thiết kế mạng lưới điện cho một khu vực gồm các hộ tiêu thụ điện loại i và loại III

Các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nối dâycủa mạng điện.Vì vậy các sơ đồ mạng điện phải đảm bảo tính khả thi và cạnh tranhcao.Các sơ đồ mạng điệ

ĐỒ ÁN LƯỚI ĐIỆN

LỜI NÓI 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 kì công nghiệp hoá và hiện đại hoá thì điện năng lại đóng vai trò vô cùng quan trọng.

Điện năng là điều kiện tiên quyểt cho việc phát triển nền nông nghiệp cũng như các ngành sản xuất khác.

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, để em có thể tự hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong các lần thiết kế đồ án sau này.

Hà Nội, tháng 12 năm 2018

Sinh viên

Page 1

ĐỒ ÁN LƯỚI ĐIỆN

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

1.1: PHÂN TÍCH NGUỒN, PHỤ TẢI:

Sơ đồ vị trí của nguồn và phụ tải

N1

- Nguồn: Là hệ thống công suất vô cùng lớn (VCL), có hệ số công suất là 0,85

- 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

Page 2

ĐỒ ÁN LƯỚI ĐIỆN

1.1.2: Phân tích phụ tải:

Phụ tải loại I: Là loại hộ phụ tải quan trọng bậc nhất không được phép mất điện Nếu xảy ra mấtđiện ở các hộ phụ tải này sẽ gây thiệt hại nghiêm trọng về mặt kinh tế, chính trị, xã hội và thậm chí gây thiệt hại đến tính mạng của con người

Hộ loại II: Bao gồm những phụ tải quan trọng nhưng đối với các phụ tải này việc mấtđiện chỉ gây thiêt hại lớn về kinh tế do đình trệ sản xuất giảm sút về số lượng sản phẩmmáy móc và công nhân phải ngừng làm việc, phá vỡ các hoạt động 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 nàyphải dựa trên yêu cầu củ kinh tế song đa số các trường hợp người ta thường cung cấp bằngđường dây đơn

Hộ loại III: Bao gồm các phụ tải không mấy quan trọng nghĩa là các phụ tải mà việcmất điện không gây ra những hậu quả quá nghiêm trọng Do vậy hộ phụ tải loại này đượccung cấp điện bằng dây đơn và cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian cần thiết đểsữa chữa sự cố hay thay thế phần hư hỏng của mạng điện nhưng không quá 1 ngày

Các phụ tải đều có điện áp danh định thứ cấp U H = 10 (KV ) và hệ số công suất

cosϕ = 0,85 và Tmax = 4700 (h)

Yêu cầu điều chỉnh điện áp:

+ Trong mạng thiết kế mạng điện cho hộ phụ tải (1, 2, 3, 5 ) yêu cầu điều chỉnh điện áp

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

Chế độ phụ tải cực đại: du%=+5%Udm Chế độ phụ tải cực tiểu: du%=0%UdmChế độ sự cố : du%= 0 ÷ 5%Udm+ phụ tải (4,6,7) yêu cầu điều chỉnh điện áp thường (T) nên phạm vi điều chỉnh điện áp

thỏa mãn:

Chế độ phụ tải cực đại: du%≥+2, 5%

Chế độ phụ tải cực tiểu: du%≤+7, 5%

Chế độ sau sự cố : du%≥ -2, 5%

Page 3

Các thông số của phụ tải được liệt kê trong bảng sau:

1.2.1: Cân bằng công suất tác dụng:

Công suất của nguồn được tính theo công thức:

∑Pyc = m∑ +∑ +∑+

Trong đó:

∑ : công suất tính toán phụ tải

m : hệ số đồng thời (coi như m=1)

: tổn thất công suất tác dụng bao gồm tổn thất điện trên các đường dây và các máy

Bảng 1.1: công suất phụ tải cực đại và cực tiểu:

STT (MW)Pmax cosφ tgφ (MVar)Qmax (MVA)Smax (MW)Pmin

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng:

- Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế

Trong tính toán sơ bộ có thể tính công suất phản kháng theo công thức sau:

∑ Qyc = 79,14+11,871= 91,011(MVAr)

Vì:

∑ Qyc = 91,011 > ∑QF= 84,63 (MVAr) nên phải bù công suất phản kháng

Ta bù cosφ cho phụ tải : + (3,6) bằng 0,9

Các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nối dâycủa mạng điện.Vì vậy các sơ đồ mạng điện phải đảm bảo tính khả thi và cạnh tranhcao.

Các sơ đồ mạng điện phải có chi phí hàng năm và vốn đầu tư nhỏ nhất, đảm bảo độ tincậy cung cấp điện cần thiết, chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ điện năng tiêuthụ thuận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng áp dụng các công nghệ cao cũngnhư đáp ứng được các phụ tải phát triển

Các yêu cầu chính đối với mạng điện:

1 Cung cấp điện lên tục

2 Đảm bảo chất lượng điện năng

3 Đảm bảo thuận lợi cho thi công, vận hành, có tính linh hoạt cao

4 Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

5 Đảm bảo chất lượng về kinh

Mạng thiết kế điện gồm 1 nguồn điện và 7 phụ tải, trong đó tất cả đều là phụ tải loại I

Các hộ phụ tải loại I được cấp điện bằng 1 lộ đường dây kép (2 dây)

Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của nguồn điện, các hộ phụ tải cũng như vị trí địa lý của chúng, ta có các phương án nối dây sau:

2.1: CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY:

2.1.1: Phương án 1:

2.1.2 : Phương án 2:

N1

7

2

2.1.4: Phương án 4:

2.1.5: Phương án 5:

N1

7

2

2

63

N1

7

2

b.Chọn cấp điện áp định mức cho dây dẫn:

-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, tổnthất 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 phụtải, 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:

-Điện áp tính toán của 1 đường dây

Ui=4,34x

Trong đó :

Li: khoảng cách truyền tải (km)

Pi: dòng công suất tác dụng truyền tải trên đường dây

Ta có bảng số liệu sau:

Đoạn Pi(MW) Li(Km Ui(KV Uđm(KV

c.Chọn tiết diện dây dẫn:

-Các mạng điện 110kV được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không các dây dẫn được sử dụng là dây nhôm lõi thép (AC) ,đồng thời các dây dẫn thường được đặt trên các cột

bê tông ly tâm hay cột thép tùy địa hình đường dây chạy qua đối với các đường dây 110

kV ,khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn các pha bằng 5(m) Dtb=5(m)

Đối với các mạng điện khu vực ,tiết diện các dây dẫn được chọn theo phương pháp mật độkinh tế của dòng điện :

Fkt= ; Trong đó :

Imax : dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại (A)

Jkt : mật độ kinh tế của dòng điện (A/),với dây AC

-Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được xác định theo công thức :

Imax= (A) Trong đó:

n : số lộ của đường dây

Uđm: điện áp định mức của mạng điện (kV)

Smax: công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại

-Dựa vào tiết diện kinh tế của dây dẫn tính được theo công thức trên ,tiến hành chọn tiết diệntiêu chuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về sự tạo thành vầng quang ,độ bền cơ của

đường dây và phát nóng dây dẫn trong các chế độ sự cố

-Đối với đường dây 110 kV ,để không xuất hiện vầng quang các dây nhôm lõi thép cần có tiết diện Fmin ≥ 70( )

-Độ bền cơ của đường dây trên không thường được phối hợp với điều kiện về vầng quang của dây dẫn ,cho nên không cần phải kiểm tra điều kiện này

-Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình thường trong các chế độ sau sự cố ,cần phải có các điều kiện sau:

Isc maxIcp Trong đó : Isc max : dòng điện lớn nhất chạy trên đường dây trong chế độ sự cố

Icp : dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

*,Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây N-1:

Dòng điện trên đường dây khi phụ tải cực đại bằng :

 Thỏa mãn điều kiện phát nóng

• Tính toán tướng tự ta có bảng sau:

Qmax Smax Imax Fkt Fchọn-AC Isc max Icp(MVAr) (MVA) (A) (mm2) (mm2) (A) (A)

-Tính toán tương tự ta có bảng sau:

Thông số của các đường dây phương án 1:

-Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ vận hành bình thường :

Ubt max %=1015%

-Tổn thất điện áp lớn nhất trong trường hợp sự cố :

Usc max %= 15÷20%

-Trường hợp lưới vận hành ở chế độ bình thường :

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

Ubt max % =×100%

Trong đó :

Pi,Qi : công suất chạy trên đường dây thứ i

Ri,Xi : điện trở điện kháng của đường dây thứ i + Trong trường hợp sự cố ( chỉ xét sự cố trên mạch đường dây kép )

Usc max % = 2 ×Ui bt ×max % Vậy: Ubt % = ×100%

= ×100% = 2,92%.

Usc % = 2×Ubt max = 2×2,92 = 5,84%

Tính toán tương tự ta có bảng sau:

Bảng tổn thất điện áp trong chế độ làm việc phương án 1

Qi(MVAr) Ri (Ω) Xi

7

2

a Tính phân bố công suất:

N-5 64,03 28 98,21

Bảng kết quả tính toán cho ta thấy tất cả các giá trị điện áp tính được đều nằm trongkhoảng (70 ÷ 170) kV

c Chọn tiết diện dây:

*.Tính chọn dây dẫn cho đoạn NĐ – 4 – 6 :

Dòng điện cực đại chạy trên đoạn NĐ – 4:

02.5

Ta chọn dây AC-95 cho đoạn NĐ – 4

Dòng điện cực đại chạy trên đoạn 4 – 6 :

4,15

Ta chọn dây AC-70 cho đoạn 6 – 4

Tính toán tương tự cho các lộ đường dây khác ta được bảng kết quả sau:

Tiết diện dây dẫn trên các đường dây phương án 2 :

Đường dây Số lộ Pmax

Thông số của các đường dây phương án 2:

Bảng tổn thất điện áp trong chế độ làm việc phương án 2

Đường

dây L (km) F

AC (mm2)

ro(Ω/km)

xo(Ω/km)

bo (10-6/km) (Ω) R (Ω) X BD

Qi(MVAr) Ri (Ω) Xi (Ω) ∆Ubt% ∆Usc%

2

c Chọn tiết diện dây:

Tiết diện dây dẫn trên các đường dây phương án 3 :

Đường

max(MW)

Qmax Imax Fkt Fchọn-AC Isc max Icp(MVAr) (A) (mm2) (mm2) (A) (A)

Bảng thông số của các đường dây phương án 3:

Bảng tổn thất điện áp trong chế độ làm việc phương án 3:

ro(Ω/km)

xo(Ω/km)

bo(10-6/km)

R(Ω)

X(Ω)

BD(S)

2

c Chọn tiết diện dây:

Tiết diện dây dẫn trên các đường dây phương án 4 :

Đường

max(MW)

Qmax Imax Fkt Fchọn-AC Isc max Icp(MVAr) (A) (mm2) (mm2) (A) (A)

Thông số của các đường dây phương án 4:

Bảng tổn thất điện áp trong chế độ làm việc phương án 4:

ro(Ω/km)

xo(Ω/km)

bo (10-6/km) (Ω) R (Ω) X BD

a Tính phân bố công suất:

Phương án 5 chỉ khác phương án 1 ở mạch vòng NĐ – 1 – 2 – NĐ, vì vậy ta xét riêngmạch vòng, các nhánh còn lại tính toán như phương án trên

Để đơn giản cho tính toán, trước hết ta coi 3 đoạn đường dây trên đồng nhất và có cùngtiết diện, dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây của mạch vòng này được xác địnhnhư sau:

Dòng công suất chạy trên đoạn NĐ – 2:

7

2

63

( )

,067,08 28,3 64 3

c.Chọn tiết diện dây:

Tính chọn dây dẫn cho đoạn mạch vòng NĐ – 2 – 3 – NĐ :

Dòng điện cực đại chạy trên đoạn NĐ – 2:

Ta chọn dây AC - 95 với đoạn NĐ – 2

Dòng điện cực đại chạy trên đoạn 2 – 3:

Ta chọn dây AC-70 với đoạn 1 – 2

Dòng điện cực đại chạy trên đoạn NĐ – 3:

Ta chọn dây AC-95 với đoạn NĐ – 3

Tính toán cho các lộ đường dây khác tương tự ta có bảng số liệu sau:

Tiết diện dây dẫn trên các đường dây phương án 5

Đường dây L (km) P (MW) Q (MVAr) I max (A) F kt (mm 2 ) F tc (mm 2 )

Kiểm tra điều kiện phát nóng dây dẫn

Kiểm tra điều kiện phát nóng cho đoạn mạch vòng NĐ – 2 – 3 – NĐ

Với mạch vòng đã cho, dòng điện chạy trên đoạn 2 – 3 sẽ có giá trị lớn nhất khi ngừng

1 trong 2 đường dây NĐ – 2, NĐ – 3:

Trường hợp ngừng đường dây NĐ – 2:

Tính toán tương tự cho các đường dây khác ta có bảng kết quả kiểm tra sau:

Kết quả kiểm tra các đường dây theo điều kiện phát nóng phương án 5

Đường dây L(km) P(MW) Q(MVAr) I max (A) F tc I sc max (A) I cp (A)

N – 7 80,62 16 12 52,49 AC-70 104,96 265

Từ bảng tổng kết trên ta thấy tiết diện dây dẫn các đường dây đã chọn thoả mãn điềukiện phát nóng cho phép

Thông số của đường dây

Bảng Thông số của các đường dây phương án 5

Đường dây L

(km)

F (mm 2 )

d.Tính ΔU trong chế độ bình thường và sự cố:

Tổn thất điện áp trong chế độ làm việc bình thường

+ Khi ngừng đoạn dây NĐ – 2:

- Tổn thất điện áp trên đoạn NĐ – 3:

+ Khi ngừng đoạn dây NĐ – 3:

- Tổn thất điện áp trên đoạn NĐ – 2:

1

1210,7

ΔUmax SC MV % = ΔUSC N – 2 + ΔUSC 2 – 3 = 9,33 + 2,83 = 12,16%

Tính toán cho các đoạn đường dây còn lại tương tự

Tổn thất điện áp trong chế độ làm việc phương án 5

Kết luận: Phương án 5 đạt tiêu chuẩn kĩ thuật.

Tổng kết thông số kĩ thuật các phương án

Nhận xét: Các phương án 1, 2, 3, 4, 5 được lựa chọn để tiến hành so sánh về các chỉ

tiêu kinh tế chọn ra phương án tối ưu

CHƯƠNG III

SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN

3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

Các phương án 1, 2, 3, 4, 5, 6 được lựa chọn để tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật

Vì các phương án so sánh của mạng điện đều có cùng điện áp định mức, do đó để đơn giản không cần tính vốn đầu tư vào các trạm hạ áp

Tiêu chuẩn để so sánh các phương án về mặt kinh tế là chi phí tính toán hàng năm phải nhỏ nhất Hàm chi phí tính toán hàng năm của mỗi phương án được xác định theo hàm chi phí tính toán:

Z = (avh + atc) ×

K + ΔA.c (đồng/năm) Trong đó:

avh: hệ số vận hành bao gồm khấu hao, tu sửa thường kỳ và phục vụ các đường dây của mạng điện, khi tính toán với đường dây bê tông thép ta lấy avh = 0,04

atc: hệ số định mức hiệu quả hay hệ số hiệu quả vốn đầu tư, lấy atc = 0,125 K: vốn đầu tư của từng mạng điện

c: giá 1 kWh điện năng tổn thất: 1500 đồng

Dự kiến các phương án dùng đường dây trên không đi trên cột bê tông cốt thép

Bảng tổng hợp suất giá đầu tư cho 1 km đường dây trên không cấp điện áp 110 kV

Bảng suất giá đầu tư cho đường dây trên không cấp điện áp 110 kV

Loại dây dẫn Giá 1 lộ (10 6 đ/km) 2 lộ trên 1 cột (10 6 đ/km)

Tính tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây:

Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây NĐ – 1:

Tính tổn thất công suất trên các đường dây còn lại được tiến hành tương tự

Tính vốn đầu tư xây dựng mạng điện:

Vốn đầu tư xây dựng đường dây NĐ – 1:

Bảng tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án 1

Đoạn P i Q i Loại dây L i R i ΔP i k 0i (10 6 đ/km) K(10 6 đ)

Y = avh.K + ∆A.c = 0,04×

202002.106 + 11497,92.103×

1500 = 25326,96.106đ Chi phí tính toán hàng năm:

Bảng tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án 2

Đoạn P i Q i Loại dây L i R i ΔP i k 0i (10 6 đ/km) K(10 6 đ)

Y = avh.K + ∆A.c = 0,04×

184071,864.106 + 17586,88.103×

1500 = 33743,2.106đChi phí tính toán hàng năm:

Z = atc.K + Y = 0,125 184071,864.106 + 33743,2.106 = 56752,2.106đ

3.4 Phương án 3:

Tính toán hoàn toàn tương tự phương án trên, các kết quả tính tổn thất công suất và vốnđầu tư của phương án này cho ở bảng sau:

Bảng tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án 3

Đoạn P i Q i Loại dây L i R i ΔP i k 0i (10 6 đ/km) K(10 6 đ)

Y = avh.K + ∆A.c = 0,04×

185592,4.106 + 12425,2.103×

1500 = 26061,5.106đChi phí tính toán hàng năm:

Z = atc.K + Y = 0,125 185592,4.106 + 26061,5.106= 49260,55.106đ

3.5 Phương án 4:

Tính toán hoàn toàn tương tự phương án trên, các kết quả tính tổn thất công suất và vốnđầu tư của phương án này cho ở bảng sau:

Bảng tổn thất công suất và vốn đầu tư xây dựng các đường dây của phương án 4

Đoạn P i Q i Loại dây L i R i ΔP i k 0i (10 6 đ/km) K(10 6 đ)