Đồ án tốt nghiệp NGUYỄN văn NGỌC

Mặt khác, vì hệ thống điện có công suất vôcùng lớn nên chọn hệ thống là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp, đồngthời không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy nhiệt điện,

Trang 1

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN, TÍNH TOÁN TRÀO LƯU CÔNG SUẤT VÀ LỰA CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP MÁY BIẾN ÁP BẰNG

CHƯƠNG TRÌNH PSS/E

Giảng viên hướng dẫn: TS.NGUYỄN ĐĂNG TOẢN

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN NGỌC

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN

Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN

Lớp: Đ5 - H3

Khoá: Đ5

Hà Nội, tháng 1 năm 2015

Trang 2

LỜI NÓI ĐẦU

Sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước ta trong giai đoạn hiện nayyêu cầu tăng không ngừng sản lượng điện Để thực hiện được điều đó cần phải pháttriển, mở rộng các nhà máy điện cũng như các hệ thống điện công suất lớn và mộttrong những nhiệm vụ tất yếu đó là thiết kế lưới điện Thiết kế là một lĩnh vực quantrọng và khó khăn trong công việc của người kỹ sư Hệ thống điện vì các mạng và

hệ thống điện thiết kế cần phải đạt được các yêu cầu về kỹ thuật, hợp lý về kinh tế,linh hoạt và an toàn trong vận hành

Trong nhiều năm gần đây, các ngành khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, nhất

là công nghệ thông tin, công nghệ phần mềm đã tạo ra nhiều sản phẩm chất lượngđược ứng dụng rộng rãi trong ngành điện, đặc biệt là chương trình PSS/E Chươngtrình này có rất nhiều tính năng tuy nhiên trong phạm vi đồ án này, tác giả chỉ sửdụng PSS/E để tính toán trào lưu công suất và chọn đầu phân áp cho các máy biến

áp phục vụ cho việc thiết kế lưới điện của mình

Mặc dù trong bản đồ án này có một số chi tiết đã được đơn giản hoá nhưng đây

là những cơ sở quan trọng cho việc thiết kế một hệ thống điện lớn

Đồ án gồm có bảy chương:

Chương 1: Cân bằng công suất và đề xuất phương án nối dây.

Chương 2: Tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật.

Chương 3: So sánh kinh tế và chọn phương án tối ưu.

Chương 4: Lựa chọn máy biến áp, sơ đồ trạm biến áp và sơ đồ nối điện.

Chương 5: Tính toán chế độ xác lập bằng chương trình PSS/E.

Chương 6: Điều chỉnh điện áp trong mạng điện.

Chương 7: Tính toán chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện.

Trong quá trình thực hiện đồ án, do kiến thức và thời gian bị hạn chế nên khôngthể tránh khỏi những sai sót, em mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy côgiáo để bản đồ án tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên của đồ án, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫnTS.Nguyễn Đăng Toản, thầy đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong quá trìnhhoàn thành khóa luận tốt nghiệp Nhân dịp này em xin gửi lời cám ơn chân thành tớitoàn thể các thầy cô giáo của trường Đại học Điện lực, đặc biệt là các thầy cô giáotrong khoa Hệ thống điện đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ chúng em trong suốt quátrình học tập

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã đọc, phản biện và góp ý để em cóthể hoàn thiện quyển đồ án này

Đồng thời, tôi xin cảm ơn các bạn trong lớp Đ5 - H3 đã nhiệt tình giúp đỡ tôitrong quá trình học tập tại lớp

Hà Nội, tháng 01 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Văn Ngọc

Trang 4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 5

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Trang 6

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CẢM ƠN ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv

Chương 1 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY 1

1.1 Phân tích nguồn cung cấp và phụ tải 1

1.1.1 Nguồn cung cấp 1

1.1.2 Phụ tải điện 2

1.2 Cân bằng công suất 3

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng 3

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng 5

1.2.3 Các chế độ làm việc của nguồn 7

1.3 Đề xuất các phương án nối dây 9

1.3.1 Cơ sở để đề xuất các phương án 9

1.3.2 Đề xuất các phương án nối dây 12

1.4 Kết luận chương 1 19

Chương 2 TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT 20

2.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật 20

2.1.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện 20

2.1.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn 21

2.1.3 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất 23

v

Trang 7

2.2 Tính toán cho phương án 1 24

2.7 So sánh các chỉ tiêu kỹ thuật 43

Chương 3 SO SÁNH KINH TẾ VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 45

3.1 Chỉ tiêu kinh tế 45

3.1.1 Vốn đầu tư xây dựng mạng điện 45

3.1.2 Chi phí vận hành hàng năm 46

3.1.3 Chi phí tính toán hàng năm 47

Trang 8

3.5 So sánh các chỉ tiêu kinh tế, chọn phương án tối ưu 52

Chương 4 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP, SƠ ĐỒ TRẠM BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN 54

4.1 Chọn số lượng và công suất máy biến áp 54

4.1.1 Chọn số lượng và công suất máy biến áp trong các trạm tăng áp của nhà máy điện 54

4.1.2 Chọn số lượng và công suất của máy biến áp trong các trạm hạ áp 56

4.2 Chọn sơ đồ các trạm 58

4.2.1 Sơ đồ trạm tăng áp của nhà máy nhiệt điện 58

4.2.2 Sơ đồ trạm biến áp trung gian 59

4.2.3 Sơ đồ trạm biến áp giảm áp 60

Chương 5 TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PSS/E 63

5.1 Giới thiệu tổng quan về chương trình PSS/E 63

5.2 Tính toán trong hệ đơn vị tương đối 64

5.2.1 Đường dây 64

5.2.2 Máy biến áp hai cuộn dây 65

5.2.3 Máy biến áp tự ngẫu 66

5.2.4 Điện áp các nút 67

5.2.5 Phụ tải 68

5.3 Mô phỏng mạng điện thiết kế với nhà máy nhiệt điện là nút PV 69

5.3.1 Chế độ phụ tải cực đại 69

5.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 75

5.3.3 Chế độ sự cố 82

Trang 9

Chương 6 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN 85

6.1 Chế độ phụ tải cực đại 87

6.1.1 Nhập thông số cho các phần tử 87

6.1.2 Tính toán chọn đầu phân áp 87

6.1.3 Tính toán trào lưu công suất 90

6.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 92

6.2.1 Nhập thông số cho các phần tử 92

6.2.2 Tính toán chọn đầu phân áp 93

6.2.3 Tính toán trào lưu công suất 94

6.3 Chế độ sự cố 94

Chương 7 TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ-KỸ THUẬT CỦA MẠNG ĐIỆN 100

7.1 Vốn đầu tư để xây dựng mạng điện 100

7.2 Tổn thất công suất tác dụng trong mạng điện 101

7.3 Tổn thất điện năng trong mạng điện 101

7.4 Tính các chi phí và giá thành 102

7.4.3 Giá thành truyền tải điện năng 103

7.4.4 Giá thành xây dựng 1MW công suất phụ tải trong chế độ phụ tải cực đại 103

KẾT LUẬN CHUNG 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

Trang 10

Danh sách hình vẽ

1.1 Bản đồ vị trí của nguồn và các phụ tải điện 10

1.2 Sơ đồ mạch điện phương án 1 12

4.1 Sơ đồ nối điện nhà máy điện 55

4.2 Sơ đồ trạm tăng áp nhà máy điện 59

4.3 Sơ đồ nối điện trạm trung gian 60

4.4 (a) Sơ đồ cầu trong; (b) Sơ đồ cầu ngoài 61

4.5 Sơ đồ cầu đầy đủ 62

4.6 Sơ đồ bộ đường dây - máy biến áp 62

5.1 Thông số các nút ở chế độ phụ tải cực đại 69

5.2 Thông số của nhà máy ở chế độ phụ tải cực đại 70

5.3 Thông số của máy phát ở chế độ phụ tải cực đại 70

5.4 Thông số của phụ tải khi cực đại 70

ix

Trang 11

5.5 Thông số của các đường dây tải điện 71

5.6 Thông số của các máy biến áp hai cuộn dây 71

5.7 Thông số của máy biến áp tự ngẫu 71

5.8 Thông số các nút sau khi tính toán ở chế độ phụ tải cực đại 72

5.9 Công suất phát của nhà máy và hệ thống 72

5.10 Sơ đồ mô phỏng mạng điện ở chế độ cực đại với nút nhà máy là PV 73

5.11 Thông số các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu 76

5.12 Thông số của nhà máy ở chế độ phụ tải cực tiểu 77

5.13 Thông số của máy phát ở chế độ phụ tải cực tiểu 77

5.14 Hộp thoại chọn chức năng Scale 77

5.15 Hộp thoại điều chỉnh công suất phụ tải và công suất phát 78

5.16 Thông số của phụ tải khi cực tiểu 78

5.17 Thông số các nút sau khi tính toán ở chế độ phụ tải cực tiểu 79

5.18 Công suất phát của nhà máy và hệ thống 79

5.19 Sơ đồ mô phỏng mạng điện ở chế độ cực tiểu với nút nhà máy là PV 80

5.20 Thông số các nhánh khi sự cố một lộ đường dây 2 - HT 82

5.21 Điện áp nút phụ tải 2 khi sự cố một lộ đường dây 2 - HT 83

5.22 Thông số các nhánh khi sự cố một lộ đường dây NĐ - 2 83

5.23 Điện áp nút phụ tải 2 khi sự cố một lộ đường dây NĐ - 2 83

6.1 Thông số máy biến áp hai cuộn dây ở chế độ phụ tải cực đại 88

6.2 Thông số máy biến áp hai cuộn dây ở chế độ phụ tải cực đại (tiếp) 88

6.3 Điện áp các nút sau khi tính toán ở chế độ phụ tải cực đại 89

6.4 Điện áp đầu điều chỉnh điện áp máy biến áp 89

6.5 Thông số máy biến áp hai cuộn dây ở chế độ phụ tải cực tiểu 92

6.6 Thông số máy biến áp hai cuộn dây ở chế độ phụ tải cực tiểu (tiếp) 92

6.7 Điện áp các nút sau khi tính toán chọn đầu phân áp 93

6.8 Điện áp đầu điều chỉnh điện áp máy biến áp ở chế độ phụ tải cực tiểu 93

6.9 Thông số máy biến áp hai cuộn dây ở chế độ sự cố 96

6.10 Thông số máy biến áp hai cuộn dây ở chế độ sự cố (tiếp) 96

Trang 12

Danh sách bảng

1.1 Thông số của các phụ tải 3

1.2 Bảng tổng kết chế độ làm việc của nguồn 9

1.3 Khoảng cách từ các nguồn đến các phụ tải 11

1.4 Khoảng cách giữa các phụ tải gần nhau 11

2.1 Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện phương án 1 26

2.2 Tiết diện tiêu chuẩn của các đường dây trong phương án 1 28

2.3 Thông số các đường dây phương án 1 29

2.4 Tổn thất điện áp phần trăm, tổn thất công suất phương án 1 30

xi

Trang 13

2.21 So sánh chỉ tiêu kỹ thuật các phương án 44

3.1 Giá thành 1km đường dây trên không một mạch điện áp 110kV 46

3.2 Vốn đầu tư xây dựng đường dây phương án 1 48

3.3 Chỉ tiêu kinh tế mạng điện phương án 1 49

3.8 Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các phương án so sánh 52

4.1 Thông số của máy biến áp trong sơ đồ bộ 56

4.2 Thông số kỹ thuật của máy biến áp tự ngẫu 56

4.3 Số lượng, công suất máy biến áp trong các trạm hạ áp 58

4.4 Thông số của máy biến áp trong các trạm hạ áp 58

5.1 Thông số đường dây dạng đơn vị tương đối 65

5.2 Thông số máy biến áp hai cuộn dây dạng đơn vị tương đối 66

5.3 Thông số máy biến áp tự ngẫu dạng đơn vị tương đối 68

5.4 Thông số của các phụ tải 68

5.5 Trào lưu công suất trong mạng điện ở chế độ cực đại khi xem nút nhà máy là PV 74

5.6 Công suất phụ tải cực tiểu và công suất phụ tải giới hạn 75

5.7 Trào lưu công suất trong mạng điện ở chế độ cực tiểu khi xem nút nhà máy là PV 81

5.8 Điện áp tại các trạm biến áp 1 và 4 khi sự cố một lộ đường dây NĐ - 2 84 5.9 Điện áp tại các trạm biến áp ở chế độ sau sự cố 84

6.1 Thông số điều chỉnh điện áp máy biến áp thường 86

6.2 Thông số điều chỉnh điện áp máy biến áp có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải 86

6.3 Điện áp phụ tải và đầu phân áp của các máy biến áp ở chế độ phụ tải cực đại 90

6.4 Trào lưu công suất trong mạng điện ở chế độ phụ tải cực đại sau khi chọn đầu phân áp 91

6.5 Điện áp phụ tải và đầu phân áp của các máy biến áp ở chế độ phụ tải cực tiểu 94

Trang 14

6.6 Trào lưu công suất trong mạng điện ở chế độ phụ tải cực tiểu sau

khi chọn đầu phân áp 95

6.7 Điện áp phụ tải và đầu phân áp của máy biến áp khi ngừng làm việc một mạch đường dây NĐ - 2 97

6.10 Khi ngừng làm việc một mạch đường dây NĐ - 6 98

6.11 Tổng hợp đầu phân áp ở các chế độ vận hành trong mạng điện 98

7.1 Tổng vốn đầu tư các trạm biến áp trong mạng điện 101

7.2 Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện thiết kế 104

Trang 15

Chương 1

CÂN BẰNG CÔNG SUẤT VÀ

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY

1.1.1 Nguồn cung cấp

1.1.1.1 Hệ thống điện

Hệ thống điện có công suất vô cùng lớn Vì vậy cần phải có sự liên kết giữa hệthống và nhà máy điện để có thể trao đổi công suất giữa hai nguồn cung cấp khicần thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thường trong chế độ làm việcbình thường cũng như khi xảy ra sự cố Mặt khác, vì hệ thống điện có công suất vôcùng lớn nên chọn hệ thống là nút cân bằng công suất và nút cơ sở về điện áp, đồngthời không cần phải dự trữ công suất trong nhà máy nhiệt điện, nói cách khác côngsuất tác dụng và phản kháng dự trữ sẽ được lấy từ hệ thống điện

1.1.1.2 Nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện có nhiều ưu điểm như thời gian xây dựng ngắn (3 ÷ 4 năm),

có thể sử dụng được các nhiên liệu rẻ tiền như than cám, than bìa ở các khu khai thác

Trang 16

than, dầu nặng ở các nhà máy lọc dầu, Tuy nhiên, nhà máy nhiệt điện cũng cónhiều nhược điểm như khởi động chậm (từ 6 ÷ 8 giờ mới đạt công suất định mức),điều chỉnh công suất khó, khi giảm đột ngột công suất phải thải hơi nước ra ngoàinên vừa mất năng lượng vừa mất nước Vì vậy, nhiệt điện thường được sử dụng đểphủ đáy.

Đối với nhiệt điện, các máy phát làm việc ổn định khi công suất phụ tải

P ≥ 70%Pđm, khi công suất phụ tải P < 30%Pđm các máy phát ngừng làm việc.Ngoài ra, công suất phát kinh tế của các máy phát thường bằng (70 ÷ 90%)Pđm.Theo đề tài thiết kế, nhà máy nhiệt điện có bốn tổ máy phát Mỗi máy phát cócông suất định mức Pđm= 100 MW; cos ϕ = 0,8; Uđm= 10,5 kV Như vậy, tổng côngsuất định mức của toàn nhà máy điện bằng 400 MW

1.1.2 Phụ tải điện

Trong mạng điện thiết kế có 7 phụ tải Trong đó:

- Hộ phụ tải loại I (phụ tải 2, 3, 5, 6 và 7) là các phụ tải quan trọng Khi có

sự cố ngừng cung cấp điện sẽ gây nguy hiểm cho tính mạng con người, ảnhhưởng đến an ninh, trật tự, chính trị, làm hòng thiết bị - sản phẩm hàng loạtgây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân Vì vậy, đối với các phụ tải này, yêucầu cung cấp điện liên tục ngay cả khi sự cố, thời gian mất điện tối đa chophép bằng thời gian đóng nguồn dự phòng (khoảng 5 ÷ 7 giây) Do đó, hộloại I phải được cung cấp điện bằng đường dây hai mạch hoặc mạch vòng

- Hộ phụ tải loại III (phụ tải 1 và 4) là các phụ tải không mấy quan trọng Nghĩa

là các phụ tải mà việc mất điện không gây ra những hậu quả quá nghiêmtrọng Do vậy, hộ phụ tải loại này được cung cấp điện bằng dây đơn và chophép ngừng cung cấp điện trong thời gian cần thiết để sữa chữa sự cố hay thaythế phần hư hỏng của mạng điện nhưng không quá 1 ngày

Tất cả các phụ tải trên đều có hệ số cos ϕ = 0, 9 Thời gian sử dụng công suất cực đại T max = 5000h Điện áp định mức của mạng điện thứ cấp của các trạm hạ

áp bằng 22 kV Phụ tải cực tiểu bằng 75% phụ tải cực đại Các phụ tải đều có yêucầu điều chỉnh điện áp khác thường, ngoại trừ phụ tải 3 và 5 có yêu cầu điều chỉnhđiện áp thường

Công suất yêu cầu của các phụ tải trong chế độ cực đại và cực tiểu được chotrong bảng 1.1

Trang 17

Bảng 1.1: Thông số của các phụ tải

Hộ tiêu S max = P max + jQ max S max S min = P min + jQ min S min

1.2.1 Cân bằng công suất tác dụng

Công suất tác dụng của các phụ tải liên quan với tần số của hệ thống điện Tần

số trong hệ thống sẽ thay đổi khi sự cân bằng công suất trong hệ thống điện bị phá

vỡ Thiếu công suất tác dụng sẽ dẫn đến giảm tần số và ngược lại, thừa công suấttác dụng dẫn đến tăng tần số Vì vậy tại mỗi thời điểm trong chế độ xác lập của hệthống, các nhà máy của hệ thống cần phải phát công suất cân bằng với công suấtcủa các hộ tiêu thụ, kể cả các tổn thất công suất trong mạng điện, nghĩa là cần phảithực hiện đúng sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ

Ngoài ra, để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình thường, cần phải có dự trữnhất định của công suất tác dụng trong hệ thống Dự trữ trong hệ thống điện là mộtvấn đề quan trọng, liên quan đến vận hành cũng như sự phát triển của hệ thống

Vì vậy, phương trình cân bằng công suất tác dụng trong chế độ phụ tải cực đạiđối với hệ thống điện thiết kế có dạng:

P N M D + P HT = P tt = mΣP max + Σ∆P + P td + P dt (1.1)trong đó:

- P N M D - tổng công suất tác dụng do nhà máy điện phát ra (MW)

- P HT - công suất tác dụng lấy từ hệ thống (MW)

- P tt - công suất tiêu thụ trong mạng điện (MW)

Trang 18

- m - hệ số đồng thời xuất hiện các phụ tải cực đại (lấy m = 1)

- ΣP max - tổng công suất của các phụ tải trong chế độ cực đại (MW)

- Σ∆P - tổng tổn thất công suất trong mạng điện, khi tính sơ bộ có thể lấy

- P td - công suất tự dùng của nhà máy điện (MW)

- P dt - công suất dự trữ trong hệ thống, khi cân bằng sơ bộ có thể lấy

P dt = 10%ΣP max, đồng thời công suất dự trữ cần phải bằng công suấtđịnh mức của tổ máy phát lớn nhất đối với hệ thống điện không lớn Tuynhiên, do hệ thống điện có công suất vô cùng lớn nên công suất dự trữ lấy ở

- α% - lượng điện phần trăm tự dùng

- SΣđm- tổng công suất phát định mức của nhà máy điện (MWA)

- S N M D - công suất phát của nhà máy điện trong từng chế độ vận hành (MVA)

- PΣđm - tổng công suất tác dụng định mức của nhà máy điện (MW)

Trang 19

- cos ϕ - hệ số công suất nhà máy điện

- P N M D - công suất phát tác dụng của nhà máy điện trong từng chế độ vậnhành (MW)

Áp dụng công thức1.2, ta có công suất tự dùng của nhà máy điện bằng:

1.2.2 Cân bằng công suất phản kháng

Sản xuất và tiêu thụ điện năng bằng dòng điện xoay chiều đòi hỏi sự cân bằnggiữa điện năng sản xuất ra và điện năng tiêu thụ tại mỗi thời điểm Sự cân bằng đòihỏi không những chỉ đối với công suất tác dụng mà cả đối với công suất phản kháng.Cân bằng công suất tác dụng để giữ cho tần số bình thường trong hệ thống điện,nhưng muốn giữ cho điện áp bình thường cần phải có sự cân bằng công suất phảnkháng Nếu công suất phản kháng phát ra lớn hơn công suất phản kháng tiêu thụthì điện 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 cần phảitiến hành cân bằng công suất phản kháng

Phương trình cân bằng công suất phản kháng trong mạng điện thiết kế có dạng:

Q N M D +Q HT = Q tt = mΣQ max +Σ∆Q L −ΣQ C +Σ∆Q B +Q td +Q dt (1.3)trong đó:

Trang 20

- Q N M D - tổng công suất phản kháng do nhà máy điện phát ra (MVAr)

- Q HT - công suất phản kháng lấy từ hệ thống (MVAr)

- Q tt - tổng công suất phản kháng tiêu thụ trong mạng điện

- ΣQ max - tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại(MVAr)

- Σ∆Q L - tổng tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng của các đườngdây trong mạng điện (MVAr)

- ΣQ C - tổng công suất phản kháng do điện dung của các đường dây sinh ra,

khi tính sơ bộ lấy Σ∆Q L = ΣQ C

- Σ∆Q B - tổng tổn thất công suất phản kháng trong các trạm biến áp, trong

- Q td - công suất phản kháng tự dùng trong nhà máy điện (MVAr)

- Q dt - công suất phản kháng dự trữ trong hệ thống điện Đối với mạng điện

thiết kế, công suất P dt sẽ lấy ở hệ thống, nghĩa là Q dt = 0

Tổng công suất phản kháng của các phụ tải trong chế độ cực đại được xác địnhtrong bảng 1.1có giá trị:

Trang 21

1.2.3 Các chế độ làm việc của nguồn

1.2.3.1 Chế độ phụ tải cực đại

Khi phụ tải cực đại, ta cho cả bốn tổ máy đều vận hành, mỗi tổ máy phát 85%công suất định mức Như vậy, tổng công suất tác dụng phát ra của nhà máy điệnbằng:

1.2.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu

Khi phụ tải cực tiểu, dự kiến ngừng một tổ máy, ba tổ máy còn lại phát 85% côngsuất định mức Như vậy, tổng công suất tác dụng phát ra của nhà máy điện bằng:

P N M D = 3.0, 85.Pđm = 3.0, 85.100 = 255M W

Trang 22

Áp dụng công thức1.2, ta có công suất tự dùng của nhà máy điện có giá trị:

Trang 23

Vậy, công suất tác dụng tự dùng của nhà máy có giá trị:

Từ các kết quả trên ta có bảng1.2tổng kết sơ bộ chế độ làm việc của nguồn

Bảng 1.2: Bảng tổng kết chế độ làm việc của nguồn

Chế độ vận hành Nhà máy nhiệt điện Hệ thống

Phụ tải cực đại - Bốn tổ máy làm việc Nhận 1,37 MW

1.3.1 Cơ sở để đề xuất các phương án

1.3.1.1 Yêu cầu cung cấp điện

Để đề xuất được các phương án nối dây, ta cần dựa vào yêu cầu cung cấp điệncủa các phụ tải Yêu cầu này được trình bày trong mục1.1.2

Trang 24

1.3.1.2 Vị trí địa lý

Các phụ tải được phân bố trên mặt bằng như trong hình1.1

Hình 1.1: Bản đồ vị trí của nguồn và các phụ tải điện (Tỷ lệ 1: 10km)

Từ hình1.1, ta có thể tính được khoảng cách giữa nguồn và các phụ tải Kết quảtính toán được cho trong bảng 1.3

Từ hình1.1cũng như kết quả trong bảng1.3, ta thấy rằng nhà máy có khoảngcách tương đối gần với tất cả các phụ tải (ngoại trừ phụ tải 7 gần với hệ thống) Mặtkhác, nhận thấy một số phụ tải khá gần nhau như phụ tải 3 và 4; phụ tải 1, 5 và 6.Khoảng cách giữa các phụ tải này được cho trong bảng1.4

Trang 25

Bảng 1.3: Khoảng cách từ các nguồn đến các phụ tải

Nguồn - Phụ tải Khoảng cách (km) Nguồn - Phụ tải Khoảng cách (km)

Bảng 1.4: Khoảng cách giữa các phụ tải gần nhau

Phụ tải - Phụ tải Khoảng cách (km) Phụ tải - Phụ tải Khoảng cách (km)

1.3.1.3 Đặc điểm của các cấu hình đường dây

- Sơ đồ hình tia có ưu điểm là: đơn giản về sơ đồ nối dây, bố trí thiết bị đơngiản Giữa các phụ tải không có sự liên quan đến nhau, do đó khi xảy ra sự

cố trên một đường dây, các đường dây còn lại không bị ảnh hưởng Mặt khác,

so với sơ đồ liên thông, sơ đồ này có tổn thất thấp hơn Tuy nhiên, sơ đồ hìnhtia có nhược điểm là mất nhiều thời gian và chi phí để khảo sát, thiết kế và thicông

- Sơ đồ liên thông có ưu điểm là thời gian khảo sát, thiết kế được rút ngắn sovới sơ đồ hình tia Tuy vậy nó có nhược điểm là cần có thêm trạm trung gian,thiết bị bố trí đòi hỏi bảo vệ rơle, thiết bị tự động hoá phức tạp hơn, độ tin cậycung cấp điện thấp hơn so với sơ đồ hình tia

- Mạng kín có ưu điểm là độ tin cậy cung cấp cao, khả năng vận hành lưới linhhoạt, tổn thất ở chế độ bình thường thấp Tuy nhiên nhược điểm của mạng kín

là bố trí bảo vệ rơle và tự động hoá phức tạp, khi xảy ra sự cố tổn thất trênlưới cao, nhất là ở nguồn có chiều dài dây cấp điện lớn

Trang 26

1.3.2 Đề xuất các phương án nối dây

Trên cơ sở phân tích những đặc điểm của nguồn cung cấp và phụ tải cũng như

vị trí của chúng trên sơ đồ, tác giả đề xuất một số phương án nối dây như sau:

+ Đơn giản trong vận hành, bảo vệ rơle

Trang 28

- Nhược điểm:

+ Khả năng phát sinh sự cố mất điện của sơ đồ là tương đối lớn vì sự cố ởđoạn đường này có thể ảnh hưởng trực tiếp đến đoạn đường kia

+ Đối với đường dây liên thông, phải có sự phối hợp bảo vệ rơle

+ Đoạn đường dây từ nguồn tới phụ tải 1 lớn nên tổn thất trên đường dâycao

Trang 29

+ Thời gian khảo sát, thiết kế được rút ngắn , thi công được thuận tiện

- Nhược điểm:

+ Tổn thất điện áp trên đường dây tương đối lớn khi xảy ra sự cố

Trang 30

+ Thời gian khảo sát, thiết kế được rút ngắn , thi công được thuận tiện dodiện tích đường dây được thu hẹp

- Nhược điểm:

Trang 31

+ Sơ đồ bao gồm các đường dây hình tia và liên thông, đảm bảo cung cấpđiện cho tất cả các phụ tải

+ Thời gian khảo sát, thiết kế được rút ngắn , thi công được thuận tiện dodiện tích đường dây được thu hẹp

- Nhược điểm:

+ Khoảng cách từ nguồn tới phụ tải 4 tương đối xa nên tổn thất trên đườngdây tương đối lớn

1.3.2.6 Phương án 6

Hình 1.7: Sơ đồ mạch điện phương án 6

Nhận xét:

Trang 32

Trang 33

+ Tổn thất điện áp tương đối lớn khi xảy ra sự cố trên đường dây

+ Việc bố trí bảo vệ rơle và các thiết bị tự động hoá tương đối phức tạpTrên cơ sở những đánh giá và phân tích ở trên, ta chọn các phương án 1, 2, 3, 4

và 5 để tiến hành tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật

Trong chương 1, tác giả đã tiến hành phân tích nguồn cung cấp điện ở chế độvận hành của mạng điện Đồng thời, tính toán lượng công suất mà phụ tải yêu cầutrong chế độ cực đại cũng như cực tiểu

Tác giả cũng đã tiến hành cân bằng công suất tác dụng và công suất phản khángtrong mạng điện ở các chế độ vận hành khác nhau

Ngoài ra, tác giả đã đề xuất các phương án nối dây trong mạng điện, tiến hànhphân tích sơ bộ các phương án đó và giữ lại các phương án 1, 2, 3, 4 và 5 để tiếnhành tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật Các tính toán chi tiết được trình bày ở chươngsau

Trang 34

Chương 2

TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU

KỸ THUẬT

2.1.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện

Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các chỉ tiêu kinh tế

-kỹ thuật, cũng như các đặc trưng -kỹ thuật của mạng điện Mạng điện có điện áp địnhmức lớn thì tổn thất công suất và tổn thất điện năng giảm, tức là giảm chi phí vậnhành, giảm tiết diện dây dẫn và chi phí về kim loại khi xây dựng mạng điện, đồngthời tăng công suất giới hạn truyền tải trên đường dây nhưng vốn đầu tư để xây dựngmạng điện lớn Ngược lại, mạng điện có điện áp định mức nhỏ, yêu cầu về cách điệnkhông cao do đó vốn đầu tư thấp nhưng chi phí vận hành cao do tổn thất công suất

và điện năng lớn, ngoài ra khả năng truyền tải nhỏ Vì vậy, chọn đúng điện áp địnhmức của mạng điện khi thiết kế cũng là một bài toán kinh tế - kỹ thuật

Điện áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của phụtải, khoảng cách giữa các phụ tải và các nguồn cung cấp điện, vị trí tương đối giữacác phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện,

Điện áp định mức của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồ cungcấp điện Điện áp định mức sơ bộ của mạng điện thiết kế có thể xác định theo giátrị của công suất trên mỗi đường dây trong mạng điện

Có thể tính điện áp định mức của đường dây theo công thức kinh nghiệm Still

20

Trang 35

- U i- điện áp tính toán trên đoạn đường dây i (kV)

- ` i- khoảng cách truyền tải đoạn đường dây i (km)

- P i- công suất truyền tải trên đường dây đoạn đường dây i (MW)

- n - số lộ của đường dây i

2.1.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Các mạng điện và đường dây truyền tải điện áp từ 110kV trở lên được thực hiệnchủ yếu bằng các đường dây trên không và thường sử dụng dây nhôm lõi thép (AC),đồng thời các dây dẫn thường được đặt trên các cột bê tông ly tâm hay cột thép tùytheo dạng địa hình đường dây chạy qua và điện áp định mức của mạng điện Khoảng

cách trung bình hình học giữa dây dẫn các pha bằng 4m (D tb = 4m)đối với đường

dây 110kV và 6m (D tb = 6m)đối với đường dây 220kV

Đối với các mạng điện khu vực, tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tếcủa dòng điện, nghĩa là:

F tt = I max

trong đó:

- F tt - tiết diện dây dẫn tính toán (mm2)

- I max - dòng điện chạy trên dây dẫn trong chế độ phụ tải cực đại (A)

- J kt - mật độ kinh tế của dòng điện (A/mm2)

Với dây AC và T max = 5000h thì J kt = 1, 1A/mm2

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

Trang 36

- n - số mạch của đường dây

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

Dựa vào tiết diện tính được theo công thức 2.2, tiến hành chọn tiết diện tiêuchuẩn gần nhất và kiểm tra các điều kiện về tổn thất vầng quang, độ bền cơ củađường dây và phát nóng dây dẫn trong các chế độ làm việc bình thường cũng như

sự cố

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

Trong các chế độ sau sự cố, dòng điện chạy trên các dây dẫn của đường dây cóthể vượt đáng kể dòng điện làm việc trong chế độ bình thường Trường hợp như thế

có thể xảy ra trên đường dây hai mạch, khi một mạch ngừng cung cấp điện hoặc cóthể xảy ra trên đường dây có hai nguồn cung cấp, khi một trong hai nguồn ngừngcung cấp điện Trong trường hợp như vậy, tiết diện dây dẫn được chọn phải thỏa mãncác điều kiện phát nóng cho phép khi có dòng điện của chế độ sự cố chạy qua Điềukiện kiểm tra về dòng điện tải lâu dài cho phép theo phát nóng như sau:

trong đó:

- I lv - dòng điện chạy trên đường dây, có thể ở chế độ làm việc bình thườngcũng như ở chế độ sự cố

- I cp - dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn

- k1- hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ

k1 =r 70 − θ xq

70 − θ ch

70 − 25 = 0, 88

- k2- hệ số hiệu chỉnh theo hiệu ứng gần, lấy k2 = 1

Sau khi chọn tiết diện tiêu chuẩn của các đường dây, xác định các thông số đơn

vị của đường dây r0, x0, b0 và tiến hành tính các thông số tập trung R, X và B/2trong sơ đồ thay thế hình Π của các đường dây theo công thức:

trong đó n là số mạch của đường dây

Trang 37

2.1.3 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất

Tổn thất điện áp trên đường dây i được tính theo công thức gần đúng sau:

∆U i = P max i R i + Q max i X i

trong đó:

- P max i , Q max i - công suất tác dụng và phản kháng đường dây i khi phụ tảicực đại

- R i , X i - điện trở và điện kháng của đường dây i

Tổn thất điện áp phần trăm trên đường dây i được tính theo công thức:

∆U i = P max i R i + Q max i X i

Đối với đường dây có hai mạch, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áp phầntrăm trên đường dây bằng:

∆U i sc % = 2∆U i bt%Trong những mạng điện đơn giản, có thể chấp nhận được nếu trong chế độ phụtải cực đại tổn thất điện áp lớn nhất của mạng điện không vượt quá 10 ÷ 15%, còntrong chế độ sự cố tổn thất điện áp lớn nhất không vượt quá 15 ÷ 20% Nghĩa là:

∆U max bt % = (10 ÷ 15%)Uđm

∆U max sc % = (15 ÷ 20%)Uđm

Trong những mạng điện phức tạp (mạng điện kín), có thể chấp nhận tổn thấtđiện áp lớn nhất đến 15 ÷ 20% trong chế độ phụ tải cực đại khi làm việc bình thường

và 20 ÷ 25% trong chế độ sự cố Nghĩa là:

∆U max bt % = (15 ÷ 20%)Uđm

∆U max sc % = (20 ÷ 25%)Uđm

Trang 38

- P i , Q i - công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đường dây i trong chế

độ phụ tải cực đại (MW, MVAr)

- R i , X i - điện trở và điện kháng của đường dây i (Ω)

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

Tổn thất công suất tác dụng do điện trở đường dây gây ra và được tính theo côngthức:

2

i + Q2i

trong đó: P i , Q i , Uđm, R iđược định nghĩa giống như trong công thức 2.8

Sơ đồ mạng điện phương án 1 được cho trên hình2.1

2.2.1 Chọn điện áp định mức của mạng điện

Tính điện áp định mức trên đường dây NĐ - 2 - HT:

Công suất tác dụng chạy trên đường dây NĐ - 2 được xác định như sau:

P N 2 = P N M D − P td − P N − ∆P N

trong đó:

- P N M D - tổng công suất phát của nhà máy điện ở chế độ phụ tải cực đại

- P td - công suất tự dùng của nhà máy

- P N - tổng công suất của các phụ tải nối với nhà máy

- ∆P N - tổn thất công suất trên các đường dây do nhà máy điện cung cấp

(∆P N = 5%P N)

Trang 39

Hình 2.1: Sơ đồ mạch điện phương án 1

Theo kết quả tính được trong mục1.2.3.1ta có:

Trang 40

Dòng công suất chạy trên đường dây 2 - HT bằng:

Bảng 2.1: Điện áp tính toán và điện áp định mức của mạng điện phương án 1

Đường Công suất truyền Chiều dài Điện áp tính Điện áp định mức

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	3,87 MB