2 Lựa chọn thụng số mỏy biến ỏp:

Công suất máy biến áp được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tỡnhtrạng làm việc bỡnh thường lúc phụ tải làm việc cực đại khi có sự cố một máy biến áp phải ngưng làm việc thỡ mỏy biến ỏp cũn lại phải đảm bảo cung cấp công suất cho các phụ tải:

Với trạm cú hai mỏy biến ỏp làm việc song song, cụng suất lựa chọn mỏy biến ỏp phải thừa món:

max MBA

SS

k(n 1)



Trong đó: n: là số máy biến áp trong trạm

Kk: là hệ số hiệu quả của mỏy biến ỏp trong trạm, k=1,4

Smax: công suất cực đại của phụ tải: Smax  Pmax2 Q2max

Suy ra:

max max MBA

Vậy ta chọn mỏy biến ỏp SMBA=16 (MVA)

 Phụ tải 2 : P2max=30 MW ; Q2max=14,52 MVAr



max max ttMBA

Vậy ta chọn mỏy biến ỏp SMBA=25 (MVA)

 Phụ tải 3 : P3max=22 MW ; Q3max=10,65 MVAr



max max ttMBA

Vậy ta chọn mỏy biến ỏp SMBA=25 (MVA)

 Phụ tải 4: P4max= 32 MW ; Q4max= 15,49 MVAr



max max ttMBA

Vậy ta chọn mỏy biến ỏp SMBA= 32 (MVA)

 Phụ tải 5: P1max= 28 MW ; Q1max= 13,56 MVAr



max max ttMBA

Vậy ta chọn mỏy biến ỏp SMBA= 25 (MVA)

 Phụ tải 6: P6max= 34 MW ; Q6max= 16,46 MVAr

 SttMBA  Pmax2 Q2max  342 16,462 37,77(MVA)

Vậy ta chọn mỏy biến ỏp SMBA=40 (MVA)

(kW)

(kW)TDH-

 Dựng hệ thống có hai phân đoạn thanh gúp:

o Nếu L > 70 (km) thỡ đặt mỏy cắt cao áp phía đường dõy bởi vỡ với

chiều dài lớn sự cố xảy ra do thao tác đóng cắt nhiều vỡ vậy phải đặt mỏy cắt cuối đường dây (sơ đồ cầu trong)

o Nếu L < 70 (km) thỡ đặt mỏy cắt điện ỏp phớa mỏy biến áp (sơ đồ cầu ngoài).

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

TRONG MẠNG ĐIỆN

5.1 Trạng thái phụ tải cực đại:

Vỡ chỉ biết điện áp trên thanh góp của nhà máy điện do đó ta tính chế độ qua hai giai đoạn Mà điện áp trên thanh góp nhà máy điện trong chế độ phụ tải cực đại xác định theo công thức:

UN=110%.Udm=110ì110/100=121 (kV)Bảng thông số các đường dây như sau:

 Giai đoạn 1: Tớnh toỏn dũng cụng suất

Chọn điện áp tại các của mạng điện bằng điện áp định mức của mạng điện ta có:

´ ZN-5= 11,5 + 11j (Ω))

'

N 5 N 5 cdN 5

S  S   jQ  29,12 15,56j 1,56j 29,12 14j(MVA)   

 Giai đoạn 2: Tính điện ỏp tại cỏc nỳt.

Tổn thất điện áp trên đường dây N-5:

 Giai đoạn 3: Cõn bằng cụng suất phản khỏng trong mạng điện:

 Vỡ ∑QF> ∑Qyc nờn ta khụng bự kĩ thuật khi vận hành ở chế độ cực đại

5.2 Trạng thỏi phụ tải cực tiểu:

 Điện ỏp trờn thanh cỏi của nguồn UN= 105%.Udm= 115,5 (kV)

Ở chế độ phụ tải cực tiểu thỡ cụng suất phụ tải bằng 50% cụng suất phụ tải ở chế độ cực đại Vỡ vậy cụng suất phụ tải nhỏ nên để vận hành kinh tế ta nên xem xét có thể cắt bớt một máy biến áp ở các trạm hay không Điều kiện để cắt bớt một máy biến áp trong trạm là:



0 min c dm

∆P0: Tổng tổn thất khi khụng tải

∆Pn : Tổng tổn thất khi ngắn mạchXột trạm biến ỏp B1 của tải 1:

 Giai đoạn 1: Tớnh toỏn dũng cụng suất

Chọn điện áp tại các của mạng điện bằng điện áp định mức của mạng điện ta có:

'

N 5 N 5 cdN 5

S  S   jQ  14,31 6,76j 1,56 j 14,31 5,2j(MVA)   

 Giai đoạn 2: Tính điện ỏp tại cỏc nỳt.

Tổn thất điện áp trên đường dây N-5:

 Giai đoạn 3: Cõn bằng cụng suất phản khỏng trong mạng điện:

 Giai đoạn 1: Tớnh toỏn dũng cụng suất

Chọn điện áp tại các của mạng điện bằng điện áp định mức của mạng điện ta có:

 Giai đoạn 2: Tính điện ỏp tại cỏc nỳt.

Tổn thất điện áp trên đường dây N-5:

Điện áp trên thanh góp cao áp là:

 Giai đoạn 3: Cõn bằng cụng suất phản khỏng trong mạng điện:

CHƯƠNG 6:

CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

Điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng.Trong đó chỉ tiêu về điện áp

là một trong những chỉ tiêu quan trong nhất.Trong quá trỡnh vận hành phụ tải

thay đổi từ cực tiểu đến cực đại hoặc bị sự cố nặng nề dẫn đến điệp áp trên

thanh cái hạ áp thay đổi vượt quá giới hạn cho phép,vỡ vậy ta phải điều chỉnh

để đảm bảo điện áp nằm trong giới hạn cho phép

Có nhiều phương pháp điều chỉnh điện áp khác nhau: thay đổi điện áp máy

phát trong nhà máy điện,thay đổi tỉ số điện áp trong các trạm biến áp và thay đổi

dũng cụng suất phản khỏng trong mỏy điện

Trong thực tế mạng điện lớn không thể thay đổi điện áp tại các nhà máy

điện,việc thay đổi các dũng cụng suất phản khỏng truyền tải trờn cỏc đường dây

dẫn cũng khó khăn vỡ cỏc lý do như:sự ổn định của hệ thống,vận hành phức tạp

và vốn đầu tư cao.Vỡ vậy phương án lựa chọn đầu điều chỉnh của máy biến áp

trong các trạm hạ áp được sử dụng rộng rói để điều chỉnh điện áp trong hệ

Với các hộ tiêu thụ là loại I ta dùng máy biến áp có điều chỉnh điện áp dưới

tải.Các máy biến áp có Udm =115 kV và có phạm vi điều chỉnh là 16%.Điện áp

các đầu điều chỉnh tiêu chuẩn được tính theo công thức:

110,91

108,86

106,81

104,77

102,72

100,67

119,09

121,14

123,19

125,24

127,28

129,33

131,38 133,4

2Bảng 6.1

Sinh viên Trương Minh Tuấn Page 52

+ Khi phụ tải cực đại:

Đầu điều chỉnh trong cuộn dây cao áp khi phụ tải lớn nhất được xác định theocông thức:

' max hdm 1dcmax

1dc max

83,75 24,2

87,74(kV)U

23,1



Ta chọn đầu điều chỉnh tiêu chuẩn là n=-9 khi đó U1tc max 96,58(KV)

Điện áp thực trên thanh hạ áp là:

' 1max hdm 1thuc max



Vậy đầu đó chọn là phự hợp

+ Khi phụ tải cực tiểu:

Đầu điều chỉnh trong cuộn dây cao áp khi phụ tải lớn nhất được xác định theocông thức:

' min hdm 1dc min

1dc min

96,53 24,2

106,183(kV)U

22



Ta chọn đầu điều chỉnh tiêu chuẩn là n=-3 khi đó U1tc min 108,86(kV)

Điện áp thực trên thanh hạ áp là:

' 1min hdm 1thuc min

1d csc

85,13 24,2

89,18(KV)U

23,1



Ta chọn đầu điều chỉnh tiêu chuẩn là n=-9 khi đó U1t csc96,58(KV)

Điện áp thực trên thanh hạ áp là:

' 1sc hdm 1thu cSC



Vậy đầu đó chọn là phự hợp

Tính toán tương tự cho các phụ tải cũn lại ta cú bảng số liệu sau:

+ Khi phụ tải ở chế độ cực đại

CHƯƠNG 7:

CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN

7.1: Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện.

Tổng vốn đầu tư xây dựng được xác định theo công thức:

7.2: Tính tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện.

Theo kết quả tớnh toỏn ta cú tổng tổn thất cụng suất tác dụng trên đường dây là:

Tổn thất điện năng trong mạng tính theo % là:

Sinh viên Trương Minh Tuấn Page 56