Thiết kế lưới điện khu vực ̣̣̣̣̣̣(gồm 4 chương)

Đồ án thiết kế lưới điện khu vực , Hệ thống điện cung cấp năng lượng cho tất cả các ngành kinh tế quốc dân và sinh hoạt của nhân dân, vì thế sự phát triển của hệ thống điện phải kịp thời đáp ứng năng lượng ngày càng tăng của đất nước. Muốn vậy sự phát triển của hệ thống điện phải vượt trước một bước so với sự phát triển của các ngành kinh tế khác. Các đặc điểm trên đây cần được quán triệt đầy đủ trong công tác quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 2.1 Tính toán thông số phụ tải.

- Công suất phản kháng max của phụ tải

Qmaxi = Pmaxi .tgi MVAr

- Công suất phản kháng min của phụ tải

Qmini = Pmini.tgi MVAr

- Công suất lớn nhất của phụ tải

Smaxi = Pmaxi + jQmaxi MVAr

- Công suất nhỏ nhất của phụ tải

Smini = Pmini + jQmini MVA

- Công suất của phụ tải khi có sự cố ( loại bỏ các hộ phụ tải loại III )

Ssc = Smax - i%.Smax

(i% là phần trăm phụ tải loại III khi tính theo phụ tải loại I, II của phụ tải thứ i)Trong đó Pmax , Pmin là công suất tác dụng lớn nhất, nhỏ nhất của phụ tải

Hệ số

i

i i

1 1 2

 Xác định công suất phản kháng Max của phụ tải loại I

 Xác định công suất phản kháng Max của phụ tải loại II

Lê Đức Bình - - K42HTĐ-KTCNTN6

Qmax1II = Pmax1II.tg1 = 38.0,724 = 27,512 MVAr

 Xác định công suất phản kháng Min của phụ tải loại II

Qmin1II = Pmin 1II.tg1 = 27.0,724 = 19,548 MVAr

 Xác định công suất phản kháng Max của phụ tải loại III

Qmax1III = Pmax 1III.tg1 = 30,24.0,724 = 21,89 MVAr

 Xác định công suất phản kháng Min của phụ tải loại III

Qmin1III = Pmin 1III.tg1 = 18,76.0,724 = 13,58 MVAr

 Theo các tính toán trên ta có:

 Với phụ tải cực đại thì công suất phụ tải là :

S1 max = P1 max + jQi1max = 138,24 + j100,082 MVA

Với: Pi max = P1Imax + P1Iimax+ P1IIImax = 70 + 38 + 30,24 = 138,24 MW

Q1max = Q1Imax + Q1IImax + Q1IIImax = 50,68 + 27,512 + 21,89

= 100,082 MVAr

 Với phụ tải cực tiểu thì công suất phụ tải là:

Với: P 1min = P1Imin + P1IImin+ P1IIImin

Q1mim = Q1Imin + Q1Imin+ Q1IIImin

 Khi sự cố thì công suất phụ tải là:

S1sc = S1max - i%.Smax = 138,24 + j100 ,082 - 0,28.(138,24 + j100,08) = 99,53 + j72,06 MVA

 Tính toán tương tự cho các nút phụ tải còn lại ta có bảng sau:

9 1

P

T P

n i Maxi

P P

1

1

i Cos

= 0,83

2.2 phương án I.

2.2.1 Xác định công suất truyền tải lớn nhất

Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ tiêu kinh tế,

kỹ thuật của lưới điện Đường dây truyền tải công suất càng lớn, khoảng cách truyền tải càng xa thì điện áp càng cao càng có lợi ( tổn thất điện áp nhỏ ) Tuy nhiên việc tăng điện áp đến mức độ nào đó sẽ không bù lại được vốn đầu tư đường dây và mua sắm trang thiết bị truyền tải điện cao áp Do đó với một khoảng cách truyền tải và phương thức truyền tải nhất định, cần xác định điện áptruyền tải tối ưu nhất

Lê Đức Bình - - K42HTĐ-KTCNTN8

Để xác định điện áp của lưới điện, trước tiên ta cần xác định công suất truyền tải lớn nhất trên các đường dây ở chế độ bình thường.

Coi mạng điện là đồng nhất, bỏ qua tổn thất trên các đoạn đường dây ta phân công suất theo từng phương án như sau:

* Giả sử chiều phân công suất như hình vẽ.

5 4 10 3 2

5 4 5 4 6 5 4 10 3 5 4 10 3

5

5

1

) (

) (

) (

S S

2 5 2 3 3 2 3 10 6 2 3 10 4 4

4

2

) (

) (

) (

S S

S N

= 176,81 + j120,71 MVA

S4-6 = S4-N2 - S4 = 62,13 + j46,625 MVA

SN2-1 = S1 + S8 + S9 = 138,24 + j100,08 + 123,9 + j96,99 + 64,26 + j43,18 = 326,4 + j240,2 MVA

 Tổng công suất phát là: Sphat = S5-3 + S4-6 + SN2-1 + S7

Bảng thống kê kết quả tính toán như sau:

Đường dây, km Công suất truyền tải, MVA

N1-2 = 150 SN1-2 = S2 = 78+j46,25

N1-5 = 111,8 SN1-5 = 193,75 + j144,93-5 = 145,77 S3-5 = 153,15 + j114,6

4-N2 = 150 S4-N2 = 176,81 + j120,71

N2-7 = 158,11 SN2-7 = S7 = 128,4 + j96,12

N2-1 = 125 SN2-1 = S1 + S8 + S9 = 308+j240,251-9 = 127,48 S1-9 = 170,16 + j140,179-8 = 134,63 S9-8 = S8 = 123,9 + j96,996-3 = 145,77 S3-6 = 17,07 + j2,92

2.2.2 Xác định điện áp.

Để xác định điện áp của lưới điện ta dựa vào công thức sau:

U = 4,34 l 16 P

Trong đó: ℓ là chiều dài, km

P là công suất tác dụng trên đoạn đường dây đó

 Xác định cho đoạn đường dây ℓ1

ℓ1 = 150, km

SN1-2 = 78 + j46,254 MVA & U1 = 4,34 l 16 P= 4,34 150  16 78 = 162,27 kV

 Chọn cấp điện áp tiêu chuẩn: Udm1 = 110 kV

 Các đoạn đường dây còn lại được tính tương tự ta có bảng số liệu sau:Đường dây Chiều dài,

km

Công suất,MW

Điện áp tínhtoán, kV

Điện áp tiêuchuẩn, kV

ℓ 10 145,77 17,07 88,9 220

2.2.3 Xác định công suất truyền tải và lựa chọn tiết diện dây dẫn.

Các phương pháp xác định tiết diện dẫn:

+ Theo điều kiện độ bền cơ

+ Theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Ta chọn phương pháp xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế

để chi phí đầu tư cho dây dẫn là nhỏ nhất

Tiết diện dây dẫn tối thiểu để không phát sinh vầng quang:

2 2

dm

i i

10 3

U

S K

= 103

3 110

) 254 , 46 ( ) 78 ( 2  2 = 475,96 A

 Fkt1 =

1

1 max

ℓ 2 630,24 630,24 AC-2x 240 Phân pha

2.2.4 Kiểm tra phương án chọn dây dẫn

 Giả sử có sự cố xẩy ra như đứt dây hay mất điện một nguồn

 Xét sự cố đứt dây ở đoạn ℓ2 ta có chiều phân công suất như hình vẽ:

 Đoạn ℓ1: Isc1 =

3 110

) 006 , 37 ( ) 77 , 62 ( 10 3

Li Ibt, A ISC, A Mã hiệu dây ICP, A Ghi chú

Vậy ta có bảng thống kê kết quả như sau:

2.2.5 Tổn thất công suất và chi phí tính toán.

a.Tính thông số của dây dẫn.

 Tổng trở của dây dẫn được xác định theo công thức sau:Zi = (r0i+jx0j).ℓi Trong đó:r0i, xoi là điện trở và điện kháng của đoạn đường dây ℓi, /km

ℓi: là chiều dài của đoạn đường dây thứ i

 Với các đoạn đường dây phân pha ta có:

n: là số lượng dây dẫn trong một pha

Rtd = n R.a(n 1 )

Với R là bán kính của mỗi dây dẫn trong 1 pha

a: là khoảng cách giữa các dây dẫn trong 1 pha (lấy a = 400,mm )

 Tính thông số của AC-2x 300:

0157 , 0

10 7 lg 144 , 0 2

0157 ,

xo = 0,0157 + 0,144.lg

77 , 9

10

7 3

= 0,4268 /kmTính toán tương tự cho các đoạn đường dây còn lại kết hợp với tra bảng 4.6 sổ tay tra cứu (0,4 – 500) kV của NGÔ HỒNG QUANG nhà xuất bản khoa học kỹ thuật năm 2007 ta có bảng thông kê kết quả sau:

Li Chiều dài Loại dây x0i, /km x0i, /km Zi, 

b Xác định phân bố công suất tự nhiên ( Phân bố công suất theo Z ).

Để xác định công suất truyền tải của mạng điện ta giả thiết điện áp tại hai đầu của mạng điện là không đổi và bỏ qua các thành phần tổn thất công suất trêncác đoạn đường dây

 Giả thiết phân bố công suất như hình vẽ:

Ta có:

2 3 10 4 5

5 4 5 4 6 5 4 10 3 5 4 10 3 5

5

1

) (

) (

) (

Z Z Z Z Z

Z S Z Z S Z Z Z S Z Z Z Z

2 5 2 3 3 2 3 10 6 2 3 10 4 4

4

2

) (

) (

) (

Z Z Z Z Z

Z S Z Z S Z Z Z S Z Z Z Z

& Sphat = Sthu

c Xác định chi phí tổn thất điện năng, chi phí khấu hao.

 Xác định chi phí tổn thất điện năng:

Áp dụng công thức: C A = P.max.&

Trong đó : P = 3.Imax.R = 3

2

2

10

.R u

S

dm

kWR: Điện trở đoạn đường dây

&: Giá thành 1kWh điện năng

C A: Chi phí tổn thất điện năngS: Công suất truyền tải trên đường dây

A: Tổn thất điện năng

P: Tổn hao công suất tác dụng

: Thời gian tổn thất công suất lớn nhất

avh = 0,1 Hệ số vận hành

atc = 0,2 Hệ số thu hồi vốn đầu tưV= (V0 +3,15mi.b).ℓi

b= 50.10 3 VND/kg giá tiền 1kg dây dẫn

V0: Giá tiền 1km dây dẫn + 1.109 VND/km ( Udm = 110 kV ) + 2.109 VND/km ( Udm = 220 kV )

 Tra bảng 4.6 sổ tay tra cứu ta có bảng số liệu sau:

 Tính toán tương tự ta có bảng số liệu sau:

2.3.1 Xác định công suất truyền tải lớn nhất

Điện áp định mức của mạng điện ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ tiêu kinh tế,

kỹ thuật của lưới điện Đường dây truyền tải công suất càng lớn,khoảng cách truyền tải càng xa thì điện áp càng cao càng có lợi ( tổn thất điện áp nhỏ ) Tuy nhiên việc tăng điện áp đến mức độ nào đó sẽ không bù lại được vốn đầu tư đường dây và mua sắm trang thiết bị truyền tải điện cao áp.Do đó với một

khoảng cách truyền tải và phương thức truyền tải nhất định, cần xác đinh điện áptruyền tải tối ưu nhất

Để xác định điện áp của lưới điện,trước tiên ta cần xác định công suất truyền tải lớn nhất trên các đường dây ở chế độ bình thường

Coi mạng điện là đồng nhất, bỏ qua tổn thất trên các đoạn đường dây ta phân công suất như sau:

 Giả thiết chiều truyền công suất như hình vẽ:

S N .( ) ( ).( ) . 146 , 22 105 , 92

4 3 2 1

4 1 4 3 9 8 4 3 2

8 4 8 7 6 8 7 6

Từ (*) và (**) ta thấy Sphat = Sthu

Bảng thống kê kết quả tính toán như sau:

Đường dây, km Công suất truyền tải, MVA

Trong đó : ℓ là chiều dài, km

P là công suất tác dụng trên đoạn đường dây đó

 Tính toán cho đoạn đường dây ℓ1

ℓ 1 = 111,8 km

Lê Đức Bình - - K42HTĐ-KTCNTN20

SN1-5 = 146,22 + j105,92 MVA & U1= 4,34 l 1 16 P. 1= 4,34 111  , 8 16 146 , 22= 214,88 kV

& Chọn điện áp tiêu chuẩn là: U1 = 220 kV

 Các đoạn đường dây còn lại được tính tương tự ta có bảng số liệu sau:Đường dây Chiều dài,

km

Công suất,MW Điện áp tính

toán, kV

Điện áp tiêuchuẩn, kV

2.3.3 Xác định công suất truyền tải và lựa chọn tiết diện dây dẫn

Tiết diện dây dẫn là phần thiết kế quan trọng nó ảnh hưởng đến cả kinh tế

và kỹ thuật, thường ta chọn tiết diện dây dẫn theo hai chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật,ban đầu ta chọn theo chỉ tiêu kinh tế sau đó chọn lại theo chỉ tiêu kỹ thuật

+ Sự phát nóng lâu dài do dòng làm việc bình thường

+ Sự phát nóng ngắn hạn do các dòng sự cố

+ Tổn thất điện áp trên đường dây trong các chế độ làm việc

+ Đối với mạng điện Udm = 110, kV tiết diện tối thiểu là 95, mm2

+ Đối với mạng điện Udm = 220, kV tiết diện tối thiểu là 240, mm2

 Chọn tiết diện theo mật độ dòng kinh tế: Jkt

Áp dụng công thức : + Imaxi = 103

3

2 2

dm

i i

 Với Tmaxtb = 5108,45 h & Jkt = 1 A/mm2

Đoạn ℓ1: Imax1 =

3

10 3 5 1

U

S N 

= 103

3 220

) 92 , 105 ( ) 22 , 146

 Xét xẩy ra sự cố đối với nhánh (1)

Dây ℓ1 bị đứt: Nguồn N1 ngừng cung cấp điện cho nhánh (1) ta loại bỏ phụ tảiloại III, khi đó công suất truyền tải trên các đoạn đường dây nhánh (1) do nguồn

1 9

ℓ11 S6sc = 101,6 + j79,53

 Dòng điện sự cố lớn nhất chạy trên các đoạn đường dây

Đoạn ℓ1: I1sc = 901 , 18

3

10 3

10 3

10 3

10 3

10 3

10 3

10 3

10 3

10 3

10 3

10 3

và tra cứu thiết bị điện (0,4-500), kV của NGÔ HỒNG QUANG, ta có bảng thống kê kết quả tính toán cho phương án như sau:

Li Mã hiệu dây Ibt, A Icp, A Isc, A Ghi chú

2.3.5 Tổn thất công suất và chi phí tính toán.

a.Tính thông số của dây dẫn:

 Tổng trở của dây dẫn được xác định theo công thức sau:Zi = (r0i+jx0j).ℓi,Trong đó: r0i, xoi là điện trở và điện kháng của đoạn đường dây ℓi &/km

ℓi: là chiều dài của đoạn đường dây thứ i

 Với các đoạn đường dây phân pha ta có:

Lê Đức Bình - - K42HTĐ-KTCNTN26

n: là số lượng dây dẫn trong một pha

0157 , 0

10 7 lg 144 , 0 2

0157 ,

0d

r

=2

0968 , 0

xo = 0,0157 + 0,144.lg

77 , 9

10

7 3

= 0,4268 /km Tính toán tương tự cho các đoạn đường dây còn lại kết hợp với tra bảng 4.6 sổtay tra cứu (0,4 – 500) kV của NGÔ HÔNG QUANG nhà xuất bản KHKT năm

2007 ta có bảng thống kê kết quả sau:

ℓ11 134,63 ACO 400 0,0741 0,4143 10,64 + j59,51

b Xác định phân bố công suất tự nhiên ( Phân bố công suất theo Z )

Để xác định công suất truyền tải của mạng điện ta giả thiết điện áp tại hai đầu của mạng điện là không đổi và bỏ qua các thành phần tổn thất công suất trêncác đoạn đường dây

 Giả thiết chiều phân công suất như hình vẽ:

Ta có:

Z Z Z Z

Z S Z Z S S Z Z Z

S

4 3 2 1

4 1 4 3 9 8 4 3 2

Z S Z Z S Z Z Z

S

8 7 6 5

8 4 8 7 6 8 7 6

1 9

Sthu = S1+ S2+ S3 + S4 + S5 + S6 + S7 + S8 + S9 = 903,45 + j645,78 MVA

Vậy Sphat = Sthu

c Xác định chi phí tổn thất điện năng, chi phí khâu hao.

Xác định chi phí tổn thất điện năng

+ Áp dụng công thức: C A =P.max.&

+Trong đó : P =3.Imax.R = 3

2

2

10

.R u

S

dm

kWR: Điện trở đoạn đường dây

&: Giá thành 1kWh điện năng

C A: Chi phí tổn thất điện năngS: Công suất truyền tải trên đường dây

A: Tổn thất điện năng

P: Tổn hao công suất tác dụng

: Thời gian tổn thất công suất lớn nhất

avh = 0,1 Hệ số vận hành

atc = 0,2 Hệ số thu hồi vốn đầu tư

V = (V0 +3,15mi.b).ℓi

b = 50.10 3 VND/kg giá tiền 1kg dây dẫn

V0: Giá tiền 1km dây dẫn + 1.109 VND/km ( Udm = 110 kV ) + 2.109 VND/km ( Udm = 220kV )Tra bảng 4.6 sổ tay tra cứu ta có bảng số liệu sau:

 Tổn thất điện năng trên các đoạn đường dậy:

A1 = P1.R1.103 = 2 . 1.

2 5

2.4 So sánh lựa chọn phương án tối ưu:

 Sau khi tính toán kinh tế cho hai phương án ta đi so sánh kinh tế, kỹ thuật

để chọn ra phương án cung cấp điện tối ưu:

+ Xét về kỹ thuật cả phương án 1 và phương án 2 đều đảm bảo cung cấp điện tối

ưu nhất

+ Xét về kinh tế ta thấy phương án 1 có chi phí đầu tư nhỏ hơn phương án 2.Vậy

ta chọn phương án 1 làm phương án đi dây cho mạng điện